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Climatización e Instalaciones

Es interesante buscar sistemas con flexibilidad de funcionamiento para adaptarse a los cambios de uso o estacionalidad de estas instalaciones

Soluciones para una climatización eficiente en hoteles

Gema Martínez López. Market Manager Hoteles CIAT

04/02/2019

Las instalaciones hoteleras presentan distintas necesidades de climatización en función de la zona a climatizar, el uso de los recintos, y la distribución dentro del complejo. Sin perder de vista las exigencias normativas europeas para los equipos de climatización y ventilación, en este articulo se repasan algunas de las soluciones eficientes que se plantean para los establecimientos hoteleros.

HVAC: retos normativos

Las directivas de Eco-diseño (2009/125/CE) y el reglamento F-Gas (UE 517/2014), vigentes en estos momentos en Europa, afectan profundamente a los fabricantes de equipos de climatización y ventilación así como a los usuarios de dichos sistemas de HVAC.

El objeto final y fundamental de estas normativas es la reducción de emisiones de CO2 a la atmósfera. Esto se consigue de dos maneras, tal y como puede verse en la figura 1.

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Figura 1. Retos normativos por las directivas F-GAS y ECO-DISEÑO (ErP).

Por un lado, reduciendo la emisión de gases fluorados de efecto invernadero, tal y como se establece en el reglamento F-Gas. Para ello debe reducirse paulatinamente tanto el PCA de los refrigerantes empleados en los sistemas de climatización como la cantidad de refrigerante contenida en los mismos. Así mismo, debe incrementarse la revisión de las instalaciones para reducir el riesgo de fugas de refrigerante que puedan producirse.

Por otro lado, mejorando la eficiencia estacional de los equipos tal y como viene especificado en la directiva ERP, siendo obligatorio para la certificación CE de las unidades. También puede reducirse notablemente el consumo de los equipos, implementando ciertas medidas que se detallarán en este artículo, que mejoran el rendimiento durante el funcionamiento.

Necesidades de climatización en hoteles

Las instalaciones hoteleras, como puede verse representado en la figura 2, presentan distintas necesidades de climatización en función de la zona a climatizar, el uso de los recintos, y la distribución dentro del complejo.Pueden ser recomendables distintos sistemas de climatización para proporcionar una solución global a un establecimiento, si bien lo habitual es la instalación de enfriadoras, fan-coils y climatizadores de aire nuevo tanto para la climatización de habitaciones, como zonas comunes, zona de restauración y salones.

También puede ser interesante en muchas ocasiones la instalación de equipos autónomos en zonas de uso menos frecuente, como pueden ser los salones de convenciones, así como en zonas más aisladas y en las que pueda ser difícil hacer llegar la instalación de tuberías desde la zona de producción de agua fría y caliente.

En caso de que haya zona de piscinas cubiertas, pueden instalarse equipos específicos para su deshumectación y climatización, siendo estos equipos también de tipo autónomo y con opciones de recuperación tanto en agua como en aire.

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Figura 2. Zonas de un hotel y opciones de climatización.

Gestión del aire: aporte de aire exterior, free-cooling y parametrización de ventiladores plug-fan EC

La primera medida para reducir el consumo de las instalaciones está enfocada a la gestión del aire que se mueve por la instalación: control y tratamiento del aire nuevo para ventilar, aprovechamiento de las posibilidades de enfriamiento gratuito y explotación de las posibilidades de funcionamiento que poseen los ventiladores plug-fan EC.

Aporte de aire exterior

Una adecuada gestión de la aportación de aire exterior es fundamental para evitar derroches energéticos. Es muy importante reducir siempre al mínimo el aporte de aire nuevo que se hace a la instalación. Para ello puede hacerse una gestión del aire exterior mediante la medición directa de CO2. De esta manera, cuando la ocupación sea baja, el aporte de aire nuevo será acorde, reduciendo notablemente la carga térmica introducida en el local.

Cuanto más extremo sea el clima, más interesante será su instalación. No obstante, los ahorros obtenidos medios son de un 5 % en las instalaciones. Esto unido a su bajo coste hoy en día, hace que su montaje sea cada vez más frecuente.

Free-cooling

El free-cooling es un requisito reglamentario en sistemas de más de 70 kW, siendo además una de las mayores fuentes de ahorro en las instalaciones. Para ello será necesaria una caja de mezclas con un juego de dos o tres compuertas, y en muchos casos un ventilador para retorno y extracción.

