Caracterización de equipos evaporativos portátiles y diseño de prototipo de acondicionamiento de terrazas en verano

UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA DE INGENIERIAS INDUSTRIALES Grado en Ingeniería Mecánica Caracterización de equipos evaporativos portátiles y diseño de prototipo de acondicionamiento de terrazas en verano. Autor: Viñas Malillos, Sara Tutora: Tejero González, Ana Departamento de Ingeniería Energética y Fluidomecánica. Valladolid, julio 2021 3 AGRADECIMIENTOS Este trabajo de fin de grado no hubiera sido posible sin la ayuda de mi tutora, Ana Tejero González, que me ha guiado y acompañado hasta el final del camino. Siempre agradecida por su disposición, cooperación y ánimos incondicionales. A mis padres, siempre cuidándome y apoyándome. No tengo manera de devolver todo lo que me han dado. A Elena, que prendió una luz en medio de una gran oscuridad para mostrarme la salida. A mis amigos. Los viejos, que han reído y llorado siempre a mi lado. Y los nuevos, que me dieron aire cuando me faltaba el aliento. Agradecer, por último, el apoyo de los siguientes proyectos que han permitido desarrollar este trabajo de fin de grado: Análisis de tecnologías energéticamente eficientes para la sostenibilidad de los edificios (VA272P18), a través del Programa de la Consejería de Educación de la Junta de Castilla y León de Apoyo a proyectos de investigación cofinanciados por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional. Programa Prometeo para el desarrollo de prototipos orientados al mercado de la Fundación General de la Universidad de Valladolid (Funge). 5 RESUMEN El acondicionamiento de los espacios debido a la calefacción y refrigeración es responsable de un elevado consumo de energía dentro de la Unión Europea. Aunque la proporción de uso final total de energía para la refrigeración, en comparación con la calefacción, es bastante pequeña en toda la Unión Europea, la demanda de esta necesidad de refrigeración aumenta de manera muy notoria durante los meses de verano y se ve cada vez más afectada por los efectos del cambio climático. Además, el uso de los equipos convencionales de aire acondicionado supone demandas punta de energía eléctrica que pueden saturar la red, y muchos de estos sistemas trabajan con fluidos refrigerantes perjudiciales para el medio ambiente. Por ello es de vital importancia encontrar alternativas de climatización que nos permitan reducir el consumo energético. El enfriamiento evaporativo se presenta como una opción muy interesante ya que puede mejorar las condiciones de confort térmico y la calidad del aire interior, todo ello con un reducido consumo energético. En el presente trabajo se estudiará cómo un equipo de enfriamiento evaporativo directo de relleno rígido y portátil influye en las condiciones de confort de dos casos de estudio en interiores, con entornos desiguales, y si unos modos de uso del equipo son más recomendables sobre otros. También se presentarán los datos de un ensayo en exteriores con un equipo de enfriamiento evaporativo desde superficie húmeda textil y derivado de sus resultados la concepción de un prototipo que permita la humectación del medio textil de manera automática. Palabras clave Enfriamiento evaporativo directo; enfriamiento adiabático; confort térmico; ventilación cruzada; climatización residencial; climatización de terrazas. 7 ABSTRACT The conditioning of spaces due to heating and cooling is responsible for high energy consumption within the European Union. Although the share of total energy end-use for cooling, compared to heating, is quite small across the European Union, the demand for this cooling need increases dramatically during the summer months and is increasingly seen most affected by the effects of climate change. In addition, the use of conventional air conditioning equipment places peak demands on electrical energy that can saturate the grid, and many of these systems work with refrigerant fluids that are harmful to the environment. For this reason, it is vitally important to find air conditioning alternatives that allow us to reduce energy consumption. Evaporative cooling is presented as a very interesting option since it can improve thermal comfort conditions and indoor air quality, all with reduced energy consumption. In this project we will study how and portable direct evaporative cooling equipment with rigid pads influences the comfort conditions of two case studies indoors, with unequal environments, and if some modes of use of the equipment are more recommended over others. The data of an outdoor study with an evaporative cooling equipment from a textile wet surface will also be presented and derived from its results, the conception of a prototype that allows the moistening of the textile medium automatically. Key words Direct evaporative cooling; adiabatic cooling; thermal comfort; cross ventilation; residential air conditioning; outdoors cooling. 9 CONTENIDO Agradecimientos ...................................................................................................... 3 Resumen .................................................................................................................. 5 Abstract ................................................................................................................... 7 Contenido ................................................................................................................. 9 Índice de tablas ...................................................................................................... 11 Índice de figuras ..................................................................................................... 13 1. Introducción. ................................................................................................... 17 1.1. Problemática energética actual. .......................................................................... 17 1.2. Legislación europea y contextualización a la legislación española. ........................ 21 1.3. Objetivos del trabajo de fin de grado. .................................................................. 26 2. Enfriamiento evaporativo. ............................................................................... 27 2.1. Enfriamiento evaporativo en la historia. .............................................................. 27 2.2. Fundamentos del enfriamiento evaporativo. ....................................................... 29 2.3. Estado de la técnica. ........................................................................................... 32 2.3.1. Sistemas de enfriamiento evaporativo directos. ............................................................. 32 2.3.2. Sistemas de enfriamiento evaporativo indirectos. .......................................................... 35 2.3.3. Sistemas de enfriamiento evaporativo mixtos. ................................................................ 36 3. Confort térmico en edificios. ............................................................................ 37 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales. ......................................................................................................... 43 4.1. Metodología. ...................................................................................................... 43 4.2. Resultados y discusión. ....................................................................................... 54 4.2.1. Ensayos día 0. ................................................................................................................... 55 4.2.2. Ensayos día 1. ................................................................................................................... 56 4.2.2.1. Primera puesta en funcionamiento del equipo. .......................................................... 58 4.2.2.2. Segunda puesta en funcionamiento del equipo. ......................................................... 60 4.2.2.3. Tercera puesta en funcionamiento del equipo. ........................................................... 62 4.2.2.4. Medidas del equipo de confort térmico. ..................................................................... 63 4.2.2.5. Conclusiones al finalizar los ensayos del día 1. ............................................................ 65 4.2.3. Ensayos día 2. ................................................................................................................... 69 4.2.3.1. Primera puesta en funcionamiento del equipo. .......................................................... 70 4.2.3.2. Segunda puesta en funcionamiento del equipo. ......................................................... 73 4.2.3.3. Tercera puesta en funcionamiento del equipo. ........................................................... 75 4.2.3.4. Medidas del equipo de confort térmico. ..................................................................... 76 4.2.3.5. Conclusiones al finalizar los ensayos del día 2. ............................................................ 77 4.2.4. Ensayos día 3. ................................................................................................................... 81 1. Introducción 17 1. INTRODUCCIÓN. 1.1. Problemática energética actual. Para el desarrollo de una sociedad, tanto socialmente como económicamente, la energía es el principal elemento impulsor. Este desarrollo trae consigo mejoras en las industrias ya existentes, creación de otras nuevas y un crecimiento de la población que viene acompañado del crecimiento del nivel de confort demandado por la sociedad, lo que hace que el incremento en el consumo de energía final (la energía que llega a la puerta del consumidor final excluyendo la que utiliza el propio sector energético) siga una tendencia al alza (Gráfica 1). Gráfica 1 - Consumo mundial de energía final por sector hasta el año 2018 [1]. Analizar por completo el panorama energético mundial es una vasta tarea para la que no se tiene capacidad de realización en este trabajo, por lo que acotaremos el campo de observación a lo más directamente relacionado con el tema que se va a tratar posteriormente en este trabajo: el acondicionamiento de los espacios interiores en edificios. Aproximadamente la mitad del consumo energético en la Unión Europea viene dado por la calefacción y refrigeración en edificios y en la industria; convirtiéndose así en el mayor sector de uso final de la energía, por delante del transporte y la electricidad, además de contribuir en una alta proporción de emisiones de CO2 [2]. En 2018, los hogares por sí solos representaron el 26,1% del consumo final de energía en la Unión Europea y cuyos principales usos, de esta energía final en los hogares, se reparten de la siguiente manera [3]: 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 3500000 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Ktoe Año Consumo mundial de energía final por sector Industria Transporte Residencial Comercial y servicios públicos Agricultura y silvicultura Pesca 1. Introducción 18 • 63,6% para calefacción del espacio. • 14,8% para agua caliente. • 14,1% para iluminación y aparatos eléctricos. • 6,1% para cocinar. • 1% para otros usos no especificados. • 0,4% para refrigeración del espacio. Figura 1 - Reparto del consumo final de energía en los hogares de la Unión Europea en el 2018. [3] La mayoría de este consumo de energía final en los hogares está cubierto por el gas natural (32,1%) y electricidad (24,7%), siguiendo por las energías renovables que cubren un 19,5%, los derivados del petróleo (11,6%), calor residual (8,7%) y, por último, un 3,4% cubierto por los productos del carbón [3]. Como podemos observar, la proporción de uso final total de energía para la refrigeración, en comparación con la usada para calefacción y agua caliente, es bastante pequeña, pero la demanda de refrigeración aumenta notablemente en los hogares y empresas, así como en la industria alimentaria, durante los meses de verano, concretamente en la zona mediterránea el incremento que se produce es muy relevante; además, esta demanda también se ve afectada por el cambio climático y el aumento de la temperatura global. Las necesidades de calefacción en edificios han disminuido a lo largo del tiempo: los grados día de calefacción se han visto reducidos un 21% desde 1979 hasta 2020 en los 27 países de la Unión Europea (Figura 2), mientras que los grados día de refrigeración han aumentado más del doble en el mismo periodo de tiempo (Figura 3) [4]. Los grados día de calefacción y refrigeración son unos índices técnicos que se basan en el clima (relacionando temperatura media, en época invernal o estival, con la temperatura de confort en interiores) para describir los requisitos de energía de los edificios en términos de calefacción y refrigeración. 