A efectos del Reglamento de Instalaciones Térmicas de la Edificación (RITE) se define como climatización la acción y el efecto de climatizar, es decir, el dotar a un espacio cerrado de las condiciones de temperatura, humedad relativa, calidad del aire y, a veces, también de presión, necesarias para el bienestar de las personas y/o la conservación de las cosas.
En la producción de climatización es imprescindible generar calefacción y refrigeración, proceso comunmente conocido como «aire acondicionado«. Calefacción como el proceso por el que se controla solamente la temperatura del aire de los espacios con carga negativa. Refrigeración como el proceso que controla solamente la temperatura del aire de los espacios con carga positiva.
En el momento de decidir el sistema de climatización, debemos estudiar detenidamente las posibilidades existentes atendiendo a las demandas energéticas necesarias. A continuación, repasaremos los distintos sistemas de climatización para viviendas y climatización para locales comerciales por los que podemos optar.
Climatización por bomba de calor
Cuando contratamos proveedores de energías renovables estamos obligando a dejar de consumir combustibles fósiles que tan perjudiciales son para nuestra supervivencia en el planeta. La bomba de calor es un sistema que integra refrigeración, calefacción y ACS, obteniendo la energía del calor contenido en el aire (la aerotermia obtiene el calor proviene del ambiente, por lo que es inagotable), consigue rendimientos elevados durante los periodos de temperaturas suaves.
La bomba de calor es un sistema capaz de extraer calor de un foco frío (la calle en épocas frías) e introducirlo en un local que se encuentre a una temperatura superior a la del foco frio (de ahí el nombre de bomba de calor).
Para hacer esto se vale de las propiedades que tienen los fluidos de variar sus temperaturas al variarles la presión.
Mediante un compresor y una resistencia al paso de refrigerante (dispositivo de expansión) se generan dos zonas con presiones diferenciadas que nos permitirán jugar con los cambios de estado y así poder dar y extraer calor de ambientes desfavorables térmicamente.
El compresor aspira refrigerante en forma gaseosa en una de las dos zonas (los líquidos son incomprensibles) por lo que la presion baja, debido a la estrecha relación entre presion y punto de ebullición de un fluido, bajando presion-punto de ebullición por debajo de la temperatura del medio a enfriar, conseguiremos trasvasar energía del medio a enfriar (aire o agua) al refrigerante. A su vez el compresor descarga el refrigerante a su salida en la zona de alta presión.
La presión alta consigue establecer una temperatura a la que el refrigerante se condensa (temperatura de condensación), pero para ello necesita ceder calor al medio a calentar, por lo que lo calienta (calefacción), a su vez al perder energía las moléculas, dejan de repelerse y pasan de gas a líquido.
Por el contrario, al descender la presion en el otro extremo del circuito también baja su temperatura de evaporación por debajo de la temperatura del medio a enfriar, al estar el refrigerante más frio a través de las paredes del evaporador medio a enfriar calienta el refrigerante (y se enfría) haciéndolo entrar en ebullición iniciando así su cambio de estado de líquido a gas.
Sistemas de climatización de expansión directa
Los equipos de expansión directa son aquellos que directamente enfrían el aire. Entre ellos se incluyen:
- Equipos partidos o split
- Compactos verticales
- Compactos horizontales
- Equipos de cubierta o Rooftop
- Sistemas VRF o VRV (equipos multizona con unidades interiores).
En todos estos sistemas desplazamos refrigerante a las zonas a climatizar, donde producimos un transvase de calor (del o hacia el refrigerante).
La principal ventaja de los VRV o VRF es la alta eficiencia que alcanzan en las estaciones más suaves (primavera y otoño) en las que es muy fácil necesitar simultáneamente refrigeración y calefacción, al tener la posibilidad de recuperar calor de las zonas habitadas más calientes hacia las más frías con el trabajo de un solo compresor.
El principal inconveniente de estos equipos es que pueden superar fácilmente el límite práctico de refrigerante (establecido por el RSIF en kg/m3) en el espacio ocupado más pequeño y una fuga del equipo interior en un espacio muy reducido, pueden producir asfixia al desplazar el refrigerante al aire, en caso de no haber tenido en cuenta dicho limite. Debido a esto, los principales fabricantes han desarrollado tecnologías mixtas entre expansión directa e indirecta igualmente eficientes basadas en utilizar intercambiadores refrigerante-agua para evitar que el refrigerante llegue a las zonas ocupadas.
Sistemas de climatización de expansión indirecta
Los sistemas de expansión indirecta son los equipos que más control y facilidad tienen para el control higrométrico. En ellos, se hace circular un fluido caloportador, normalmente agua, en ocasiones glicolada. Por ello se les llama enfriadoras de agua, con bomba de calor, o con recuperación de calor.
