WO2024175816A1 - Sistema de climatización de elevada eficiencia energética para edificaciones que incluye entrada para el flujo de aire del exterior aspirado y salida para el flujo de aire de impulsión tratado - Google Patents

Sistema de climatización de elevada eficiencia energética para edificaciones que incluye entrada para el flujo de aire del exterior aspirado y salida para el flujo de aire de impulsión tratado Download PDF

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WO2024175816A1
WO2024175816A1 PCT/ES2024/070089 ES2024070089W WO2024175816A1 WO 2024175816 A1 WO2024175816 A1 WO 2024175816A1 ES 2024070089 W ES2024070089 W ES 2024070089W WO 2024175816 A1 WO2024175816 A1 WO 2024175816A1
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air
water
outside
battery
cooling
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PCT/ES2024/070089
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Inventor
Rafael CRUZ MARZO
Original Assignee
Zarraluqui Navarro, Marta
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    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/001—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems in which the air treatment in the central station takes place by means of a heat-pump or by means of a reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F24F3/1405—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification in which the humidity of the air is exclusively affected by contact with the evaporator of a closed-circuit cooling system or heat pump circuit

Definitions

  • the present invention reveals an air conditioning system that incorporates a compact and autonomous unit that is capable of providing a very high quality of indoor air with a very high energy efficiency compared to current conventional air conditioning systems, affecting the reduction of the dry temperature of the outside air, total renewal of the indoor air, without recirculating or impoverishing it, providing an optimal indoor relative humidity for health and comfort, ionization of the indoor air.
  • Air conditioning installations for modern buildings such as large office structures, commercial complexes, warehouses and the like, conventionally comprise air handling units into which water or another heat exchange fluid is pumped by which the air is cooled (in summer) or heated (in winter) and circulated to the areas to be conditioned.
  • the heat exchange fluid for cooling is typically circulated through an evaporator/cooler of a refrigeration system which removes heat from the fluid.
  • the heat is delivered to a second heat exchange fluid which circulates through the condenser of the refrigeration system.
  • the second heat exchange fluid may also comprise water or another liquid or may comprise air in a refrigeration system.
  • SUBSTITUTION SHEET (RULE 26) evaporative or air-cooled cooler.
  • Such systems can also be designed to operate in reverse cycle and act as heat pumps to heat the air to be conditioned.
  • the cooling system will, of course, have a cooling/heating capacity appropriate to the capacity of the air conditioning installation. For high capacity installations, such as those incorporated in office buildings and apartments, a high performance cooling system is necessary to be able to handle the expected peak load.
  • patent application WO/2004/088219 discloses a refrigeration cycle energy efficiency improvement system composed of: an auxiliary heat exchanger unit for heat exchange between high-pressure liquid refrigerant and low-pressure vapor refrigerant; and a cabinet housing a pressure support value placed at an inlet of an inner pipe of the auxiliary heat exchanger unit, and the pressure of the liquid refrigerant having high pressure condensed in the outdoor heat exchanger being reduced by the pressure support value, maintaining the condensed pressure of the outdoor heat exchanger.
  • the system can be used to accompany with ordinary air cooler and heat pump, etc.
  • Korean patent application KR100776371 shows a high-efficiency refrigeration system for saving energy and a control method thereof for operating a compressor requiring high power at a low compression ratio by maximally utilizing a heat source of a condenser, thereby increasing the operating efficiency of the compressor.
  • a liquid refrigerant pressure control valve (101) controls a high-pressure liquid refrigerant to the refrigerant supply pressure intended for capacity selection of an expansion valve (8).
  • a gas/liquid heat exchanger (102) removes flash gas generated by decompression of the high-pressure liquid refrigerant from the pressure control valve and performs heat exchange between the low-temperature and low-pressure refrigerant gas and the liquid refrigerant.
  • SUBSTITUTION SHEET (RULE 26)
  • the present invention surpasses the energy efficiency of systems known in the art, since it uses water in combination with a direct expansion system to achieve a lowering of the outside air temperature with minimum electrical consumption, while providing it with humidity in a natural way due to the process.
  • This system is capable of achieving this quality of indoor air by influencing the following parameters: lowering the dry temperature of the outside air, total renewal of the indoor air, without recirculating or impoverishing it, providing an optimal indoor relative humidity for health and comfort, ionization of the indoor air, elimination of polluting gases from the interior by overpressure.
  • the present invention has a direct expansion system installed in an adiabatic environment, where the evaporation battery and the condensation battery never suck in air under the outside temperature conditions, but do so at several degrees below the same by cooling the outside air as many degrees as possible due to its wet bulb depression.
  • This especially increases the thermodynamic performance of the unit, by collecting water from each battery at increasingly lower temperatures in the course of the process that occurs in a "cascade", in such a way that it is capable of providing a very high quality of indoor air with a very high energy efficiency compared to current conventional air conditioning systems, and operating at total renewal of the indoor air, all of this resulting in savings in electricity consumption much higher than conventional air conditioning systems existing today.