1. Introducción 19 Figura 2 - Evolución de los grados día de calefacción en la Unión Europea desde 1979 hasta la actualidad [4]. Figura 3 - Evolución de los grados día de refrigeración en la Unión Europea desde 1979 hasta la actualidad [4]. 1. Introducción 20 Este incremento en los grados día de refrigeración se ve reflejado en el aumento de consumo energía final en los hogares para la refrigeración del espacio (Figura 4). Figura 4 - Consumo de energía final en los hogares para refrigeración del espacio [5]. Gran parte de esta demanda de refrigeración es cubierta por equipos de aire acondicionado, que en los periodos más calurosos pueden suponer picos de demanda de energía eléctrica llegando incluso a saturar la red. Estos sistemas, además, afectan de una manera muy importante al cambio climático debido al gran consumo energético que presentan y las posibles emisiones de gases con mayor potencial de efecto invernadero que el CO2 en el caso de que se produzcan fugas de refrigerantes fluorados. También afectan de manera negativa al efecto de isla de calor urbana, debido al calor que se disipa en las unidades condensadoras de estos sistemas. Otro problema que nos encontramos es que, en torno al 35% de los edificios en la Unión Europea tienen más de 50 años y casi un 75% del parque inmobiliario es ineficiente energéticamente hablando; sólo entre un 0,4-1,2% (según el país) de las construcciones se van renovando cada año [6]. Por lo tanto, mejorar la eficiencia energética de los edificios (renovación de edificios existentes y soluciones eficientes en nuevas construcciones) puede conducir a importantes ahorros de energía, entre un 5% y 6%, y a una disminución de las emisiones de CO2: alrededor de un 5% [6]. Además de generar otros beneficios económicos, sociales y ambientales. Los edificios de mejor rendimiento proporcionan mayores niveles de confort y bienestar para sus ocupantes y mejoran la salud al reducir las enfermedades y las muertes causadas por un clima interior deficiente. 1. Introducción 21 Añadido al incremento de demanda y a la ineficiencia de los edificios nos encontramos, también, que los precios del gas y de la electricidad (principales fuentes que cubren el consumo de energía final en los hogares) han ido aumentando en los 27 países de la Unión Europea en los últimos años; en concreto un 1,3% en el precio de la electricidad desde la segunda mitad del 2018 hasta la segunda mitad el 2019 y un 1,7% de media en cuanto al precio del gas para el mismo periodo de tiempo, según el último artículo publicado por la Oficina Europea de Estadística (Eurostat) [7]. Figura 5 - Evolución de los precios de electricidad y gas en la Unión Europea [7]. A la vista de todos los datos anteriores, podemos decir que el sector de los edificios, y en particular lo referido a la calefacción y la refrigeración, es decisivo para acercarnos al cumplimiento de los objetivos climáticos y energéticos que se han fijado desde la Unión Europea, a la vez que mejores edificios y más eficientes, desde el punto de vista energético, mejorarán la calidad de vida de los ciudadanos aportando así beneficios adicionales a la sociedad y a la economía. 1.2. Legislación europea y contextualización a la legislación española. Como hemos dicho anteriormente, la energía es una herramienta de desarrollo tanto social como económico y se ha vuelto indispensable por lo que necesario garantizar su suministro de una manera sostenible y segura mientras se lidia con las consecuencias del cambio climático. Aunque en el apartado anterior, al hablar de la problemática energética nos hayamos centrado en la época actual, el uso y ahorro de energía es un tema al que se le ha venido prestando atención desde hace bastantes años como muestran las 1. Introducción 22 diferentes actuaciones sobre la política energética que la Unión Europea ha ido desarrollando y que se han ido adaptando a la legislación de cada nación. A continuación, se recoge un listado con algunas de las principales normativas sobre eficiencia energética en el sector de la edificación dadas por la Unión Europea y su adaptación a la normativa española. Nos centramos en este sector porque, a la vista de los datos comentados en el apartado anterior, está en el centro de las políticas y estrategias de la Unión Europea que van destinadas a aumentar el uso eficiente de la energía, además de promover el uso de energías renovables y alcanzar una sociedad de bajas emisiones de carbono para el 2050. Tabla 1 - Principal legislación europea y su adaptación a la legislación española. (Elaboración propia). Año Ámbito Normativa Estado Comentarios 1976 Europa Recomendación 04/05/1976 Derogada Aunque centrada solo en sistemas de calefacción establece una primera muestra de concienciación sobre el consumo energético en edificios. 1980 España Real Decreto 1618/1980, de 4 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones de Calefacción, Climatización y Agua Caliente Sanitaria, con el fin de racionalizar su consumo energético. Derogado Conocido como RICCACS. Recogía las condiciones que se exigían a las instalaciones térmicas no industriales desde el punto de vista de confort, calidad, seguridad y medio ambiente buscando racionalizar también su consumo de energía 1993 Europa Directiva 93/76/CEE del Consejo de 13 de septiembre de 1993 relativa a la limitación de las emisiones de dióxido de carbono mediante la mejora de la eficiencia energética (SAVE). Derogada Introduce la preocupación por las emisiones de CO2. 1998 España Real Decreto 1751/1998, de 31 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) y sus Instrucciones Técnicas Complementarias (ITE) y se crea la Comisión Asesora para las Instalaciones Térmicas de los Edificios. Derogado Se trataría del “primer RITE” y fue conocido como RITE98. Traspone la Directiva 93/76/CEE. 1. Introducción 23 Tabla 1 - Principal legislación europea y su adaptación a la legislación española. (Elaboración propia). (Continuación) Año Ámbito Normativa Estado Comentarios 2002 Europa Directiva 2002/91/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 16 de diciembre de 2002 relativa al rendimiento energético de los edificios. Derogada Hace hincapié en la necesidad de proteger el medio ambiente y de hacer un uso racional de las fuentes de energía. Esta directiva es el antecedente de la Directiva 2010/31/EU “Energy Performance of Buildings Directive” (EPBD) 2006 España Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación. Modificado Traspone parcialmente la Directiva Europea 2002/91/CE, pero también nace con el objetivo de establecer los requisitos básicos de los edificios. Consta de seis documentos básicos. Tras la aprobación de la posterior Directiva 2010/31/UE, el documento básico de “Ahorro de energía” (HE) se actualizó a través de la orden FOM/1635/2013, de 10 de septiembre, y la posterior orden FOM/588/2017, de 15 de junio. Modificado por El Real Decreto 732/2019, de 20 de diciembre, por el que se modifica el CTE, aprobado por RD 3/2006, de 17 de marzo 2007 España Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios Modificado Conocido como RITE07 que derogaba al RITE98. Traspone parcialmente la Directiva Europea 2002/91/CE. Modificado por el Real Decreto 238/2013, de 5 de abril, por el que se modifican determinados artículos e instrucciones técnicas del RITE, aprobado por RD 1027/2007, de 20 de julio. Modificado por el Real Decreto 178/2021, de 5 de abril, por el que se modifican determinados artículos e instrucciones técnicas del RITE, aprobado por RD 1027/2007, de 20 de julio. 1. Introducción 24 Tabla 1 - Principal legislación europea y su adaptación a la legislación española. (Elaboración propia). (Continuación) Año Ámbito Normativa Estado Comentarios 2007 España Real decreto 47/2007, de 19 de enero, por el que se aprueba el procedimiento básico para la certificación de eficiencia energética de edificios de nueva construcción. Derogado Traspone parcialmente la Directiva Europea 2002/91/CE. Para dar respuesta a la exigencia de proporcionar un certificado de eficiencia energética a los compradores o usuarios de los edificios. 2010 Europa Directiva 2010/31/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 19 de mayo de 2010, relativa a la eficiencia energética de los edificios Modificada Modificada por la Directiva 2018/844 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 30 de mayo de 2018, por la que se modifica la Directiva 2010/31/UE relativa a la eficiencia energética de los edificios y la Directiva 2012/27/UE relativa a la eficiencia energética 2012 Europa Directiva 2012/27/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 25 de octubre de 2012, relativa a la eficiencia energética, por la que se modifican las Directivas 2009/125/CE y 2010/30/UE, y por la que se derogan las Directivas 2004/8/CE y 2006/32/CE Modificada Modificada por la Directiva 2013/12/UE del Consejo de 13 de mayo de 2013 por la que se adapta la Directiva 2012/27/UE del Parlamento Europeo y del Consejo relativa a la eficiencia energética, con motivo de la adhesión de la República de Croacia. 2013 Real Decreto 238/2013, de 5 de abril, por el que se modifican determinados artículos e instrucciones técnicas del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios, aprobado por RD 1027/2007, de 20 de julio Surge para adaptar el RITE de 2007 a las nuevas exigencias introducidas por la Directiva 2010/31/UE. dos modificaciones anteriores para dar respuesta a exigencias alejadas de la eficiencia energética, a través del RD 1826/2009, de 27 de noviembre, y por el RD 249/2010, de 5 de marzo 2018 Europa Directiva (UE) 2018/844 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 30 de mayo de 2018, por la que se modifica la Directiva 2010/31/UE relativa a la eficiencia energética de los edificios y la Directiva 2012/27/UE relativa a la eficiencia energética Vigor Se trata de una enmienda de la Directiva 2010/31/UE. 1. Introducción 25 Tabla 1 - Principal legislación europea y su adaptación a la legislación española. (Elaboración propia). (Continuación) Año Ámbito Normativa Estado Comentarios 2019 España Real Decreto 732/2019, de 20 de diciembre, por el que se modifica el Código Técnico de la Edificación, aprobado por el RD 314/2006, de 17 de marzo. Vigor Este RD modifica el Código Técnico de la Edificación aprobado por el anterior RD 314/2006, de 17 de marzo. 