¿Qué son los acondicionadores de aire pasivos, cómo funcionan?
Con el inicio de un verano caluroso, surge inevitablemente el problema del aire acondicionado. Aunque no en todas las regiones, el aire caliente y viciado sigue siendo un problema muy real en muchas regiones, lo que puede causar problemas en el hogar o en la oficina. Para solucionarlo, puede comprar un acondicionador de aire convencional, que también se llama sistema split. Pero son bastante caros por sí solos y también consumen mucha electricidad, lo que afecta los costos. El uso de aires acondicionados convencionales no siempre es aconsejable y justificado, en ocasiones es mucho más rentable instalar un acondicionador de aire de refrigeración pasiva en la casa. En este artículo revelaremos qué son los aires acondicionados pasivos y cómo funcionan..
En que consiste un aire acondicionado pasivo
El aire acondicionado se puede hacer de varias formas. Y estamos acostumbrados al hecho de que el aire acondicionado es una cosa tan alargada que cuelga del techo. Sale aire frío, y fuera de la pared de la casa hay una caja con un ventilador, de la que gotea la condensación. Por lo tanto, los acondicionadores de aire pasivos están dispuestos de una manera completamente diferente..
La opción más simple y relativamente más barata para organizar un acondicionador de aire pasivo consta de los siguientes elementos:
- Circuito geotérmico (pozo en el suelo).
- Unidad fan coil.
- Bomba de circulación.
- Refrigerante en el circuito.
Dicho sistema es capaz de reducir la temperatura ambiente entre 4 y 6 ° C y tiene una capacidad de 1 a 2 kW. Los fabricantes del sistema suelen indicar un indicador de 2 kW o más, pero de hecho, mucho depende de la región, la estructura del suelo y la temperatura general de la región, tanto del aire como del suelo. Pero puede contar con seguridad con 1 kW de potencia.
Si la capacidad de dicho sistema es insuficiente, se le agrega una bomba de calor. Una unidad de este tipo es cara y tarda mucho en amortizarse. Pero si inicialmente crea un sistema de calefacción y aire acondicionado basado en una bomba de calor con un circuito geotérmico, entonces resulta bastante rentable. No es rentable utilizar una bomba de calor solo para enfriar el aire en verano. Tenga en cuenta que no es rentable, no porque la electricidad y otros costos sean altos, sino porque el costo inicial de la bomba de calor es muy alto..
Entonces, echemos un vistazo más de cerca a los elementos de un aire acondicionado pasivo..
Circuito geotermal y pozo
Un contorno geotérmico es un pozo vertical en el suelo. Cuanto más profundo es el pozo, más energía térmica se puede extraer de él. Por ejemplo, un pozo de 40 m de profundidad puede proporcionar 2 kW de potencia, casi como un sistema dividido..
Un depósito de tubos de plástico en forma de U se baja al pozo. Se pueden usar otras tuberías, pero el plástico se considera el más óptimo. Son baratos y el rendimiento es lo suficientemente bueno para que el coleccionista dure 50 años..
La tubería está llena de líquido que circula por el sistema. También se le llama refrigerante. Las bombas de calor convencionales usan un refrigerante anticongelante especial, pero los acondicionadores de aire pasivos pueden usar agua normal. Por lo que hay menos costos operativos y reembolso de pérdidas accidentales..
¡Importante! Tenga en cuenta que si se utiliza una bomba de calor, entonces debe circular un líquido especial como portador de calor: un refrigerante..
Por lo general, es el alto costo del trabajo de perforación lo que detiene a los propietarios de viviendas suburbanas antes de instalar un aire acondicionado pasivo. Pero debido al hecho de que los requisitos para un pozo en el suelo son mucho menos estrictos que para un pozo de agua, por ejemplo. Por lo tanto, para perforar incluso un pozo tan profundo de 40 m, se pueden utilizar pequeñas plataformas de perforación como BUR-50. Especialmente si el suelo tiene de 3 a 4 grados de capacidad de perforación, que incluyen arcilla, arena y piedra caliza..
El costo de perforar un pozo de 40 m de profundidad no excede los $ 500. El costo de un conjunto de tubos de plástico y elementos de conexión es de aproximadamente 100 USD..
