Recuperación termodinámica activa y calidad del aire interior

Dado el contexto actual en el que nos encontramos, la eficiencia energética y la calidad del aire interior han cobrado una gran relevancia. Reducir el impacto y la huella climática se ha convertido en una prioridad.

Con la entrada en vigor de nuevas exigencias del rendimiento por parte  de la Directiva Europea  de Ecodiseño (UE) 2016/2281, el sector de la climatización y refrigeración se enfrenta al desafiante reto de mejorar de forma notable la eficiencia energética de sus equipos y, en consecuencia, contribuir a la reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera.

Asimismo, la delicada situación de pandemia global que padecemos, ha puesto el foco en un aspecto que hasta ahora pasaba desapercibido, que es el de disponer de una buena calidad de aire interior (IAQ).

Como parte del endurecimiento en los estándares de construcción, con normativas que fijan unos requerimientos cada vez más exigentes en aislamientos y estanqueidad; únicamente el correcto equilibrio entre hermeticidad y ventilación puede asegurar la mejor calidad del aire interior, sin perjudicar a la eficiencia energética. Para ello, tenemos que garantizar una renovación del aire en el edificio de forma controlada, extrayendo el aire viciado e introduciendo aire fresco.

Para dar respuesta a esta problemática, en los últimos años, han surgido nuevas tecnologías con equipos de recuperación de calor del aire. Estos equipos están diseñados para aprovechar la energía contenida en el aire interior y, mediante un intercambiador, cederla al flujo del aire de renovación. En consecuencia, gracias a este intercambio, podemos atemperar el aire entrante de renovación y alcanzar la temperatura de confort deseada reduciendo considerablemente el consumo de los equipos de climatización.

Estos equipos no solo permiten minimizar el consumo energético, sino que también se encargan de filtrar el aire, garantizando así, una mejor calidad del aire interior y, en definitiva, poder disfrutar de un entorno más saludable.

Tecnologías de recuperación termodinámica activa

El proceso de recuperación de energía del aire de renovación puede realizarse a través de equipos cuyas tecnologías más utilizadas vamos a describir brevemente, centrándonos principalmente en la de recuperación termodinámica activa que es la que es objeto de este artículo. En esta descripción obviamos todas aquellas tecnologías de recuperación de aire que utilizan el agua como medio de intercambio térmico (heat pipe, doble batería, técnicas  round-around , etc.).

Recuperadores estáticos de flujos cruzados

Son los más comunes; tienen un menor coste y requieren un menor mantenimiento que el resto. Su rendimiento  es algo inferior al del resto de tecnologías, cercano al 70%, aunque son muy útiles sobre todo para climas extremos, donde el diferencial de temperaturas entre el interior y el exterior es muy elevada. En función del tipo de material del que estén hechos los intercambiadores, pueden ser recuperadores térmicos (intercambian solo el calor sensible) o entálpicos (intercambian el calor sensible y el latente).

Recuperadores estáticos de flujo contracorriente

Se trata de una tecnología similar a la de flujos cruzados  pero el diseño del intercambiador permite que el intercambio de fluido sea en paralelo y a contracorriente, favoreciendo un mayor intercambio y, en consecuencia un mayor rendimiento, cercano al 80%. El hándicap que tienen es su precio más elevado y sus mayores dimensiones respecto a los de flujo cruzado.

Los dos tipos de recuperadores estáticos descritos, es importante indicar que como el recuperador requiere un mantenimiento, este debe ser desmontable y las juntas que lo delimitan no suelen ser nunca 100% estancas. Este hecho implica que, en la mayoría de los casos, las fugas por la no estanqueidad sea habitualmente superior al 3%  del caudal total que mueven llegando, en algunos equipos al 5% o más. En ese caso, estas tecnologías no evitarían una posible contaminación por mezcla entre los flujos de aire exterior y de extracción.

Recuperadores rotativos

Se trata de equipos compuestos por una rueda permeable al aire y un accionamiento mediante un motor eléctrico que hace girar la rueda para transmitir la energía entre los dos flujos de aire. Los flujos de extracción e impulsión están separados por un bastidor que trabaja a contracorriente cediendo el calor y, generalmente, la humedad a la matriz del rotor.

Estos equipos presentan una muy elevada eficiencia, cercanas al 90 %. Como principales inconvenientes presenta sus grandes dimensiones, el coste y, que debido a su diseño y funcionamiento no son estancos, pudiéndose producir mezcla entre los flujos de entrada y salida del aire de ventilación.

En consecuencia, los recuperadores rotativos no pueden garantizar el evitar una posible contaminación entre los flujos de aire.

Recuperación termodinámica activa

En este tipo de equipos la recuperación térmica se realiza con el ciclo termodinámico de la bomba de calor, aportando a los dos intercambiadores que lleva el equipo y de forma separada, el flujo de aire de extracción del local por un lado, y el de renovación por otro, que están a diferente temperatura y permiten mejorar  el rendimiento energético del proceso de ventilación. Con este sistema no hay mezcla y en consecuencia, evita la contaminación entre los flujos de entrada y salida de aire.

