La tecnología de enfriamiento inteligente impulsa la eficiencia energética de los sistemas HVAC

En los grandes edificios comerciales, los sistemas de enfriamiento por chiller sirven como el equipo de enfriamiento principal, y su eficiencia energética impacta directamente en los costos operativos y la sostenibilidad. Sin embargo, lo que a menudo pasa desapercibido es que la propia sala de máquinas de los chillers representa una importante fuente de calor. La gestión y el control efectivos de las cargas térmicas dentro de estos espacios se han convertido en un factor crítico para optimizar el rendimiento general del sistema de refrigeración.

Si los chillers representan el "corazón" de los sistemas de enfriamiento, entonces las salas de máquinas de chillers funcionan como las "venas y nervios" que sostienen este órgano vital. Sin embargo, estos espacios modestos albergan un potencial sustancial de consumo de energía. Varios componentes eléctricos dentro de las salas de chillers, incluidos los motores de los compresores, los motores de las bombas, los variadores de frecuencia (VFD) y los transformadores, generan una cantidad considerable de calor durante el funcionamiento. Esta salida térmica no solo reduce la eficiencia y la vida útil del equipo, sino que también aumenta las demandas de enfriamiento de la sala de máquinas, lo que en última instancia eleva el consumo de energía de todo el sistema.

Para lograr un enfriamiento inteligente y la reducción de energía en las salas de chillers, los ingenieros deben comprender primero de manera integral las fuentes de carga térmica, de manera muy similar a como los médicos diagnostican enfermedades antes de prescribir un tratamiento.

Los motores de los compresores suelen representar la mayor fuente de calor en las salas de chillers. Estos se dividen en dos categorías según los métodos de enfriamiento:

• Chillers herméticos: Los motores y los compresores están alojados dentro de unidades selladas enfriadas por circulación de refrigerante. Este diseño transfiere el calor del motor directamente al refrigerante, minimizando el impacto ambiental.
• Chillers de accionamiento abierto: Los motores se conectan a los compresores a través de acoplamientos externos, utilizando enfriamiento por aire o agua. Estos diseños liberan el calor del motor directamente en las salas de máquinas, lo que aumenta las cargas de enfriamiento.

Si bien los motores de bomba individuales pueden generar menos calor que los motores de los chillers, múltiples bombas que operan simultáneamente pueden producir una salida térmica sustancial. La norma ASHRAE 90.1 exige requisitos mínimos de eficiencia para los motores de edificios comerciales, y las unidades más grandes (200+ caballos de fuerza) logran una eficiencia del 95% o más. Sin embargo, incluso estos motores de alta eficiencia convierten algo de energía en calor.

Aunque los VFD mejoran la eficiencia a carga parcial al ajustar la velocidad del motor, generan calor durante la conversión de energía. Los métodos de enfriamiento varían:

• VFD refrigerados por aire: Utilizados para bombas más pequeñas y ventiladores de torres de enfriamiento, estos liberan calor directamente en las salas de máquinas.
• VFD refrigerados por agua: Normalmente empleados para el control de chillers, estos transfieren calor al agua de enfriamiento, reduciendo el impacto ambiental. Sin embargo, los VFD de media tensión (4160 V+) a menudo todavía requieren refrigeración por aire.

• Transformadores ubicados dentro de las salas de máquinas
• Equipos de mitigación de armónicos
• Transferencia de calor de la envolvente del edificio
• Fuentes diversas (iluminación, tuberías sin aislamiento, sistemas UPS, etc.)

Después de identificar las fuentes de calor, los ingenieros deben implementar los enfoques de gestión adecuados, principalmente a través de la ventilación o la refrigeración mecánica.

La ventilación proporciona una eliminación económica del calor al introducir aire exterior. La norma ASHRAE 15 exige tasas mínimas de ventilación de 0,5 cfm/pie cuadrado o 20 cfm por ocupante, con aumentos máximos de temperatura que no superen los 18 °F. Las consideraciones clave incluyen:

• Patrones de flujo de aire que cubren todas las fuentes de calor
• Entradas de aire debidamente filtradas
• Persianas dimensionadas para un flujo de aire eficaz (teniendo en cuenta un área libre típica del 50-60%)

Cuando la ventilación resulta insuficiente, se hace necesaria la refrigeración mecánica mediante manejadoras de aire, fancoils o equipos similares. El diseño requiere el establecimiento de puntos de ajuste de temperatura, el cálculo de las cargas de refrigeración y la selección del equipo adecuado.

• Selección de equipos de alta eficiencia
• Optimización de la disposición de los equipos para un flujo de aire eficaz
• Implementación de programas de mantenimiento rigurosos
• Utilización de controles inteligentes con monitorización en tiempo real
• Exploración de oportunidades de recuperación de calor residual

En última instancia, la gestión de la carga térmica de la sala de chillers representa un aspecto crítico, aunque con frecuencia pasado por alto, del diseño de HVAC. A través de una planificación y ejecución meticulosas, los ingenieros pueden desarrollar sistemas de refrigeración altamente eficientes que apoyen las operaciones sostenibles de los edificios.