Un pozo en el suelo no es la única opción de depósito para un acondicionador de aire pasivo. También puede sumergir el colector en agua, cuya temperatura sea suficiente para que el refrigerante en circulación se enfríe al menos entre 3 y 5 ° C. Por ejemplo, puede bajar el depósito a un pozo de agua fría o a un río de montaña..
Unidades fan coil
Las unidades de fan coil son el siguiente elemento del sistema de enfriamiento pasivo. Estas unidades también se denominan “semi-acondicionadores”..
La unidad fancoil consta de intercambiador de calor, ventilador, filtro y unidad de control.
El medio refrigerante / calefactor circula dentro del intercambiador de calor. El ventilador envía aire al intercambiador de calor, donde se enfría, y expulsa el aire frío. El filtro limpia el aire. Y la unidad de control es necesaria para regular la temperatura del aire en la habitación..
Si entra en un pequeño detalle, el ventilador distribuye el aire de manera uniforme por toda el área del intercambiador de calor para que se enfríe o se caliente uniformemente (si el fan coil se usa para calentar).
El motor del ventilador es de dos tipos:
- tangencial: se utiliza para unidades de bobina de ventilador de baja potencia en habitaciones pequeñas;
- centrífugo: se utiliza en unidades de bobina de ventilador de potencia media y alta. Por lo general, estos se instalan en fábricas u otras instalaciones grandes..
Entonces, el ventilador sopla aire y lo suministra a través del intercambiador de calor. El intercambiador de calor en sí y las tuberías adecuadas para él suelen ser de cobre. El refrigerante o agente de transferencia de calor fluye a través de las tuberías dentro del intercambiador de calor. Puede ser agua, fría o caliente, o una solución de etilenglicol..
Las unidades fan coil pueden controlar la temperatura ambiente de dos formas: ajustando el volumen de aire suministrado o el volumen de agua en el intercambiador de calor. El flujo de agua se puede ajustar mediante una válvula especial que cambia el diámetro de la sección transversal de la tubería. Por lo tanto, cambia el flujo de agua que ingresa al intercambiador de calor..
¡Importante! La capacidad de regular el volumen de agua entrante es la diferencia fundamental entre los sistemas de agua y el freón..
El flujo de aire se puede controlar cambiando la velocidad del ventilador. Entonces bombeará aire en un volumen menor o mayor..
Los ventiloconvectores se instalan en todas las estancias donde se requiere aire acondicionado: en vestíbulos, dormitorios, pasillos, cocinas y otras estancias. El costo de las unidades fan coil comienza desde 200 USD. Tienen el mismo aspecto que los aires acondicionados convencionales con una potencia de 2 kW, con control remoto y regulación de la velocidad de enfriamiento..
Bomba de circulación
Se necesita una bomba de circulación en el sistema para hacer que el fluido circule por el circuito del sistema. El agua fluye a lo largo del circuito geotérmico, se enfría allí y entra directamente al intercambiador de calor de fancoil.
El consumo de electricidad de la bomba de circulación es muy bajo y el costo de la bomba en sí es de aproximadamente $ 100. La instalación de todo el sistema de enfriamiento pasivo costará alrededor de $ 100. En total, un aire acondicionado pasivo costará $ 600, aproximadamente lo mismo que un sistema split convencional..
Además de los elementos presentados del aire acondicionado pasivo, se puede incluir una bomba de calor en el sistema. Si la capacidad de los elementos básicos no es suficiente, el refrigerante se enfría adicionalmente en el compresor y solo entonces ingresa al intercambiador de calor de fancoil.
Cómo funciona un aire acondicionado pasivo
Echemos un vistazo más de cerca al principio de funcionamiento de un aire acondicionado pasivo y cómo funcionan la ventilación y el aire acondicionado en las habitaciones..
Entonces, digamos que el agua ordinaria circula en el sistema..
Al pasar a través de un intercambiador de calor de tierra, que llamamos circuito geotérmico un poco más alto, el agua se enfría a una cierta temperatura, que obviamente es más baja que la temperatura ambiente en la superficie de la tierra. Por ejemplo, afuera de la ventana hay +30 ° С. El agua fluye por el circuito y va al intercambiador de calor en la unidad fancoil con una temperatura de +19,5 ° C.
