ES2230422T3 - Procedimiento y sistema para el tratamiento de aire interior. - Google Patents
Procedimiento y sistema para el tratamiento de aire interior.Info
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Abstract
Procedimiento para la preparación de aire exterior en una instalación de la técnica de ventilación de locales con un rotor de absorción (22) como deshumectador de aire, en el que: un ventilador (12) aspira una corriente de aire exterior; esta corriente de aire exterior se divide en el lado de impulsión del ventilador (12) en una corriente principal (18) y una corriente secundaria (20); la corriente principal (18) es guiada con la finalidad de la deshumectación a través de un sector de deshumectación (24) del rotor de absorción (22); la corriente secundaria (20), después del calentamiento en un calentador (28) es guiada como aire de regeneración a través de un sector de regeneración (26) del rotor de absorción (22); la corriente principal (18) secada y calentada en el rotor de absorción (22) es guiada a través de un refrigerador de retorno (40), en el que es refrigerada; caracterizado porque dependido de la potencia de deshumectación requerida, la corriente principal (18) es pasada total y parcialmente a través de un conducto de derivación (34) con un primer órgano de regulación de la circulación (32), saltando al rotor de absorción (22), y la corriente de aire secundaria (20) se puede regular por medio de un segundo órgano de regulación de la circulación (36), en el que la cantidad de aire en la corriente principal (18) se mantiene constante por medio de una regulación del flujo volumétrico del ventilador (12).
Description
Procedimiento y sistema para el tratamiento de
aire interior.
La presente invención se refiere en general a un
procedimiento de la técnica de ventilación de locales
(procedimiento TVL) y a una instalación de la técnica de
ventilación de locales (instalación TVL). En particular, se refiere
a un procedimiento para la preparación de aire exterior en una
instalación de TVL con un rotor de absorción como deshumectador de
aire, así como una instalación TVL para la realización de esta
táctica.
Las instalaciones de TVL se hacen cargo del
suministro de aire exterior a las habitaciones en uso de un
edificio. En verano, este aire exterior no sólo ha de ser
refrigerado en la instalación de TVL, sino que también ha de ser
secado. El secado del aire es necesario, especialmente, en el caso
de que una parte de la carga frigorífica se cubra ahorrando energía
por medio de cubiertas de refrigeración en las habitaciones en uso,
tal y como sucede cada vez más, en particular, en las zonas
climáticas moderadas. Los valores de humedad demasiado elevados del
aire de entrada pueden llevar, de hecho, a originar un producto de
condensación en la cubierta de refrigeración, o bien en los tubos
de suministro de la cubierta de refrigeración.
En las instalaciones de TVL conocidas, la
deshumectación del aire exterior se lleva a cabo por medio de la
refrigeración del aire hasta el punto de condensación. El aire
refrigerado y seco se calienta entonces, a continuación, en un
calentador posterior, de nuevo, hasta la temperatura de aire de
entrada deseada. Si bien este procedimiento, desde el punto de
vista del principio de funcionamiento, implica una pérdida de
energía y, del mismo modo, origina elevados costes de
funcionamiento, hasta ahora, en la instalación TVL no se ha podido
imponer ninguna alternativa frente a la deshumectación en el punto
de condensación.
Adicionalmente, hay que señalar que los
requerimientos higiénicos a las instalaciones de TVL cada vez son
más estrictos. Una instalación de TVL moderna ha de garantizar una
preparación limpia e inofensiva desde el punto de vista
bacteriológico del aire exterior. En las instalaciones existentes
con refrigeradores por aire que realizan una condensación, esto no
siempre es el caso, ya que el condensado que se origina en el
refrigerador por aire es un hábitat ideal para las bacterias.
También por esta razón se requiere una alternativa urgente a la
deshumectación en el punto de condensación.
En la técnica de procesos se emplean desde hace
mucho tiempo los denominados rotores de absorción como
deshumectadores. Un rotor de absorción de este tipo comprende un
rotor que deja pasar el aire con una superficie hidrófila. La
corriente de aire del proceso es guiada a través de un sector de
deshumectación, en el que la superficie hidrófila del rotor absorbe
(o bien adsorbe) moléculas de agua del aire. En un sector de
regeneración, las moléculas de agua que han sido absorbidas de la
superficie hidrófila del rotor de absorción son vaporizadas por
medio de una corriente de aire de regeneración caliente, para ser
extraídas a continuación a la atmósfera con el aire de
regeneración.
Últimamente también se ha propuesto emplear un
rotor de absorción como deshumectador en instalación de TVL. Las
instalaciones de TVL con rotor de absorción están descritas, por
ejemplo, en las patentes US 6,003,327, US 5,860,284, US 6,050,100,
JP 11-132681 y US 6,018,953. Estas instalaciones de
TVL funcionan fundamentalmente según el principio de que una
corriente de aire exterior se guía con la finalidad de la
deshumectación a través del sector de deshumectación del rotor de
absorción, el aire exterior calentado se guía como aire de
regeneración a través del sector de regeneración del rotor de
absorción y a continuación se extrae, y la corriente de aire
exterior secada y calentada en el rotor de absorción se guía a
través de un refrigerador de retorno. Se ha propuesto, por ejemplo,
el hecho de conformar este refrigerador de retorno como
intercambiador de calor de placas, en el que la corriente principal
secada y calentada en el rotor de absorción se guía a través del
intercambiador de calor de placas, y se refrigera en éste por medio
de una evaporación secundaria de agua en la parte secundaria.
