Producción de frío con fuentes renovables para la rehabilitación energética de los edificios

Martes, 14 Julio 2015
Escrito por Idoia Arnabat CALORYFRIO

Artículo sobre documentos técnicos de instalaciones de frío

Gracias a la Asociación ATECYR, les ofrecemos este extracto perteneciente al DTIE 18.03 titulado “Integración de energías renovables en la rehabilitación energética de los edificios”, que forma parte de la colección de Documentos Técnicos de Instalaciones en la Edificación de ATECYR (DTIE's).

En este artículo, se describen las distintas posibilidades que ofrece el mercado para la producción de frío para climatización mediante energías renovables.

Las posibilidades son las siguientes:

• Mediante máquinas de absorción o adsorción aprovechando una fuente de calor :

De la biomasa.
De una instalación solar térmica.
De una cogeneración (trigeneración).

• Mediante sistemas de compresión mecánica y aprovechando la electricidad de una instalación solar fotovoltaica.

Se detalla a continuación la producción de frío mediante máquinas de absorción o adsorción aprovechando las energías Primarias.

Producción de frío a partir de una fuente de calor

La refrigeración por absorción es una invención del siglo XIX, pero la tecnología se ha desarrollado mucho menos debido a la facilidad de utilización de las máquinas de compresión simple y su bajo coste.

Actualmente se está observando con mayor interés la posibilidad de emplear máquinas de absorción en climatización de edificios debido a la posibilidad de emplear una fuente de calor residual o renovable:

Gases calientes de un equipo de cogeneración.
Agua caliente de una instalación solar térmica.
Agua caliente o humos de una caldera de biomasa.

Las máquinas de absorción que se comercializan actualmente para climatización de edificios como climatizadoras se clasifican en función de la fuente de calor en:

Máquinas de accionamiento directo. Queman directamente un combustible fósil (generalmente gas natural o propano) en la propia máquina. No se pueden accionar con ayuda de energías renovables.
Máquinas de accionamiento indirecto. Las máquinas de accionamiento indirecto son las que emplean como fuente de calor gases calientes, vapor o agua caliente. Se trata de equipos que pueden utilizar una fuente de energía renovable como la biomasa, cogeneración o energía solar térmica.

Las máquinas de absorción que se comercializan en la actualidad son de dos tipos:

Máquinas de Bromuro de Litio y agua (LiBr - H2O). Se emplea una solución de agua y Bromuro de litio (LiBr), siendo el agua el refrigerante y el LiBr el absorbente.
Máquinas de Agua y Amoniaco (H2O - NH3). Se emplea una solución de agua y amoniaco (NH3), siendo el amoniaco el refrigerante y el agua el absorbente.

Las máquinas de absorción empleadas en trigeneración y para el aprovechamiento de EE.RR. son máquinas de Bromuro de Litio y agua ya que su ciclo termodinámico permite trabajar a temperaturas por debajo de 100ºC. La fuente de energía principal de la máquina es por tanto un circuito de agua caliente.

Funcionamiento de las máquinas de absorción de agua caliente

En este documento no se va a entrar en detallar el funcionamiento de las máquinas de absorción. La Figura 6.1 muestra el esquema de funcionamiento de una máquina de absorción que funciona con agua caliente.

Imagen sobre maquina de absorción con aporte de calor

Si consideramos la máquina de absorción como una “caja negra”, empleando los datos de un fabricante (Tabla 6.1) se observan los siguientes circuitos:

Circuito de agua refrigerada. Se trata de un circuito de agua típico de enfriadoras instaladas en edificios. Las temperaturas de funcionamiento nominales son de 12,5ºC a la entrada y 7ºC en la impulsión. Para la máquina “Modelo C” de la Tabla 6.1, la potencia nominal de la máquina es de 70,3ºC.
Circuito de agua de enfriamiento. Las máquinas de absorción accionadas con agua caliente necesitan un circuito de refrigeración a 35/30ºC que implica la necesidad de instalar una torre de refrigeración. Se trata de uno de los inconvenientes más importantes de esta tecnología.
Circuito de agua caliente. Es el circuito de aporte de calor. Si se está planteando la posibilidad de su funcionamiento con energía solar térmica, biomasa o microcogeneración, deberá analizarse la posibilidad de instalar un depósito de inercia intermedio que permita un funcionamiento más estable de la instalación.

Viabilidad de la propuesta. Ventajas, inconvenientes y barreras.

La posibilidad de la utilización del calor de una caldera de biomasa, de una cogeneración o de una instalación solar térmica para la producción de frío resulta muy atractiva ya que permite la utilización de los equipos para la climatización del edificio en verano.

Sin embargo, la aplicación de esta solución tecnológica, debe analizarse detalladamente para realizar una propuesta que resulte atractiva en la reforma de un edificio existente.

