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Frío solar en el PSE-Arfrisol
04/06/2008
Proyecto singular Estratégico sobre Arquitectura Bioclimática y Frío Solar. En total 14 instituciones, lideradas y coordinadas por el CIEMAT, están aunando esfuerzos para conseguir demostrar que la arquitectura bioclimática y la energía solar de baja temperatura son los elementos básicos adecuados para la edificación del futuro. En estas investigaciones se están analizando y evaluando, en condiciones reales de uso, cinco edificios públicos simbólicos, (llamados contenedores, demostradores de investigación, C-Ddl), para llegar a demostrar que en ellos se puede conseguir un ahorro energético del 80 al 90% junto con la disminución de emisiones de CO2 a la atmósfera.
Las aplicaciones solares investigadas van desde los sistemas activos a las técnicas solares pasivas. Con el uso de las estrategias pasivas se pretende conseguir entre un 50% y un 60% de ahorro energético, en función del diseño arquitectónico y de las características climatológicas del lugar de ubicación, a lo que hay que añadir del 30 al 40% de ahorro de la aportación de los sistemas activos. Por lo tanto, el uso de fuentes de energía convencional no superará el 10 0 20% de la que consumiría un edificio convencional construido en el mismo emplazamiento y para el mismo uso.

Sistemas de refrigeración solar o "Frío Solar"

Al utilizar la energía solar activa con el empleo de captadores solares se pretende usar el agua caliente solar tanto para el apoyo a la calefacción como para que sea el foco calorífico de las máquinas de absorción y así conseguir aire acondicionado solar, conocido como "frío solar". Estos sistemas de refrigeración muy actuales, aunque no novedosos, buscan evitar el gasto de energía eléctrica, a menudo muy derrochada en los aparatos convencionales de aire acondicionado. La máquina de absorción es el sistema de refrigeración más antiguo, ideado por el americano Ferdinand Carré en 1860, no ha sido utilizada hasta ahora por no ser competitiva con las convencionales, aunque actualmente existe un renovado interés por este tipo de refrigeración pues permite el aprovechamiento de energías de bajo nivel térmico que es el que puede proporcionar las energías renovables.

Existen varios sistemas de refrigeración solar que pueden utilizar captadores solares conectados a bombas de absorción o adsorción, que se suelen englobar como refrigeración por porción. Las máquinas de adsorción están menos desarrolladas, y actualmente tienen costes menos más elevados y menor eficiencia que las de absorción.. Por lo que en el PSE-Arfrisol se investigaran y analizaran máquinas de absorción de baja potencia, que actualmente están empezando a utilizarse para la climatización de los D-Ddl. Luego los C-Ddl sirven como laboratorio para investigar al detalle estas máquinas de absorción para refrigeración, "frío solar", considerando los pormenores científicos y tecnológicos al aplicar la energía solar en la edificación y así obtener equipos más competitivos y avanzados que los ya probados con anterioridad por las empresas participantes en el PSE-Arfrisol.


Existen varios sistemas de refrigeración solar que pueden utilizar captadores solares conectados a bombas de absorción o adsorción, que se suelen englobar como refrigeración por porción. Las máquinas de adsorción están menos desarrolladas y, actualmente tienen costes más elevados y menor eficiencia que las de absorción. Por lo que en el PSE-Arfrisol se investigarán y analizaran máquinas de absorción de baja potencia, que actualmente están empezando a utlizarse para la climatización de los C-Ddl. Luego los C-Ddl sirven como laboratorio para investigar al detalle estas maquinas de absorción para refrigeración, "frío solar", considerando los pormenores científicos y tecnológicos al aplicar la energía solar en la edificación y así obtener equipos más competitivos y avanzados que los ya probados con anterioridad por las empresas participantes en el PSE-Arfrisol.
Por lo tanto se llevarán a cabo mejoras tanto en el funcionamiento interno de las máquinas de absorción, sobre todo en potencias pequeñas, como en su integración con captadores solares térmicos. En cuanto a la integración de máquinas de absorción con captadores solares térmicos hay poca experiencia en España considerando las diferentes situaciones de radiación solar que se dan tanto en Almería, Madrid, Soria y Asturias, donde están localizados los C-Ddl, siendo este otro de los objetivos a conseguir en el PSE-Arfrisol. Es decir se pretende llevar a cabo un estudio de las tecnologías existentes en refrigeración solar a partir de las fuentes de calor de bajo nivel térmico, su adaptación y aplicación a la climatización en edificios. Ambas tecnologías, absorción y adsorción son diferentes desde el punto de vista de los fenómenos físicos en que se basan, aunque su integración dentro de un sistema de acondicionamiento de aire es semejante. La absorción en una tecnología más probada y disponible comercialmente, aunque menos de lo deseable en los rangos de tamaños adecuados para la climatización de edificios con energía solar; o sea la absorción es una técnica de refrigeración más conocida que la adsorción.