Por lo que se refiere al guiado de aire en este
tipo de instalaciones de TVL, hay que indicar que normalmente un
ventilador principal aspira la corriente de aire exterior que se ha
de tratar a través del sector de deshumectación, y un ventilador
separado aspira aire exterior calentado por medio del sector de
regeneración. A partir del documento JP 11-132681
anteriormente mencionado se conoce, sin embargo, así mismo, el
hecho de disponer un ventilador único corriente arriba respecto al
sector de deshumectación. Este último aspira una corriente de aire
exterior, que se divide entonces en el lado de impulsión en una
corriente principal y una corriente secundaria. La corriente
principal se guía en aras de la deshumectación a través del sector
de deshumectación del rotor de absorción. La corriente secundaria,
después del calentamiento en un intercambiador de calor y en un
calentador, se guía como aire de regeneración a través de un sector
de regeneración del rotor de absorción.
Una ventaja fundamental de las instalaciones de
TVL conocidas con rotor de absorción es que el o los ventiladores
presentan una demanda energética anual relativamente alta, ya que
tanto el rotor de absorción como el intercambiador de calor de
placas generan perdidas de presión relativamente altas.
Debido a ello, el objetivo de la presente
invención es reducir de un modo considerable, en una instalación de
TVL con un rotor de absorción como deshumectador de aire, la
demanda energética anual provocada por la instalación para el
transporte del aire. Este objetivo se consigue según la invención
por medio de un procedimiento según la reivindicación 1.
Adicionalmente se propone una instalación de TVL para la
realización de este procedimiento.
En un procedimiento conforme a la invención para
la preparación de aire exterior en una instalación de TVL con un
rotor de absorción como deshumectador de aire, un ventilador aspira
una corriente de aire exterior. Esta corriente se divide a
continuación en el lado de impulsión del ventilador en una corriente
principal y una corriente secundaria. La corriente principal, en
aras de la deshumectación, es guiada a través de un sector de
deshumectación del rotor de absorción. La corriente secundaria se
calienta en un calentador, antes de ser guiada como aire de
regeneración a través de un sector de regeneración del rotor de
absorción, y a continuación es extraída con la humedad absorbida. La
corriente principal secada y calentada en el rotor de absorción del
aire exterior es guiada a través de un refrigerador de retorno, en
el que se vuelve a refrigerar. Para reducir de un modo considerable
la demanda energética anual ocasionada por la instalación para el
transporte del aire, la corriente principal, dependiendo de la
potencia de deshumectación requerida realmente, se deja pasar total
o parcialmente a través de un conducto de derivación con un primer
órgano de regulación de la circulación junto al rotor de absorción,
y la corriente de aire secundaria se regula de modo continuo por
medio de un segundo órgano de regulación de la circulación. Por
medio de una regulación del flujo volumétrico del ventilador,
además, se mantiene constante en su mayor parte la cantidad de aire
en la corriente principal. Las cantidades de aire que son guiadas a
través del sector de deshumectación y del sector de regeneración
del rotor de absorción son máximas cuando el requerimiento de
deshumectación es máximo. En caso de un requerimiento reducido de
deshumectación, estas cantidades de aire se reducen de modo
correspondiente, en donde la corriente principal, entonces, se
desvía parcial o totalmente a través del conducto de derivación con
una pérdida de presión claramente inferior. La regulación del
caudal volumétrico del ventilador, en este caso, garantiza que la
cantidad de aire en la corriente principal no se incrementa
fundamentalmente. Por medio del procedimiento conforme a la
invención se puede reducir la demanda energética anual del
ventilador, en particular en zonas climáticas moderadas, de un modo
considerable, ya que la máxima potencia de deshumectación del rotor
de absorción se usa únicamente durante un número de horas
relativamente reducido durante el año, y durante una gran parte del
año no es necesario ningún tipo de deshumectación del aire
exterior. Adicionalmente hay que señalar que por medio de la
reducción de la cantidad de aire de regeneración con una potencia de
deshumectación reducida también se reduce la energía de
calentamiento requerida para la regeneración del rotor de
absorción.
Por medio de un secado del aire por medio del
rotor de absorción se puede reducir de un modo considerable el coste
para una preparación confortable de aire exterior caliente y
húmedo. Al realizarse la deshumectación en el sector de
deshumectación del rotor de absorción, ciertamente se calienta la
corriente principal de un modo relativamente fuerte. Sin embargo,
condicionada por las elevadas temperaturas exteriores y la reducida
humedad absoluta de la corriente principal en la salida del rotor
de absorción, la refrigeración de retorno necesaria se lleva a cabo
desde el punto de vista energético de un modo extremadamente
adecuado en el refrigerador de retorno conectado a continuación.
Éste último, de hecho, no requiere un circuito de frío de baja
temperatura, de manera que esta refrigeración de retorno del aire
seco ocasiona únicamente costes de funcionamiento muy reducidos.
