En el ámbito de la climatización, existen diversas maneras de reducir el consumo energético y apostar por la máxima eficiencia. Entre estas tecnologías, los sistemas de recuperación de energía se caracterizan por ser una de las más destacadas, siendo el recuperador de calor el más conocido.
Por su parte, el recuperador de calor no sólo ayuda a minimizar las pérdidas de energía y a acondicionar el ambiente, sino que también es capaz de gestionar la ventilación del edificio, dando respuesta a las exigencias y necesidades de los usuarios, así como a las diferentes normativas que incluyen la obligación de aprovechar el calor del aire extraído, altos niveles de eficiencia energética y la garantía de la calidad del aire que respiramos.
¿Qué es un recuperador de calor, cómo funciona y qué aspectos técnicos es importante tener en cuenta? Desde Tecna, en el siguiente artículo, entramos en detalle:
¿Qué es un recuperador de calor?
Como veníamos comentando, el recuperador de calor hace referencia a un equipo de ventilación diseñado para cumplir con un triple propósito: refrescar y renovar el aire en el interior de un lugar, al mismo tiempo que contribuyen a climatizarlo.
En primer lugar, los recuperadores de calor, a través de un sistema de ventiladores de extracción e impulsión, absorben el aire del interior, lo tratan y lo expulsan al exterior facilitando la renovación y depuración del airea través de los filtros que llevan incorporados.
En segundo lugar, el intercambiador de calor existente en el recuperador de calor facilita la cesión de calor del aire viciado del interior al aire fresco que entra del exterior. De esta manera, se consigue calentar el aire y climatizar la estancia.
Por último, al producirse el intercambio térmico entre los flujos del aire dentro del intercambiador, se logra calentar el aire sin necesidad de contar con un consumo extra de energía. Así, se consigue aprovechar un calor que, de lo contrario, sería desperdiciado, ahorrando, como resultado, una gran cantidad de energía. Este proceso se lleva a cabo mediante elsistema de ventilación mecánica, del que más tarde entraremos en detalle, permitiendo así una eficiente recuperación de la energía antes de que el aire sea expulsado al exterior.
En cuanto a las funciones principales de un recuperador de calor, podemos diferenciar 4 actuaciones:
En primer lugar, estaría la función del precalentamiento; durante el invierno, se utiliza la temperatura del aire extraído para precalentar el flujo de aire, recuperando así las calorías del aire caliente y reduciendo la carga de trabajo del sistema de climatización. Esto se traduce en un ahorro sustancial de energía.
En segundo lugar, el recuperador de aire también cumple una función como filtro. De esta manera, se asegura la extracción del aire interior viciado y se introduce aire fresco del exterior a través de filtros, garantizando un ambiente más saludable al eliminar partículas no deseadas.
En tercer lugar, en los meses cálidos, se emplea la función de derivación (by-pass) para aprovechar el aire fresco del exterior, especialmente durante las noches, contribuyendo así a preenfriar el ambiente de manera eficiente.
Por último, el recuperador de calor también actúa como evacuación de condensación. El intercambio entre el flujo de aire frío y el aire caliente húmedo puede generar condensaciones, las cuales son evacuadas para mantener un funcionamiento óptimo del sistema.
Componentes de un recuperador de calor
Antes de entrar en detalle en el funcionamiento de un recuperador de calor, es esencial comprender qué componentes lo forman.
De esta manera, por un lado encontramos los intercambiadores de calor; un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios que están separados por una barrera física o térmica. Su función principal es facilitar el intercambio de energía térmica entre un fluido que se calienta y otro que se enfría, sin que ambos se mezclen directamente.
La capacidad de los recuperadores de calor para optimizar el uso de energía está directamente vinculada a la eficacia de su intercambiador. Los tipos de intercambiador de calor más frecuentes son:
- Intercambiador con placas de flujo cruzado: Logran una eficiencia por encima del 73 %, destacándose por su diseño de placas que facilita un intercambio térmico efectivo.
- Intercambiador de flujo paralelo: Ofrece una eficiencia aproximada del 90%, caracterizándose por su disposición que permite un intercambio térmico eficiente entre los fluidos sin mezclarlos significativamente.