La absorción se basa en la mezcla, en forma de disolución, de dos fluidos con una fuerte afinidad mutua. Uno de ellos es el refrigerante y el otro el absorbente, siendo los más usuales los de Libr/H2O y H2O/NH3 aunque el más usados es el primero, por requerir menores niveles térmicos en el generados y no precisar temperaturas menores de Oº C en el evaporador. Sus principales desventajas son bajos COP (Coefficient of Performance aunque mayores que los obtenidos en adsorción), SCP (Specific Cooling Power) y elevadas inversiones iniciales, aunque menores que en el caso de la adsorción. Aunque tiene algunas desventajas como son las propiedades corrosivas de los pares de trabajo, la posible formación de cristales de absorbente, el potencial contaminante del NH3 y la necesidad de una fuente de energía con un nivel térmico más elevado frente a la adsorción. Mientras que las ventajas son conseguir valores más elevados del COP y que es una tecnología más madura, conocida y disponible comercialmente. Teniendo en cuenta tanto las ventajas como los incovenientes se encuadra la investigación del PSE-Arfrisol en esta área de conocimiento tan actual.

Ahora bien toda esta tecnología es para poder enfriar una habitación, lo que significa mantener la temperatura de la habitación más baja que la temperatura exterior, aunque se sabe que el calor no puede pasar de un lugar de baja temperatura a uno de alta temperatura. Por ello es necesario desarrollar un mecanismo "forzado", conociéndose este mecanismo como bomba de calor, enfriador,? que es quien se encarga de empujar el calor de una zona fría hacia una caliente, al igual que una bomba empujaría el agua de una zona baja hacia una más alta. El refrigerador con compresor es el más habitual y por lo tanto más conocido, basándose en modificar las características de un gas (la presión y el volumen, lo cual lleva implícita la modificación de la temperatura). Para esta modificación de presión y volumen se utiliza un compresor, que en general utiliza la energía eléctrica.

En el caso de la refrigeración solar el refrigerador utiliza la energía calorífica y se denomina refrigerador por absorción. El agua refrigerada por absorción se consigue en base al hecho de cualquier líquido que se evapora, precisa una cantidad de energía denominada como calor latente. Este principio es el que ocurre por ejemplo, en la vida diaria cuando al poner inyección se pasa un algodón con alcohol y se siente la piel fría. El motivo es que el alcohol se calienta por el calor del cuerpo (brazo, pierna, etc.) y se evapora quitando algo de calor a esa zona. Luego el refrigerador necesita usar el calor latente de la evaporación, pero una vez evaporado se irá agotando y se precisa devolverlo a su estado líquido para volver a evaporarlo, de lo contrario se agotaría o se diluiría en el absorbente. En las máquinas de absorción si se dejan caer gotas de BrLi en la zona interior de la carcasa, que se denomina absorbedor, la solución de BrLi absorbe el vapor del refrigerante. Pero ocurre que cuando absorbe vapor del refrigerante éste se diluye y su poder absorbedor decrece con lo cual también decrece el poder de refrigerar el agua. Pero la disolución diluida se calienta con una fuente externa de calor como es el agua caliente colar y así se regenera el absorbedor, eliminando el vapor diluido en su interior (generador). Pero el vapor del refrigerante se puede condensar en otra zona, denominándose el condensador. Para condensar hace falta disponer de un líquido frío (o similar) y así se cierra el ciclo.


Frío Solar en PSE-Arfrisol

En el PSE-Arfrisol se llevara a cabo el estudio del fenómeno denominado "frío solar" profundizando en las bombas de absorción acopladas a los sistemas solares térmicos, pretendiendo que al final del proyecto se puedan poner en el mercado estos sistemas, cuyo comportamiento será conocido en profundidad. Por lo tanto se seguirá con la investigación de la mejora de las máquinas, con reducción de tamaño, reducción de partes móviles, optimización de termodinámica de sales, etc. Con todo ello se intentará optimizar la adecuación de los sistemas de absorción con energía solar (nuevos captadores, nuevas máquinas, etc.) y otras energías de fuentes alternativas (biomasa, residual,). Además se analizará en detalle el comportamiento de estas nuevas unidades para su adecuación al uso en edificaciones terciarias y residenciales. Cada una de las aplicaciones posee una tipología diferenciada que precisa de ajustes en la gestión de los recursos energéticos con los que se conecta el sistema. Luego la investigación y mejora de los sistemas de absorción empleados y su acoplamiento con los captadores solares para obtener refrigeración en los edificios, es decir profundizar en el estudio del fenómeno conocido como "frío solar" se realizará mediante:

-Desarrollo de la investigación oportuna de los sistemas empleados para poner en el mercado los equipos y todos los elementos aquí estudiados.
-Estudios de la viabilidad de los sistemas para poner en el mercado los equipos y todos los elementos aquí estudiados y propuesta de equipos pre-comerciales después de realizar el estudio de las diferentes posibilidades y variaciones-mejoras-optimización de los mismos.
-Análisis desde el punto de vista energético y económico de los prototipos que tienen desarrollados algunos participantes en el PSE-Arfrisol procedente de otros proyectos de I+D.

Con todo esto y al final del PSE-Arfrisol, en diciembre de 2010, se llevarán a cabo, entre los múltiples objetivos a conseguir, unas Conclusiones y Recomendaciones con la mejora de captadores y máquinas, sus aplicaciones y los sistemas auxiliares, así como los resultados obtenidos con estos sistemas con la integración de captadores solares y máquinas de absorción en los 5 C-Ddl que se están evaluando.


Maria del Rosario Heras
(Coordinadora general del PSE-Arfrisol y jefa de la Unidad de I+D sobre Eficiencia Energética en Edificación-Ciemat.


Fuente:Nuevas Tecnologías (Abril 2008)
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