Es muy importante la correcta selección del tipo de free-cooling, térmico, entálpico o termoentálpico dependiendo de la climatología de la zona geográfica de la instalación. En zonas de humedad baja, es suficiente con seleccionar un free-cooling térmico en el cual únicamente se comparan la temperatura exterior e interior. En zonas de alta humedad, siempre se debe seleccionar un free-cooling de tipo entálpico o termoéntálpico, en el cual se mida tanto la temperatura como la humedad del aire, para no introducir aire nuevo en la instalación que pueda tener una carga latente muy elevada, penalizando tanto energéticamente como en confort el espacio a climatizar. En la figura 3 aparecen representados los tres conceptos de free-cooling nombrados anteriormente.

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Figura 3. Representación psicrométrica de los tipos de free-cooling.

Lo que puede observarse en esta representación es:

  • El free-cooling térmico permite la entrada de aire cuando la temperatura exterior es inferior a la de consigna interior. Aparece representado como la parte gris del diagrama, a la izquierda de la línea vertical que marca la temperatura de consigna interior.
  • El free-cooling entálpico autoriza la entrada de aire cuando la entalpía del aire exterior sea inferior a la establecida para el interior. Se representa en la parte gris del diagrama, por debajo de la línea inclinada que marca el valor de entalpía de consigna interior. Evita que entre aire que aun teniendo un valor de temperatura inferior a la de consigna, tenga una energía más alta debido a su humedad relativa.
  • El free-cooling termoentálpico incorpora al free-cooling entálpico la variable de la temperatura y como puede verse en el diagrama, la parte coloreada en gris es la zona del diagrama psicrométrico en la cual el aire tiene unos valores tanto de entalpía como de temperatura inferiores a los de consigna. De esta forma se favorece el confort en la instalación ya que la introducción de aire con temperaturas superiores a las de consigna hace que vaya aumentando la temperatura interior y en consecuencia el disconfort.

Parametrización ventiladores plug-fan EC

Los equipos montan cada vez más frecuentemente ventiladores de impulsión plug-fan EC, los cuales pueden adecuar su velocidad de giro a la pérdida de carga del sistema. La tecnología EC aplicada a ventiladores radiales de acoplamiento directo permite minimizar los costes de transporte de aire.

Además, permiten establecer diferentes estrategias de caudal según el modo de funcionamiento del equipo, frío, calor o solo ventilación, parando incluso su funcionamiento cuando no hay ningún tipo de demanda en la instalación. Una reducción del 20 % del caudal sin demanda frigorífica, permite reducir el consumo del ventilador hasta un 40%.

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Figura 4. Ventiladores radiales plug-fan EC.

Enfriadoras: recuperación de calor de condensación, caudal de agua variable, ventiladores axiales EC

Las enfriadoras y bombas de calor deben cumplir los rendimientos estacionales mínimos indicados por los reglamentos 2016/2281 y 813/2013 para poder ser puestas en el mercado. No obstante, cuanto mayor sea el coeficiente estacional de nuestro equipo, menor será el consumo durante su vida útil. Aunque anteriormente se tenía en cuenta el EER o COP de las unidades (el coeficiente de funcionamiento a carga total), este punto es únicamente en un determinado momento y condiciones. Por tanto, lo importante son los nuevos coeficientes estacionales SEER y SCOP, siendo fundamental tenerlos en cuenta a la hora de seleccionar el equipo.

En lo relativo a los opcionales que podemos incluir en la parte de producción de agua (fría o caliente) y que mejoran todavía más el rendimiento de la instalación, nos encontramos con la recuperación del calor de condensación, el caudal de agua variable, y los ventiladores de tipo axial EC para los equipos de producción.

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Figura 5. Gama de enfriadoras AquaCiat Power, con opción de caudal variable.

Recuperación del calor de condensación

En el caso de las enfriadoras, se puede aprovechar el calor de la condensación que habitualmente se disipa al exterior, para calentar agua que puede destinarse a diferentes usos: ACS, calefacción de baja temperatura, calentamiento de piscinas, procesos auxiliares y control de la humedad. Se consigue de esta forma incrementar el rendimiento del sistema, obteniendo un doble efecto útil con el mismo gasto de energía.