Puesto que la deshumectación no requiere ninguna instalación de
refrigeración, la potencia de la instalación de refrigeración que,
dado el caso, sea necesaria para una refrigeración posterior, se
puede diseñar fundamentalmente más reducida. Como consecuencia de
esto, también hay que preparar una potencia máxima eléctrica
fundamentalmente más reducida, lo cual tiene un efecto
extraordinariamente positivo en el gasto de electricidad. En un
secado de aire con rotor de absorción se ha de conseguir, además,
humedades absolutas claramente inferiores que por medio del
sobreenfriamiento del aire al punto de condensación. Las humedades
absolutas inferiores garantizan un mejor clima en el local, y
consiguen además una mayor seguridad contra la conformación de
condensado al emplear las cubiertas de refrigeración de ahorro de
energía. Desde el punto de vista higiénico, la deshumectación en el
rotor de absorción es así mismo mucho mejor que en un refrigerador
de aire que produce una condensación. Puesto que el rotor se seca
de un modo continuado, se evitan de un modo efectivo el condensado
existente y las superficies húmedas continuamente, que dan a las
bacterias y a las algas la posibilidad de reproducirse. El secado
del rotor de absorción con aire limpio caliente tiene
adicionalmente un cierto efecto germicida y limpiador.
La corriente de aire secundaria se calienta
preferentemente a una temperatura de 60 a 120C. El aire exterior
caliente y húmedo en la corriente de aire principal se puede
calentar entonces en la deshumectación en el rotor de absorción de
6 a 35ºC. Sin embargo, en el caso normal, este calentamiento tiene
un valor por debajo de 20ºC.
Condicionado por medio de las elevadas
temperaturas del aire y de la humedad absoluta reducida de la
corriente principal en la salida del rotor de absorción, se puede
realizar el intercambio de energía en el refrigerador de retorno a
temperaturas relativamente elevadas, lo que abre el camino a
realizaciones del refrigerador de retorno que representan un ahorro
considerable de energía. De este modo, el refrigerador de retorno,
por ejemplo, puede comprender un intercambiador de calor de placas,
en el que la corriente principal secada y calentada en el rotor de
absorción es guiada en la parte primaria a través de un
intercambiador de calor de placas, y en este es refrigerada por
medio de una evaporación de agua en la parte secundaria. El mismo
principio de funcionamiento también se puede realizar, bajo ciertas
circunstancias, con otros intercambiadores de calor, en el que el
intercambiador de calor de placas, sin embargo, presenta claramente
la ventaja de una mayor superficie de intercambio.
Por detrás del refrigerador de retorno, que está
conformado, por ejemplo, como intercambiador de calor de placas, la
corriente principal, en caso de que sea necesaria, estando seca, es
decir, sin una separación de agua adicional, se puede refrigerar a
la temperatura deseada del aire de entrada, en donde entonces se
puede hacer uso de un circuito de refrigeración de baja
temperatura.
El intercambiador de calor de placas,
ventajosamente, es un intercambiador de calor de placas de
aire-aire que es solicitado en la parte primaria con
la corriente principal secada y calentada, y en la parte primaria
con una corriente de aire de salida del local. En la parte
secundaria, este intercambiador de calor de placas presenta una
superficie de intercambio hidrófila. Esta última se humedece con
agua que es absorbida después de la evaporación refrigerante en la
superficie de la parte secundaria de la corriente de aire de salida
del local. Los intercambiadores de calor de placas de este tipo
obtienen con un requerimiento de agua relativamente pequeño una
potencia frigorífica relativamente grande, en particular en caso de
que esté disponible una corriente de aire de salida relativamente
seca que además esté fundamentalmente más fría que la corriente
principal calentada. El hecho de que la refrigeración de la
corriente principal secada se realice en este caso en seco, es
decir, sin una separación adicional de agua, tiene un efecto que
evidentemente es positivo, así mismo, por lo que se refiere a la
potencia frigorífica.
En el invierno, el intercambiador de calor de
placas, o bien un equivalente del intercambiador de calor de
placas, también se puede emplear por lo demás sin humedecer la
superficie de la parte secundaria para una recuperación del calor a
partir de la corriente del aire de salida. Gracias a ello se
consigue sin necesidad de inversiones adicionales un coeficiente
excelente de recuperación del calor.
En el caso de que durante el tiempo de transición
no sea posible ni una recuperación del calor ni una refrigeración en
el intercambiador de calor de placas, entonces la corriente
principal se hará pasar ventajosamente a través de un conducto de
derivación junto al intercambiador de calor de placas. Gracias a
ello se puede ahorrar así mismo energía de transporte para el
aire.
La instalación de VM presenta adicionalmente, de
un modo ventajoso, al menos un intercambiador de calor que está
conectado por detrás del intercambiador de calor de placas en la
corriente principal, y que en invierno sirve para la calefacción y
en verano para la refrigeración.
A continuación se describe y se comenta una
realización de la invención a partir de la figura anexa y de una
comparación de coste de energía.
Fig. 1: es un esquema de conexiones de una
instalación de la técnica de ventilación de locales para la
preparación de aire exterior caliente y húmedo según un
procedimiento conforme a la invención.
Una corriente de aire exterior 10 caliente y
húmeda es aspirada por un ventilador 12 regulable por flujo
volumétrico (por ejemplo un ventilador 12 regulado por el número de
revoluciones por unidad de tiempo o por rotación 12) por medio de
una rejilla de aspiración 14 y de un filtro de aire exterior 16. En
el lado de impulsión, esta corriente de aire exterior 10 se divide
entonces en una corriente principal 18 y una corriente secundaria
20.
El símbolo de referencia 22 designa un rotor de
absorción, tal y como se fabrica, por ejemplo, por la empresa Carl
Munters (Alemania) para la deshumectación de aire y el secado en
instalaciones industriales en la técnica militar. La corriente de
aire del proceso 18 es guiada a través de un sector de
deshumectación 24, en el que la superficie hidrófila del rotor
absorte (o bien adsorbe) moléculas de agua del aire. En un sector
de regeneración 26 se vuelve a evaporar el agua absorbida por la
superficie hidrófila del rotor e absorción 22 por medio de una
corriente de aire caliente de regeneración, para a continuación ser
extraída con el aire de regeneración como vapor de agua. El rotor
de absorción 22 gira en este caso aproximadamente a 8 revoluciones
por hora. La superficie hidrófila del rotor de absorción 22 puede
presentar característica bacteriostáticas adicionales.