Al enfriar el aire que pasa por el intercambiador de calor de la bobina del ventilador, el agua se calienta y sale del intercambiador de calor con una temperatura de +21,2 ° C. Parecería que la diferencia es bastante pequeña. Pero profundicemos.
El enfriamiento por hora será de 715 vatios. Y los costos de electricidad son mucho menores: la unidad fan coil consume solo 70 W y la bomba de circulación es de 120 W. Por cierto, puede haber varias bombas, luego se debe sumar su consumo..
Una vez que el agua ha cedido su frío al aire, vuelve al colector de tierra, donde se enfría de nuevo, y así se repite el ciclo..
¡Importante! Cuanto mayor sea la temperatura exterior, mayor será la eficiencia del aire acondicionado pasivo. Cuando la temperatura es baja, por ejemplo, +20 ° C, la eficiencia del enfriamiento pasivo es prácticamente nula, ya que la diferencia de temperatura entre el agua y el aire es pequeña.
Si el sistema no hace circular agua, pero se agrega una solución de etilenglicol y una bomba de calor con un compresor al sistema, la eficiencia del aire acondicionado será mucho mayor, pero los costos también aumentarán..
El principal problema de los acondicionadores de aire pasivos con colector de suelo es la resistencia hidráulica, por lo que es necesario aumentar la potencia de las bombas de circulación..
La solución más sencilla a este problema es utilizar el refrigerante menos viscoso posible. Si es agua, luego destilada, diluida con suavizantes que reducen la viscosidad.
Además, puede tomar otras medidas:
- Reduzca la pendiente de las curvas de las tuberías en el sistema. Para hacer esto, los elementos giratorios deben reemplazarse con ángulos obtusos oblicuos..
- También debe reducir el número de acoplamientos que reducen el diámetro de la sección transversal de la tubería. Es mejor usar acoplamientos sin cambiar el diámetro..
- Minimizar el número de válvulas de cierre – válvulas.
- Se pueden utilizar unidades fan coil con tubos intercambiadores de calor más grandes..
La siguiente tabla muestra las secciones más problemáticas de la tubería. Tenga en cuenta que cuanto menor sea el coeficiente indicado en la última columna, menor será la resistencia hidráulica del sistema..
Tabla 1. Coeficiente de resistencia de los elementos de la tubería.
Al eliminar los elementos con mayor resistencia del sistema, puede aumentar significativamente la eficiencia de un acondicionador de aire pasivo con colector de tierra..
El siguiente punto importante en el funcionamiento de un acondicionador de aire pasivo es la ventilación. Para que las unidades fan coil funcionen correctamente, debe haber un suministro de aire fresco. Y aquí debe tenerse en cuenta que las unidades de fancoil se pueden usar con una ventana abierta, a diferencia de los acondicionadores de aire de tipo split..
Además del flujo de aire a través de la ventana, es posible realizar el suministro de aire utilizando un acondicionador de aire central, que se instala en el techo o ático del edificio..
Otras opciones de enfriamiento pasivo
La refrigeración pasiva no siempre se realiza con las unidades fan coil. Por ejemplo, en habitaciones donde el movimiento excesivo de masas de aire o el ruido de los ventiladores de la bobina del ventilador es indeseable, se pueden utilizar las denominadas paredes frías, techos o suelos fríos..
El sistema de suelo frío es prácticamente el mismo que el sistema de suelo cálido. Las tuberías pasan por debajo del revestimiento del piso por donde circula el líquido enfriado. Por tanto, el líquido enfría la superficie del suelo..
Las paredes y los techos fríos son igualmente efectivos. Desde el techo frío, el aire desciende hacia abajo de acuerdo con las leyes de la física, creando la temperatura óptima en la habitación..
Es posible llamar fríos al piso, el techo y las paredes solo condicionalmente. Normalmente, la temperatura de estas superficies nunca es inferior a +15 – +16 ° C, por lo que no se forma condensación..
En conclusión, me gustaría recordar una vez más los beneficios de usar un aire acondicionado pasivo. El consumo de energía de 2 kW de la unidad de refrigeración no supera los 80-100 W. Un acondicionador de aire convencional con una potencia de 2 kW consume al menos 800 vatios. El beneficio es obvio, un acondicionador de aire pasivo consume 10 veces menos y, en consecuencia, se amortiza en varias temporadas..