La recuperación en agua puede ser de tipo parcial o total y se hace intercalando en el circuito frigorífico del equipo un intercambiador adicional:

Recuperación parcial:

  • Aprovecha enfriamiento sensible de los gases a alta temperatura.
  • Se puede conseguir agua caliente a más de 65°C.
  • La potencia recuperada es aproximadamente un 25 % de la potencia frigorífica del equipo.

Recuperación total:

  • Aprovecha todo el calor de condensación del refrigerante.
  • El agua producida alcanza como máximo los 50 °C.
  • La potencia recuperada en un 130% de la potencia frigorífica del equipo.

En las instalaciones hoteleras, donde hay grandes consumos de ACS así como necesidad de calentamiento de piscinas y otros usos que requieren agua caliente en casi todas las épocas del año, la instalación de enfriadoras con recuperación debería plantearse siempre. La elección de un tipo u otro dependerá de las necesidades que haya en cada instalación.

Caudal de agua variable

El caudal de agua variable en circuitos hidráulicos es una de las soluciones clave para reducir consumo cuando se reduce la demanda de la instalación. En la figura 6 se representa la relación entre variables como presión, caudal, velocidad de rotación y consumo eléctrico. El consumo de la bomba varía con el cubo de la velocidad de la misma, por lo que el ahorro energético por la reducción de caudal en las instalaciones es muy elevado.

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Figura 6. Relación de afinidad caudal, presión y consumo vs velocidad.

En el caso de las instalaciones hoteleras, donde la ocupación y la simultaneidad de demanda son variables, los ahorros que se consiguen son muy elevados.

Actualmente y con la tecnología disponible, la variación de caudal de agua puede efectuarse tanto en circuitos primarios como en secundarios.

Ventiladores axiales EC

Los ventiladores axiales EC o inverter, ajustan su velocidad de giro a las condiciones exteriores. Además de conseguir un ahorro de consumo eléctrico, realizan una regulación de presión de condensación y evaporación constante, mejorando los rendimientos del equipo. Al mismo tiempo reducen el nivel sonoro del equipo cuando las revoluciones de trabajo son inferiores a las estándar.

Simulación de amortización de opcionales

La implementación de los opcionales presentados anteriormente tiene un determinado coste además de una mejora en el rendimiento de los equipos. Antes de tomar una decisión, debe verificarse el tiempo de retorno de la inversión de los mismos.

A continuación se presenta un ejemplo realizado con una herramienta de comparación de enfriadoras. En este ejemplo se presenta una enfriadora de 300 kW en tres supuestos:

  • Con ventiladores estándar y bomba de caudal constante.
  • Con ventiladores EC y bomba de caudal constante.
  • Con ventiladores EC y bomba de caudal variable.

Se considera el diferencial de coste inicial de los equipos, así como el coste anual de la electricidad con 3.600 horas de funcionamiento al año, obteniéndose el resultado que puede verse en la figura 7:

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Fig. 7: Retorno de la inversión y comparación de 3 enfriadoras.

En la barra correspondiente al Año 0 para cada modelo, se indica la diferencia de precio con respecto al modelo más sencillo, que es el que lleva bomba de caudal constante y ventilador axial estándar, es decir, el equipo con ventilador axial EC tiene un sobrecoste de 2708 € con respecto al primer equipo, y el que incluye axial EC y bomba de caudal variable de 3.572 € igualmente con respecto al primer equipo. Si bien la inversión inicial es ligeramente inferior del equipo más sencillo, ya en el tercer año vemos que los dos tipos de equipos que incluyen mejoras han sido amortizados, puesto que el coste de la energía durante esos tres años más el sobre coste inicial, es inferior al del equipo más sencillo.

Si llegamos hasta el año 15, nos encontramos que el ahorro frente al equipo más simple es de 12.292€ en el equipo con axial EC, y de 33.928 € en el equipo más completo.

Fan-coils: tecnología brushless y regulación

En el caso de los fan-coils para habitaciones, se recomienda siempre montar regulaciones o dispositivos que incluyan contactos de tarjetero y de ventana abierta, para evitar funcionamientos de la unidad cuando no procede.

Por otro lado, la tecnología de ventiladores brushless con motores EC, reduce de manera contundente el consumo de éstos. Este tipo de ventilador que además permite trabajar con señales proporcionales 0-10 V, permite conseguir ahorros de hasta un 85 %.