Según la presente invención, la corriente
principal 18 aspirada por el ventilador 12 es guiada a través del
sector de deshumectación 24 del rotor de absorción 22. La corriente
secundaria se calienta en un calentador de aire 28 a una
temperatura que va de 70 a 90ºC, y es guiada como aire de
regeneración a través del sector de regeneración 26 del rotor de
absorción 22. En la salida del sector de deshumectación 24, la
corriente principal presenta, por ejemplo, una humedad absoluta
reducida en un valor de 3 a 5 g/kg, y una temperatura incrementada
aproximadamente en un valor de 8 a 20ºC. La corriente de aire
secundaria 20 presenta en la salida del sector de regeneración 26,
por ejemplo, una temperatura de 40 a 50º y una humedad absoluta de
20 a 30 g/kg. La corriente de aire secundaria 20 se mezcla a
continuación en una corriente de salida 30, y se extrae con ésta a
la atmósfera.
Un primer órgano de regulación de la circulación,
como por ejemplo una tapa de estrangulación 32, hace posible hacer
pasar a la corriente de aire principal total o parcialmente a
través de un conducto de derivación 34 junto al rotor de absorción
22. Gracias a ello, con una demanda reducida de deshumectación, se
puede reducir de un modo considerable la energía requerida para el
transporte de la corriente principal 18, ya que el conducto de
derivación 34 representa una resistencia al aire mucho menor que el
sector de deshumectación 24 del rotor de absorción 22. Un segundo
órgano de regulación de la circulación, como por ejemplo una tapa
de estrangulación 36, hace posible adaptar la corriente de aire
secundaria 20 a la potencia deshumectación requerida, y con ello,
hace posible reducir, del mismo modo, la energía requerida para el
transporte y para el calentamiento de la corriente secundaria 20
con una potencia de deshumectación reducida. En caso de que no
exista ninguna necesidad de deshumectación porque la humedad
absoluta del aire exterior ya está por debajo del valor deseado,
entonces el primer órgano de regulación de la circulación 32 está
completamente abierto, se manera que casi toda la corriente
principal 18 se conduce a través del conducto de derivación 34, y
el segundo órgano de regulación de la circulación 36 está
completamente cerrado, de manera que la corriente secundaria 20
está liberada. Los dos órganos de regulación de la circulación 32,
36, así pues, se desplazan fundamentalmente de modo antisimétrico,
es decir, cuando se are un órgano de regulación de la circulación,
se cierra el otro, y viceversa. La cantidad de aire en al corriente
principal 18 se mantiene así constante en su mayor parte por medio
de la regulación del flujo volumétrico del ventilador 12.
La corriente principal del aire exterior secada y
calentada en el rotor de absorción se refrigera a continuación en
un intercambiador de calor de placas 40. Esta refrigeración se
realiza por medio de una evaporación adiabática de agua en la
corriente de salida 30 que fluye a través de la parte secundaria del
intercambiador de calor de placas de corriente cruzada 40. Este
tipo de intercambiador de calor de placas para refrigeración por
evaporación se comercializa, por ejemplo, por la empresa Polybloc
AG (Suiza) bajo la designación de "Intercambiador de calor de
placas con "softcool"". En la parte secundaria, un
intercambiador de calor de este tipo presenta una superficie
hidrófila, que por medio de toberas especiales 42 se humedece del
modo más homogéneo posible con agua pulverizada de un modo muy fino.
La corriente de salida 30 relativamente seca que sale del edificio
climatizado es conducida por medio de esta superficie hidrófila de
la parte secundaria, en la que se absorbe el agua que se evapora en
la superficie hidrófila. Por medio de esta evaporación se extrae
energía calorífica a las paredes intermedias del intercambiador de
calor de placas 40, y con ello también a la corriente principal 20
de la parte primaria. En este caso, el rendimiento es relativamente
alto, ya que la corriente principal de la parte primaria, al entrar
en el intercambiador de calor, está muy caliente y seca, y el aire
de salida de la instalación de climatización es igualmente
relativamente seco y presenta una temperatura de punto de
condensación de aproximadamente 18,5ºC. Con ello, la corriente
principal 18 seca y caliente se puede refrigerar sin problemas de
15 a 25ºC, pudiéndose garantizar sin más una temperatura máxima de
24 a 28ºC en la salida de la parte primaria del intercambiador de
calor de placas 40 La regulación de la potencia de refrigeración se
lleva a cabo, por ejemplo, por medio de una regulación de encendido
/ apagado de la humidificación de la superficie de la parte
secundaria del intercambiador de calor de placas 40. En invierno, el
intercambiador de calor de placas también se puede emplear sin la
humidificación también para la recuperación del calor de la
corriente de aire de salida 30, por medio de lo que se reduce la
energía calorífica requerida. Un conducto de derivación 44 hace
posible hacer pasar la corriente principal de modo regulado
saltando el intercambiador de calor de placas 40, en caso de que no
tenga sentido ni una refrigeración ni una recuperación del
calor.