2021 España Real Decreto 178/2021, de 23 de marzo, por el que se modifica el RD 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios. Vigor Modifica el RD 1027/2007 para trasponer parcialmente la Directiva (UE) 2018/844 y adapta también varios puntos de la Directiva (UE) 2018/2001. Gracias a toda esta diversa normativa, centrada en el sector edificación por el gran potencial de ahorro energético que tiene, podemos justificar todas aquellas actuaciones destinadas a la reducción de la demanda energética en edificios, a la mejora de la eficiencia energética y a la sustitución de fuentes de energía. Todas las medidas de ahorro energético llevadas a cabo sobre los edificios irán en una de estas actuaciones anteriores o combinarán varias de ellas (Figura 6). Sin olvidar la necesidad de creación o de mantenimiento de un nivel de confort adecuado para los ocupantes de los diferentes espacios mejorando su bienestar y su salud. Figura 6 - Esquema de las principales acciones sobre el sector edificación para la reducción del consumo energético. Actuaciones de ahorro energético en edificios manteniendo exigencias de confort térmico y calidad del aire Sustitución de fuentes de energía convencionales Energías renovables Recuperación de energía Mejora de eficiencia energética Reducción de pérdidas Regulación y control de los equipos Reducción de la demanda de energía Mejora de la envolvente y diseño bioclimático del edificio Estrategias pasivas de climatización Sistemas de regulación para las instalaciones 2. Enfriamiento evaporativo 32 Dadas las características ya descritas del fenómeno, no solo es válido para la climatización y acondicionamiento de espacios, sino que también el enfriamiento evaporativo se puede aplicar en la mejora de muchos procesos industriales, ya que resulta más fácil enfriar con agua o aire frío que con aire caliente. En particular, en las instalaciones de climatización y acondicionamiento de aire se suele utilizar para reducir o eliminar la demanda energética de adecuación térmica en edificios. Asimismo, es adecuado en aplicaciones en las que se requieren tanto enfriamiento como humidificación en verano. En la actualidad existe una gran variedad de equipos basados en este fenómeno, por lo que en el apartado siguiente se procederá a realizar una breve revisión del estado actual de las tecnologías de este tipo de sistemas. 2.3. Estado de la técnica. En este apartado abordaremos los diferentes sistemas de enfriamiento evaporativo que podemos encontrar en la actualidad orientados al enfriamiento del aire. La clasificación, que podemos encontrar a continuación, divide estos sistemas según sea la corriente de aire en la cual tiene lugar la evaporación del agua: • Sistemas directos: el proceso de evaporación se da en la corriente de aire primaria o de impulsión. • Sistemas indirectos: el proceso de evaporación se da en una corriente de aire secundaria. • Sistemas mixtos: una combinación de los dos sistemas anteriores. 2.3.1. Sistemas de enfriamiento evaporativo directos. Como hemos dicho antes, los sistemas de enfriamiento evaporativo directo se caracterizan porque el fenómeno sucede en la propia corriente de aire a acondicionar, que será tratada en cuanto a temperatura y también verá modificada su humedad relativa. Como se puede observar en la Figura 10, el aire del espacio a acondicionar (aire primario sin tratar) pasa directamente por el equipo de enfriamiento evaporativo poniéndose en contacto con el agua (donde se produce el intercambio de calor sensible a calor latente) y a la salida del sistema obtenemos esa misma corriente de aire primario ya tratada, todo ello siguiendo un proceso adiabático (Figura 9) según se ha descrito en los fundamentos del enfriamiento evaporativo. 2. Enfriamiento evaporativo 33 Figura 10 - Esquema de los sistemas evaporativos directos [15]. En este tipo de sistemas es interesante aumentar, en lo posible, la superficie de contacto donde se produce el intercambio de calor y masa, puesto que este intercambio necesario para el fenómeno de enfriamiento evaporativo es proporcional a esa superficie de contacto. Una de las limitaciones de funcionamiento en estos equipos, como ya se ha comentado en el apartado de los fundamentos del enfriamiento evaporativo, viene dada por la temperatura de saturación adiabática La temperatura de saturación adiabática es la mínima temperatura que obtendríamos con un equipo de enfriamiento evaporativo directo con un 100% de eficiencia y dependerá de las condiciones de entrada de aire al equipo. Si el aire que entra al equipo ya contiene una humedad relativa alta y, en consecuencia, su temperatura estará más cerca de la temperatura de saturación adiabática, no será posible evaporar gran cantidad de agua en esa corriente de aire y no se alcanzará una disminución notable de la temperatura. Otra de las limitaciones de estos equipos es que si para el espacio que se necesita acondicionar no es admisible un aumento de la humedad relativa, entonces el uso de este tipo de equipos queda anulado. Según el medio de humectación, los sistemas de enfriamiento evaporativo directos pueden atender a la siguiente clasificación [12]: • De paneles evaporativos: Generalmente fabricados en fibras tratadas de manera química contra el crecimiento de microorganismos. Suelen instalarse sobre marcos de metal o plástico. • De relleno rígido: Constituidos por placas rígidas y corrugadas que pueden estar fabricadas en una gran variedad de materiales, como, por ejemplo: plástico, celulosa, fibra de vidrio, etc. Es en estas placas donde se ponen en contacto las corrientes de agua y de aire a tratar en forma de flujo cruzado, los canales horizontales serían usados para el aire y los verticales para el agua (Figura 11). • Rotativos: El medio de humectación es en forma de rueda rotativa accionada por un motor y cuya parte inferior se sumerge en un depósito de agua. Enfriador evaporativo DIRECTO Aire primario tratado Aire primario sin tratar 2. Enfriamiento evaporativo 34 • Pulverización directa: Se pulveriza el agua directamente en la corriente de aire primario (Figura 12.a y 12.b). Figura 11 - Parte posterior de un equipo de enfriamiento evaporativo de relleno rígido. (Fuente propia). (a) (b) Figura 12 - Sistemas de micropulverización de agua de la línea Mist&Fog de la empresa Termigo [17]. Por ser bastante habituales en los espacios abiertos los sistemas de pulverización, a continuación, se van a recopilar algunas ideas relativas a ellos. Pueden trabajar directamente con agua de red o pueden utilizar una bomba para aumentar la presión del agua que se conduce hasta unas boquillas donde se produce la micronización de la corriente de agua para favorecer su evaporación y no trabajan con recirculación del agua. Su eficacia es elevada, pero presentan problemas ligados a su funcionamiento que pueden ser causa de gran malestar para las personas que se encuentren en el lugar donde operen estos sistemas, como, por ejemplo: la formación de grandes gotas por el choque de varios aerosoles (o por una mala operación de las boquillas), o, el riesgo de 2. Enfriamiento evaporativo 35 contaminación bacteriológica por Legionella si el sistema recircula agua o no queda vacío de la misma cuando deja de funcionar [15],[18]. Por lo tanto, el diseño y sobre todo el mantenimiento de estos sistemas cobran muchísima importancia. 2.3.2. Sistemas de enfriamiento evaporativo indirectos. Si el espacio que se desea acondicionar no permite un aumento en la humedad relativa, entonces se recurre a los sistemas de enfriamiento evaporativo indirectos. Podemos tener dos configuraciones diferentes según donde ocurra el proceso de enfriamiento evaporativo según se puede observar en la Figura 13. (a) (b) Figura 13 - Diferentes formas de integrar el enfriamiento evaporativo indirecto: (a) antes del intercambiador y (b) en el mismo intercambiador [15]. En los sistemas de enfriamiento evaporativo indirectos la evaporación del agua se efectúa en una corriente secundaria de aire, la cual sufre un enfriamiento y ve aumentada su humedad, para después ponerse en contacto ambas corrientes (la de impulsión o primaria y la secundaria) en un intercambiador, de manera que solo puedan intercambiar calor sensible y así se consiga enfriar la corriente primaria sin adición de humedad específica. Las condiciones psicrométricas de las corrientes de aire evolucionan según se puede ver en la Figura 14. Como se puede ver, la corriente de aire primario no ve modificada su humedad específica. Aire secundario sin tratar Aire secundario tratado Enfriador evaporativo INDIRECTO Aire primario tratado Aire primario sin tratar Enfriador evaporativo INDIRECTO aire-aire Aire primario tratado Enfriador evaporativo DIRECTO Aire secundario sin tratar Aire secundario tratado Intercambiador sensible aireaire Aire primario sin tratar 2. Enfriamiento evaporativo 36 Figura 14 - Esquema de la evolución psicrométrica del aire al ser tratado en un equipo de enfriamiento adiabático indirecto [15] 2.3.3. Sistemas de enfriamiento evaporativo mixtos. Los sistemas de enfriamiento evaporativo mixtos consisten en una combinación de dos o más etapas de enfriamiento evaporativo directo e indirecto, lo que permite que el fenómeno sea aplicable en muchos más casos, además de mejorar la eficiencia del proceso global [15]. La evolución psicrométrica más habitual es la que se puede ver en la Figura 15, que se corresponde con un proceso de enfriamiento indirecto seguido por uno directo, que es la configuración más habitual. Figura 15 - Esquema de la evolución psicrométrica del aire al ser tratado en un equipo de enfriamiento mixto (indirecto-directo) [15]. T1 h 1 2 2’ T4 Aire primario Aire secundario 3 4 T1 w1= w3 h 1 2 2’ T3 w2 Aire primario Aire secundario 3 3. Confort térmico en edificios 37 3. CONFORT TÉRMICO EN EDIFICIOS. La población europea pasa de media entre un 85% y un 90% del tiempo en interiores [19]: en casa, en el colegio, en la universidad, en el trabajo e incluso en nuestro tiempo de ocio (bares, cines, centros comerciales…) o en medios de transporte. Por lo tanto, la calidad del ambiente interior cobra vital importancia en nuestro día a día, tanto para asegurar la salud de los ocupantes como para mantener su confort. La norma UNE 171330-1:2008 [20] define la calidad ambiental en interiores como: las condiciones ambientales de los espacios interiores, adecuadas al usuario y la actividad, definidas por los niveles de contaminación química, microbiológica y por los valores de los factores físicos. Estas condiciones ambientales interiores (IEQ, por sus siglas en inglés) incluyen, entre otras, la calidad de la iluminación, el ruido, aspectos de ergonomía además de la calidad del clima interior (ICQ, por sus siglas en inglés), que a su vez este engloba la calidad del aire interior (IAQ, por sus siglas en inglés) y el confort térmico (Figura 16). El objetivo de las instalaciones térmicas de climatización es maximizar la calidad del clima interior (ICQ) sin comprometer los requisitos de eficiencia energética de los edificios (establecidos en las diferentes normativas asociadas) y los costes relacionados con el edificio y sus instalaciones. Figura 16 - Conceptos asociados a la calidad del ambiente en interiores. En este trabajo de fin de grado nos centraremos en las condiciones que influyen sobre el confort térmico de los ocupantes de un espacio. Las condiciones óptimas de confort para un espacio ocupado, incluidas las de confort térmico, son aquellas que se consideran como satisfactorias por la mayoría de los ocupantes; pero, por ejemplo, las condiciones de neutralidad Calidad ambiental interior (IEQ) Calidad del clima interior (ICQ) Calidad del aire interior (IAQ) Confort térmico Iluminación Ruido Ergonomía 3. Confort térmico en edificios 38 térmica son diferentes entre los individuos según la vestimenta, la actividad que estén desarrollando e incluso por particularidades fisiológicas y psicológicas, por lo que un estado de confort ideal, en el que todos los ocupantes estén satisfechos es una meta difícilmente alcanzable. Así que el objetivo será satisfacer al máximo porcentaje posible de personas. Los factores que intervienen sobre el balance térmico del cuerpo humano con el ambiente pueden clasificarse en dos categorías: • Personales: o Actividad metabólica. o Vestimenta. • Ambientales: o Temperatura seca. o Humedad relativa. o Velocidad del aire. o Temperatura radiante. En la siguiente tabla, Tabla 3, se encuentran los rangos entre los que varían los factores anteriormente citados. Tabla 3 – Rangos de variación de los factores que influyen sobre el balance térmico del cuerpo humano con el ambiente. Parámetro Rango Actividad metabólica (met) 0,8 a 4 Grado de vestimenta (clo) 0 a 2 Temperatura seca del aire (°C) 10 a 30 Temperatura radiante media (°C) 10 a 40 Velocidad del aire en la zona ocupada (m/s) 0 a 1 Humedad relativa (%) 30 a 70 El estudio de las variables que afectan al confort térmico suele hacerse a través de la definición de distintos índices, que son combinación de los factores ambientales anteriores. Uno de los más habituales es la temperatura operativa, que se define como la temperatura uniforme de un recinto negro imaginario en el intercambio de calor por radiación y convección entre este y sus ocupantes fuera igual al de un entorno no uniforme real. 