En este artículo vamos a explorar cómo los intercambiadores de calor, y específicamente los recuperadores de energía, desempeñan un papel fundamental en la optimización de los sistemas de ventilación.
Estos dispositivos no solo permiten la transferencia de calor entre fluidos sin mezclarlos, sino que también mejoran la eficiencia energética al recuperar calor del aire de salida que de otro modo se perdería.
Tabla de contenidos
Importancia de los intercambiadores de calor con las exigencias normativas
El Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE), en su ámbito de aplicación en edificios terciarios, exige la utilización de intercambiadores de calor para aquellas instalaciones en las que el caudal total de extracción supere los 0,28 m³/s, en su actualización de marzo de 2021. Es por ello que en este post queremos centrarnos a explicarte la función de este dispositivo así como los tipos de intercambiadores o recuperadores de calor que existen.
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¿Para qué sirve un intercambiador de calor?
Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para facilitar la transferencia de calor entre dos o más fluidos, permitiendo que el calor se transfiera de un fluido a otro sin que estos se mezclen directamente. En términos generales, estos elementos transfieren calor de un fluido a otro, con el propósito de un mayor o mejor aprovechamiento de ese calor.
Dentro de los sistemas de ventilación, estos intercambiadores tienen un papel esencial en la mejora de la eficiencia y el aprovechamiento energético del aire que circula dentro de un edificio. En este contexto específico, los intercambiadores de calor se denominan comúnmente recuperadores de energía, ya que su principal función es recuperar calor del aire expulsado para precalentar o preenfriar el aire fresco entrante.
Mediante un intercambiador de calor, el aire expulsado del interior del edificio (un aire viciado) transmite energía (calor en invierno y frío en verano) al aire que se introduce en él. El intercambiador está diseñado de tal manera que los aires (impulsión/extracción) se transfieren la energía sin tener contacto, de manera que no pasan olores. Además, estos sistemas de ventilación disponen de filtros que permiten mejorar la calidad del aire introducido. Hay que tener en cuenta que en función del área de actividad, la normativa impone una calidad del aire introducido determinado.
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Aplicación en sistemas de ventilación y climatización
Los intercambiadores de calor encuentran diversas aplicaciones según el tipo de instalación:
- En sistemas domésticos: Como los intercambiadores de placas, el aire de extracción transfiere calor al aire fresco de admisión, reduciendo la necesidad de calefacción o refrigeración adicional.
- En aplicaciones industriales: Se utilizan para procesos avanzados que requieren alta precisión en la transferencia de calor.
Tipos de intercambiadores de calor
Los intercambiadores de calor utilizados en sistemas de ventilación trabajan con fluidos que no se mezclan entre sí, de manera que el calor se transfiere a través de una pared sólida. Según los fluidos que intervienen, pueden ser: gas/gas, gas/líquido y líquido/líquido.
Centrándonos en las tecnologías de ventilación y recuperación de calor, trataremos los principales tipos de intercambiadores aire-aire utilizados tanto en recuperadores domésticos como comerciales.
Atendiendo a su forma constructiva, los intercambiadores de calor pueden clasificarse en dos grandes categorías:
Intercambiadores dinámicos (rotativos)
Están constituidos por una rueda dotada en su sentido axial de múltiples conductos de pequeño diámetro paralelos entre ellos. Esta rueda está dividida por la mitad por lo que un flujo de aire circula por su semicírculo superior y el otro por su semicírculo inferior.
La rueda está accionada por un pequeño motor-reductor que la mueve a velocidad lenta (10-15 rpm). El fluido de extracción (A), que en invierno es el del semicírculo superior, al pasar por los conductos de la rueda les transfiere calor; al girar la rueda, cuando estos conductos se hallan en el semicírculo inferior a su vez lo transfieren al fluido de entrada (B).
El intercambio de calor entre ambos flujos se produce gracias al movimiento rotativo del propio intercambiador. Las celdillas metálicas del intercambiador son calentadas por el flujo caliente que pasa a través de ellas. Posteriormente, y debido a la rotación del intercambiador, estas mismas celdillas ceden el calor tomado, al flujo de aire frío.