Las enfriadoras de agua a menudo se utilizan en combinación con calderas. Ello permite establecer circuitos a cuatro tubos (dos para agua fría y dos para agua caliente) para poder eliminar el exceso de humedad utilizando para su regulación controles higrométricos.
Enfriadoras de agua con recuperación de calor
Al igual que os VRV o VRF, las enfriadoras de agua pueden aprovechar el calor de una zona a otra pero cuentan como principal ventaja que no les afectan los limites prácticos del refrigerante, tampoco la inflamabilidad del refrigerante ni las distancias desde producción hasta consumo.
En contra, necesitan un sistema de distribución de agua y climatizadores o fancoils y suelen ser más ruidosos y voluminosos. Estos equipos suelen funcionar en combinación con UTA’s (Unidades de Tratamiento de Aire) también llamados climatizadores o fancoils.
¿Cómo funciona una unidad de climatización con tratamiento del aire?
Etapa de Filtrado
Una parte muy importante en un climatizador es el filtrado. Los filtros de aire acondicionado o climatizadores se situan principalmente para mantener la eficiencia de los intercambiadores y las turbinas, aunque con el tiempo se han mejorado para aumentar la calidad del aire interior, protegiendo así también la salud de las personas.
Etapa de enfriamiento gratuito
Cuando el aire exterior es de mejor calidad y nivel energético favorable a la climatización se abrirán las compuertas A, B, D, E, F y G. El aire primario pasara de A a E a través del recuperador entálpico, intercambiando con el aire secundario. Cuando el aire exterior este en peores condiciones el sistema cerrara automáticamente A y B dejando abiertas C, D, E, F y G
Etapa de tratamiento higrométrico
Cuando el sistema requiere rebajar los niveles de humedad, primero se pasa el aire por la batería de refrigeración (azul y negativa), donde disminuye la humedad específica y aumenta la humedad absoluta, para luego ser calentado por la batería (roja y positiva) rebajando así la humedad relativa.
En verano cuando el sistema está refrigerando constantemente, la humedad desciende por sí sola y puede ser necesario añadir vapor de agua producido por una lanza de vapor después del punto G.
Presiones de aire
Jugando con diferencias de presiones en los locales, podemos dirigir los efluentes no deseados hacia otras zonas o hacia el exterior.
Sistema hidráulico
Etapa de acumulación
Requieren de un sistema de acumulación de agua fría y de agua caliente, para evitar continuas paradas y puestas en marcha. Los fabricantes exigen dichos depósitos acumuladores, para prevenir el deterioro de los compresores en los que se produce acidez y terminan derivándose a tierra.
Etapa de bombeo
Otro elemento importante son las bombas de agua, que deben ser bien calculadas para conseguir los caudales mínimos que necesitan las enfriadoras y evitar el tan temido fenómeno de la cavitación que las destruye, un caudal insuficiente produce paradas por protecciones de presión, termostatos antihielo y congelación de intercambiadores, excesos de consumo e ineficiencia energética.
Elementos del circuito hidráulico
Filtros de agua, para evitar taponamientos y roturas prematuras en los rodetes de las bombas de agua
Vasos de expansión, en las zonas donde hay aportación de calor, para absorber las dilataciones del fluido caloportador
Válvulas de seguridad para evitar la rotura del circuito en caso de fallo del vaso de expansión (se instalan en el mismo punto que los vasos de expansión)
Purgadores automáticos o puntos de purga, se instalan en los puntos mas altos del circuito para dar salida a las bolsas de aire
Puntos de vaciado o drenaje, son necesarios en la parte más baja de cada ramal de agua del circuito,
Regulación en los sistemas de climatización
En grandes instalaciones, para poder gestionar el funcionamiento de la climatización, se integra un programa informático (SCADA) que mediante autómatas programables, sensores de presión, de temperatura, actuadores y variadores de frecuencia, regulan el sistema de climatización.
Estos sistemas también se ocupan de regular y tomar registros de los datos de todo el sistema, capaz de controlar temperaturas, presiones, añadir o quitar humedad, regular caudales y velocidades de aire, regulación de variadores de frecuencia para reducir consumos eléctricos.
En las instalaciones hidráulicas es necesario un sistema de válvulas dinámicas reguladoras de caudal (llamadas abreviadamente TA) situadas en cada ramal para conseguir los caudales deseados, tanto en las enfriadoras como en climatizadores y fancoils.
Antes de cada climatizador o fancoil regulación con válvulas de tres vías, válvulas de seguridad, sistemas de medición de temperaturas y presiones.
Además, suelen estar provistos de recuperadores entálpicos, free cooling, filtrado del aire para conseguir calidad de aire interior, así como control de su composición y sistemas de corrección mediante renovación y desinfección.
Agradecimientos a Pablo Espiñeira.