  • FIG 1.- It is a schematic view of the air conditioning system of the invention, where arrows are shown for the inlet of the air drawn in from outside to the system and by means of outlet arrows the flow of air driven by the system to the outside. A section is shown
  • SUBSTITUTION SHEET (RULE 26) pre-cooling section that draws air from outside and includes a water-air thermodynamic exchange battery (1), an adiabatic exchange system (2) and a condensation battery of the direct expansion system (6). Also shown is a cooling section that draws air from outside that includes a water-air thermodynamic exchange battery (4), a direct thermodynamic exchange system (5) and an evaporator battery of the direct expansion system (7).
  • FIG 2. - It is a perspective view of a preferred embodiment, where a pre-cooling section is shown that draws air from outside and that includes a water-air thermodynamic exchange battery (1) that is fed by the water collected by a water pump (BAT1), an adiabatic exchange system (2), a water tank of the pre-cooling section (3) for the water that has not evaporated and that is close to or at the outside wet bulb temperature, in a first phase of the process and fed through said water pump (BAT 1) and a condensation battery of the direct expansion system (6); a cooling section that draws air from outside that includes a water-air thermodynamic exchange battery (4), a direct thermodynamic exchange system (5) fed by a water pump (MED1) that sends the water from the pre-cooling tank (3) and an evaporator battery of the direct expansion system (7); and a direct expansion system (8) installed in an adiabatic environment that is activated from the already reduced temperature section to which the adiabatic system (2) leads, and from there to the temperature required to drive the air to the
  • the present invention discloses a direct expansion system composed of a unit installed in an adiabatic environment, where the evaporation battery and the condensation battery never draw in air under the outside temperature conditions, but rather do so at several degrees below the same by cooling the outside air as many degrees as possible due to its wet bulb depression of the outside air.
  • the technology used by the device is based on a “cascade” process of cooling water and air inside it and which occurs between a Pre-Cooling Section and a Cooling Section. The water temperature will be progressively cooled to the different wet bulb temperatures to which the air will be drawn in the successive stages and processes, and which will progressively drop below the wet bulb temperature of the air in the different stages and processes.
  • SUBSTITUTION SHEET (RULE 26) processes.
  • the air temperature will cool progressively, aided by the cooled water, and will do so both without variation in enthalpy and with variation in enthalpy.
  • the system unit has a sophisticated sensor-based control system, which, depending on the outside air conditions, the inside temperature of the building and the primary air supply temperature of the equipment, the system presents 4 levels of air cooling in order to obtain maximum energy efficiency: Ventilation, Indirect Cooling, Indirect/Direct and Hybridization.
  • the unit uses the direct expansion system acting as a heat pump, which reverses the cycle depending on whether it needs to supply hot or cold air.
  • the cooling section recirculates part of the interior air
  • the Pre-cooling Section recirculates the fresh interior air, expelling it to the outside after having recovered its energy in the corresponding direct expansion system coil.
  • the high energy efficiency air conditioning system for buildings includes an inlet for the flow of aspirated outside air and an outlet for the flow of treated supply air.
  • the high energy efficiency air conditioning system of the present invention comprises: a pre-cooling section whose purpose is to cool water without the use of mechanical compression at the different wet bulb temperatures of the intake air. In addition, it has the function of cooling the condensation battery of the direct expansion system with the cold air resulting from the water cooling process.
  • This pre-cooling section includes a water-air thermodynamic exchange battery (1) fed by the water collected by a water pump (BAT1), an adiabatic exchange system (2), a water tank of the pre-cooling section (3) for the water that has not evaporated and that is close to the outside wet bulb temperature fed through said water pump (BAT1) and a condensation battery of the direct expansion system (6).
  • the system also has a cooling section whose purpose is to treat, in the different stages of the air cooling process that it implements, the primary air that will be introduced into the interior of the building to be air-conditioned. It also has the function of cooling the water that will be collected in the water tank (3) of the pre-cooling section by a device created for this purpose, this especially increases the thermodynamic performance of the unit, by collecting water from each battery at increasingly lower temperature in the course of the process that occurs in "cascade", and which will be carried by the
  • the water pump specified in the Pre-Cooling Section is connected to the water-air exchange coils (4), (1 ).
  • the cold air flow from both Sections can be joined together for the air conditioning of the interior of the building under certain circumstances, often doubling the cooling power of the unit.
  • the Cooling Section also includes a water-air thermodynamic exchange coil (4), a direct thermodynamic exchange system (5) fed by a water pump (MED1 ) drawing water from the pre-cooling tank (3) and an evaporator coil of the direct expansion system
  • this Section also has the function of cooling the outside air before the evaporator battery draws in that air, so as mentioned above, it has a water pump that feeds the adiabatic exchange medium of this section.
  • the present invention also has a direct expansion system (8) installed in an adiabatic environment that is activated from the already reduced temperature range to which the adiabatic system (2) leads, and from there to the temperature required for the air supply to the interior of the building.