- Intercambiador de flujo rotativo de alta eficiencia: Incorporan un rotor que acumula calor, alcanzando una eficiencia que varía entre el 73% y el 82%, siendo una opción eficaz para optimizar la transferencia térmica en el proceso.
Además del intercambiador de calor, otro componente vital en un recuperador de calor son los ventiladores de extracción e impulsión. La selección de estos ventiladores se basa en consideraciones técnicas, como el volumen de aire a desplazar y la cantidad de renovaciones de aire requeridas para cada instalación.
Es importante destacar que el rendimiento general del recuperador de calor está directamente influenciado por la eficiencia de los ventiladores utilizados. En este sentido, los motores más eficaces hasta la fecha son los ventiladores con tecnología EC. Es decir, la calidad y eficacia del sistema dependerán en gran medida del tipo de ventiladores incorporados, destacando la importancia de emplear tecnologías avanzadas para lograr un rendimiento óptimo en la gestión del flujo de aire.
Cómo funciona un recuperador de calor
Respecto al funcionamiento de un recuperador de calor, estos equipos operan mediante los componentes que acabamos de comentar, diferenciando, por un lado, la acción de un ventilador extractor, que atrae el aire del entorno, y, por otro, la de un ventilador de impulsión, que lo expulsa al exterior, junto con la presencia de un intercambiador de calor.
De esta manera, el aire retirado del interior del lugar atraviesa el recuperador de calor y se encuentra con el aire impulsado desde el exterior en el intercambiador, donde se produce un intercambio de calor sin que ambos flujos se mezclen.
Así, durante el invierno, se aprovecha el calor contenido en el aire extraído para calentar el aire que ingresa desde el exterior, logrando mantener temperaturas en el rango de 15 a 18°C en el interior. En verano, este proceso se invierte, aprovechando el aire más fresco del interior para enfriar el aire caliente que proviene del exterior.
Ventajas de un recuperador de calor
La implementación de sistemas de recuperación de calor no sólo conlleva beneficios para la eficiencia energética, sino que también contribuye a la mejora del bienestar y confort térmico.
Por un lado, y como ya hemos visto, estos sistemas aprovechan la energía térmica presente en los sistemas de ventilación mecánica, logrando así un ahorro energético y económico al disminuir la carga sobre los sistemas de climatización convencionales. Esta eficiencia se traduce en una reducción del esfuerzo necesario para mantener condiciones térmicas óptimas tanto en invierno; mejorando los sistemas de calefacción, como en verano; ofreciendo capacidades de refrigeración.
Por otro lado, la versatilidad de estos sistemas es evidente en su capacidad para enfriar el aire que ingresa al interior durante la temporada de verano y calentarlo en invierno. Además, su asequible precio permite amortizar la inversión en un corto período de tiempo, siempre que se realice un estudio económico para evaluar su viabilidad y retorno de inversión.
Otro punto a destacar es la posibilidad de integrar estos sistemas con equipos de alta eficiencia energética y fuentes renovables, como la geotermia o aerotermia. Esta sinergia permite maximizar los beneficios ambientales y económicos de los recuperadores de calor, convirtiéndolos en una opción atractiva y sostenible para optimizar la gestión térmica en diversos entornos.
Importancia de la renovación del aire en los espacios interiores y de la recuperación de energía en este proceso: ¿qué papel cumple el recuperador de calor?
Una vez conocidas las ventajas de los recuperadores de calor, es momento de centrarnos en la importancia de la renovación del aire en espacios interiores, así como de la recuperación de energía en este proceso para lograr la máxima eficiencia.
Como es evidente, la presencia continua de personas, así como actividades cotidianas y equipos electrónicos, contribuye a la acumulación de contaminantes en el aire interior, como dióxido de carbono, humedad, olores y partículas suspendidas. Entendiendo esto, la falta de renovación del aire puede resultar en la proliferación de contaminantes y afectar negativamente la calidad del aire, lo que, a su vez, puede tener implicaciones para la salud y el bienestar de los ocupantes.