El símbolo de referencia 50 designa un
intercambiador de calor en el que la corriente principal 18 se
refrigera a la temperatura de aire de entrada deseada de modo seco,
es decir, sin una separación adicional de agua. El intercambiador
de calor 50 está conectado a un circuito de agua fría 51. Una
válvula de tres vías 52 y una bomba 54 hacen posible una regulación
precisa de la potencia frigorífica. Hay que tener en cuenta que el
circuito de agua fría 51 se puede operar con temperaturas
relativamente altas (14ºC/20ºC), ya que en la refrigeración
secundaria 50 el aire ya no ha de ser deshumedecido.
En invierno, el intercambiador de calor 50
también se puede operar como calentador de aire. Para ello está
previsto, por ejemplo, un intercambiador de calor de
agua-agua 56, que con la válvula de tres vías 52
cerradas, calienta el agua circulada por la bomba 54 a través del
intercambiador de calor 50.
Finalmente hay que indicar que la corriente de
aire de salida 30 se transporta al aire libre por medio de un
ventilador para la salida de aire 60 y por medio de una rejilla
para la salida de aire 62, y en el sistema de salida de aire no se
requiere ningún filtro antes del intercambiador de calor.
Las temperaturas mencionadas previamente son
conformes a la práctica, y se refieren a potencias de deshumectación
de 3 a 4 g/kg. Con otro diseño, las temperaturas y las potencias se
desplazan de modo correspondiente a los fundamentos físicos.
A continuación se compara el sistema descrito
anteriormente conforme a la invención con un sistema con una
refrigeración tradicional, es decir, un sistema con compresores de
émbolo, un circuito de agua fría 6/12ºC, un refrigerador por aire
de agua fría y un calentador secundario.
Para hacer que la comparación sea fácil de
comprender, se utiliza en parte un modelo de cálculo simplificado.
Para una comparación correcta de los costes de energía, además, se
parte del hecho de que los dos sistemas aportan la misma potencia
de deshumectación (máxima humedad absoluta garantizada del aire de
entrada 9 g/kg). A este respecto hay que indicar, sin embargo, que
el rotor de absorción 22 del sistema conforme a la invención podría
garantizar sin problema una humedad absoluta del aire de entrada
por debajo de 8 g/kg, mientras que en una refrigeración tradicional
normalmente no se está por debajo de una humedad absoluta de 10
g/kg.
Por razones de simplicidad, se parte del hecho de
que la temperatura del aire de entrada está ajustada a un valor
fijo.
La demanda de energía anual para la calefacción,
refrigeración y deshumectación no ha sido calculada según el
documento VDI 2071 (DE), sino tomando como bases las temperaturas
del aire de salida asignadas a la temperatura deseada del aire de
salida dependiendo de la temperatura del aire exterior. Este
procedimiento entrega valores considerablemente más precisos en la
determinación de la potencia de recuperación de refrigeración.
En caso de que el aire exterior se seque en un
refrigerador por aire de agua fría clásico, que está conectado a un
circuito de agua fría 6/12ºC, entonces éste debe ser sobreenfriado
para una reducción de la humedad absoluta a 9,0 g/kg a una
temperatura del punto de condensación de 12,4ºC (a este punto de
condensación se corresponde una entalpía de 35 kJ/kg). A
continuación, la corriente de aire exterior se ha de calentar de
nuevo a la temperatura deseada del aire de entrada de 18,5ºC. Esta
destrucción de energía se lleva a cabo siempre que la humedad
absoluta del aire exterior sobrepase una humedad absoluta máxima
deseada de 9,0 g/kg. Esto es según la estación meteorológica Trier
(Alemania) 1322 h/a.
Según esto, se ha de aplicar cada año una energía
de refrigeración adicional que no se puede usar de:
3,3333 kg/s x 1 kJ/kgK x (12,4ºC - 18,5ºC) x
1.322 h/a = -26.881 kWh/a
La misma cantidad de energía es necesaria como
energía calorífica para el calentamiento posterior del aire
sobreenfriado a 18,5ºC de temperatura del aire de entrada, y por
medio de ello se vuelve a empeorar el balance de energía.
\vskip1.000000\baselineskip
| Refrigeración: | -10.640 kWh/a |
| Recuperación del frío (8% de 10.640 kWh): | 851 kWh/a |
| Deshumectación: | -10.190 kWh/a |
| Sobreenfriamiento hasta el punto de condensación | |
| para la deshumectación: | -26.881 kWh/a |
| Demanda total de energía frigorífica por año | -46.860 kWh/a |
\vskip1.000000\baselineskip
Potencia frigorífica que ha de ser instalada:
3,3333 kg/s x
(35 kJ/kg - 63 kJ/kg) = 93,33
kW
Potencia calorífica posterior que ha de ser
instalada:
3,3333 kg/s x 1
kJ/kgK x (18,5ºC - 12,4ºC) = 20,00
kW.
En un sistema conforme a la invención, la
potencia calorífica se utiliza para la regeneración del rotor de
absorción 22. Con la máxima potencia de deshumectación se necesitan
para el funcionamiento de la regeneración del rotor de absorción
3,175 m^{3}/h (= 0,8819 m^{3}/s ó 1,0583 kg/s) de aire de
regeneración con una temperatura de 80ºC.