  • the direct expansion system (8) will only come into operation when the air temperature demand inside the building is such that the wet bulb depression conditions of the outside air do not allow it to be carried out only with the adiabatic system and it will do so only from the already reduced temperature range to which the adiabatic system leads, and from there (not from the dry temperature of the outside air), to the temperature required for the air supply to the interior of the building.
  • the air cooling process is developed as noted above by using water cooled to the different wet bulb temperatures of the air throughout the “cascade” process obtained by the design of the invention.
  • the Direct Expansion System does not operate.
  • SUBSTITUTION SHEET (RULE 26) reducing them, it is passed through a direct thermodynamic exchange system (2), this time adiabatic, and it is cooled again, this time without enthalpy variation while being ionized and humidified.
  • the water that has not evaporated and that is close to the external wet bulb temperature at this time, is collected at that temperature in the lower tank (3) to, through the aforementioned water pump (BAT1), be driven to the feed of both water-air exchange batteries (1 ), (4) and the adiabatic thermodynamic exchange medium (2) located in the Pre-Cooling Section of the equipment.
  • the water pump (BAT 1 ) drives the water cooled to the external wet bulb temperature thus obtained to the water-air thermodynamic exchange battery (4) located in the Cooling section of the equipment.
  • the air in the outside conditions is previously filtered, and passes to this battery (4) where it is cooled with enthalpy variation by pre-cooling it. Once thus pre-cooled, it passes to a direct thermodynamic exchange medium (5), which is fed by the water pump (MED1) sucking from the tank (3), where it is cooled again this time without enthalpy variation. At this point, the temperatures of the air thus obtained, that is, both its dry and humid temperature, have been reduced without the use of a direct expansion system, below the conditions of the dry and humid temperatures of the outside air.
  • MED1 water pump
  • the process is repeated in the same way in a constant chain, until reaching a temperature of the supply air in the Cooling Section that is at the temperature of the humid air bubble or even below that of the conditions of the air once treated by the indirect battery (4).
  • the air in the outside conditions passes once more to the Pre-Cooling Section previously filtered, and passes through the water-air thermodynamic exchange battery (1 ) mentioned in the first stage of the process, which is fed by the water collected in the water collection tank (3) by the pump (BAT1 ) and this time, is at a temperature much lower than the wet bulb temperature of the outside air.
  • the previously filtered air from the outside passes through this battery (1 ) and is again pre-cooled with enthalpy variation, but this time close to the wet bulb temperature of the final supply air of the Cooling Section in the last process.
  • the water that could condense this battery (1 ) will be collected at its bottom by the tank (3), cooling it even more.
  • thermodynamic exchange system (2) The air in the output conditions of the described process is passed again through the thermodynamic exchange system (2), further reducing its dry temperature.
  • the water resulting from the process and which has not evaporated is collected again in the lower tank (3).
  • the air in these conditions is passed this time through the condensation battery of the direct expansion system (6), which is already working.
  • the system achieves significant energy savings that facilitates the cooling process of the unit's supply air, with the help of the direct expansion system (6) with a minimum of electrical consumption. This working air is thrown outside hot and with high humidity.
  • the air from inside the building can be returned to the intake of this Pre-Cooling Section, significantly improving the energy efficiency of the unit, since this Section will operate in a recuperative mode of the energy carried by the already cooled air from inside the building without ceasing to operate at the total renewal of this interior air.
  • the air in the outside conditions is driven to the suction inlet of the Cooling Section, which will be treated by the air-water coil (4) this time with a temperature even lower than the previous process, cooling it once again.
  • the water that may condense in this coil (4) will be collected in the tank (3) from where the pump (BAT1) absorbs water.
  • SUBSTITUTION SHEET (RULE 26) having drawn it in at temperatures much lower than those of the outside air, with the consequent savings in electrical consumption and its corresponding increase in the energy efficiency of the unit object of this invention.
  • the condensation water produced will once again be collected in the tank (3) cooling it even more, where it is drawn in by the pump (BAT1).
  • the configuration of the unit can be adapted in its components, such as the position of the water pump suction in the lower tank position in both sections of the unit, or even the elimination of the water-air exchange coil (1 ), to adapt the performance of the unit to an adjustment in the cost of the unit, while still maintaining high energy efficiency.
  • the direct expansion system can also be eliminated, leaving the equipment only with the operation described for process A and maintaining very high energy efficiency.

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Abstract

La presente invención revela un sistema de climatización que incorpora una unidad compacta y autónoma que es capaz de dotar de una altísima calidad de aire interior con una eficiencia energética muy elevada. El sistema presenta una sección de pre-enfriamiento que aspira aire del exterior y que incluye una batería de intercambio termodinámico agua-aire (1) que se encuentra alimentada por el agua recogida por una bomba de agua (BAT1), un sistema de intercambio adiabático (2), un depósito de agua de la sección de pre-enfriamiento (3) para el agua que no ha evaporado y una batería de condensación del sistema de expansión directa (6);una sección de enfriamiento que aspira aire del exterior que incluye una batería de intercambio termodinámica agua–aire (4), un sistema de intercambio termodinámico directo (5) alimentado por una bomba de agua (MED1); un depósito de agua de la sección de enfriamiento y una batería evaporadora del sistema de expansión directa (7); y un sistema de expansión directa (8) instalado en un entorno adiabático.

