Què és l’aerotèrmia? En què consisteixen i com funcionen les instal·lacions aerotèrmiques

La majoria d’instal·lacions relacionades amb la climatització i amb processos industrials han utilitzat l’aire ambient exterior, en un grau o altre i en una fase o altra del procés, com a mitjà d’intercanvi d’energia donat que és el més senzill i econòmic. Algunes excepcions serien les centrals nuclears que utilitzen l’aigua dels rius o del mar per a refrigerar-se. Essent, per tant, instal·lacions aerotèrmiques, que no les havíem anomenat explícitament així fins l’aparició de tècniques i sistemes cada cop més comuns que utilitzen no l’aire sinó el terra o el sòl com a mitjà d’intercanvi: el que anomenem instal·lacions geotèrmiques.

Per tant, com a contraposició, utilitzem aquesta expressió d’instal·lacions aerotèrmiques per agrupar tots aquells sistemes que basen la transferència de calor en l’aire que les envolten. Res de nou però diferenciant, a partir d’ara, d’altres sistemes que es van fent més populars i basats en altres conceptes de transferència.

 

Un sol sistema compacte, simple i d’altres prestacions

I per què es parla tant d’aerotèrmia, si és un concepte relativament clàssic i comú? Perquè apareixen noves aplicacions basades en el simple intercanvi amb l’aire, prou eficients per competir amb sistemes basats en renovables.

Degut a les normatives cada cop més exigents amb l’ús de l’energia, que obligaven a utilitzar una part de l’energia necessària provinent de fonts renovables (per exemple per a la producció d’aigua calenta sanitària), els sistemes basats en l’aerotèrmia
han desenvolupat tecnologies que els permeten integrar en un sol sistema, compacte, simple i de petites dimensions els equips capaços de proporcionar resultats equivalents als obtinguts amb sistemes convencionals recolzats per fonts renovables amb consums d’energia primària (elèctrica) iguals o inferiors. Per tant, fent innecessària la instal·lació, per exemple, de camps solars
tèrmics.

Aquest tipus d’instal·lacions de captació d’energia tèrmica solar són, en general, poc eficients i cars si són petits i fan servir molt espai i cal molt control i regulació si són grans. A més, el manteniment és car i requereix un seguiment eficaç perquè el sistema aprofiti tot el seu potencial. Addicionalment cal tenir en compte que els sistemes acostumen a quedar curts a l’hivern (baixa la radiació) i reben un excés d’energia a l’estiu (pel motiu contrari), el que obliga a un compromís de disseny que resulta en sistemes cars i poc eficients. No volem dir que la solar tèrmica no sigui una energia útil, aprofitable i interessant però sí que té aplicacions
millors, posem pel cas, que produir aigua calenta sanitària en ús residencial individual.

Com li és propi, la indústria busca solucions per complir amb uns requeriments normatius de manera més econòmica, compacta i senzilla de mantenir i podem dir que avui dia ja existeixen solucions simples i eficaces. Apareixen per exemple, com una evolució de les unitats partides de climatització simple amb expansió directe i aire, una sèrie d’equips amb circuits interiors mixtos que tant poden tractar l’aire de climatització com poden escalfar aigua aprofitant el calor subproducte d’un procés de refrigeració, per exemple. Aquesta aigua escalfada, per tant, amb una calor que llençaríem a l’exterior, podem considerar-la que ha estat preparada amb energia renovable, que en aquest cas és una calor residual que no escalfa l’entorn ni el planeta.

Un cop acumulada convenientment aquesta aigua podrà ser utilitzada com a aigua calenta sanitària (ACS ). I farà innecessària la instal·lació d’un sistema solar tèrmic perquè la relació entre energia produïda i energia consumida és tant alta que es compleixen els requeriments legals d’eficiència energètica determinats per l’actual reglament d’instal· lacions tèrmiques RITE, CTE, normes
de la comunitat autònoma i normes locals.
Aquests nous equips compactes, requereixen poc espai, necessiten poc manteniment, i únicament utilitzen energia primària elèctrica, la més eficient i menys contaminant com a font global de referència.

Tot i que l’Administració va ser inicialment reticent a acceptar com a bons els càlculs i justificacions que proporcionaven els fabricants d’aquests d’equips, finalment s’ha demostrat sobradament que els equips actuals amb dobles circuits amb diferents refrigerants que modulen la resposta en funció de la demanda són tant o més eficients en l’ús de l’energia que l’ús teòric d’energies renovables com la solar tèrmica.
A més ho fan amb sistemes simples i compactes que ocupen poc espai, que no requereixen diverses fonts d’energia primària, amb uns components habituals i amb manteniments raonables.