En este sentido, el proceso de renovación del aire implica la extracción del aire viciado y su reemplazo con aire fresco del exterior. Sin embargo, este intercambio de aire conlleva un desafío relacionado con la pérdida de energía, una condición en la que entra en juego el recuperador de calor.
Como hemos visto, el recuperador de calor desempeña un papel crucial al facilitar la renovación del aire sin comprometer la eficiencia energética, permitiendo recuperar la energía térmica del aire viciado que se extrae del interior antes de ser expulsado al exterior. Luego, utiliza esta energía recuperada para precalentar el aire fresco que ingresa, reduciendo así la carga sobre los sistemas de calefacción en invierno o de refrigeración en verano.
Qué tipos de recuperadores de calor existen
Desde los eficientes sistemas de flujo cruzado hasta las innovadoras tecnologías de rueda rotativa, cada tipo de recuperador de calor ofrece soluciones únicas para satisfacer diversas necesidades en términos de recuperación térmica y calidad del aire interior:
Recuperador de calor de flujos cruzados
En este los flujos de aire de entrada y salida se cruzan en el interior del intercambiador en sentido perpendicular uno del otro con una eficiencia entre el 73% y el 85%.
En este sistema, los flujos de aire caliente y frío se desplazan perpendicularmente a través del intercambiador de calor, sin mezclarse directamente. Este diseño favorece una óptima transferencia de calor entre ambos flujos sin que haya una contaminación cruzada de los dos, logrando una eficiencia entre el 73% y el 85%.
Recuperador de calor de flujos paralelos
En este sistema, tanto el aire caliente del interior como el aire fresco del exterior se desplazan paralelamente a través del intercambiador de calor.
En este proceso, las corrientes de aire no se cruzan, pero comparten un lado del intercambiador, permitiendo que el calor se transfiera de una corriente a la otra a través de la superficie del intercambiador. Este diseño contribuye a una alta eficiencia en la recuperación de calor (de hasta un 95%) y, al mismo tiempo, evita que los dos flujos se mezclen de manera significativa.
Recuperador de calor rotativo
En tercer lugar, el recuperador de calor rotativo utiliza un rotor giratorio para facilitar la transferencia de calor entre dos corrientes de aire. Este rotor, generalmente fabricado con materiales altamente conductivos y recubierto con una sustancia que absorbe calor, gira continuamente entre las corrientes de aire caliente y frío.
Por su parte, el proceso de transferencia de calor comienza cuando el aire caliente del interior pasa sobre una sección del rotor, transfiriendo su calor a la sustancia absorbente. De esta manera, a medida que el rotor gira, esta sustancia se encuentra con el flujo de aire frío del exterior, liberando el calor acumulado y calentando así el aire entrante.
Recuperador de calor termodinámico
Por último, el recuperador de calor termodinámico destaca por incorporar un sistema doble de transferencia de energía. El primer sistema utiliza placas estáticas de aluminio, seguido por un segundo sistema que emplea una bomba de calor aire-aire. Este enfoque dual no sólo satisface la necesidad de ventilación, sino que también contrarresta las cargas térmicas del aire exterior. Esto se traduce en confort y ahorro de energía, gracias a la alta eficiencia del equipo, tanto en temporadas de invierno como de verano.
Eficiencia recuperador de calor: ¿Qué niveles alcanza?
Como hemos comentado anteriormente, la eficiencia energética de los recuperadores de calor es un aspecto clave que contribuye significativamente a la sostenibilidad y al ahorro de energía en el ámbito de la climatización y ventilación. De esta manera, estos dispositivos están diseñados para recuperar y reutilizar la energía térmica contenida en el aire de extracción, reduciendo así la carga sobre los sistemas de calefacción o refrigeración.
Generalmente, la eficiencia de un recuperador de calor se expresa en términos de eficiencia de recuperación de calor (o eficiencia térmica). Así, esta cifra representa el porcentaje de energía térmica del aire extraído que el recuperador es capaz de transferir al aire fresco que entra.