Viabilidad técnica

Los equipos de absorción son equipos singulares cuyo funcionamiento es más complejo que una enfriadora comercial. Se debe tener en cuenta la necesidad de que el mantenimiento deba ser realizado o dirigido por el fabricante del equipo. En el caso de existir alguna avería, ésta no podrá ser resuelta por la empresa mantenedora local.

Se han ejecutado varias instalaciones de trigeneración (microcogeneración con frío) en algunos edificios singulares (la mayoría públicos). Se trata de proyectos prácticamente demostrativos de la tecnología.

En el caso de calderas de biomasa para climatización de los edificios en verano, también puede considerarse que los proyectos realizados en España son en este momento demostrativos. Se tiene la certeza de que en grandes instalaciones, la solución es muy interesante, y prueba de ello son la central termo-frigorífica del Parque Científico-Tecnológico del Aceite y del Olivar en Mengíbar (Jaén) o la instalación de bodegas Torres en El Penedés, ambas instalaciones con máquina de absorción de 2 MW. En instalaciones de climatización para edificios donde la potencia a instalar sea inferior a 300 kW, será muy difícil obtener un retorno de la inversión que compense los sobrecostes de ejecución y mantenimiento de las máquinas de absorción.

Las instalaciones de equipos de absorción accionados parcialmente con energía solar térmica se han realizado a nivel de investigación y de pruebas y no puede considerarse como una solución que se pueda proponer como convencional para un edificio existente.

En resumen, se puede afirmar que la tecnología existe, pero que se estará realizando una instalación muy singular que debe requerir un mantenimiento especial. En este sentido, cuanto mayor sea la instalación, la solución será más interesante.

Ventajas de la producción de frío por absorción

La selección de equipos como calderas de biomasa o equipos de microcogeneración para calefacción presenta el inconveniente de que éstos sólo funcionarán los meses más fríos del año (entre 3 y 6 meses en función de la zona climática). La producción de frío a partir de calor mediante una máquina de absorción o adsorción permite que los equipos funcionen durante todo el año, resultando en un mejor aprovechamiento de la inversión.

La utilización de una energía renovable o cogeneración para la producción de frío puede producir ahorros muy importantes en las emisiones de CO₂ derivadas del consumo de energía del edificio. De esta forma se pueden obtener ahorros energéticos importantes.

Inconvenientes de la producción de frío por absorción

Los inconvenientes principales de las instalaciones de producción de frío por absorción con apoyo de energías renovables o de cogeneración son las propias de la utilización de máquinas de absorción con agua caliente.

Los equipos necesitan funcionar con ayuda de una torre de refrigeración. La instalación de una torre de refrigeración es rechazada por muchos usuarios debido a los costes de mantenimiento que suponen. De hecho, si el coste actual de mantenimiento de una torre es actualmente superior a 2000 €/año, esto implica que los ahorros económicos obtenidos deberán ser importantes. Se puede afirmar que el interés de estos equipos se producirá para potencias superiores a 1000 kW, donde los consumos energéticos son elevados y los ahorros energéticos podrán financiar este coste adicional.

La tecnología existe, pero no se trata de una instalación convencional que se pueda ejecutar y mantener por un instalador o mantenedor local. La propiedad va a tener una instalación singular cuya operatividad va a ser más compleja que las instalaciones convencionales de enfriadores o refrigerante variable.

Asímismo, para la producción de frío con fuentes renovables también se contempla en este apartado del libro como debe hacerse la producción de frío mediante compresión mecánica, la contribución fotovoltaica a los equipos de expansión directa, las conclusiones y los aspectos que han de tenerse en cuanta en caso de máquinas de absorción.

En otros capítulos del libro, se analiza la posibilidad de la utilización de energías renovables y cogeneración para su aprovechamiento para la producción de calor y generación de energía eléctrica, al igual que en este se describen las distintas posibilidades que ofrece el mercado para la producción de frío para climatización mediante energías renovables.

La posibilidad de utilizar una fuente de energía renovable como la energía solar para la producción de frío resulta atractiva, sobre todo porque en muchas ocasiones la demanda de energía está ligada a la irradiación solar. En el caso de la biomasa y de la microcogeneración, el uso del calor para producción de frío permite que el equipo funcione durante todo el año y facilita su selección para la climatización del mismo.

Sin embargo, la aplicación de estas tecnologías en el proyecto de reforma de una instalación debe realizarse bajo la consideración de que se va a realizar una instalación singular. La propiedad debe ser consciente de la peculiaridad de la instalación y considerar las peculiaridades que tendrá que asumir en el funcionamiento y mantenimiento de los equipos.

Más información:

Esta recopilación de documentos ha sido editada por ATECYR (Asociación Técnica Española de Climatización y Refrigeración) y se encuentra a la venta en su página web: www.atecyr.org/publicaciones/es