𝑡0= (ℎ𝑐𝑡𝑎+ ℎ𝑟𝑡𝑟𝑎𝑑)/(ℎ𝑐+ ℎ𝑟) (E-1) 3. Confort térmico en edificios 39 Siendo: • hc: coeficiente de transmisión de calor por convección [Wm-2K-1] • ta: temperatura del aire [K] • hr: coeficiente de transmisión de calor por radiación [Wm-2K-1] • trad: temperatura media radiante [K] Aunque, de manera aproximada podemos suponer que la temperatura operativa es la media aritmética entre la temperatura seca del aire y la temperatura radiante media debido a que los valores de hc y hr son muy próximos. 𝑇𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 ≈𝑇𝑎𝑖𝑟𝑒+𝑇𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑡𝑒 2 (E-2) No obstante, si la temperatura operativa y la temperatura de seca del aire no difieren entre sí más de 2°C se puede trabajar directamente con la temperatura seca del aire. También, para los espacios que cuentan con sistemas HVAC (Heating, ventilation and air conditioning, por sus siglas en inglés), se usan los índices de Voto Medio Previsto (VMP) y Porcentaje de Personas Insatisfechas (PPI) (o, PMV y PPD, por sus siglas en inglés) que expresan la sensación térmica y el grado de insatisfacción para el conjunto del cuerpo. Para unos niveles de actividad y vestimenta determinados, estos índices asocian una combinación de factores ambientales con la valoración esperable, por parte de los ocupantes (VMP), del confort térmico y con un porcentaje de esos mismos ocupantes que lo juzgaría inaceptable (PPI). El VMP varía desde -3, que sería “Frío”, hasta +3 “muy caluroso”, siendo 0 el valor asociado a la “neutralidad térmica”. En la norma internacional EN ISO 7730 [21] se encuentra desarrollado este método de evaluación de las condiciones de confort térmico y se establecen las distintas categorías del ambiente térmico que podemos ver en la siguiente tabla, Tabla 4. Tabla 4 – Categorías del ambiente térmico en función del VMP y el PPI. [21] Categoría Estado térmico del cuerpo (global) PPI (%) VMP I <6 -0,2 < VMP < +0,2 II <10 -0,5 < VMP < +0,5 III <15 -0,7 < VMP < +0,7 IV >15 VMP < -0,7 o VMP > +0,7 3. Confort térmico en edificios 40 Las instalaciones térmicas de climatización o los sistemas HVAC son diseñados para conseguir, en los espacios en los que son usados, unas condiciones ambientales correspondientes a la neutralidad térmica, teniendo en cuenta las actividades que en ese espacio se vayan a desarrollar y la vestimenta de los ocupantes. Estas condiciones ambientales interiores de diseño las podemos ver en la Tabla 5, que se encuentra recogida en la IT 1.1.4.1.2 Temperatura operativa y humedad relativa del RITE [22] y son para personas con actividad metabólica sedentaria de 1,2 met, con grado de vestimenta de 0,5 clo en verano y 1 clo en invierno y un PPI menor al 10% y asumiendo un nivel de velocidad de aire bajo (< 0.1 m/s). Tabla 5 - Condiciones interiores de diseño según RITE*. Estación Temperatura operativa (°C) Humedad relativa (%) Verano 23…25 45…60 Invierno 21…23 40…50 *Para personas con actividad metabólica sedentaria de 1,2 met, con grado de vestimenta de 0,5 clo en verano y 1 clo en invierno. Pero a esta exigencia de calidad térmica del ambiente también se le añaden condiciones que pueden provocar malestar térmico local (calentamiento o enfriamiento no deseado de alguna zona del cuerpo) como, por ejemplo: corrientes de aire (sobre todo si inciden en nuca o tobillos), gradientes verticales de temperatura, suelos calientes/fríos y asimetría radiante. Si a la Tabla 4 le añadimos estas condiciones de malestar térmico local obtenemos la siguiente tabla de categorías del confort térmico, Tabla 6. Tabla 6 – Categorías de ambiente térmico teniendo en cuenta causa de malestar térmico local. Categoría Estado térmico del cuerpo en su conjunto Incomodidad local PPI (%) VMP PD* (%) Tasa de corrientes de aire (%) Diferencia de temperatura vertical del aire Suelo caliente o frío Asimetría radiante A <6 -0,2 < VMP < +0,2 <10 <3 <10 <5 B <10 -0,5 < VMP < +0,5 <20 <5 <10 <5 C <15 -0,7 < VMP < +0,7 <30 <10 <15 <10 *Porcentaje de insatisfechos (Percentage of Dissatisfied, en inglés) 3. Confort térmico en edificios 41 También las variaciones transitorias de los parámetros ambientales como ciclos de temperatura (debidos al control de la temperatura), rampas de temperatura (ascenso o descenso de temperatura a un ritmo superior de 2°C/h) o saltos bruscos de temperatura operativa pueden ser causa de malestar térmico local. El uso de los índices de VMP-PPI (Voto medio previsto – Porcentaje de personas insatisfechas) se suele utilizar cuando el espacio acondicionado lo es mediante sistemas de refrigeración mecánica, ya que el uso de esos índices es un método de evaluación del confort térmico exigente. Sin embargo, en un espacio sin refrigeración mecánica donde se espera que los ocupantes puedan tener control directo sobre las diferentes opciones posibles para el acondicionamiento del medio interior, como la apertura o cierre de ventanas, el uso de elementos de sombra, como persianas o cortinas, o que los ocupantes puedan abrigarse en mayor o menor medida y adaptar su nivel de actividad, es más apropiado utilizar, para la evaluación del confort térmico, un método adaptativo. En este método las personas pueden interactuar con el ambiente adaptando sus propias preferencias térmicas, modificando su comportamiento o adecuando sus expectativas en función del ambiente térmico en el que se encentren y, por lo tanto, se asumen unos rangos más amplios de temperatura operativa aceptables. El acondicionamiento del espacio mediante sistemas de enfriamiento evaporativo puede considerarse como climatización pasiva y por ello lo más apropiado sería el estudio del confort térmico mediante un método adaptativo (que es menos exigente). En el estudio realizado sobre un equipo evaporativo portátil, en el siguiente capítulo de este trabajo, a pesar de ser más adecuado el método adaptativo, porque se ajusta a las condiciones explicadas con anterioridad, se ha utilizado el método de VMP-PPI por ser un método más concreto que permite cuantificar el nivel de confort térmico alcanzado. Así, se recurrirá a un equipo de medida específico que proporciona directamente la información sobre el VMP y PPI. Al tratarse de un método más exigente de valoración del confort térmico que el caso del método adaptativo, trabajar con el primero nos permitirá extraer conclusiones que de ser favorables indicarán que siempre alcanzaremos el objetivo de neutralidad térmica para el mayor porcentaje de personas en el espacio acondicionado. 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 48 En los diferentes días de ensayos que se recogen en este trabajo existen algunas discrepancias puntuales entre horarios de apertura de ventanas o arranques y paradas de equipo, que no es lo recomendable cuando después se va a realizar una comparación de resultados, pero recordamos que estos han sido ensayos en entornos reales, no en un ambiente controlado como el de un laboratorio. El uso de los espacios utilizados es diverso y se adapta a las necesidades del momento, por lo que no se ha obligado a los ocupantes a atenerse estrictamente a las pautas propuestas. Lo que sí se ha realizado es el registro, dentro de lo posible, de esas diferentes actuaciones en unas tablas que reúnen las diferentes condiciones para cada día de ensayos y que se presentan a continuación. El primer día, 4 de agosto, a partir de ahora día 0, solo se toman datos como referencia. En ese día, el equipo de enfriamiento evaporativo se mantiene apagado y las ventanas del piso cerradas la gran parte del tiempo de toma de datos. Las condiciones del ensayo pueden verse recogidas en la Tabla 8. Tabla 8 – Condiciones de toma de datos del día 0. 04/08/2019 CASO A CASO B HORA Estado del equipo Estado de las ventanas de la estancia Anotaciones Estado del equipo Estado de las ventanas de la estancia Anotaciones 11:45 Apagado Cerradas Apagado Abiertas Labores limpieza suelo. 14:15 Apagado Cerradas Apagado Cerradas 14:35 Apagado Cerradas Apagado Cerradas 23:30 Apagado Abiertas Free-cooling nocturno. Apagado Cerradas El objetivo del día 1 es el estudio del funcionamiento del equipo durante periodos de tiempo amplios y con las ventanas de la estancia y de diferentes lugares de la casa de abiertas, para permitir la renovación de aire y comprobar si existe influencia de la ventilación cruzada en la variación de las condiciones mientras el equipo está en funcionamiento. En la Tabla 9 pueden verse las condiciones de los ensayos utilizadas en el día 1. 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 49 Tabla 9 - Condiciones de toma de datos del día 1. 05/08/2019 CASO A CASO B HORA Estado del equipo Estado ventanas de la estancia Anotaciones Estado del equipo Estado ventana s de la estancia Anotaciones 0:00 Apagado Cerradas Fin free-cooling. Apagado Cerradas 7:30 Apagado Abiertas Ocupación: 1 persona, 2 met (de 7:30 a 7:50). Ventilación. Apagado Cerradas 8:50 Apagado Cerradas Apagado Cerradas 12:00 Apagado Cerradas Apagado Abiertas Todo abierto (salón, cocina, dormitorio) 13:10 Encendido de equipo Abiertas Ventanas abiertas desde 13:00. Apagado Abiertas 13:12 Encendido Abiertas Encendido de equipo Abiertas Todo abierto (salón, cocina, dormitorio) 13:45 Encendido Abiertas Inicio del modo "swing" olvidado. Encendido Abiertas 14:00 Encendido Abiertas Ordenador encendido y comienzo medidas equipo confort. Encendido Abiertas 14:35 Parada de equipo Cerradas Entre 14:35-14:40 se aparta el PC. Encendido Abiertas 14:50 Apagado Cerradas Parada de equipo Cerradas Todo cerrado (salón, cocina, dormitorio) 16:05 Encendido de equipo Abiertas Encendido de equipo Abiertas Todo abierto (salón, cocina, dormitorio) 17:39 Encendido Abiertas Ventana del estudio cerrada (opuesta a la de toma de aire) Encendido Abiertas Abierto salón y dormitorio (cocina cerrada) 18:30 Encendido Abiertas Ventana del estudio abierta de nuevo Encendido Abiertas 18:35 Encendido Abiertas Parada de equipo Cerradas Todo cerrado (salón, cocina, dormitorio) 18:40 Encendido Abiertas Cambio de lado del apantallamiento de la sonda de toma del aire - parece afectar mucho Apagado Cerradas 18:42 Parada de equipo Cerradas Apagado Cerradas 18:50 Apagado Cerradas Apagado Abiertas 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 50 Tabla 9 - Condiciones de toma de datos del día 1 (Continuación). 05/08/2019 CASO A CASO B HORA Estado del equipo Estado ventanas de la estancia Anotaciones Estado del equipo Estado ventana s de la estancia Anotaciones 19:00 Apagado Cerradas Salón ocupado por una persona. Apagado Abiertas 19:10 Encendido de equipo Abiertas Encendido de equipo Abiertas EQUIPO EN LA PUERTA DEL SALÓN (Puertas y ventanas terraza salón abierta, dormitorio abierto) 19:13 Encendido Abiertas Fin equipo confort. Ordenador apagado. Encendido Abiertas 20:05 Parada de equipo Encendido Abiertas 20:30 Apagado Parada de equipo Cerradas Ropa húmeda tendida en terraza. Ventana dormitorio cerrada, puerta terraza cerrada, pero se dejan ventanas terraza abiertas 23:00 Apagado Abiertas Apertura ventanas para free-cooling nocturno Apagado Cerradas El día 2, se mantuvieron las ventanas parcialmente abiertas durante la noche previa a la recogida de datos, aprovechando la variación de temperatura que se da entre el día y la noche en verano en Valladolid. El objetivo de este día era el estudio del funcionamiento del equipo con las ventanas de la estancia cerradas, sin permitir la renovación de aire, para comprobar su influencia en las condiciones medidas, pero ya en la primera arrancada del equipo se comprobó como la humedad relativa adquiría valores por encima del 70%, hecho que puede acarrear efectos adversos en la salud [24], [25], por lo que se constató que para el acondicionamiento de espacios interiores con equipos de enfriamiento evaporativo es necesaria la renovación del aire interior, por esta razón el resto de toma de datos se hace de manera similar a la del día 1. En la Tabla 10 pueden verse las condiciones de los ensayos utilizadas en el día 2. 