Description

SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN DE ELEVADA EFICIENCIA ENERGÉTICA PARA EDIFICACIONES QUE INCLUYE ENTRADA PARA EL FLUJO DE AIRE DEL EXTERIOR ASPIRADO Y SALIDA PARA EL FLUJO DE AIRE DE IMPULSIÓN TRATADO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención revela un sistema de climatización que incorpora una unidad compacta y autónoma que es capaz de dotar de una altísima calidad de aire interior con una eficiencia energética muy elevada respecto a los sistemas de aire acondicionado convencional actuales, incidiendo en la rebaja de la temperatura seca del aire exterior, renovación total del aire interior, sin recircularlo ni empobrecerlo, dotar de una humedad relativa interior óptima para la salud y el confort, ionización del aire interior.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La comodidad y la productividad humanas requieren un control riguroso de la temperatura y la humedad. Durante siglos se han utilizado combustibles fósiles para suministrar calor y, en los últimos años, se han utilizado equipos de refrigeración que efectúan la transferencia de energía térmica por medios mecánicos que implican la compresión y expansión de un fluido de trabajo para el control de la refrigeración y la humedad. La observación confirma que la mayor parte de dichos equipos de refrigeración utilizan energía eléctrica como su principal fuente de energía y, de hecho, el rápido crecimiento de la capacidad de aire acondicionado, en los últimos años, ha impuesto demandas prácticamente intolerables a los sistemas de servicios públicos de energía eléctrica; y ha aumentado de manera similar la demanda de plantas de energía y de instalaciones de enfriamiento y rechazo de calor residual.
Las instalaciones de aire acondicionado para edificios modernos, tales como grandes estructuras de oficinas, complejos comerciales, almacenes y similares, comprenden convencionalmente unidades de tratamiento de aire a las que se bombea agua u otro fluido de intercambio de calor mediante el cual el aire se enfría (en verano) o se calienta (en invierno) y circulado a las áreas a acondicionar. El fluido de intercambio de calor para enfriamiento generalmente circula a través de un evaporador/enfñador de un sistema de refrigeración que elimina el calor del fluido. El calor se entrega a un segundo fluido de intercambio de calor que circula por el condensador del sistema de refrigeración. El segundo fluido de intercambio de calor también puede comprender agua u otro líquido o puede comprender aire en un sistema
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HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26) enfriador evaporative o enfriado por aire. Dichos sistemas también pueden diseñarse para operar en ciclo inverso y actuar como bombas de calor para calentar el aire a acondicionar. El sistema de refrigeración tendrá, por supuesto, una capacidad de refñgeración/calefacción adecuada a la capacidad de la instalación de aire acondicionado. Para instalaciones de alta capacidad, como pueden incorporarse en edificios de oficinas y apartamentos, es necesario un sistema de refrigeración de alto rendimiento para poder manejar la carga máxima esperada
Con el fin de limitar la cantidad de espacio ocupado en una casa o edificio residencial por los sistemas de aire acondicionado y calefacción, se ha vuelto deseable producir sistemas residenciales de aire acondicionado que también puedan servir como sistema de calefacción durante los meses de invierno y así proporcionar un completo acondicionamiento de espacios para residencias en una sola unidad, además es necesario que estos dispositivos de climatización sean muy eficientes, permitiendo reducir el gasto energético de tal manera que el ahorro en la factura de energía sea importante.
En el estado de la técnica, la solicitud de patente WO/2004/088219 revela un sistema de mejora de la eficiencia energética del ciclo frigorífico compuesto por: una unidad intercambiadora de calor auxiliar para el intercambio de calor entre líquido refrigerante de alta presión y vapor refrigerante de baja presión; y un gabinete que alberga un valor de soporte de presión colocado en una entrada de un tubo interior de la unidad de intercambiador de calor auxiliar, y la presión del líquido refrigerante que tiene alta presión condensada en el intercambiador de calor exterior el cual se reduce por el valor de soporte de presión, manteniendo la presión condensada del intercambiador de calor exterior. El sistema se puede utilizar para acompañar con el enfriador de aire ordinario y la bomba de calor, etc.
La solicitud de patente coreana KR100776371 muestra un sistema de refrigeración de alta eficiencia para ahorrar energía y un método de control del mismo para operar un compresor que requiere alta potencia a una baja tasa de compresión utilizando al máximo una fuente de calor de un condensador, aumentando así la eficiencia operativa del compresor. Una válvula de control de presión de líquido refrigerante (101 ) controla un líquido refrigerante a alta presión a la presión de suministro de refrigerante propuesta para la selección de capacidad de una válvula de expansión (8). Un intercambiador de calor gas/líquido (102) elimina el gas flash generado por la descompresión del líquido refrigerante a alta presión de la válvula de control de presión y realiza el intercambio de calor entre el gas refrigerante a baja temperatura y baja presión y el líquido refrigerante.