Por último, tener en cuenta que el montaje de válvulas de 2 o 3 vías de regulación también reduce el consumo frente a instalaciones que controlen los equipos únicamente parando el ventilador.

Unidades de tratamiento de aire y recuperación del aire de extracción

En un hotel podremos encontrar unidades de tratamiento de aire (UTA’s) de dos tipos, unas que únicamente están destinadas al aporte de aire nuevo (por ejemplo, las ubicadas en las diferentes plantas para hacer el aporte de aire fresco a las habitaciones) y otras que además del aporte de aire nuevo climatizan una determinada zona (por ejemplo una UTA destinada a las zonas comunes de la recepción). Las UTAS generalmente son seleccionadas con configuraciones específicas para cada instalación, sobre todo las destinadas a la climatización. Las que únicamente se destinan a la renovación de aire pueden estar más estandarizadas.

A la hora de decantarnos por uno u otro tipo de unidad, es importante verificar sus características constructivas según norma UNE-EN 1886.

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Figura 8. Unidad de tratamiento de aire.

Según el RITE 2007 (Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios), actualmente es obligatoria la recuperación del aire de extracción de los locales, a partir de un caudal de 1800 m3/h. Esta recuperación puede hacerse por diferentes medios que a continuación se resumen.

La Directiva ERP 2009/125/CE ha desarrollado para los climatizadores de aire primario el reglamento 1253/2014, por el cual se establecen las directrices de eco-diseño de las unidades de ventilación. Aplica desde enero de 2016 y posteriormente desde enero de 2018, unos requisitos mínimos y reforzados de eficiencia energética sobre los filtros, recuperadores, ventiladores y motores. En concreto, la eficiencia mínima de los recuperadores de placas y rotativos, tendrá que ser para cumplir con la ERP 2018 del 73%.

Hoy en día existen en el mercado unidades de alta eficiencia con regulación integrada. Son soluciones plug and play, con ventiladores de impulsión y retorno plug-fan EC de acoplamiento directo y que pueden hacer su regulación mediante sonda de calidad de aire

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Figura 9. Recuperador de aire plug-and-play.

Equipos autónomos

Desde enero de 2018 los equipos autónomos y roof-top deben cumplir los estacionales mínimos indicados por el reglamento 2016/2281 para poder ser puestos en el mercado. Al igual que se comentaba en el apartado de las enfriadoras, a partir de ahora el foco está en la eficiencia estacional. Los requisitos de eficiencia se verán incrementados para este tipo de equipos en enero de 2021.

La instalación en determinadas zonas de equipos autónomos, permite obtener una serie de beneficios, al mismo tiempo que se reduce la inversión a realizar y los costes de mantenimiento.

Mediante los equipos autónomos podemos aprovechar en muchos casos la recuperación del aire de extracción y el free-cooling. Tienen la posibilidad de poderse instalar tanto en el exterior como en salas técnicas, según convenga en cada caso.

Para estos equipos autónomos, existe en el mercado otra opción de recuperación denominada recuperación frigorífica. Este sistema añade un circuito frigorífico adicional a estas unidades, aprovechando las condiciones óptimas de temperatura del aire de extracción del local a acondicionar.

Además, este tipo de equipos pueden incluir algunos opcionales que facilitan el mantenimiento y la gestión energética, como son el medidor de energía térmica producida y eléctrica consumida integrado en la regulación del equipo y el detector de fugas integrado.

Conclusiones

Teniendo en cuenta todo lo visto en este artículo, existe un gran número de medidas que se pueden adoptar para reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera. Además de buscar equipos con bajo PCA y bajo contenido de refrigerante, tendremos que buscar soluciones que permitan integrar todas las medidas de ahorro energético posible para un óptimo retorno de la inversión.

Asímismo, no hay que olvidar realizar un correcto mantenimiento de los equipos, revisiones de los circuitos frigoríficos y verificación del correcto funcionamiento de las medidas energéticas implementadas. En una instalación hotelera puede haber cambios de uso o estacionalidad, con lo que es muy interesante buscar soluciones con flexibilidad de funcionamiento.

Además de buscar equipos con bajo PCA y bajo contenido de refrigerante, tendremos que buscar soluciones que permitan integrar todas las medidas de ahorro energético posible para un óptimo retorno de la inversión

En una instalación hotelera puede haber cambios de uso o estacionalidad, con lo que es muy interesante buscar soluciones con flexibilidad de funcionamiento.

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