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 51 Tabla 10 - Condiciones de toma de datos del día 2. 06/08/2019 CASO A CASO B HORA Estado del equipo Estado ventanas de la estancia Anotaciones Estado del equipo Estado ventanas de la estancia Anotaciones 0:45 Apagado Apagado Abiertas Ventana dormitorio abierta. 7:30 Apagado Abiertas El día parece nublado Apagado Abiertas 8:30 Apagado Cerradas Apagado Abiertas 12:00 Apagado Cerradas Comienzo medidas equipo confort (2 personas) Apagado Abiertas 12:10 Apagado Cerradas Apagado Cerradas 12:11 Encendido de equipo Cerradas Apagado Cerradas 12:12 Encendido Cerradas Encendido de equipo Cerradas 12:45 Encendido Cerradas 2 personas en el salón Encendido Cerradas 12:48 Encendido Cerradas Encendido Cerradas 12:50 Parada de equipo Cerradas Parada del equipo Cerradas 13:30 Apagado Cerradas Entrada puntual a revisar Apagado Cerradas 14:00 Apagado Abiertas Apertura ventanas Apagado Abiertas 14:18 Encendido de equipo Entreabiertas Caída brusca humedad ya estaba estable. La sonda alejada medía 27°C, igual que la de toma de aire. Apagado Abiertas 14:20 Encendido Entreabiertas Encendido de equipo Abiertas 1 persona en salón. 15:52 Encendido Entreabiertas Se abre un poco más la ventana. La sonda más próxima (en "zona ocupada") supera el 70% de humedad. Encendido Abiertas 1 persona en salón. 16:20 Parada del equipo Cerradas De 15:52 a 16:20, una persona en la habitación contigua con otro PC Parada del equipo Abiertas 1 persona en salón. 16:40 Apagado Cerradas Apagado Cerradas Ventana dormitorio cerrada. Horno en la cocina encendido. 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 52 Tabla 10 - Condiciones de toma de datos del día 2. (Continuación) 06/08/2019 CASO A CASO B HORA Estado del equipo Estado ventanas de la estancia Anotaciones Estado del equipo Estado ventanas de la estancia Anotaciones 17:35 Apagado Cerradas Entrada a revisar Apagado Cerradas 18:00 Apagado Cerradas A las 18.17 PC en la mesa. Fin medidas confort Apagado Cerradas 20:20 Apagado Cerradas 3 personas y un PC Apagado Cerradas 20:50 Encendido de equipo Entreabiertas Comienzo funcionamiento del equipo Apagado Cerradas 21:05 Encendido Entreabiertas Apagado Abiertas 21:25 Parada del equipo Apagado Abiertas 23:20 Apagado Abiertas Apertura total ventanas Apagado Abiertas En el día 3, el equipo es utilizado a lo largo de todo el día en periodos cortos de tiempo y con las ventanas abiertas para la circulación del aire. En la Tabla 11 pueden verse las condiciones de los ensayos utilizadas en el día 3. Tabla 11 - Condiciones de toma de datos del día 3. 07/08/2019 CASO A CASO B HORA Estado del equipo Estado ventanas de la estancia Anotaciones Estado del equipo Estado ventana s de la estancia Anotaciones 8:50 Apagado Entreabiertas Cierre parcial de ventanas (batientes) Apagado Abiertas 10:10 Apagado Cerradas Cierre total ventanas Apagado Abiertas 10:22 Apagado Cerradas Comienzo medidas equipo confort Apagado Abiertas 12:15 Encendido de equipo Entreabiertas Encendido de equipo Abiertas Ventana dormitorio abierta 12:45 Parada del equipo Cerradas Parada del equipo Cerradas Ventana dormitorio cerrada 13:15 Encendido de equipo Entreabiertas Encendido de equipo Abiertas Ventana dormitorio abierta 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 53 Tabla 11 - Condiciones de toma de datos del día 3. (Continuación) 07/08/2019 CASO A CASO B HORA Estado del equipo Estado ventanas de la estancia Anotaciones Estado del equipo Estado ventana s de la estancia Anotaciones 13:45 Parada del equipo Cerradas (Se me olvida la ventana del estudio, enfrente, batiente) Parada del equipo Cerradas Ventana dormitorio cerrada 14:15 Encendido de equipo Entreabiertas Encendido de equipo Abiertas Ventana dormitorio abierta 14:45 Parada del equipo Cerradas Parada del equipo Cerradas Ventana dormitorio cerrada 15:19 Encendido de equipo Entreabiertas Apagado Cerradas 15:25 Encendido Abiertas Encendido de equipo Abiertas 1 persona en salón. Ventana dormitorio abierta 15:57 Parada del equipo Cerradas 2 personas por el salón. Parada del equipo Cerradas 1 persona en salón. Ventana dormitorio cerrada 16:30 Encendido de equipo Entreabiertas 2 personas por el salón Encendido de equipo Abiertas 1 persona en salón. Ventana dormitorio abierta 17:00 Parada del equipo Cerradas Parada del equipo Cerradas 1 persona en salón. Ventana dormitorio cerrada 17:07 Apagado Cerradas Queda una persona en el salón Apagado Cerradas 17:30 Encendido de equipo Entreabiertas Encendido de equipo Abiertas Ventana dormitorio abierta 17:59 Parada del equipo Cerradas Parada del equipo Cerradas 1 persona en salón. Ventana dormitorio cerrada. 18:31 Encendido de equipo Entreabiertas Encendido de equipo Abiertas 1 persona en salón. Ventana dormitorio abierta 19:00 Parada del equipo Abiertas Parada del equipo Abiertas 1 persona en salón. Se mantienen abiertas las ventanas y puertas 19:20 Apagado Abiertas 1 persona con PC en el salón 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 54 4.2. Resultados y discusión. Antes de proceder con los análisis y los resultados de los ensayos de los diferentes días se van a hacer unas consideraciones sobre las diferentes zonas de la casa y las sondas ahí colocadas. La entrada de aire en el caso A es una ventana situada en la misma estancia que se va a acondicionar con el equipo. La sonda aquí ubicada recibe el aire del exterior (cuando la ventana está abierta) pero también del interior (espacio que se va a acondicionar), es por ello que la gráfica generada con los datos (temperatura y humedad relativa) de la entrada de aire adquiere una forma similar a la de la zona ocupada y a la de la zona no ocupada, aunque estas se diferencian de la entrada de aire y entre ellas mismas de manera significativa en los valores que toman y los saltos que se producen en ellas, como se puede comprobar en la Figura 23.a y 23.c, en la Figura 24.a y 24.c, en la Figura 30.a y 30.c y en la Figura 36.a y 36.c. La entrada de aire en el caso B es una galería cerrada, cuyo cerramiento consiste en un muro de ladrillo de 65 cm de altura, por encima de este unas ventanas fijas y por encima de estas unas ventanas correderas con carpintería de aluminio; eso sumado a la orientación de la casa, hace que en verano en esta galería se produzca un efecto invernadero, por lo que la sonda colocada en esta zona alcanza valores alejados de lo marcado por la Tabla 5 y toma una forma bastante diferente del resto de gráficas (Figura 23.b y 23.d, en la Figura 24.b y 24.d, en la Figura 30.b y 30.d y en la Figura 36.b y 36.d). Sin embargo, en este caso de estudio, las gráficas de la zona ocupada y de la no ocupada son muy similares entre sí en forma, pero también en los valores que toman. La zona ocupada es la zona más cercana al equipo y donde se espera la presencia de personas y la zona no ocupada es la más alejada del equipo y donde no se espera la presencia de personas o tiene muy baja probabilidad de que esto ocurra. La zona no acondicionada, en el caso A, es una habitación opuesta (no directamente) a la de la estancia de estudio y la sonda de coloca en cerca de la ventana, por lo que en los momentos en los que se tiene la ventana abierta es, a la vez, salida de aire interior y entrada de aire exterior. En el caso B, esta zona es el inicio de un pasillo entre la puerta de entrada y el resto de las estancias de la casa. Las sondas aquí colocadas nos permitirán observar si el ambiente de estas zonas se ve afectado o no por el funcionamiento de los equipos por el hecho de la existencia de ventilación cruzada. A continuación, se van a presentar los análisis de los diferentes días de ensayo, apoyados por los datos correspondientes de las condiciones de temperatura y humedad relativa recogidas. Cada día de ensayo persigue un objetivo diferente como se ha comentado en el apartado de metodología y que se volverá a recordar en cada apartado. En estos análisis, en la zona en la que más 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 55 vamos a incidir para la obtención de resultados será la de la zona ocupada por ser donde encontramos los cambios más significativos y ser la más interesante para el estudio del confort de las personas. 4.2.1. Ensayos día 0. Como ya se ha comentado, este día el equipo de enfriamiento evaporativo no fue puesto en funcionamiento en ningún momento y las ventanas permanecieron cerradas la mayor parte del día para poder realizar una toma de datos (temperatura y humedad relativa de las diferentes zonas) que sirviese como referencia para los ensayos de días posteriores. En la Figura 23, que se presenta a continuación, puede verse la evolución de las temperaturas y humedades relativas en los dos casos de estudio durante el día 0. (a) (b) (c) (d) Figura 23 – Temperaturas de bulbo seco y humedades relativas para los casos A y B en el día 0. 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Temperatura de bulbo seco (°C) Hora del día Temperatura de bulbo seco a lo largo del día (Caso A) 15 20 25 30 35 40 45 50 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Temperatura de bulbo seco[°C] Hora del día Temperatura de bulbo seco a lo largo del día (Caso B) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Humedad relativa (%) Hora del día Humedad relativa a lo largo del día (Caso A) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Humedad relativa (%) Hora del día Humedad relativa a lo largo del día (Caso B) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Humedad relativa [%] Hora del día Humedad relativa Entrada aire Zona ocupada Zona no ocupada Zona no acondicionada Exterior 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 56 En el caso A (caso de estudio con ventilación cruzada) podemos observar que la temperatura se mantiene prácticamente estable, con un valor promedio de 25,8°C en la zona ocupada pero muy similar al resto de zonas (Figura 23.a), al igual que ocurre con la humedad relativa que se mantiene en un promedio de 45% (Figura 23.c). En el caso B (sin ventilación cruzada), tenemos que la temperatura en las zonas interiores también se mantiene prácticamente estable, con un promedio de 26,8°C (Figura 23.b), 1°C más que en el caso A. Alrededor de las 11:45 – 12:00 puede verse como la humedad relativa en las zonas interiores aumenta ligeramente debido a labores de limpieza del suelo (Figura 23.d). Hacia las 13:00 y hacia las 15:00 pueden verse también unos incrementos en la humedad relativa de la zona no acondicionada: esta sonda está próxima a la puerta de entrada a la vivienda, por lo que es posible que estos incrementos sean debidos a actividades propias de la vivienda como pueden ser el uso de la ducha o el uso de la cocina y que el flujo de aire no haya seguido los caminos previstos por la ventilación general de la vivienda. 4.2.2. Ensayos día 1. Como hemos dicho antes, el objetivo de este día es el estudio del funcionamiento del equipo durante periodos de tiempo amplios y con las ventanas de las estancias abiertas, para comprobar cómo influye el aporte de aire fresco y si una ventilación cruzada marca diferencia en el acondicionamiento de los espacios con el uso de esto equipos. En la Figura 24, que se presenta a continuación, puede verse la evolución de las temperaturas y humedades relativas en los dos casos de estudio durante el día 1. 