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HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26) La presente invención supera la eficiencia energética de los sistemas conocidos en al arte, ya que utiliza el agua en combinación con un sistema de expansión directa para conseguir rebajar la temperatura del aire exterior con un mínimo consumo eléctrico, dotándolo al mismo tiempo de humedad de una manera natural debido al proceso. Este sistema es capaz de conseguir esa calidad de aire interior al incidir sobre los siguientes parámetros: rebaja de la temperatura seca del aire exterior, renovación total del aire interior, sin recircularlo ni empobrecerlo, dotar de una humedad relativa interior que sea óptima, para la salud y el confort, ionización del aire interior, eliminación de gases contaminantes del interior por sobrepresión.
La presente invención dispone de un sistema de expansión directa instalado en entorno adiabático, donde la batería de evaporación y la batería de condensación nunca aspiran el aire en las condiciones de temperatura exterior, sino que lo hacen en varios grados por debajo de la misma al enfriar ese aire exterior tantos grados como sea posible por su depresión de bulbo húmedo. Esto incrementa especialmente el rendimiento termodinámico de la unidad, al ir recogiendo agua de cada batería a cada vez menor temperatura en el devenir del proceso que se produce en “cascada”, de tal manera que es capaz de dotar de una altísima calidad de aire interior con una eficiencia energética muy elevada respecto a los sistemas de aire acondicionado convencional actuales, y funcionando a renovación total del aire interior, todo esto repercute en un ahorro en el consumo eléctrico muy superior a los sistemas de aire acondicionado convencionales existentes en la actualidad.
DESCRIPCIÓN
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con el objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de la realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
FIG 1.- Es una vista esquemática del sistema de climatización de la invención, donde se muestran flechas de entrada del aire aspirado del exterior hacia el sistema y mediante flechas de salida el flujo de aire impulsado por el sistema hacia el exterior. Se muestra una sección
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HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26) de pre-enfriamiento que aspira aire del exterior y que incluye una batería de intercambio termodinámico agua-aire (1 ), un sistema de intercambio adiabático (2) y una batería de condensación del sistema de expansión directa (6). Se muestra además, una sección de enfriamiento que aspira aire del exterior que incluye una batería de intercambio termodinámica agua-aire (4), un sistema de intercambio termodinámico directo (5) y una batería evaporadora del sistema de expansión directa (7).
FIG 2. -Es una vista en perspectiva de una realización preferente, donde se muestra una sección de pre-enfriamiento que aspira aire del exterior y que incluye una batería de intercambio termodinámico agua -aire (1 ) que se encuentra alimentada por el agua recogida por una bomba de agua (BAT1 ), un sistema de intercambio adiabático (2), un depósito de agua de la sección de pre-enfriamiento (3) para el agua que no ha evaporado y que se encuentra cercana o a la temperatura de bulbo húmedo exterior, en una primera fase del proceso y alimentada a través de dicha bomba de agua (BAT 1 ) y una batería de condensación del sistema de expansión directa (6); una sección de enfriamiento que aspira aire del exterior que incluye una batería de intercambio termodinámica agua-aire (4), un sistema de intercambio termodinámico directo (5) alimentado por una bomba de agua (MED1 ) que envía el agua del depósito de pre-enfriamiento (3) y una batería evaporadora del sistema de expansión directa (7); y un sistema de expansión directa (8) instalado en un entorno adiabático que se activa desde el tramo de temperatura ya rebajada al que lleve el sistema adiabático (2), y desde ahí a la temperatura requerida para la impulsión del aire al exterior del sistema y, al interior de la edificación.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La presente invención revela un sistema de expansión directa compuesto por una unidad instalada en entorno adiabático, donde la batería de evaporación y la batería de condensación nunca aspiran el aire en las condiciones de temperatura exterior, sino que lo hacen en varios grados por debajo de la misma al enfriar ese aire exterior tantos grados como sea posible por su depresión de bulbo húmedo del aire exterior. La tecnología que utiliza el dispositivo se basa en un proceso en “cascada” de enfriamiento de agua y de aire en su interior y que se produce entre una Sección de Pre Enfriamiento y una Sección de Enfriamiento. La temperatura de agua se irá enfriando progresivamente a las diferentes temperaturas de bulbo húmedo a las que irá aspirando el aire en las sucesivos etapas y procesos, y que irá bajando progresivamente por debajo de la temperatura de bulbo húmedo del aire en los diferentes
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HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26) procesos. La temperatura del aire se irá enfriando progresivamente ayudado por el agua enfriada, y lo hará tanto sin variación de entalpia como con variación de la misma.