La potencia calorífica máxima requerida para la
regeneración del rotor de absorción 22, según esto, tiene un valor
de:
1,0583 kg/s x
(80ºC - 32ºC) x 1,004 kJ/kg/K = 51,0
kW
La potencia calorífica máxima del calentador de
aire 28, sin embargo, se requiere únicamente con la máxima potencia
de deshumectación del rotor de absorción 22, es decir, cuando el
aire exterior presenta una humedad absoluta de 12,0 g/kg. Sin
embargo, un estado tal del aire exterior en la región de Trier se
da estadísticamente sólo para 141 h/a. Durante el resto de horas se
requiere una potencia de deshumectación menor, es decir, que el
rotor de absorción requiere así mismo una menor potencia calorífica
para su regeneración. Haciendo la media a lo largo del año, la
potencia calorífica para la regeneración del rotor de absorción
tiene un valor, para aproximadamente un tercio (simplificación en
el modelo de cálculo) de la potencia máxima, de 51 kW, es decir,
aproximadamente 17 kW.
Para las 1322 horas de funcionamiento por año, en
las que en la región de Trier la humedad absoluta del aire exterior
está entre 9,0 g/kg y 12 g/kg, existe, según esto, una necesidad de
energía calorífica para la regeneración del rotor de absorción 22
de:
17 kW x 1322
h/a = 22.474
kWh/a
Por detrás del rotor de absorción 22, el aire
exterior presenta la humedad deseada del aire de entrada de 9 g/kg,
y una temperatura incrementada de 43ºC.
Este aire caliente y seco (humedad relativa del
aire menor que 20%) se suministra a continuación al intercambiador
de calor de placas 40 para ser refrigerado con una humedad absoluta
constante de 9,0 g/kg a 25ºC. Esta refrigeración se lleva a cabo
por medio de una evaporación adiabática de agua en la corriente de
aire de salida 30 que fluye a través de la parte secundaria del
intercambiador de calor de placas.
Por detrás del intercambiador de calor de placas
40 se refrigera entonces el aire de entrada desde 25ºC a la
temperatura deseada del aire de entrada de 18,5ºC en el
intercambiador de calor 50 que trabaja como refrigerador por aire de
agua fría que no produce condensación. La potencia frigorífica
requerida para esto tiene un valor de:
3,3333 kg/s x
(18,5ºC - 25ºC) x 1,004 kJ/kg/K = -21,7
kW
La potencia frigorífica que se ha de instalar en
el sistema conforme a la invención, según esto, tiene un valor que
sólo es un 18% de la potencia frigorífica que se ha de instalar en
el sistema con refrigeración tradicional (21,7 kW comparado con
93,33 kW).
De la demanda de energía anual para la
refrigeración (10.640 kWh/a), el rotor de absorción 22 junto con el
intercambiador de calor de placas 40 cubren aproximadamente el 84%,
es decir 8.937,6 kWh/a. Este rendimiento extremadamente alto está
basado en las condiciones de empleo adecuadas del intercambiador de
placas, que tiene las condiciones de empleo óptimas con una
temperatura diferencial de 35 K con aproximadamente la misma
temperatura del aire de salida con superficie humedecida por
agua.
De la demanda de energía anual para la
deshumectación (10.190 kWh/a), el rotor de absorción cubre un
100%.
Para las instalaciones refrigeradoras, incluyendo
los grupos auxiliares, se parte para la comparación de una relación
3:1 de la potencia frigorífica respecto a la energía eléctrica
consumida.
La instalación con refrigeración tradicional,
según esto, tiene un consumo de potencia eléctrica máximo para la
generación de frío de:
93,33 kW : 3 =
31,11
kW
El consumo anual de energía eléctrica para la
generación de frío tiene un valor de:
47.740 kWh/a :
3 = 15.913
kWh/a
La pérdida de presión del refrigerador por aire
con colector de gotas (0,2 kPa) se produce a lo largo de todo el
tiempo de funcionamiento, es decir, durante 4.380 h/a. Con un
rendimiento total de la unidad de ventilador-motor
del 50%, se requiere la siguiente energía eléctrica para el paso
por el refrigerador por aire con colector de gotas:
(2,7778
m^{3}/s x 0,2 kPa / 0,50) x 4380 h = 4.866
kWh/a
En un sistema conforme a la invención se requiere
para la generación de frío 21,7 kW : 3 = 7,2 Kw de potencia
eléctrica.
El consumo de energía anual para la generación de
frío tiene un valor de:
(10.640 kWh/a -
8950 kWh/a) / 3 = 563,3
kWh/a
La pérdida de presión que está a disposición para
el aire de regeneración tiene un valor, aproximadamente, de 1 kPa.
