Recuperación de energía en la renovación de aire

En los hogares, comercios y oficinas se consume más de la cuarta parte del total de energía que se consume en España. De ello, la mitad se emplea en climatización.

M. Gamissans y Josep Piquer.

Reduciendo 1 % en el consumo de energía de climatización en hogares, comercios y oficinas, se reduciría el equivalente al consumo de 190.000 Tm de petróleo y se lanzarían a la atmósfera 450.000 Tm menos de CO₂ al año.

Algunos sistemas empleados para la renovación del aire son los siguientes:

Ventilación natural. Aconsejable sólo cuando la diferencia de temperaturas entre el interior y el exterior es menor de 3°, si es mayor, éste es un sistema muy ineficiente energéticamente porque no permite controlar nada.

Extracción del aire contaminado (simple flujo). Era el método más empleado hasta hace poco. Se extrae el aire contaminado pero se desconoce todo sobre el aire entrante (de impulsión) que le sustituye.

Renovación del aire por doble flujo. Método de renovación en el que el flujo controlado de exhaustación es compensado por un flujo del mismo caudal de aire entrante.

Doble flujo con recuperador de calor (HRV). Es una renovación parecida al anterior pero en la que el aire de exhaustación comunica el calor (frío) sensible al aire de impulsión. No hay intercambio de humedad entre ambos flujos. Este sistema de renovación se lleva a cabo mediante unos aparatos que se llaman recuperadores de calor sensible.

Doble flujo con recuperador de energía (ERV). Es muy parecido al sistema anterior pero en el que se produce también intercambio de humedad entre ambos flujos. Este sistema de renovación se lleva a cabo mediante recuperadores de energía o entálpicos.

Renovación del aire por doble flujo. Los dos flujos son iguales y tienen un caudal controlado en función de los requerimientos de la aplicación (RITE/CTE).

No se produce ningún intercambio térmico ni de humedad entre ambos flujos.

Por doble flujo con recuperador de calor sensible. Aquí, el flujo de exhaustación comunica parte de su calor (en invierno) o frío (en verano) al aire de impulsión.

Por doble flujo con recuperador de energía (entálpico). En este caso el flujo de exhaustación comunica parte de su calor (en invierno) o frío (verano) así como su humedad al aire de impulsión. Para este sistema de renovación se emplean recuperadores entálpicos en los que el flujo de exhaustación es capaz de entregar humedad o robársela al flujo de impulsión, según sean las humedades de ambos flujos.

Principales elementos de los recuperadores de calor y de energía

• Intercambiador de calor y humedad (sólo en los entálpicos). Es el elemento más importante del recuperador
• Filtros
• Ventiladores
• By-pass
• Automatismos de control

Prácticamente la única diferencia entre un recuperador de calor (sensible) y un recuperador de energía (entálpico) reside en el tipo de intercambiador (sensible o entálpico) que lleva.

Tipos de intercambiadores (cores) usados en los recuperadores

DE PLACAS		a) Flujo cruzado
		b) A contraflujo

Los recuperadores con core a contraflujo tienen un rendimiento superior a los de flujo cruzado en un 10 o 20%.

Ambos tipos constructivos de cores existen en versión sensible y versión entálpica.

Eficiencia de los recuperadores de calor y de los recuperadores de energía
La eficiencia (rendimiento) de un recuperador de calor, es la relación entre el calor que el aire de exhaustación comunica al de impulsión y la diferencia de calor que hay entre ambos.

La eficiencia puede referirse al calor sensible, al calor latente (de cambio de estado del agua que se evapora o se condensa) y a la suma de ambos (total) que es la eficiencia entálpica del recuperador.

¿De qué depende la eficiencia  de  un recuperador?

• Del tipo de intercambiador y de la calidad de éste.
• De la igualdad en los caudales de alimentación y de exhaustación (Igual caudal másico).
• De la calidad del recuperador, de cuanta menor fuga interna tenga (trasvases de aire entre flujos entrante y saliente) y de cuanta menor fuga externa tenga (fuga de uno o ambos flujos hacia el exterior del recuperador)
• Del caudal de aire que circula por el recuperador. Cuanto menor es, mayor es la eficiencia.
• Si la eficiencia sensible fuese del 100% significaría que   el aire procedente del exterior entra al recinto a la misma temperatura a la que se encuentra ese recinto.
• Si la eficiencia entálpica fuese del 100% significaría que el aire procedente del exterior entra al recinto con la misma temperatura y humedad absoluta y relativa que hay dentro de ese recinto. En este caso la eficiencia total también sería del 100%.

Ahorro energético con el uso de recuperadores
El Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) exige la  recuperación de calor o energía en la renovación del aire, a partir de caudales de 0,5 m³/s, pero en aplicaciones de funcionamiento continuo las 24 horas del día y en climas de una cierta crudeza, para caudales muy inferiores ya es rentable el uso de los recuperadores.

Con el fin de poder evaluar la rentabilidad del uso de un recuperador en una aplicación concreta, presentamos la siguiente hoja de cálculo.

A partir de unos datos de entrada:

• Datos técnicos del recuperador que nos proporciona su fabricante
• Datos climáticos y caudal de renovación
• Coste de la energía

Esta hoja nos da los siguientes resultados:

• Ahorro anual en calefacción (en kwh y €)
• Ahorro anual en refrigeración (en kwh y €)
• Reducción anual en la emisión de CO₂
• Ahorro anual en TeP

Perspectivas y tendencias en el uso de recuperadores

En el estado actual de la tecnología y ante las perspectivas de avances futuros de este tipo de productos, se puede pensar en aplicar recuperadores a partir de caudales de aire bastante más bajos (200-300 m³/h por ejemplo) de los requeridos por el RITE (1.800 m³/h). Se recupera la inversión en pocos años.

• En general los recuperadores sensibles son más adecuados cuando predomina el invierno (calefacción en zonas frías) y los recuperadores entálpicos son más adecuados cuando predomina el verano (zonas cálidas y húmedas).
• El rendimiento en recuperación del calor sensible es mayor en los recuperadores sensibles que en los entálpicos.
• El rendimiento total es mayor en los entálpicos que en los sensibles.
• Para un mismo caudal de aire tratado los recuperadores de rueda suelen ser de menor tamaño, de ahí que preferentemente se usen para caudales grandes.
• Los recuperadores de rueda presentan una mayor complejidad mecánica, especialmente en lo relativo a la estanqueidad, que los de placas, que no tienen piezas en movimiento. En general los de rueda requieren mayor mantenimiento.
• Es siempre recomendable (especialmente en los mencionados climas cálidos y húmedos) que el recuperador disponga del by-pass para poder realizar el freecooling.
• Dados los más que notables ahorros de energía que se obtienen con la recuperación, se prevé que en los próximos años se generalice el uso de este tipo de aparatos. Las normativas europeas que están en camino apuntan en esa dirección.

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