La unidad del sistema cuenta con un sofisticado sistema de control sensorizado, que, dependiendo de las condiciones del aire exterior, la temperatura interior del edificio y la de impulsión del aire primario del equipo, el sistema presenta 4 niveles de enfriamiento del aire con el fin de obtener el máximo de eficiencia energética: Ventilación, Enfriamiento Indirecto, Indirecto/Directo e Hibridación. En este caso, la unidad utiliza el sistema de expansión directa actuando como una bomba de calor, que invierte el ciclo según necesite aportar aire caliente o frío. Cuando suministra aire caliente, la sección de enfriamiento recircula parte del aire interior, y la Sección de pre enfriamiento recircula el aire interior de renovación, expulsándolo al exterior después de haber recuperado su energía en la batería del sistema de expansión directa correspondiente.
El sistema de climatización de elevada eficiencia energética para edificaciones incluye entrada para el flujo de aire del exterior aspirado y salida para el flujo de aire de impulsión tratado. El sistema de climatización de elevada eficiencia energética de la presente invención comprende: una Sección de pre-enfriamiento cuya finalidad es la de enfriar agua sin el uso de compresión mecánica a las diferentes temperaturas de bulbo húmedo del aire de aspiración. Además, tiene como función enfriar la batería de condensación del sistema de expansión directa con el aire frío resultante del proceso de enfriamiento del agua, esta Sección de preenfriamiento incluye una batería de intercambio termodinámico agua - aire (1 ) alimentada por el agua recogida por una bomba de agua (BAT1 ), un sistema de intercambio adiabático (2), un depósito de agua de la sección de pre-enfriamiento (3) para el agua que no ha evaporado y que se encuentra cercana a la temperatura de bulbo húmedo exterior alimentada a través de dicha bomba de agua (BAT1 ) y una batería de condensación del sistema de expansión directa (6).
El sistema dispone también de una Sección de enfriamiento cuya finalidad es la de ir tratando en las diferentes etapas del proceso de enfriamiento del aire que implementa, el aire primario que será introducido en el interior del edificio a climatizar. También tiene como función el enfriamiento del agua que será recogida en el depósito de agua (3) de la sección de pre- enfriamiento por un dispositivo creado al efecto, esto incrementa especialmente el rendimiento termodinámico de la unidad, al ir recogiendo agua de cada batería a cada vez menor temperatura en el devenir del proceso que se produce en “cascada”, y que será llevada por la
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HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26) bomba de agua especificada en la Sección de Pre Enfriamiento a las baterías de intercambio agua-aire (4), (1 ). El caudal de aire frío de ambas Secciones puede unirse para la climatización del interior del edificio bajo ciertas circunstancias, llegando a doblar en muchas ocasiones la potencia de frío de la unidad. La Sección de enfriamiento incluye, además, una batería de intercambio termodinámica agua-aire (4), un sistema de intercambio termodinámico directo (5) alimentado por una bomba de agua (MED1 ) aspirando el agua del depósito de pre-enfriamiento (3) y una batería evaporadora del sistema de expansión directa
(7). Al mismo tiempo, esta Sección tiene también la función de enfriar el aire exterior previamente a que la batería evaporadora aspire ese aire, por lo que como se mencionó anteriormente, cuenta con una bomba de agua que alimenta la media de intercambio adiabática de esta sección.
La presente invención dispone además de un Sistema de expansión directa (8) instalado en un entorno adiabático que se activa desde el tramo de temperatura ya rebajada al que lleve el sistema adiabático (2), y desde ahí a la temperatura requerida para la impulsión del aire al interior de la edificación. El Sistema de expansión directa (8) entrará en funcionamiento solo cuando la demanda de temperatura del aire en el interior del edificio sea tal, que las condiciones de depresión de bulbo húmedo del aire exterior no permitan realizarla solo con el sistema adiabático y lo hará solo desde el tramo de temperatura ya rebajada al que lleve el sistema adiabático, y desde ahí (no desde la temperatura seca del aire exterior), a la temperatura requerida para la impulsión del aire al interior del edificio.
El proceso de enfriamiento del aire se desarrolla como se señaló anteriormente mediante el uso de agua enfriada a las diferentes temperaturas de bulbo húmedo del aire a lo largo del proceso en “cascada” que se obtiene por el diseño de la invención.