Encara són una mica més cars decompra que els equips equivalents de climatització i calefacció o ACS (sense tenir en compte les instal·lacions tèrmiques solars) i presenten limitacions tècniques (pèrdues de rendiment importants que cal tenir en compte a l’hora de fer un bon disseny) al voltant de les temperatures màximes que poden assolir.
Però aquests problemes s’aniran reduint amb el temps i s’acabarà disposant d’uns sistemes eficients, nets i simples per proporcionar calefacció i ACS a les llars amb potències i consum sempre ajustats.

 

Com funcionen els sistemes?

El sistema es compon bàsicament d’una unitat exterior i una unitat interior entre les que circula, com sempre, un gas refrigerant. La diferència radica en el fet que, si bé la unitat exterior intercanvia calor amb l’aire exterior (d’aquí el nom), la unitat interior ho fa amb aigua. L’aigua (en general tot líquid) és un millor fluid d’intercanvi que un gas com l’aire, i d’aquí en resulten unitats petites i
compactes.

Sistema partit per a producció d’ACS. Acumulació en dipòsit extern i calefacció per terra radiant
Sistema partit per a producció d’ACS. Acumulació en dipòsit extern i calefacció per terra radiant.

 

 

Cicle refrigerant i circuit hidràulic. Unitat interior per a versió amb dipòsit integrat
Cicle refrigerant i circuit hidràulic. Unitat interior per a versió amb dipòsit integrat

 

Aquesta aigua que rebrà l’energia del circuit frigorífic la farem servir per a les dues funcions bàsiques: dirigir-la a un sistema de calefacció de baixa temperatura (35ºC) com ara un terra radiant o un sistema de radiadors de baixa temperatura; i acumular-la en un acumulador ACS per al seu ús puntual. Els sistemes més moderns, com ara les unitats Yutaki de Hitachi, utilitzen dos circuits independents en el que anomenen cascada de circuits, amb refrigerants diversos que aprofiten les seves diferents temperatures de condensació per produir aigua a una temperatura puntualment major, amb un rendiment global inferior.

En l’evolució actual cada cop es requereixen menys els sistemes puntuals d’escalfament de l’ACS en moments de temperatures fredes extremes, quan els rendiments en calefacció cauen ràpidament. En aquests casos cal fer un dimensionat acurat tenint en compte la potència útil necessària en aquestes condicions més desfavorables, descartant la utilització de resistències elèctriques dins els acumuladors, com s’ha fet de manera comuna en els equips domèstics i semiindustrials elèctrics d’escalfadors acumuladors.

El problema d’aquests tipus d’instal·lacions són les temperatures que poden aconseguir-se a les unitats interiors. Aquests valors són més que suficients en sistemes de condicionament que utilitzen l’aire com a element de transmissió però són baixos per a sistemes tradicionals de radiadors.

Per això la tendència per a aquests sistemes d’aerotèrmia és l’ús, juntament amb una millora de les condicions d’aïllament de les edificacions, de sistemes anomenats de baixa temperatura: terres radiants o sistemes de radiadors de baixa temperatura, que acostumen a operar a temperatures d’entre 30 i 40ºC.

Més dificultat trobarem per aplicar aquests sistemes en edificis existents; o perquè és literalment impossible disposar d’un terra radiant sobre un paviment ja existent o allà on les càrregues tèrmiques superin els 80-90 W/m2 degut a uns nivells d’aïllament deficients. Per aquests casos de rehabilitació, cada cop més habituals, els nous sistemes encara no són fàcils d’implementar i les potències reals disponibles encara no permeten aquestes solucions sense millores radicals en altres aspectes com ara els aïllaments de tancaments.

En definitiva, podem concloure que avui dia ja es disposa de sistemes compactes i eficients, sense grans requeriments d’inversió, espai o manteniment, capaços de proporcionar l’energia tèrmica requerida per a calefacció, refrigeració i ACS de la gran majoria d’habitatges i usos del sector terciari. I poden fer-ho d’una manera molt eficient i utilitzant únicament energia elèctrica neta.

Autor de les fotos: Hitachi Yutaki

Nota de l’editor

Aquest article va ser publicat originàriament a L’Informatiu número 357 de setembre de 2018.

Sobre l’autor

Gustau Ballester

És enginyer industrial Més articles de l'autor

Deixa un comentari