Para el transporte de la cantidad de aire de regeneración, se
consume, con un rendimiento total de la unidad de
ventilador-motor del 50%, la siguiente potencia
eléctrica máxima:
0,88194 \
m^{3}/s \ x \ 1 kPa / 0,50 \sim 1,76 \
kW
Sólo se requiere aire de regeneración en el caso
de que la humedad absoluto del aire exterior sobrepase el valor de
9,0 g/kg. Esto son 1322 h en el año. Además, la cantidad de aire de
regeneración se regula en función de la potencia de deshumectación
necesaria, de manera que el consumo de potencia eléctrica
promediado a lo largo del año para el transporte del aire de
regeneración tiene un valor que únicamente es, aproximadamente, un
33% (simplificación del modelo de cálculo) del consumo máximo de
potencia de 1,76 kW. El consumo de energía eléctrica para el
transporte del aire de regeneración tiene un valor por año de:
0,33 x 1,76
kW x 1322 h/a \sim 767.8
kWh/a
La pérdida de presión de la corriente principal
del aire exterior en el rotor de absorción 22 tiene un valor,
aproximadamente, de 0,5 kPa. Para el transporte de la cantidad de
la corriente principal, para un rendimiento total de la unidad de
ventilador-motor de 50%, se consume como máximo la
siguiente potencia eléctrica:
2,7778
m^{3}/s x 0,5 kPa / 0,50 \sim 2,78
kW
La corriente principal es conducida únicamente a
través del rotor de absorción en caso de que se requiera una
deshumectación. Esto es el caso durante 1322 h al año. Además,
dependiendo de la potencia de deshumectación requerida, se pasa una
parte de la corriente principal saltando al rotor de absorción a
través de un conducto de derivación, de manera que el consumo de
potencia eléctrica promediado a lo largo del año para el transporte
de la corriente principal es, aproximadamente, un 33%
(simplificación del modelo de cálculo) del consumo máximo de
potencia de 2,78 kW. El consumo de energía eléctrica para el
transporte de la corriente principal, por año, tiene el siguiente
valor:
0,33 x 2,78 kW
x 1322 h/a \sim 1212,8
kWh/a
El consumo total de energía eléctrica en el
ventilador 12 para superar las pérdidas de presión en el rotor de
absorción 22, según esto, tiene un valor por año de:
767,8 kWh/a +
1212,8 kWh/a = 1980,6
kWh/a
Para completar la comparación entre los dos
sistemas se ha de tener en cuenta igualmente los diferentes números
de recuperación del calor.
En el sistema con refrigeración tradicional se
toma una recuperación de calor con un rendimiento del 50%.
Condicionado por la consideración de las temperaturas reales del
aire de salida referidas a la temperatura deseada del aire de
entrada dependiendo de la temperatura del aire exterior, esto se
corresponde con una tasa de cobertura del año del 62%. La energía
calorífica que se ha de generar, según esto, tiene un valor de:
124.150 kWh/a x
0,38 = 47.177
kWh/a
En el sistema conforme al invención, bajo estas
circunstancias, se puede fijar una retención de calor con un
rendimiento del 75%. Esto se corresponde con una tasa de cobertura
anual del 90%. La energía calorífica que se ha de generar, según
esto, tiene un valor de:
124.150 kWh/a x
0,10 = 12.415
kWh/a
| Máquina refrigeradora: | 15.913 kWh/a x 0,075 \euro /kWh | = | 1.194 \euro |
| Ventilador: | 4.866 kWh/a x 0,075 \euro /kWh | = | 365 \euro |
| Calefacción: | 47.177 kWh/a x 0,033 \euro /kWh | = | 1.557 \euro |
| Calefacción final: | 27.761 kWh/a x 0,015 \euro /kWh | = | 417 \euro |
| Suma | 3.533 \euro |
| Máquina refrigeradora: | 563,3 kWh/a x 0,075 \euro /kWh | = | 43 \euro |
| Ventilador: | 1980,6 kWh/a x 0,075 \euro /kWh | = | 149 \euro |
| Calefacción: | 12.415 kWh/a x 0,033 \euro /kWh | = | 410 \euro |
| Calefacción final: | 22.474 kWh/a x 0,015 \euro /kWh | = | 337 \euro |
| Suma | 939 \euro |
El sistema conforme a la invención trabaja de un
modo considerablemente más económico que un sistema con tecnología
de refrigeración convencional. Los costes de energía anuales
proporcionales al consumo del sistema conforme a la invención están
aproximadamente en un 24% de los costes correspondiente en un
sistema con tecnología de refrigeración convencional. Los costes
para la preparación de potencia están en una relación de 7,5 kW a
31 kW, es decir, en una relación de 1:4.
Adicionalmente, la tecnología de refrigeración
convencional requiere un coste de mantenimiento mayor, y trae
consigo mayores pérdidas por parada del servicio.
En un funcionamiento con carga parcial, se mejora
aún más el rendimiento de un sistema conforme a la invención. Según
éste, de un modo razonable, se puede partir del hecho de que los
costes totales de funcionamiento en el sistema conforme a la
invención son únicamente un 15 a 20% de los costes totales de
funcionamiento de una instalación de TVL tradicional comparable.
Adicionalmente hay que indicar que con un sistema
conforme a la invención tiene sentido, sin mayores problemas, una
reducción de la humedad absoluta del aire exterior a 8,0 g/kg, esto
es, una humedad absoluta considerablemente más reducida que en
sistemas con refrigeración tradicional. En instalaciones modernas
de TVL, en las que una parte de la carga frigorífica se cubre en
verano por medio de una cobertura de refrigeración, los valores
reducidos de humedad absoluta representan una ventaja, ya que por
medio de ellos se reduce de un modo muy considerable el peligro de
condensación en la cobertura de refrigeración.
