Rendimiento de un recuperador de calor

El recuperador de calor es un elemento del sistema de ventilación indispensable como Medida de Ahorro Energético. Conozca cómo se calcula el rendimiento de un recuperador de calor aire-aire, y qué tipos de sistemas de recuperación de calor del aire existen.

¿Qué es un recuperador de calor?

Un recuperador de calor es un intercambiador de calor aire-aire que permite acondicionar el aire de impulsión exterior haciéndolo cruzar con la corriente de aire extraído del local.

Lo más habitual es que ambas corrientes de aire se crucen en contracorriente formando una «X» pero sin mezclarse en ningún momento. No obstante también existen recuperadores de flujo paralelo y rotativos.

A menudo se clasifican en estáticos y rotativos, por disponer estos últimos de un dispositivo giratorio.

Por tanto, el objetivo es recuperar el máximo posible del calor contenido en el aire de extracción antes de expulsarlo al exterior.

Estos equipos constan de los siguientes elementos básicos:

• Zona del intercambiador aire-aire
• Embocaduras para la conexión a los conductos de aire
• Ventiladores de extracción e impulsión
• Filtro fino a la entrada del aire exterior y filtro normal a la entrada del aire extraído
• Trampilla de servicio para mantenimiento (recomendable para equipos en falso techo)
• Sensor de CO₂ (opcional)
• Sifón para la evacuación de condensados (opcional)
• Conexión eléctrica para batería de calefacción del aire ó conexión a bomba de calor (opcional)
• Sección de by-pass necesaria para modo verano
• Conexión sistema domótico ModBus (opcional)

Los recuperadores de calor suelen disponerse en los falsos techos, locales técnicos (suelo o pared) o en las azoteas de edificios. La foto de cabecera se corresponde con un recuperador de calor para falso techo.

Normativa de aplicación

Este sistema está obligado por el RITE (IT 1.2.4.5.2) en todos aquellos edificios terciarios cuyo caudal de extracción supere los 500 l/s (1.800 m³/h).  Algunos recuperadores de calor llevarán incorporado un aparato de enfriamiento adiabático del lado de la extracción.

Aquellos recuperadores de calor destinados a viviendas se regirán por la normativa CTE DB-HS de salubridad. Si bien, los proyectistas deberán incluir estas soluciones en aquellas viviendas que diseñadas para edificios de consumo casi nulo (o su análogos como Passivhaus).

En la norma UNE EN 308 se define el cálculo de la eficiencia de estos equipos, independientemente de  que las condiciones del aire cambian en función de su temperatura y humedad.

Diseño ecológico de los recuperadores de calor

A falta de una próxima revisión del actual RITE (IT 1.2.4.5.2), la normativa de ecodiseño europea establece una eficiencia (rendimiento) mínima exigible y restrictiva para los recuperadores de calor.

La transposición de esta normativa queda recogida en el reglamento UE 1253/2014 (anexo II) que define una eficiencia mínima del 73% y del 68% para recuperadores de calor rotativos. Este reglamento es de aplicación a partir de 2018. En él se regula cuál debe ser la potencia específica máxima de los ventiladores del equipo.

Balances de masa y energía en un recuperador de calor

En un recuperador de calor aire-aire se distinguen dos corrientes de aire en contracorriente que intercambian el calor dependiendo de sus condiciones térmicas de entrada.

Para obtener los balances de energía (Q) y masa (de vapor en el aire) se igualan las condiciones de salida de ambas corrientes de aire:

Donde m, T y W son el caudal, temperatura seca y relación de humedad para las corrientes de impulsión (1) y retorno (2) en la entrada y salida al recuperador de calor.

La segunda de las expresiones sólo aplica para un recuperador de calor del tipo entálpico. Un recuperador entálpico, a diferencia de uno sensible, es capaz de aprovechar el calor latente del vapor de agua contenida en el aire.

Cálculo del rendimiento de un recuperador de calor

En función del tipo de equipo, se distinguen dos métodos de cálculo y comprobación para la eficiencia de estos equipos.

Eficiencia térmica

La eficiencia térmica aplica a aquellos recuperadores del calor sensible del aire.

Por tanto, la eficiencia térmica de un recuperador de calor  sensible no residencial se define como:

donde:

• η_t; es la eficiencia térmica del sistema de recuperación de calor [%],
• t_2″ es la temperatura del aire de impulsión que sale del sistema de recuperación de calor y entra en la estancia [°C],
• t_2′ temperatura del aire exterior [°C],
• t_1′ temp. del aire de extracción / retorno que sale de la estancia y entra en el sistema de recuperación de calor [°C].

Aplicando esta expresión al ejemplo de la figura del balance, se obtiene una eficiencia térmica del 91,6%.

Eficiencia higrométrica

Para el caso de que el recuperador de calor sea entálpico, el cálculo de la eficiencia del recuperador aplica desde el punto de vista térmico y másico.

En este caso, la eficiencia higrométrica  que aplica para un recuperador de calor entálpico se define como:

donde:

• η_w; es la eficiencia higrométrica del sistema de recuperación de calor [%],
• W_2″ es la relación de humedad del aire de impulsión que sale del sistema de recuperación de calor y entra en la estancia [kg vapor / kg aire],
• _W2′ humedad contenida en el aire exterior [kg vapor / kg aire],
• _W1′ humedad del aire de extracción / retorno que sale de la estancia y entra en el sistema de recuperación de calor [kg vapor / kg aire].

Análisis psicométrico

A continuación, se acompaña el diagrama psicométrico de un recuperador de calor entálpico instalado en Madrid bajo las siguientes condiciones de diseño:

• Caudal aire exterior: 4.000 m³/h
• Temperatura seca de 30 ºC del aire exterior con 60% humedad relativa
• Temperatura seca retorno: 24 ºC con una humedad relativa local de 50%
• Eficiencia térmica: 80% (t_2″ = 25,2ºC)
• Efic. higrométrica: 75% (t_2″ = 25,5ºC)

Se adjuntan los gráficos de las transformaciones que tienen lugar en el recuperador de calor, si éste es sensible o entálpico, respectivamente:

Observe que, al contrario que la eficiencia sensible, la higrométrica depende de las condiciones térmicas del aire de entrada.

Si dentro del recuperador de calor, al corriente de aire llegase a enfriarse por debajo de la del rocío (saturación), se depositará agua condensada en el intercambiador que deberá ser retirada.

En este artículo, tendrá más información sobre las transformaciones para el acondicionamiento de aire.