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 57 (a) (b) (c) (d) Figura 24 - Temperaturas de bulbo seco y humedades relativas para los casos A y B en el día 1. En el caso A (Figura 24.a y 24.c), durante la noche se mantienen las ventanas cerradas. Las condiciones en la zona ocupada se mantienen a un promedio de 25°C y 55% de humedad relativa. A las 7:30 se abren ventanas y se inicia una pequeña práctica deportiva en la estancia, lo que coincide con un ligero aumento de la temperatura, pero una vez finalizada esta actividad, a las 7:50, se registra el primer descenso significativo en la temperatura; en 10 minutos la temperatura desciende 2,2°C y a partir de ahí se mantiene a un promedio de 21,6°C hasta el cierre de las ventanas. A la par del descenso de la temperatura, la humedad relativa aumenta al entrar aire del exterior (con mayor humedad relativa) pero se mantiene por debajo del 70%. A las 8:50 se cierran las ventanas y se mantienen así hasta las 13:00, momento en el que la temperatura está estabilizada a 25,4°C y la humedad relativa al 49%. En el caso B (Figura 24.b y 24.d) también se mantienen todas las ventanas cerradas por la noche y hasta las 12:00 del mediodía. En este periodo la temperatura promedio es de 26,8°C, 1,8°C más que en el caso A, y la humedad relativa promedio es de 45%. Una vez abiertas las ventanas a las 12:00 y hasta las 13:12 se observa una ligera variación en la temperatura y en la humedad relativa en función de las condiciones exteriores, que esta variación sea tan poco notable puede ser consecuencia de que todas las ventanas estén orientadas hacia el mismo lugar y no se generen corrientes cruzadas, por lo que el aire no circula en la 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Temperatura de bulbo seco (°C) Hora del día Temperatura de bulbo seco a lo largo del día (Caso A) 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Temperatura de bulbo seco[°C] Hora del día Temperatura de bulbo seco a lo largo del día (Caso B) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Humedad relativa (%) Hora del día Humedad relativa a lo largo del día (Caso A) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Humedad relativa (%) Hora del día Humedad relativa a lo largo del día (Caso B) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Humedad relativa [%] Hora del día Humedad relativa Entrada aire Zona ocupada Zona no ocupada Zona no acondicionada Exterior 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 64 En el primer intervalo en el que el equipo está funcionando podemos ver que el PPI es del 5% y el VMP previsto está en torno a 0,10 (Figura 25.a), lo cual entraría dentro de la categoría I (Tabla 4) y habríamos alcanzado el objetivo de satisfacer al máximo porcentaje posible de personas, pero si nos fijamos en la gráfica de la tasa de corrientes de aire (Figura 25.b) se comprueba que el porcentaje está muy por encima del 30% (Tabla 6), por lo que aunque se hayan conseguido condiciones favorables de temperatura y humedad relativa estaríamos en una situación de malestar térmico local invalidando de esta manera la satisfacción del mayor número de personas. Que el porcentaje de tasa de corrientes de aire alcance valores tan elevados puede ser consecuencia de la utilización de un equipo sobredimensionado para la estancia de estudio. Durante la parada del equipo la tasa de corrientes de aire baja al 0% pero el VMP y el PPI, suben a valores en los que nos quedamos lejos de cumplir las condiciones de satisfacción de confort térmico para la mayoría de los ocupantes (estaríamos en una categoría IV según la Tabla 4), lo que efectivamente coincide con el aumento de la temperatura y la humedad relativa de la estancia (Figura 24.a y 24.c) al evolucionar hacia las condiciones previas que se tenían antes del encendido del equipo. La situación que se da en el segundo intervalo en el que el equipo de enfriamiento está en funcionamiento es análoga a la del primer intervalo y se extraen las mismas conclusiones. Se alcanzan condiciones de confort térmico para el máximo de ocupantes, pero debido a la tasa de corrientes de aire tendremos condiciones de malestar térmico local. (a) (b) Figura 25 - Medidas del equipo de confort térmico en los ensayos del día 1. -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 14:07:00 15:04:36 16:02:12 16:59:48 17:57:24 18:55:00 VMP PPI (%) Hora del día Estado térmico del cuerpo en su conjunto 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 14:07:00 15:04:36 16:02:12 16:59:48 17:57:24 18:55:00 Tasa de correintes del aire (%) Hora del día Tasa de corrientes de aire -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 14:07:00 16:07:00 18:07:00 VMP PPI Hora del día Título del gráfico Porcentaje de personas insatisfechas (PPI) (%) Voto medio previsto (VMP) 0 0 0 1 1 1 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 14:07:00 16:07:00 18:07:00 Título del eje Tasa de correintes del aire (%) Hora del día nTasa de corrientes de aire (%) 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 65 4.2.2.5. Conclusiones al finalizar los ensayos del día 1. Cuando el equipo no está en funcionamiento, se comprueba, en el caso A, que la ventilación natural de la casa hacia las 7:30 con una temperatura exterior en torno a los 18°C y aprovechando una brisa ligera del aire de aproximadamente 1,5 m/s (Figura 26), sí que es notable (incluso en la zona no acondicionada). En cuestión de 10 minutos la temperatura en la zona ocupada desciende 2,2°C y la humedad relativa aumenta unos puntos porcentuales (Figura 24.a y 24.c), pero siempre por debajo del 70%. En el caso B, las ventanas se abren una hora antes de comenzar con los ensayos, hacia las 12:00, cuando las condiciones en el exterior ya no son tan favorables y podrían empeorar las condiciones del interior. Estas condiciones apenas se ven ligeramente modificadas (a pesar de que, a esa hora, como en el momento de ventilación del caso A, existe una ligera brisa de aire en el exterior (Figura 26)), debido posiblemente a la imposibilidad de generar ventilación cruzada en la vivienda y que el aire no circule tan fácilmente por toda la casa. Figura 26 – Velocidad media del aire, en el día 1, medida por la estación meteorológica del edificio LUCIA. Si observamos los momentos de arranque y paradas del equipo en términos de tiempo (comparando las pendientes en los dos casos de estudio), en general, son muy similares, tanto las pendientes de las temperaturas (Figura 27.a, 27.c) como las de las humedades relativas (Figura 27.b, 27.d) de las zonas ocupadas, lo cual quiere decir que los tiempos empleados en alcanzar estados análogos, en ambos casos, tienen diferencias no relevantes. En términos de salto de temperatura (Figura 28), en el primer ensayo (durante el funcionamiento) se consigue un descenso de 0,3°C más en el caso B que en el A, en el segundo 0 1 2 3 4 5 Velocidad media (m/s) Hora del día Velocidad media del aire 0 1 2 3 4 5 6 7 Velocidad media (m/s) Hora del día Velocidad media del aire Día 1 Día 2 Día 3 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 66 ensayo obtenemos un descenso de 0,3°C más en el caso A que el en B. En términos de salto de humedad relativa (Figura 29), tenemos unas diferencias del 3% y del 5% en el primer y segundo ensayo, respectivamente. Estas diferencias, tanto en los saltos de temperatura como en los de humedad relativa, pueden considerarse despreciables si atendemos a la incertidumbre de la medida asociada a la precisión de las sondas utilizadas (Tabla 7), obteniendo entonces un comportamiento muy similar del ambiente térmico en ambos casos, concluyendo que cuando el equipo está en funcionamiento, la ventilación cruzada, a pesar de que en el exterior se movía un brisa ligera (Figura 26), no es un factor determinante en la zona climatizada. En cuanto a la zona no acondicionada, observamos que, durante el funcionamiento del equipo, la temperatura de esta zona, en ambos casos, se ve muy poco afectada (Figura 27.e), al contrario que la humedad relativa (Figura 27.f), en la que sí se aprecian variaciones importantes mientras los equipos están en marcha, sobre todo en el caso A (pero recordamos que esta sonda se encuentra en una ventana y se ve afectada por el aire del interior y también del exterior). El equipo actúa de manera local impulsando aire más frío y húmedo, que enseguida amortigua las cargas sensibles positivas que encuentra en la estancia y, en consecuencia, eleva su temperatura hasta condiciones de confort. Cuando este aire sale de la estancia (con o sin ventilación cruzada) hacia otras zonas sigue amortiguando posibles cargas positivas que se encuentre en su camino y es por lo que cuando llega a las zonas no acondicionadas ya no está en condiciones de afectar a la temperatura. Puesto que en la zona no acondicionada de ambos casos nos encontramos con un comportamiento similar (no afectación de temperatura y sí de humedad relativa) podemos concluir que la ventilación cruzada no es un factor relevante para las zonas no acondicionadas durante el funcionamiento de los equipos. Recordamos que el tercer ensayo en el caso B se realizó bajo otras condiciones y por ello no lo hemos comparado aquí. 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 67 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 27 - Evoluciones de las temperaturas y humedades en las diferentes zonas para los ensayos del día 1. 20 21 22 23 24 25 26 27 28 13 14 15 16 17 18 19 Temperatura de bulbo seco [°C] Hora del día Evolución temperatura en la zona ocupada 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 13 14 15 16 17 18 19 Humedad relativa [%] Hora del día Evolución humedad relativa en la zona ocupada 22 23 24 25 26 27 28 13 14 15 16 17 18 19 Temperatura de bulbo seco [°C] Hora del día Evolución temperatura en la zona no ocupada 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 13 14 15 16 17 18 19 Humedad relativa [%] Hora del día Evolución humedad relativa en la zona no ocupada 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 13 14 15 16 17 18 19 Temperatura de bulbo seco [°C] Hora del día Evolución temperatura en la zona no acondicionada 30 35 40 45 50 55 60 65 13 14 15 16 17 18 19 Humedad relativa [%] Hora del día Evolución humedad relativa en la zona no acondicionada 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Humedad relativa [%] Hora del día Evolución humedad relativa en la zona ocupada Caso A Caso B 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 68 Figura 28 – Variación de la temperatura durante el funcionamiento y tras la parada del equipo en la zona ocupada durante los ensayos del día 1. Figura 29 - Variación de la humedad relativa durante el funcionamiento y tras la parada del equipo en la zona ocupada durante los ensayos del día 1. -2.1 -2.1 -2.4 -1.8 2.1 1.8 22.1 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Ensayo 1 Ensayo 2 (°C) Variación de temperatura durante el funcionamiento y tras la parada del equipo en los ensayos del día 1 -2.1 -2.1 -2.4 -1.8 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 Ensayo 1 Ensayo 2 Grados (°C) Variación de temperatura durante el funcionamiento del equipo en los ensayos del día 1 Caso A Caso B 17 8 20 13 -14 -10 -13 -8 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 Ensayo 1 Ensayo 2 (%) Variación de la humedad relativa durante el funcionamiento y tras la parada del equipo en los ensayos del día 1 -2.1 -2.1 -2.4 -1.8 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 Ensayo 1 Ensayo 2 Grados (°C) Variación de temperatura durante el funcionamiento del equipo en los ensayos del día 1 Caso A Caso B 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 69 4.2.3. Ensayos día 2. En este día de ensayo el objetivo propuesto era comprobar el desempeño de los equipos de enfriamiento evaporativo en interiores mientras se mantienen las ventanas cerradas, es decir, sin que exista renovación del aire interior en las estancias a acondicionar. Como más adelante se verá, ya la primera puesta en funcionamiento de los equipos se comprobó que este ensayo no era seguro en términos de salubridad y posible deterioro de superficies por aparición de humedades, por lo que el resto de los ensayos se realizaron con las ventanas abiertas de manera similar a los realizados el día 1. En la Figura 30 que se presenta a continuación, pueden verse la evolución, durante el día 2 de ensayos, de las temperaturas y humedades relativas de los dos casos de estudio. (a) (b) (c) (d) Figura 30 - Temperaturas de bulbo seco y humedades relativas para los casos A y B en el día 2. En el caso A (Figura 30.a y 30.c) hasta las 7:30 de la