A la hora de calcular la eficiencia, esta se debe valorar en función del caudal de aire y de la diferencia de temperatura entre el aire exterior y el interior. De esta forma:
- A mayor caudal menor será la eficiencia del recuperador.
- Cuanto mayor sea el gradiente térmico o diferencia de temperatura entre el aire exterior y el interior, mayor será su eficiencia
Puntos a tener en cuenta a la hora de elegir un recuperador de calor
Al elegir un recuperador de calor, es esencial tener en cuenta varios aspectos con el objetivo de garantizar su idoneidad y máxima eficacia para el entorno específico.
De esta forma, en primer lugar, evaluar el flujo de aire y la capacidad del sistema es fundamental para asegurar que el equipo pueda manejar eficientemente el volumen de aire necesario. Además, la eficiencia del intercambiador de calor debe ser considerada cuidadosamente, ya que este componente es crucial para recuperar el máximo calor posible del aire extraído, mejorando así la eficiencia energética del sistema.
Por otro lado, el tipo de intercambiador de calor también desempeña un papel importante, seleccionando los tipos que anteriormente hemos nombrado según el que mejor se adapte a las características y exigencias del entorno. Además, como es evidente, la eficiencia energética general del sistema, incluyendo el consumo de energía, debe ser evaluada, debiendo optar por sistemas y opciones que minimicen el consumo sin comprometer el rendimiento.
Otros aspectos clave a considerar incluyen la capacidad del sistema para controlar la humedad, la presencia de filtros de aire para mejorar la calidad del aire interior, y la consideración del nivel de ruido, especialmente si se instalara en áreas sensibles al sonido. La compatibilidad con fuentes de energía renovable, como la energía geotérmica, también sería un factor relevante para aquellos con un enfoque sostenible.
Pérdidas de carga y consumo de ventilador
Además, las pérdidas de carga y el consumo del ventilador son aspectos críticos en la evaluación de la eficiencia de un recuperador de calor en un sistema de ventilación.
Las pérdidas de carga se refieren a la disminución de la presión del aire a medida que fluye a través de diversos componentes del sistema, como conductos, filtros e intercambiadores de calor. Aunque ciertas pérdidas de carga son inevitables, es crucial mantenerlas en niveles aceptables para asegurar un flujo de aire eficiente. De esta forma, la optimización de estas pérdidas es esencial para reducir la carga sobre el ventilador, lo que, a su vez, disminuye el consumo de energía.
Por su parte, el consumo de energía del ventilador, directamente relacionado con las pérdidas de carga, representa la cantidad de energía eléctrica requerida para propulsar el aire a través del sistema. Así, como comentábamos al principio del artículo, buscar ventiladores eficientes, especialmente aquellos con tecnología EC que ajusta la velocidad del ventilador según las necesidades, contribuye a reducir significativamente el consumo de energía.
Función de Free-cooling en el recuperador de calor
Por otro lado, el concepto de free-cooling sería otro de los términos directamente relacionados con el recuperador de calor y es que, “free cooling», o enfriamiento gratuito, se fundamenta en una premisa bastante sencilla: el intercambio de aire.
El free-cooling comprende una tecnología altamente eficiente que aprovecha las bajas temperaturas del entorno exterior para refrigerar un espacio interior. Este sistema entra en acción cuando la temperatura del aire externo es inferior a la del aire extraído del interior. Así, en lugar de emplear el aire recirculado del interior y recurrir a un sistema de refrigeración, se aprovecha el aire exterior, continuamente filtrado, para enfriar el ambiente.
Para implementar el sistema de enfriamiento gratuito por aire, es esencial que los sistemas de climatización de los espacios utilicen el aire y que las unidades de tratamiento de aire estén equipadas con elementos como compuertas, ventiladores y controles necesarios para gestionar la instalación de manera efectiva. Esto asegura que el aire suministrado cumpla con las condiciones óptimas de temperatura y humedad con el menor gasto energético posible.
