Free cooling

Enfriamiento gratuito por aire exterior

El enfriamiento de edificios en determinadas temporadas consigue mediante la regulación de la impulsión y mezcla de aire exterior en las franjas horarias donde este aire es más fresco.

Conozca en qué casos es obligado su aplicación y cómo conocer el ahorro potencial en el sistema de refrigeración que se deriva de esta medida.

¿En qué consiste el enfriamiento gratuito por aire exterior?

El objetivo del enfriamiento gratuito  (o free-cooling) reside en reducir la energía necesaria para la adecuación higrotérmica del aire impulsado por los sistemas de acondicionamiento.

Normalmente la mejor opción es recircular parte del aire de extracción para poder vencer las cargas térmicas del edificio.

No obstante, bajo determinadas circunstancias, y en temporadas concretas, compensa impulsar todo el aire exterior (ODA), en lugar de recircularlo y mezclarlo con parte del aire de extracción (ETA).

Además de ser más económico utilizar aire frío del exterior
para disipar las cargas internas, al aumentar el caudal de aire exterior, repercutirá en una mejora de la calidad del aire interior (IDA).

Marco normativo relativo al enfriamiento gratuito

El marco normativo queda recogido en el RITE es su instrucción técnica IT 1.2.4.5.

Todos aquellos edificios con una potencia útil nominal mayor de 70 kW y tengan climatización todo aire, deberán contar con un subsistema de enfriamiento gratuito por aire exterior.

Se puede emplear el enfriamiento gratuito mediante la reutilización del calor del aire de extracción siempre que éste tenga un nivel de contaminación bajo. Esta recuperación será obligatoria cuando el caudal de aire exterior sea superior a 0,5 m3/s.

Además, se instalará un sistema de enfriamiento adiabático del lado de extracción de aire para un mayor aprovechamiento gratuito del aire húmedo.

En este artículo previo puede consultar los tratamientos  térmicos de acondicionamiento de aire. Este modo es el denominado enfriamiento evaporativo sin modificación de su humedad absoluta.

A. Enfriamiento gratuito mediante sistemas todo aire

Esta solución consiste en utilizar directamente el aire impulsado del exterior, normalmente solo filtrado, en vez de recircular aire del retorno, al ser más eficiente energéticamente que el aire procedente del retorno.

En estos sistemas, el subsistema de enfriamiento deberá cumplir con estos requisitos:

  • Diseño de compuertas válido según normativa aplicable en ventilación.
  • Velocidad frontal del aire en las compuertas limitada a 6 m/s.
  • Eficiencia de temperatura mayor al 75% en la sección de mezcla de aire.

Durante el funcionamiento en modo free-cooling  se deberá impulsar el aire exterior por el by-pass del recuperador de calor. De esta forma se evita el intercambio de calor con el aire expulsado, aprovechando al máximo el aire fresco exterior al encontrarse a una temperatura por debajo que la del local climatizado.

By-pass recuperador de calor

En la imagen previa (equipo marca Menerga) se observa que el flujo del aire del retorno y de impulsión se desvían del recuperador de calor sin mezcla.

Por consiguiente, el único tratamiento aplicable a la corriente del aire exterior fresco es el filtrado fino para la eliminación de partículas.

B. Enfriamiento indirecto por aire exterior

En este caso se utilizará el aire exterior para enfriar agua  preferentemente disoluciones de glicol en agua), o bien refrigerante del sistema de refrigeración empleado.

B.1. Sistema mixto agua-aire

En este caso, el aprovechamiento del enfriamiento gratuito por aire  exterior se conseguirá mediante el enfriamiento del agua procedente de las torres de refrigeración, preferentemente en circuito cerrado.

Este tipo de enfriamiento sólo tendría sentido cuando las temperaturas del aire exterior son muy bajas.

B.2. Climatización por bomba de calor aire-agua

Para el caso de enfriadoras aire-agua, se dispondrán las baterías conectadas hidráulicamente en serie con el evaporador para lograr el enfriamiento del refrigerante.

Cálculo del ahorro por enfriamiento gratuito

En climas secos lo más conveniente es utilizar un aprovechamiento denominado Free Cooling Térmico (FCT) que consiste en el enfriamiento sensible gracias a la diferencia de temperaturas.

Por otro lado, en climas cálidos y húmedos se aplicará el enfriamiento Entálpico (FCH) por ser la técnica más eficiente.

Para el cálculo del % de ahorro derivado del FCT  se deberá hacer un cálculo de las cargas térmicas del edificio desglosado por ventilación, ocupación, pérdidas y cargas internas.

Posteriormente, se hace un cálculo horario en función de la frecuencia horaria y perfil de temperaturas exterior medio contrastando la carga térmica total y la contribución del FCT.

El balance energético permitirá conocer el % de contribución del free cooling en el ahorro del sistema de climatización en el intervalo horario en que no sería necesario que esté operativo.

Se recomienda la consulta de la siguiente guía técnica del IDAE en donde se desarrolla el método de cálculo y evaluación.

El free cooling es una técnica de ahorro energético muy extendido en grandes superficies. Es una de las MAE  que se imponen en data center donde la carga térmica de refrigeración es muy alta (50% del balance energético) y de forma intermitente (24h x 365 días). En estos casos el ahorro energético puede ser mayor del 35%.



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