mañana, la temperatura, en todas las zonas medidas, va disminuyendo de forma gradual debido a la significativa variación de temperatura que se da en el exterior durante la noche. El primer descenso importante de temperatura se registra unos minutos 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Temperatura de bulbo seco (°C) Hora del día Temperatura de bulbo seco a lo largo del día (Caso A) 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Temperatura de bulbo seco[°C] Hora del día Temperatura de bulbo seco a lo largo del día (Caso B) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Humedad relativa (%) Hora del día Humedad relativa a lo largo del día (Caso A) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Humedad relativa (%) Hora del día Humedad relativa a lo largo del día (Caso B) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Humedad relativa [%] Hora del día Humedad relativa Entrada aire Zona ocupada Zona no ocupada Zona no acondicionada Exterior 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 70 después de haber abierto todas las ventanas de la casa para su ventilación, se tardan 30 minutos en alcanzar una temperatura estable, con un promedio de 22,5°C, que se mantiene hasta que se cierran las ventanas. En ese mismo intervalo de tiempo vemos que la humedad relativa aumenta hasta un promedio de 58%, como consecuencia de la entrada de aire exterior con mayor porcentaje de humedad relativa. Una vez cerradas las ventanas la temperatura va aumentando conforme lo hace también la temperatura exterior, y la humedad relativa disminuye hasta estabilizarse alrededor del 50%. En el caso B (Figura 30.b y 30.d) se tienen toda la noche y parte de la mañana las ventanas abiertas, lo que permite que la temperatura en el interior de la casa vaya disminuyendo hasta registrarse un mínimo de 24,7°C, que es 2,2°C más que en el caso A, donde solo se han abierto las ventanas durante 1 hora por la mañana. Durante la mayor parte de la noche la humedad relativa se mantiene bastante estable. Como hemos comentado en las Conclusiones al finalizar los ensayos del día 1., la ventilación cruzada, cuando no estamos utilizando los equipos, sí es más notable su influencia en las condiciones interiores de la estancia de estudio y de la zona no acondicionada. 4.2.3.1. Primera puesta en funcionamiento del equipo. El primer arranque del equipo en el caso A (Figura 30.a y 30.c) con las ventanas cerradas se produce a las 12:11, partiendo de una temperatura de 25,5°C y 51% de humedad relativa en la zona ocupada. Se tardan 12 minutos en llegar a un estado estable en la temperatura, obteniéndose un descenso de 2°C. La humedad relativa en solo 5 minutos alcanza el 70%, a partir de ese punto evoluciona de manera más lenta, pero sigue incrementándose hasta alcanzar un pico del 79% 30 minutos después. Respecto a la zona no acondicionada, vuelve a repetirse la situación del día anterior, la temperatura apenas se ve afectada mientras que sí se registran cambios en la humedad relativa. En el caso B (Figura 30.b y 30.d) el arranque del equipo se realiza a las 12:12, partiendo de 26,4°C y 49 % de humedad relativa, en la zona ocupada. El tiempo empleado en alcanzar una temperatura prácticamente estable (promedio de 25,2°C) es de 16 minutos y el descenso es de 1,2°C, 0,8°C menos que en el caso A. En cuanto a la humedad relativa se tardan 18 minutos en alcanzar el 70% y 20 minutos después se alcanza un máximo del 73%. En la zona no acondicionada encontramos la misma situación que el caso A: en la temperatura apenas se registran modificaciones mientras que sí se observan cambios en la humedad relativa. Recordamos que en ambos casos se tienen las ventanas cerradas, es decir, que en el caso A no contamos con ventilación cruzada, pero obtenemos un 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 71 comportamiento similar, de la zona no acondicionada, a lo analizado en el día 1 cuando sí contábamos con la variable de ventilación cruzada. En el caso A se alcanza antes el límite marcado por cuestiones de salud, pero desde que se enciende el equipo hasta llegar a un máximo en la humedad relativa, se tarda aproximadamente el mismo tiempo en ambas estancias. En ambos casos, al alcanzar humedades relativas tan altas e inadecuadas se decide no continuar con el ensayo y parar los equipos alrededor de las 12:50, constatando así que para el buen acondicionamiento del espacio mediante el uso de este tipo de tecnología es necesario la apertura de ventanas y puertas favoreciendo la renovación del aire interior; por esta razón el resto de los ensayos del día se proceden a realizar con las ventanas abiertas. Una vez apagados los equipos, en ambos casos se deja evolucionar el ambiente con las ventanas cerradas. La temperatura comienza a aumentar y tarda 40 y 33 minutos en estabilizarse en el caso A y B (Figura 30.a y 30.b), respectivamente. La humedad relativa no se llega a estabilizar en ninguno de los casos, se observa como decae progresivamente, un 23% en 72 minutos en el caso A y un 20% en 70 minutos en el caso B, por lo que se decide, a las 14:00, abrir las ventanas y que así el descenso de humedad relativa se produzca de manera más acusada (Figura 30.c y 30.d) al restablecerse la renovación de aire en las estancias. Durante 18 minutos (20 minutos en el caso B) se mantiene esta situación (ventanas abiertas y equipos parados): la humedad relativa en el caso A cae un 15% y en el caso B cae un 5% (la mayor caída en el caso A puede deberse a que la renovación de aire es mayor debido al movimiento de aire generado por ventilación cruzada). Por contra vemos aumentar la temperatura, 0,9°C en el caso A y 0,3°C en el caso B, al entrar aire del exterior a 29,7°C. (Mayor subida en caso A, también relacionada con la ventilación cruzada y una temperatura del exterior elevada). En la Tabla 18 y Tabla 19 encontramos resumida la información más importante de ambos casos. 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 72 Tabla 18 - Resumen de las condiciones iniciales y finales en la zona ocupada del primer ensayo del día 2. Parámetro Caso A Caso B Condiciones iniciales de temperatura (°C) 25,5 26,4 Condiciones finales de temperatura (°C) 23,5 25,1 Variación de temperatura entre arranque y parada de equipo (°C) -2 -1,3 Condiciones iniciales de humedad relativa (%) 51 49 Condiciones finales de humedad relativa (%) 79 73 Variación de humedad relativa entre arranque y parada de equipo (%) +28 +24 Tabla 19 - Resumen de las condiciones en la zona ocupada durante el funcionamiento y parada del equipo en el primer ensayo del día 2. Estado Parámetro Caso A Caso B 10 primeros minutos tras arranque del equipo Descenso de temperatura (°C) 1,9 0,9 Aumento humedad relativa (%) 22 17 Periodo tras arranque de equipo Tiempo en alcanzar estabilidad en temperatura (min) 12 16 Temperatura promedio en estacionario (°C) 23,5 25,2 Tiempo en alcanzar estabilidad en humedad relativa (min) No estabilidad. 35 min hasta pico No estabilidad. 38 min hasta pico. Humedad relativa promedio en estacionario (%) 79 (pico) 73 (pico) Periodo tras parada del equipo Tiempo hasta alcanzar estabilidad en temperatura (min) 40 33 Temperatura promedio en estacionario (°C) 25,6 26,5 Tiempo en alcanzar estabilidad en humedad relativa (min) No se alcanza estabilidad. No se alcanza estabilidad Humedad relativa promedio en estacionario (%) - - 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 73 4.2.3.2. Segunda puesta en funcionamiento del equipo. En esta segunda puesta en funcionamiento, en el caso A (Figura 30.a) con las ventanas entreabiertas, se tardan 22 minutos en alcanzar un descenso (de 3°C) en la temperatura que se mantenga de manera estable. La humedad relativa (Figura 30.c) en 4 minutos aumenta del 41% al 61% y continúa evolucionando al alza durante 38 minutos, hasta estabilizarse en torno al 70%, por lo que se decide abrir más las ventanas, lo cual hace que la humedad relativa descienda ligeramente y fluctúe entre valores del 65% al 70% hasta que se para el equipo, todo ello en la zona ocupada. Durante el funcionamiento del equipo, en la zona no acondicionada vemos como la temperatura ha aumentado ligeramente como consecuencia probablemente de la entrada de aire exterior a una mayor temperatura; la humedad relativa sí registra fluctuaciones notables. En el caso B (Figura 30.b), con las ventanas abiertas, se tardan 50 minutos en alcanzar un descenso (de 1,8°C) estable en la temperatura, tiempo mucho más largo y menor caída en la temperatura que en el caso A, pero recordemos que la entrada de aire en el caso B se encuentra en una galería en la que se produce efecto invernadero. En 10 minutos la humedad relativa (Figura 30.d) pasa del 48% al 63% y después continúa elevándose hasta que 78 minutos después supera el 70% y se mantiene alrededor de ese valor hasta las 16:20, hora en que se apaga el equipo. En la zona no acondicionada, durante el funcionamiento del equipo, la temperatura sufre un mínimo descenso mientras que la humedad relativa sí sufre notables cambios. Una vez parados los equipos, en el caso A (Figura 30.a y 30.c) se deja evolucionar el ambiente con las ventanas cerradas. En los primeros 70 minutos se da el mayor cambio en la temperatura y en la humedad relativa, un incremento de 1,8°C y un descenso de un 12%, respectivamente. En los siguientes 200 minutos la temperatura solo aumenta 0,9°C y la humedad relativa se mantiene prácticamente estable a un promedio del 52%. En el caso B (Figura 30.b y 30.d) se deja evolucionar las condiciones con las ventanas abiertas durante 20 minutos, puesto que al apagar el equipo estábamos en humedades relativas en torno al 70%. La humedad relativa en la estancia se beneficia notablemente de estos minutos con las ventanas abiertas y cae del 69% al 51% (momento en el que se cierran las ventanas) y se mantiene prácticamente estable (promedio del 51%) hasta las 21:05 que se vuelven abrir las ventanas. En ese intervalo de tiempo con las ventanas abiertas la temperatura aumenta 1,1°C, hasta 26,4°C y 55 minutos después se estabiliza y alcanza los 27,1°C de promedio hasta el final del día. En la Tabla 20 y Tabla 21 encontramos resumida la información más importante de ambos casos. 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 80 Figura 34 - Variación de la temperatura durante el funcionamiento y tras la parada del equipo en la zona ocupada durante los ensayos del día 2. Figura 35 - Variación de la humedad relativa durante el funcionamiento y tras la parada del equipo en la zona ocupada durante los ensayos del día 2. -2 -2.7 -1.3 -1.6 2.8 2.7 1.8 1.8 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 Ensayo 1 Ensayo 2 (°C) Variación de temperatura durante el funcionamiento y tras la parada del equipo en los ensayos del día 2 -2.1 -2.1 -2.4 -1.8 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 Ensayo 1 Ensayo 2 Grados (°C) Variación de temperatura durante el funcionamiento del equipo en los ensayos del día 1 Caso A Caso B 28 25 24 21 -31 -14 -25 -20 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Ensayo 1 Ensayo 2 (%) Variación de la humedad relativa durante el funcionamiento y tras la parada del equipo en los ensayos del día 2 -2.1 -2.1 -2.4 -1.8 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 Ensayo 1 Ensayo 2 Grados (°C) Variación de temperatura durante el funcionamiento del equipo en los ensayos del día 1 Caso A Caso B 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 81 En las zonas no acondicionadas de ambos casos (Figura 33.e y 33.f) se vuelve a ver una actuación análoga a la del día 1. Durante el funcionamiento de los equipos las temperaturas en estas zonas apenas parecen verse afectadas, al contrario de lo que pasa con las humedades relativas que claramente sufren fluctuaciones, así que una vez más determinamos que la ventilación cruzada tampoco es un factor relevante a la hora de intentar llevar todas las condiciones de confort de la zona acondicionada hacia las zonas no acondicionadas. 