El free-cooling o sistema de by-pass es particularmente aplicable a instalaciones de ventilación de doble flujo. De hecho, las normativas europeas requieren que los equipos que consumen más de 30W por motor estén equipados con by-pass. Sin embargo, en entornos residenciales, su eficacia puede ser limitada debido a los caudales más pequeños, lo que dificulta lograr cambios notables en la temperatura interior.
Riesgo de heladas y de corrosión
El riesgo de heladas y corrosión es una consideración importante al operar un recuperador de calor, especialmente en entornos donde las temperaturas extremas o la presencia de agentes corrosivos pueden afectar su rendimiento.
En cuanto a las heladas, estas pueden amenazar la integridad del sistema si el agua presente se congela, dañando los componentes. Con el objetivo de evitarlo, algunos sistemas cuentan con funciones de protección contra heladas, como el precalentamiento del aire de entrada o la implementación de drenajes para evitar acumulaciones durante condiciones frías.
La corrosión, por otro lado, es una preocupación en áreas con alta humedad o presencia de sustancias corrosivas en el aire. Entendiendo esta idea, es importante saber que los intercambiadores de calor suelen estar fabricados con materiales resistentes a la corrosión, como aluminio o acero inoxidable. Además, el control químico del agua y la instalación de sistemas de filtración contribuyen a prevenir la corrosión.
Abordar estos riesgos implica seguir las recomendaciones del fabricante en términos de mantenimiento y operación del recuperador de calor. Esto incluye inspecciones regulares, limpieza de componentes, ajustes de parámetros según las condiciones climáticas y la aplicación de medidas de protección adecuadas.
Mantenimiento de un recuperador de calor
Como veníamos diciendo, el mantenimiento adecuado de un recuperador de calor es esencial para garantizar su eficiencia a lo largo del tiempo.
Primero, es crucial limpiar o reemplazar regularmente los filtros para mantener un flujo de aire óptimo y prevenir acumulaciones de partículas que podrían afectar el rendimiento. Además, es importante realizar inspecciones visuales periódicas del intercambiador de calor, asegurándose de que esté libre de suciedad para una transferencia eficiente de calor.
En segundo lugar, también es necesario verificar regularmente el estado de los ventiladores, lubricando los rodamientos según convenga y eliminando cualquier obstrucción en las aspas, así como inspeccionar las conexiones eléctricas para asegurarse de que estén seguras y sin daños.
Por último, es recomendable llevar un registro del rendimiento del sistema, incluyendo temperaturas y caudales de aire, y prestar atención a cualquier anomalía.
Como recomendación, es aconsejable consultar el manual del usuario proporcionado por el fabricante para obtener pautas específicas de mantenimiento y seguir siempre las recomendaciones del fabricante. Este enfoque proactivo no sólo optimizará el rendimiento, sino que también contribuirá a un ambiente interior saludable y eficiente en términos energéticos.
Normativa asociada a un recuperador de calor
En lo referente a qué normativas y restricciones lleva asociadas un recuperador de calor, es importante que conozcas la Directiva Ecodesign.
Entrando en detalle, con el objetivo de paliar los efectos del cambio climático, la Unión Europea dispone de una serie de herramientas legislativas para abordar los retos de política energética y climática. De entre las líneas de actuación de la UE destaca la normativa Ecodesign: un plan de trabajo sobre diseño ecológico y etiquetado energético para contribuir a la nueva iniciativa de economía circular y mejora en eficiencia energética de los productos comercializados en territorio europeo.
En otras palabras; la normativa Ecodiseño pretende lograr dos objetivos claros:
- Garantizar la puesta en el mercado de productos más eficientes desde el punto de vista energético mediante el diseño ecológico.
- Favorecer y permitir que los consumidores adquieran productos más eficientes basándose en una información de carácter más útil con el etiquetado energético.
Así, para alcanzar los objetivos mencionados y regular los productos con consumo energético, se implementó la directiva europea 2009/125/CE. Esta normativa establece requisitos de diseño ecológico para productos relacionados con la energía que en el caso de los recuperadores de calor se desarrolla a través de los reglamentos UE 1253/2014 y UE 1254/2014.