En una primera etapa del proceso no existe funcionamiento del Sistema de expansión directa
(8), y el aire en las condiciones exteriores es aspirado por la Sección de Pre Enfriamiento filtrándolo previamente, y es pasado por una batería de intercambio termodinámico agua-aire (1 ), que está alimentada por el agua recogida por la bomba (BAT1 ) del dispositivo estratégicamente situado en el depósito de recogida de agua (3). Así pues, el aire previamente filtrado del exterior, pasa a través de esta batería de intercambio agua-aire (1 ) y es pre enfriado con variación de entalpia con aproximación a la temperatura de bulbo húmedo exterior. Una vez el aire exterior ha sido de este modo pre enfriado sin el uso de gases refrigerantes, y habiendo cambiado sus condiciones de temperaturas seca y húmeda
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HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26) reduciéndolas, es pasado por un sistema de intercambio termodinámico (2) directa, esta vez adiabática, y vuelve a ser enfriado, esta vez sin variación de entalpia al mismo tiempo que ionizado y humectado. El agua que no ha evaporado y que se encuentra cercana a la temperatura de bulbo húmedo exterior en este momento, es recogida a esa temperatura en el depósito inferior (3) para, a través de la mencionada bomba de agua (BAT1 ), impulsarse a la alimentación de ambas baterías de intercambio agua-aire (1 ), (4) y la media de intercambio termodinámico adiabática (2) situada en la Sección de pre Enfriamiento del equipo. Así pues, la bomba de agua (BAT 1 ) impulsa el agua enfriada a la temperatura de bulbo húmedo exterior así obtenida a la batería de intercambio termodinámica agua-aire (4) que se encuentra en la sección de Enfriamiento del equipo.
El aire en las condiciones exteriores es previamente filtrado, y pasa a esta batería (4) donde se enfría con variación de entalpia pre-enfriándolo. Una vez así pre-enfriado, pasa a una media de intercambio termodinámica directa (5), que está alimentada por la bomba de agua (MED1 ) aspirando del depósito (3), donde vuelve a ser enfriado esta vez sin variación de entalpia. En este punto, las temperaturas del aire así obtenido, es decir, tanto su temperatura seca como húmeda, han sido reducidas sin el uso de un sistema por expansión directa, por debajo de las condiciones de las temperaturas seca y húmeda del aire exterior.
El agua que no se ha evaporado en el sistema de intercambio (5) y que está a una temperatura inferior a la del aire húmedo exterior, es recogida en el depósito (3) de agua, para ser absorbido por la bomba de agua (BAT1 ) y llevado al circuito hidráulico que primero alimenta ambas baterías agua-aire (1 ) y (4) de intercambio termodinámico tanto de la sección de Pre Enfriamiento como de la de Enfriamiento al mismo tiempo e independientemente, y posteriormente, cuando se ha calentado, a la media de intercambio termodinámico de la sección de Pre Enfriamiento.
El proceso vuelve a reproducirse de igual manera en cadena de forma constante, hasta llegar a tener una temperatura del aire de impulsión en la Sección de Enfriamiento que está a la temperatura de bubo húmedo de aire o incluso por debajo, del de las condiciones del aire una vez tratado por la batería indirecta (4).
Una vez que esto se produce y se ha llegado mediante este proceso sucesivo en “cascada” a impulsar el aire por la Sección de Enfriamiento a la temperatura del aire húmedo en la salida de la batería (4); se inicia una segunda etapa del proceso que se describe a continuación,
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HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26) donde comienza el funcionamiento del sistema de expansión directa instalado en la unidad:
El aire en las condiciones exteriores pasa una vez más a la Sección de Pre Enfriamiento previamente filtrado, y pasa por la batería de intercambio termodinámico agua-aire (1 ) mencionada en la primera etapa del proceso, que está alimentada por el agua recogida en el depósito (3) de recogida de agua por la bomba (BAT1 ) y esta vez, se encuentra a una temperatura muy inferior a la de la temperatura de bulbo húmedo del aire exterior. El aire previamente filtrado del exterior pasa a través de esta batería (1 ) y es otra vez pre enfriado con variación de entalpia, pero esta vez próximo a la temperatura de bulbo húmedo del aire de impulsión final de la Sección de Enfriamiento en el último proceso. El agua que pudiera condensar esta batería (1 ), será recogida en su parte inferior por el depósito (3), enfriándola aún más.
El aire en las condiciones de salida del proceso descrito, es pasado de nuevo por el sistema de intercambio termodinámico (2), reduciendo aún más su temperatura seca. El agua resultante del proceso y que no se ha evaporado, vuelve a recogerse en el depósito inferior (3). El aire en esas condiciones es pasado esta vez por la batería de condensación del sistema de expansión directa (6), que ya está funcionando. Al estar la temperatura de este aire muy por debajo de la temperatura del aire exterior, el sistema consigue un ahorro energético importante que facilita el proceso de enfriamiento del aire de impulsión de la unidad, mediante la ayuda del sistema de expansión directa (6) con un mínimo de consumo eléctrico. Este aire que es de trabajo, es tirado al exterior caliente y con una alta humedad. Adicionalmente, en este paso se puede retornar el aire del interior del edificio a la aspiración de esta Sección de Pre Enfriamiento, mejorando de manera muy notable la eficiencia energética de la unidad, ya que esta Sección funcionará en modo recuperativo de la energía que lleva el aire ya enfriado del interior del edificio sin dejar de funcionar a renovación total de ese aire interior.