En la última década se ha perfeccionado el diseño que mejora los actuales sistemas de recuperación pasivos, siendo ideal su utilización en climas intermedios. Conocido como recuperación termodinámica activa, utiliza el sistema de bomba de calor como recuperador. La singularidad y a la vez sencillez de esta recuperación en verano, consiste en hacer pasar el aire de extracción por la batería de intercambio térmico “condensador” del equipo, reduciendo la temperatura del gas y en consecuencia el consumo de compresor de forma muy considerable.

Del mismo modo, en invierno el aire de extracción a 20ºC que pasa por la batería en extracción “evaporador” favorece la reducción del esfuerzo del compresor al tener que evaporar a mayor temperatura vs. un sistema convencional con temperatura exterior a 0ºC, obteniendo así un COP sensiblemente mayor respecto a los  sistemas tradicionales.

Además, en los equipos que incorporan la recuperación activa sobre el propio circuito frigorífico, existen una serie de ventajas que se detallan a continuación:

• Eficiencia estacional muy alta: solo se suministra la energía realmente requerida, en consecuencia, aumenta la eficiencia en condiciones de carga parcial, periodo que suele representar más del 95% del ciclo de uso.
• Menor pérdida de carga: la recuperación termodinámica activa al realizarse sobre el propio circuito frigorífico no supone incrementos de pérdida de carga adicionales como es el caso de sistemas de los recuperadores pasivos. Así, el consumo total del equipo es aún menor que el de los sistemas tradicionales.
• Sin mezcla de caudales: hay separación entre los flujos de entrada y extracción. Además todos los componentes frigoríficos y eléctricos están instalados en compartimentos aislados que son de  fácil acceso para su mantenimiento.

• Simplificación de la instalación: Gracias a la bomba de calor que incorpora, asegura un funcionamiento 100% autónomo, simplificando la instalación, reduciendo el espacio requerido  y tiempo de instalación al tratarse de un producto “plug&play”.
• Reducción de la central de producción de frío y calor: Este sistema tiene menor carga de ventilación por lo que la potencia de las unidades empleadas para vencer las cargas internas, se reduce hasta en un 40-50%.  Además, el hecho de superar la carga de ventilación supone que, durante ciertos periodos del año este aporte es suficiente para climatizar la instalación sin necesidad de recurrir a los equipos de climatización.
• Tecnología compatible con cualquier sistema de climatización especialmente con sistemas VRF, pudiendo hacer el aporte al retorno de unidades interiores o directamente con control de  temperatura  de impulsión  y humedad relativa.

Filtración del aire

Los equipos basados en recuperación termodinámica activa suponen alcanzar los más altos estándares de eficiencia. Además ofrecen un elevada mejora en el nivel de calidad del aire interior aumentando nuestro confort y salud gracias a la utilización adicional de filtros electrónicos activos.

En un edificio, los contaminantes internos generalmente están presentes en cantidades mucho más elevadas que en el exterior. Las partículas dispersas en el aire (PM₁₀ PM_2.5 y PM₁), cobran más relevancia, ya que han sido clasificadas por la OMS como una amenaza para la salud.  

Por otro lado, los sistemas de ventilación destinados a aplicaciones de climatización suelen venir con una sección de filtración estándar que proporciona la base para garantizar un mínimo de calidad de aire y proteger a las baterías de impurezas. Los filtros montados suelen ser ISO ePM₁₀ o ISO ePM_2.5. Su uso conlleva un mayor consumo de energía, pues tienen una elevada pérdida de carga, aumentando el consumo energético de sus ventiladores.

Los equipos con recuperación frigorífica activa también tienen la posibilidad de emplear la tecnología de filtración electrónica activa, de forma que con una reducida pérdida de carga, son capaces de capturar partículas de 0.01 µm  hasta a 100 µm,  con eficiencia variable dependiendo de su velocidad de paso.

Los filtros electrónicos activos también tienen una alta potencia microbicida gracias al choque termoeléctrico generado por la sección ionizada que integran, que es capaz de destruir la membrana externa de las bacterias/virus. El mantenimiento de estos filtros es sencillo y rápido, se pueden regenerar y reutilizar con un simple lavado, sin necesidad de ser reemplazados.  

Debemos tener presente que las soluciones que la industria pone a nuestra disposición  son cada vez más completas, eficientes y con foco puesto en la sostenibilidad y en la salud de las personas. La apuesta innovadora integra sistemas que cumplen con la legislación vigente, presentan una elevada mejora de la eficiencia energética y facilitan un aire interior de calidad que nos aporta bienestar y salud.

Roberto Jares – Product Manager FRIGICOLL SA