Este tipo de intercambiadores son muy utilizados especialmente para grandes caudales de aire. Con este tipo de intercambiador se consiguen eficiencias que pueden superar el 80%, llegando hasta el 85%.
Los recuperadores de la Serie RHE de Soler & Palau integran intercambiadores rotativos de alta eficiencia, ofreciendo soluciones óptimas para oficinas, locales comerciales y hostelería.
Intercambiadores estáticos (de placas)
Constan de unas placas muy finas de aluminio o plástico, paralelas entre ellas, en las que alternativamente circulan el flujo de aire de extracción por una cara y el de entrada por la otra. A través de estas placas el calor pasa de un flujo al otro.
Los intercambiadores de placas adoptan dos configuraciones según el recorrido de los flujos de aire:
De flujo cruzado
Los flujos de aire de entrada y salida se cruzan en el interior del intercambiador en sentido perpendicular uno del otro. Estos intercambiadores tienen una sección cuadrada, de manera que los flujos de aire atraviesan el intercambiador en direcciones perpendiculares.
Este tipo de intercambiadores son muy utilizados en los aparatos domésticos, son apreciados por su simplicidad y su coste relativamente moderado. Con este tipo de recuperadores se suele conseguir una eficiencia que puede superar el 60%, llegando hasta el 75%.
A contraflujo (o flujo paralelo)
En este tipo de intercambiadores, los flujos de aire recorren en su interior caminos paralelos y opuestos, de ahí el nombre de contraflujo. El principio de intercambio es el mismo, pero en este caso los flujos de entrada y salida del aire circulan paralelos y a contracorriente en el interior del intercambiador con lo cual el tiempo y la superficie de cesión de calor es mayor y por tanto se incrementa la capacidad de recuperación.
Los intercambiadores a contraflujo tienen un rendimiento superior al de los de flujo cruzado. También su coste es más alto. Con este tipo de recuperadores se suele conseguir una eficiencia que puede superar el 90%, llegando hasta el 95%. Dado que las normativas en eficiencia energética son cada día más exigentes, estos intercambiadores son cada vez más utilizados.
Los recuperadores de la Serie CADB/T-HE PRO-REG cuentan con intercambiadores de placas a contraflujo, proporcionando alta eficiencia energética para oficinas y locales comerciales.
Clasificación según su funcionalidad
Independientemente de su forma constructiva, los intercambiadores de calor también se pueden clasificar según su capacidad de transferencia:
Intercambiadores entálpicos
Son intercambiadores que además de transferir calor de un flujo de aire al otro, son capaces de transferir también la humedad. Son bastante utilizados en climas cálidos y húmedos para ahorrar energía en la climatización del aire acondicionado. A los recuperadores de calor que equipan este tipo de intercambiadores se les llama recuperadores de energía.
Los modelos de la Serie CADB-HE y SABIK de Soler & Palau integran intercambiadores entálpicos de alta eficiencia, optimizando el rendimiento en oficinas y locales comerciales.
Intercambiadores de calor sensible
Este tipo de intercambiadores sólo recuperan calor sensible, sin transferir humedad de un flujo de aire al otro. En Europa son, con diferencia, los más utilizados.
El hecho de ser entálpicos o sensibles es perfectamente compatible con las modalidades constructivas mencionadas anteriormente, por lo que tanto los rotativos como los de placas de flujo cruzado o a contraflujo pueden adoptar las modalidades entálpica o sensible.
Cuestiones a tener en cuenta a la hora de diseñar una instalación
Al diseñar una instalación de ventilación mecánica controlada (VMC) con recuperador de calor, hay varias consideraciones clave que deben ser evaluadas para garantizar un rendimiento óptimo, eficiencia energética y confort. Enumeramos las principales:
- Selección del tipo de recuperador de calor: Dependiendo de las necesidades específicas de la instalación y del clima local, puede ser deseable un recuperador de calor sensible (sólo recupera calor) o un recuperador entálpico (recupera calor y humedad). La elección impactará en la eficiencia del sistema y en el control de la calidad del aire interior.