El aire en las condiciones exteriores, es impulsado a la toma de aspiración de la Sección de Enfriamiento, que será tratado por la batería aire-agua (4) esta vez con una temperatura aún inferior al proceso anterior, enfriándolo una vez más. El agua que pueda condensar en esta batería (4), será recogida en el deposito (3) de donde absorbe agua la bomba (BAT1 ).
En estas nuevas condiciones, esta vez pasará por la batería evaporadora del sistema de expansión directa (7) que está en funcionamiento, enfriándolo con variación de entalpia y
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HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26) habiéndolo aspirado en condiciones de temperatura muy inferiores a las del aire exterior, con el consiguiente ahorro en el consumo eléctrico y su correspondiente aumento en la eficiencia energética de la unidad objeto de esta invención. El agua de condensación que se produzca, será una vez más recogida en el depósito (3) enfriándola aún más, donde aspira la bomba (BAT1 ).
Es en esas condiciones de salida del aire de la batería evaporadora (7), que volverá a pasar por la media de enfriamiento adiabática (5) alimentada por la bomba de agua (MED1 ), para volver a bajar su temperatura. El agua no evaporada y en las condiciones de temperatura húmeda del aire en ese punto, es recogida de nuevo en el dispositivo del depósito inferior de la Sección de pre-enfriamiento para ser enviada a ambas baterías de intercambio agua-aire (1 ) y (4) y posteriormente al sistema de intercambio termodinámica (2) evaporativa de la Sección de Pre Enfriamiento, y repetir todo el proceso para continuar rebajando la temperatura del aire de impulsión al interior del edificio.
Se puede adaptar la configuración de la unidad en sus componentes, como por ejemplo la posición de la aspiración de las bombas de agua en la posición del depósito inferior en ambas secciones de la unidad, o incluso eliminar la batería de intercambio agua-aire (1 ), para adaptar el rendimiento de la unidad a un ajuste en el coste de la unidad, manteniendo aún, así una gran eficiencia energética. También puede eliminarse el sistema de expansión directa, quedando el equipo solo con el funcionamiento que se describe para el proceso A y manteniendo una eficiencia energética muy elevada.
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HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26)

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Sistema de climatización de elevada eficiencia energética para edificaciones que incluye entrada para el flujo de aire del exterior aspirado y salida para el flujo de aire de impulsión tratado y que se caracteriza por que comprende: una sección de pre-enfriamiento que aspira aire del exterior y que incluye una batería de intercambio termodinámico agua-aire (1 ) que se encuentra alimentada por el agua recogida por una bomba de agua (BAT1 ), un sistema de intercambio adiabático (2), un depósito de agua (3) para el agua que no ha evaporado y que se encuentra cercana a la temperatura de bulbo húmedo exterior alimentada a través de dicha bomba de agua (BAT 1 ) y una batería de condensación del sistema de expansión directa (6); una sección de enfriamiento que aspira aire del exterior que incluye una batería de intercambio termodinámica agua-aire (4), un sistema de intercambio termodinámico directo (5) alimentado por una bomba de agua (MED1 ) que envía el agua del depósito de pre-enfriamiento (3) y una batería evaporadora del sistema de expansión directa (7); y un sistema de expansión directa (8) instalado en un entorno adiabático que se activa desde el tramo de temperatura ya rebajada al que lleve el sistema adiabático (2), y desde ahí a la temperatura requerida para la impulsión del aire al exterior de la unidad y, al interior de la edificación.
2.- Sistema de climatización de elevada eficiencia energética para edificaciones que incluye entrada para el flujo de aire del exterior aspirado y salida para el flujo de aire de impulsión tratado según la reivindicación 1 y que se caracteriza por que el sistema cuenta con un sistema de control sensorizado que depende de las condiciones del aire exterior, la temperatura interior del edificio y la de impulsión del aire primario del equipo.
3.- Sistema de climatización de elevada eficiencia energética para edificaciones que incluye entrada para el flujo de aire del exterior aspirado y salida para el flujo de aire de impulsión tratado según la reivindicación 1 y que se caracteriza por que el sistema presenta 4 niveles de enfriamiento del aire: Ventilación, Enfriamiento Indirecto, Indirecto/Directo e Hibridación.
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HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26)
4.- Sistema de climatización de elevada eficiencia energética para edificaciones que incluye entrada para el flujo de aire del exterior aspirado y salida para el flujo de aire de impulsion tratado según la reivindicación 1 y que se caracteriza por que el sistema de expansión directa (8) es una bomba de calor, que invierte el ciclo según necesite aportar aire caliente o frío.
5.- Sistema de climatización de elevada eficiencia energética para edificaciones que incluye entrada para el flujo de aire del exterior aspirado y salida para el flujo de aire de impulsión tratado según la reivindicación 1 y que se caracteriza por que cuando suministra aire caliente, la Sección de enfriamiento recircula parte del aire interior, y la Sección de preenfriamiento recircula el aire interior de renovación, recuperando esa energía en la batería del sistema de expansión directa (8).
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HOJA DE SUSTITUCION (REGLA 26)
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