Aunque la directiva no impone obligaciones directas a los fabricantes, sí define métodos de medición y cálculo, así como criterios y condiciones. Estos aspectos se aplican a través de reglamentos específicos, que variarán en función del equipo de climatización concreto.
Ventilación mecánica controlada y recuperadores de calor: ¿Qué relación presentan?
A lo largo del artículo hemos hecho referencia en diversas ocasiones a la ventilación mecánica controlada. Pues bien, de manera general, laventilación mecánica controlada comprende un sistema utilizado en los edificios para controlar la ventilación y la calidad del aire interior, ayudando, además, a reducir los problemas relacionados con la humedad y la condensación y a fomentar una mayor eficiencia energética.
La ventilación mecánica controlada consiste, por tanto, en un sistema de ventilación forzada que, mediante el funcionamiento de un ventilador, consigue extraer el aire viciado del interior del edificio y reemplazarlo por aire limpio y fresco, promoviendo, al mismo tiempo, un consumo energéticamente eficiente, sobre todo a la hora de renovar y adaptar la temperatura del aire interior de una superficie.
Entrando en detalle en los recuperadores de calor, estos equipos desempeñan un papel esencial en los sistemas de VMC, ya que se encargan de recuperar la energía térmica del aire extraído del edificio para luego utilizarla en el proceso de recalentar el aire fresco que ingresa.
Cuando ventilamos un edificio, el aire usado se retira y se reemplaza con aire fresco del exterior. Dependiendo de las condiciones externas, este aire puede estar a temperaturas muy bajas. Para asegurar un confort térmico completo en el interior, es necesario calentar este aire antes de introducirlo en el edificio.
Es en este contexto cuando los recuperadores de calor entran en acción, operando mediante la transferencia de calor entre dos flujos de aire. De esta forma, el aire fresco del exterior y el aire usado del interior son dirigidos, por separado y sin mezclarse, a través de los conductos del recuperador de calor. Por otro lado, gracias al intercambiador de calor dentro del sistema del recuperador, se transfiere calor desde el aire extraído del edificio al aire fresco que está a punto de entrar.
Ventilación mecánica controlada de doble flujo
Dentro de la ventilación mecánica controlada encontramos el sistema de ventilación mecánica de doble flujo. Este sistema opera mediante dos conductos diseñados para mantener la calidad del aire en un edificio. Así, estos conductos se dividen en uno destinado a la entrada de aire fresco, y otro para la extracción de aire viciado.
La ventilación mecánica controlada de doble flujo utiliza un intercambiador de calor para extraer y reemplazar el aire. Este dispositivo permite recuperar parte del calor contenido en el aire extraído.
Una ventaja clave de este sistema radica en su eficiencia mejorada al recobrar el calor del aire extraído y utilizarlo para precalentar el aire fresco que ingresa al edificio. Además, este tipo de ventilación mecánica puede incorporar filtros de aire que eliminan partículas contaminantes del aire exterior antes de introducirlo al edificio, contribuyendo así a mejorar la calidad del aire interior.
Instalaciones tipo de VMC en sector comercial e industrial
Debido a los múltiples beneficios que presenta a nivel de confort térmico y eficiencia energética, la instalación de sistemas de ventilación mecánica controlada es altamente recomendable en multitud de espacios, diferenciando desde instalaciones educativas, hasta centros hospitalarios y residencias de mayores, espacios de ocio y las diferentes superficies que comprenden el sector HORECA, garantizando, en cualquiera de los casos, el mejor rendimiento térmico y un completo bienestar.
En definitiva, el recuperador de calor emerge como una tecnología innovadora y eficiente en el ámbito de la gestión energética, ofreciendo una solución práctica y sostenible para optimizar el rendimiento térmico en diversos procesos. Su principio fundamental de aprovechar la energía residual para precalentar fluidos o aire, antes de ser liberados al ambiente, no sólo reduce el consumo energético, sino que también contribuye significativamente a la preservación del medio ambiente al minimizar las emisiones de carbono.
¿Quieres saber más sobre todas las prestaciones que estos equipos pueden llegar a alcanzar? En Tecna estaremos encantados de asesorarte. Contacta con nosotros.