- Cálculo de caudales necesarios: Determinar con precisión los caudales de aire necesarios para cada zona del edificio es fundamental para el diseño eficiente de un sistema de VMC con recuperador de calor. Este cálculo debe basarse en las necesidades específicas de ventilación, teniendo en cuenta factores como el área y la altura de los espacios, la ocupación prevista, y el tipo de actividades que se realizarán.
- Dimensionado apropiado de los conductos: Es indispensable dimensionar correctamente el sistema de VMC en función del volumen del espacio, el uso previsto y la ocupación del edificio. Dimensionar adecuadamente el recuperador de calor es vital para manejar adecuadamente las cargas térmicas y evitar costes operativos innecesariamente elevados.
- Integración con otros sistemas: El sistema de VMC debe estar bien integrado con otros sistemas de HVAC para optimizar el uso de energía y mejorar el control del clima interior. Esto incluye la posibilidad de integración con sistemas de calefacción y refrigeración existentes.
- Control de la calidad del aire interior: Asegurar una adecuada filtración y purificación del aire es esencial para mantener la calidad del aire interior. Esto puede requerir filtros de alta eficiencia o sistemas adicionales de purificación de aire.
- Automatización y controles: Implementar sistemas de control automático y sensores (como CO2, humedad, y temperatura) para ajustar la operación del sistema VMC de acuerdo con las necesidades reales, mejorando así la eficiencia y el confort.
- Mantenimiento y accesibilidad: Diseñar el sistema para que sea fácilmente accesible para mantenimiento regular y reparaciones. Esto ayuda a mantener la eficiencia del sistema a lo largo del tiempo y a reducir los costos de operación.
- Consideraciones acústicas: Diseñar el sistema para minimizar el ruido, lo cual es esencial en entornos residenciales y en ciertos entornos comerciales. Esto puede incluir el uso de silenciadores, diseño cuidadoso de ductos y selección de componentes de baja emisión de ruido.
En muchas instalaciones, y con el objeto de mejorar aún más la eficiencia energética de los equipos, se están combinando los intercambiadores de calor con sistemas basados en energías renovables. La adición a instalaciones geotérmicas con bombas de calor o el aprovechamiento de las temperaturas del terreno a través de pozos canadienses incrementan los ahorros y mejoran la eficiencia global del conjunto.
Características avanzadas de los intercambiadores de calor
En la actualidad, los recuperadores de calor han evolucionado para ofrecer funciones avanzadas que mejoran significativamente su eficiencia y flexibilidad. Algunos modelos modernos no solo permiten la recuperación de humedad, sino que también incorporan sistemas flexibles que permiten cambiar la posición de las toberas, adaptándose a diversas configuraciones y necesidades espaciales.
Recuperación de humedad
La recuperación de humedad es una característica valiosa en los recuperadores de calor, especialmente en climas extremos, ya sea muy secos o muy húmedos. Esta función permite mantener un nivel óptimo de humedad en el aire interior, lo cual es crucial para el confort humano, la conservación de materiales y la eficiencia energética. Un ejemplo destacado es el SABIK Entálpico de Soler & Palau.
Sistemas flexibles
Los sistemas de ventilación con toberas ajustables ofrecen una solución innovadora para adaptarse a diferentes configuraciones de espacio y requisitos de instalación. Estos sistemas permiten modificar la dirección y el flujo del aire según las necesidades específicas del entorno, mejorando la distribución del aire y la eficacia del sistema de ventilación. Este es el caso de NASHIRA, la unidad de recuperación de calor avanzada de Soler & Palau.
Los sistemas como la Serie ALTAIR y NASHIRA están diseñados para viviendas y pequeñas oficinas, ofreciendo una solución eficiente y compacta.
Si necesitas ayuda para el diseño del sistema de ventilación de tu proyecto y la selección del recuperador de energía más idóneo, ponte en contacto con nuestro equipo técnico, resolveremos tus dudas y te ayudaremos a diseñas los planos.