Claims (15)
1. Procedimiento para la preparación de aire
exterior en una instalación de la técnica de ventilación de locales
con un rotor de absorción (22) como deshumectador de aire, en el
que:
un ventilador (12) aspira una corriente de aire
exterior;
esta corriente de aire exterior se divide en el
lado de impulsión del ventilador (12) en una corriente principal
(18) y una corriente secundaria (20);
la corriente principal (18) es guiada con la
finalidad de la deshumectación a través de un sector de
deshumectación (24) del rotor de absorción (22);
la corriente secundaria (20), después del
calentamiento en un calentador (28) es guiada como aire de
regeneración a través de un sector de regeneración (26) del rotor
de absorción (22);
la corriente principal (18) secada y calentada en
el rotor de absorción (22) es guiada a través de un refrigerador de
retorno (40), en el que es refrigerada;
caracterizado
porque
dependido de la potencia de deshumectación
requerida, la corriente principal (18) es pasada total y
parcialmente a través de un conducto de derivación (34) con un
primer órgano de regulación de la circulación (32), saltando al
rotor de absorción (22), y la corriente de aire secundaria (20) se
puede regular por medio de un segundo órgano de regulación de la
circulación (36), en el que la cantidad de aire en la corriente
principal (18) se mantiene constante por medio de una regulación
del flujo volumétrico del ventilador (12).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el segundo órgano de regulación de la
circulación (36) se cierra cuando se abre el primer órgano de
regulación de la circulación (32), y viceversa.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la corriente de
aire secundaria (20) se calienta a una temperatura de 60 a
120ºC.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el aire
exterior húmedo caliente se calienta en la deshumectación en el
rotor de absorción (22) otros 6 grados hasta 35ºC.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el refrigerador
de retorno (40) comprende un intercambiador de calor de placas
(40), en el que la corriente principal (18) secada y calentada en
el rotor de absorción (22) es guiada en su parte primaria a través
del intercambiador de calor de placas (40), y es refrigerada en
éste por medio de una evaporación de agua en la parte
secundaria.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque la corriente principal (18) se vuelve a
refrigerar a la temperatura deseada del aire de entrada en seco por
detrás del intercambiador de calor de placas (40).
7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6,
caracterizado porque el intercambiador de calor de placas
(40) es un intercambiador de calor de placas de
aire-aire, que se solicita en la parte primaria con
la corriente principal (18) secada y calentada, que se solicita en
la parte secundaria con una corriente de aire de salida del local
(30), y que en la parte secundaria presenta una superficie
hidrófila que se humedece con agua, que después de la evaporación
en la superficie de la parte secundaria es absorbida por la
corriente de aire de salida del local (30) de la parte
secundaria.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque en invierno se emplea el intercambiador
de calor de placas (40) sin humedecer la superficie de la parte
secundaria para una recuperación del calor a partir de la corriente
de aire de salida (30).
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque en el tiempo de transición, en caso de
que no sea posible ninguna recuperación de calor o refrigeración
final en el intercambiador de calor de placas (40), la corriente
principal (18) se pasa por un conducto de derivación (44) saltando
el intercambiador de calor de placas (40).
10. Instalación de la técnica de ventilación de
locales para la preparación de aire exterior, que comprende:
un ventilador (12) para la aspiración de una
corriente exterior de aire (10);
un rotor de absorción (22) con un sector de
deshumectación (24) y un sector de regeneración (26);
medios de conducción del aire entre el ventilador
(12) y el rotor de absorción (22), para la división de la corriente
de aire exterior (10) aspirada en una corriente principal (18) y
una corriente secundaria (20), guiándose la corriente principal
(18) a través del sector de deshumectación (24) del rotor de
absorción (22) para la deshumectación;
un calentador (28) para el calentamiento de la
corriente secundaria (20), en el que la corriente secundaria (20)
calentada es guiada como aire de regeneración a través del sector
de regeneración (26) del rotor de absorción (22), y un refrigerador
de retorno (40) para la refrigeración de la corriente principal
(18) sometida a una deshumectación en el sector de deshumectación
(24);
caracterizado
por
un conducto de derivación (34) con un primer
órgano de regulación de la circulación (32) que puentea el sector de
deshumectación (24) del rotor de absorción (22), de manera que la
corriente principal (18), en función de la potencia de
deshumectación pueda ser pasada total o parcialmente a través del
conducto de derivación (34) saltando al rotor de absorción (22);
un segundo órgano de regulación de la circulación
(36) en la corriente secundaria (20), de manera que la corriente de
aire secundaria (20) se puede regular en función de la potencia de
deshumectación; y
una regulación del flojo volumétrico del
ventilador (12) que mantiene constante en su mayor parte la
cantidad de aire en la corriente principal (18).
11. Instalación de la técnica de ventilación de
locales según la reivindicación 10, caracterizada porque los
medios de regulación están diseñados de tal manera que el segundo
órgano de regulación de la circulación (36) se cierra cuando se
abre el primer órgano de regulación de la circulación (32), y
viceversa.
12. Instalación de la técnica de ventilación de
locales según una de las reivindicaciones 10 u 11,
caracterizada porque antes del ventilador (12) están
conectados medios de filtrado (12).
13. Instalación de la técnica de ventilación de
locales según la reivindicación 10 a 12, caracterizada
por:
- un intercambiador de calor de placas aire-aire (40) que está conectado por detrás del sector de deshumectación (24) en la parte primaria en la corriente principal (18), y presenta en la parte secundaria una superficie de intercambio hidrófila y toberas (42) para humedecer esta superficie de intercambio con agua pulverizada de un modo fijo; y
- medios para el guiado de una corriente de aire de salida de la instalación de la técnica de ventilación de locales a través de la superficie de intercambio de la parte secundaria.
14. Instalación de la técnica de ventilación de
locales según la reivindicación 13, caracterizada por un
conducto de derivación (44) regulado que hace posible hacer pasar
la corriente principal (18) de un modo regulado saltando el
intercambiador de calor de placas (40).
15. Instalación de la técnica de ventilación de
locales según la reivindicación 13 ó 14, caracterizada por
al menos un intercambiador de calor (50) que está conectado por
detrás del intercambiador de calor de placas (40) en la corriente
principal (18).
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