Esta segunda publicación describe tres de las mejores prácticas de ingeniería y diseño que deben ser tenidas en cuenta al momento de implementar sistemas de almacenamiento térmico de frío con bancos de hielo en proyectos de climatización.
PRÁCTICA # 1: Bases del Diseño (BoD)
Elaborar el documento Bases del Diseño es una actividad clave que permite establecer los objetivos deseados de cualquier proyecto de climatización que pretenda incorporar almacenamiento térmico con bancos de hielo. Este documento debe incluir un resumen de los objetivos críticos de diseño y requisitos funcionales como se muestra a continuación:
- Establecer el nivel de redundancia y confiabilidad.
- Definir la flexibilidad en la implementación y operación.
- Listar los criterios de aceptación del proyecto.
- Establecer el nivel de rendimiento energético deseado.
- Definir el factor de seguridad a usar en el dimensionamiento del sistema.
- Definir las condiciones del espacio requerido.
- Establecer el perfil de ocupación de la edificación.
- Listar los principales parámetros operativos del sistema (ejemplo; temperaturas de suministro y retorno de agua, tiempo de operación de chillers, etc.).
- Definir restricciones de orden presupuestal.
- Hacer una descripción narrativa del sistema propuesto y la aplicación.
- Realizar un diagrama a nivel esquemático del sistema.
- Definir el perfil de operación por hora de la planta de producción de agua helada.
- Describir las estrategias de control para todos los modos y condiciones de operación según se apliquen al perfil operativo por hora y a la tarifa de energía aplicable.
De acuerdo con el proceso de commissioning, el documento Bases del Diseño deber ser constantemente revisado y actualizado en conjunto con el equipo de diseño del proyecto.
PRÁCTICA # 2: Estudio de Factibilidad
Los estudios de factibilidad son una referencia fundamental para realizar una evaluación adecuada sobre la pertinencia que tienen los sistemas de almacenamiento térmico de frío con bancos de hielo en proyectos de climatización y los programas de incentivos tributarios y económicos que ofrecen los gobiernos locales.
Un estudio de factibilidad deberá tener las siguientes características generales:
- Garantizar que los sistemas y/o equipos propuestos cumplan con lo establecido en el proceso de commissioning y específicamente en los documentos: Requisitos del Propietario del Proyecto (OPR) y Bases del Diseño (BoD).
- Definir un perfil de carga térmica preciso y sus variaciones estacionales. Un perfil de carga térmica confiable es importante para modelar diferentes escenarios de operación.
- Proporcionar un análisis detallado de las estrategias operativas y de control propuestas.
- Definir el tipo de almacenamiento térmico que se va a realizar y el rendimiento del chiller correspondiente a los parámetros de diseño del sistema propuesto. El tipo de almacenamiento puede variar significativamente en función de la secuencia de carga y las temperaturas de suministro y retorno requeridas.
- Use la tarifa de energía correcta para modelar cada uno de los escenarios de operación tenidos en consideración.
Los proyectos de almacenamiento térmico de frío con bancos de hielo tienen características exclusivas que deben ser aplicables y tenidas en cuenta, tales como:
- Costo del refrigerante secundario.
- Intercambiadores de calor.
- Tratamiento de aguas.
- Sistemas de bombeo adicionales.
- Efecto del bajo diferencial de temperatura (∆T) sobre la potencia y costo de operación del sistema de distribución de agua helada.
- Otras reducciones en gastos de infraestructura, como suministro de cableado eléctrico, transformadores y torres de enfriamiento.
- Pérdidas de energía almacenada por paradas inesperadas de la operación del sistema.
- Capacidad para satisfacer las bajas cargas del almacenamiento.
- Posibles aumentos de eficiencia energética en los chillers debido a las bajas temperaturas de condensación en las noches.
PRÁCTICA # 3: Perfil de Carga y Capacidad del Sistema
Para dimensionar adecuadamente un sistema de almacenamiento térmico de frío con bancos de hielo es indispensable saber diferenciar entre la capacidad de almacenamiento real y nominal. Los elementos y/o equipos para los sistemas de almacenamiento con bancos de hielo no pueden dimensionarse con precisión ni compararse en función de la capacidad de almacenamiento nominal. Omitir el cálculo de la capacidad real disponible puede llevar a una subestimación significativa de los costos de implementar un sistema de este tipo. Si este error no se corrige en la fase de diseño, también puede conducir a un déficit en la capacidad de almacenamiento térmico disponible. Los fabricantes de sistemas de almacenamiento térmico con bancos de hielo han desarrollado una variedad de métodos para predecir el rendimiento de los equipos y elementos de estos sistemas y deberán ser consultados en una etapa temprana del diseño.
Se debe realizar un cálculo preciso del chiller requerido y la capacidad de almacenamiento térmico de frío del sistema. Los métodos simplificados para estimar las capacidades requeridas para el chiller y el sistema de almacenamiento son útiles para los estudios preliminares. Sin embargo, un análisis de diseño detallado y preciso debe contener un análisis hora por hora que considere el rendimiento combinado del chiller y el sistema de almacenamiento térmico de frío con bancos de hielo. La capacidad de muchos de estos sistemas depende en parte de las temperaturas del refrigerante con las que trabaje el chiller.
Un perfil de carga preciso es crítico para el éxito de un diseño de un sistema de climatización con almacenamiento térmico de frío con bancos de hielo. Estos sistemas deben suministrar la carga de enfriamiento total demandada en el día, así como también deben poder cubrir una carga de diseño pico.
El rendimiento de muchos sistemas de almacenamiento térmico de frío está relacionado con el inventario o cantidad de hielo disponible para ser usado en cubrir las cargas térmicas demandadas por el edificio; por lo tanto, la secuencia y el tiempo en el que ocurren las cargas de enfriamiento son tan importantes como el valor de estas. En el diseño se debe asegurar que se incluyan las cargas de enfriamiento que ocurren durante el día, incluidas las cargas que pueden ocurrir durante el modo de carga de hielo en la noche. Es posible que estas cargas nocturnas deban tenerse en cuenta en la capacidad del chiller y que los controles y las configuraciones de las tuberías también se vean afectados por las cargas de enfriamiento que se producen durante este modo de operación del sistema.
Referencias: ASHRAE – Design Guide for Cool Thermal Storage
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