4.2.4. Ensayos día 3. El objetivo marcado para el día 3 es comprobar si las condiciones de confort térmico de la estancia de estudio difieren de manera significativa, principalmente si se puede conseguir un mayor salto de temperaturas, si en vez de utilizar el equipo durante periodos de tiempo largos se hace durante múltiples periodos cortos. En la Figura 36, que se presenta a continuación, pueden verse la evolución de las temperaturas y humedades relativas de los dos casos de estudio durante el día 3 de ensayos. (a) (b) (c) (d) Figura 36 - Temperaturas de bulbo seco y humedades relativas para los casos A y B en el día 3. 15 17 19 21 23 25 27 29 31 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Temperatura de bulbo seco (°C) Hora del día Temperatura de bulbo seco a lo largo del día (Caso A) 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Temperatura de bulbo seco[°C] Hora del día Temperatura de bulbo seco a lo largo del día (Caso B) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Humedad relativa (%) Hora del día Humedad relativa a lo largo del día (Caso A) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Humedad relativa (%) Hora del día Humedad relativa a lo largo del día (Caso B) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Humedad relativa [%] Hora del día Humedad relativa Entrada aire Zona ocupada Zona no ocupada Zona no acondicionada Exterior 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 82 Como en los dos días previos, se observa en el caso A (Figura 36.a y 36.c) un descenso importante en la temperatura (y un aumento en la humedad relativa) entre las 7:30 y las 8:50, lo que coincide con la apertura de ventanas para ventilar (y una temperatura exterior más fresca). En el momento anterior a abrir las ventanas las condiciones en la zona ocupada son de 23,8°C y 56%. Unos 20 minutos después el descenso de temperatura es de 1,3°C y el aumento de humedad relativa de un 5% y ambos se mantienen estables (con alguna ligera fluctuación) hasta que las ventanas se cierran parcialmente a las 8:50 haciendo que el ambiente, de las zonas ocupada y no ocupada, evolucione hasta una temperatura por encima de los 25°C y una humedad relativa en torno al 50%. En el caso B (Figura 36.b y 36.d), se dejan las ventanas abiertas toda la noche y la temperatura mínima que se alcanza en la zona ocupada, hasta alrededor de 9 de la mañana, es de 25,3°C, 2,8°C más que el promedio del caso A en el momento de ventilar. La humedad relativa máxima alcanzada es de 52%. A partir de las 9 de la mañana la temperatura va en aumento hasta los 26°C, aproximadamente, y la humedad relativa se sitúa en torno al 43%. Como ya se ha comentado anteriormente, los ensayos de este día son en periodos cortos, unos 30 minutos, y entre un ensayo y el siguiente también un periodo de 30 minutos; por lo que en los análisis de este día no nos centraremos en el tiempo que se tarda en llegar a estados estacionarios sino en las diferencias de temperatura y humedad relativa que se obtienen tanto en los periodos de funcionamientos del equipo como en los de las consiguientes paradas. 4.2.4.1. Primera puesta en funcionamiento del equipo A continuación, se presentan unas tablas donde se encuentran recogidas las condiciones de confort, y sus variaciones, durante la puesta en funcionamiento (desde las condiciones de partida hasta que se para el equipo), a los 10 minutos de funcionamiento del equipo y durante la parada del equipo (desde que se para el equipo y hasta el siguiente arranque). Como se ha explicado antes, se ha decidido por esta presentación de los datos por ser periodos de funcionamiento y parada del equipo muy continuados en el tiempo. Se seguirá esta misma presentación en los próximos seis apartados y será en el apartado de conclusiones al finalizar los ensayos del día 3 cuando se analicen y comenten estos resultados. En la Tabla 24 se han recogido, para los dos casos, la variación de temperatura y humedad relativa que se produce en los primeros 10 minutos de encender el equipo y a los 10 minutos una vez que se ha parado el equipo. En la Tabla 25 se han recogido, para los dos casos, los valores de temperatura y humedad relativa desde los que se da comienzo y a los que se llega durante el acondicionamiento del espacio con el equipo y los mismos valores de 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 83 partida y final una vez que el equipo se para y las condiciones del ambiente evolucionan. Tabla 24 – Variación de las condiciones de la zona ocupada en los primeros 10 minutos de funcionamiento y parada del equipo durante el primer ensayo del día 3. Parámetro Funcionamiento equipo (a los 10 min) Parada de equipo (a los 10 min) Caso A Caso B Caso A Caso B Variación de temperatura (°C) -2,1 -1,4 +1,4 +1 Variación de humedad relativa (%) +17 +19 -11 -8 Tabla 25 - Resumen de las condiciones iniciales y finales en la zona ocupada durante y después del primer ensayo del día 3. Parámetro Durante funcionamiento del equipo. Después de parada del equipo. Caso A Caso B Caso A Caso B Condiciones iniciales de temperatura (°C) 25,5 26,4 23 24,4 Condiciones finales de temperatura (°C) 23 24.4 24,8 26,2 Variación entre condiciones iniciales y finales de temperatura (°C) -2,5 -2 +1,8 +1,8 Condiciones iniciales de humedad relativa (%) 51 44 70 65 Condiciones finales de humedad relativa (%) 70 65 58 51 Variación entre condiciones iniciales y finales de humedad relativa (%) +21 +21 -12 -14 4.2.4.2. Segunda puesta en funcionamiento del equipo. En la Tabla 26 se han recogido, para los dos casos, la variación de temperatura y humedad relativa que se produce en los primeros 10 minutos de encender el equipo y a los 10 minutos una vez que se ha parado el equipo. 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 84 En la Tabla 27 se han recogido, para los dos casos, los valores de temperatura y humedad relativa desde los que se da comienzo y a los que se llega durante el acondicionamiento del espacio con el equipo y los mismos valores de partida y final una vez que el equipo se para y las condiciones del ambiente evolucionan. Tabla 26 - Variación de las condiciones de la zona ocupada en los primeros 10 minutos de funcionamiento y parada del equipo durante el segundo ensayo del día 3. Parámetro Funcionamiento equipo (a los 10 min) Parada de equipo (a los 10 min) Caso A Caso B Caso A Caso B Variación de temperatura (°C) -1,7 -0,8 +1,4 +0.8 Variación de humedad relativa (%) +9 +13 -9 +9 Tabla 27 - Resumen de las condiciones iniciales y finales en la zona ocupada durante y después del segundo ensayo del día 3. Parámetro Durante funcionamiento del equipo. Después de parada del equipo. Caso A Caso B Caso A Caso B Condiciones iniciales de temperatura (°C) 24,8 26,2 22,8 24,9 Condiciones finales de temperatura (°C) 22,8 24,9 24,9 26,2 Variación entre condiciones iniciales y finales de temperatura (°C) -2 -1,3 +2,1 +1,3 Condiciones iniciales de humedad relativa (%) 58 51 65 66 Condiciones finales de humedad relativa (%) 65 66 50 53 Variación entre condiciones iniciales y finales de humedad relativa (%) +7 +15 -15 -13 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 85 4.2.4.3. Tercera puesta en funcionamiento del equipo. En la Tabla 28 se han recogido, para los dos casos, la variación de temperatura y humedad relativa que se produce en los primeros 10 minutos de encender el equipo y a los 10 minutos una vez que se ha parado el equipo. En la Tabla 29 se han recogido, para los dos casos, los valores de temperatura y humedad relativa desde los que se da comienzo y a los que se llega durante el acondicionamiento del espacio con el equipo y los mismos valores de partida y final una vez que el equipo se para y las condiciones del ambiente evolucionan. Tabla 28 - Variación de las condiciones de la zona ocupada en los primeros 10 minutos de funcionamiento y parada del equipo durante el tercer ensayo del día 3. Parámetro Funcionamiento equipo (a los 10 min) Parada de equipo (a los 10 min) Caso A Caso B Caso A Caso B Variación de temperatura (°C) -2 -0,8 +1,4 +0.8 Variación de humedad relativa (%) +14 +11 -11 -6 Tabla 29 - Resumen de las condiciones iniciales y finales en la zona ocupada durante y después del tercer ensayo del día 3. Parámetro Durante funcionamiento del equipo. Después de parada del equipo. Caso A Caso B Caso A Caso B Condiciones iniciales de temperatura (°C) 24,9 26,2 22,6 25 Condiciones finales de temperatura (°C) 22,6 25 24,9 26,5 Variación entre condiciones iniciales y finales de temperatura (°C) -2,3 -1,2 +2,3 +1,5 Condiciones iniciales de humedad relativa (%) 50 53 64 67 Condiciones finales de humedad relativa (%) 64 67 50 54 Variación entre condiciones iniciales y finales de humedad relativa (%) +14 +14 -14 -13 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 86 4.2.4.4. Cuarta puesta en funcionamiento del equipo. En la Tabla 30 se han recogido, para los dos casos, la variación de temperatura y humedad relativa que se produce en los primeros 10 minutos de encender el equipo y a los 10 minutos una vez que se ha parado el equipo. En la Tabla 31 se han recogido, para los dos casos, los valores de temperatura y humedad relativa desde los que se da comienzo y a los que se llega durante el acondicionamiento del espacio con el equipo y los mismos valores de partida y final una vez que el equipo se para y las condiciones del ambiente evolucionan. Tabla 30 - Variación de las condiciones de la zona ocupada en los primeros 10 minutos de funcionamiento y parada del equipo durante el cuarto ensayo del día 3. Parámetro Funcionamiento equipo (a los 10 min) Parada de equipo (a los 10 min) Caso A Caso B Caso A Caso B Variación de temperatura (°C) -1,9 -1 +1,3 +0,9 Variación de humedad relativa (%) +10 +9 -6 -4 Tabla 31 - Resumen de las condiciones iniciales y finales en la zona ocupada durante y después del cuarto ensayo del día 3. Parámetro Durante funcionamiento del equipo. Después de parada del equipo. Caso A Caso B Caso A Caso B Condiciones iniciales de temperatura (°C) 24,9 26,5 23 24,9 Condiciones finales de temperatura (°C) 23 24,5 25 26,4 Variación entre condiciones iniciales y finales de temperatura (°C) -1,9 -2 +2 +1,5 Condiciones iniciales de humedad relativa (%) 50 54 62 59 Condiciones finales de humedad relativa (%) 62 62 52 52 Variación entre condiciones iniciales y finales de humedad relativa (%) +12 +8 -10 -7 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 87 4.2.4.5. Quinta puesta en funcionamiento del equipo. En la Tabla 32 se han recogido, para los dos casos, la variación de temperatura y humedad relativa que se produce en los primeros 10 minutos de encender el equipo y a los 10 minutos una vez que se ha parado el equipo. En la Tabla 33 se han recogido, para los dos casos, los valores de temperatura y humedad relativa desde los que se da comienzo y a los que se llega durante el acondicionamiento del espacio con el equipo y los mismos valores de partida y final una vez que el equipo se para y las condiciones del ambiente evolucionan. Tabla 32 - Variación de las condiciones de la zona ocupada en los primeros 10 minutos de funcionamiento y parada del equipo durante el quinto ensayo del día 3. Parámetro Funcionamiento equipo (a los 10 min) Parada de equipo (a los 10 min) Caso A Caso B Caso A Caso B Variación de temperatura (°C) -1,9 -1,1 +1,5 +0,8 Variación de humedad relativa (%) +14 +11 -8 -7 Tabla 33 - Resumen de las condiciones iniciales y finales en la zona ocupada durante y después del quinto ensayo del día 3. Parámetro Durante funcionamiento del equipo. Después de parada del equipo. Caso A Caso B Caso A Caso B Condiciones iniciales de temperatura (°C) 25 26,4 23 25,1 Condiciones finales de temperatura (°C) 23 25,1 25,1 26,4 Variación entre condiciones iniciales y finales de temperatura (°C) -2 -1,3 +2.1 +1,3 Condiciones iniciales de humedad relativa (%) 52 52 60 65 Condiciones finales de humedad relativa (%) 60 65 50 53 Variación entre condiciones iniciales y finales de humedad relativa (%) +12 +13 -10 -12 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 88 4.2.4.6. Sexta puesta en funcionamiento del equipo. En la Tabla 34 se han recogido, para los dos casos, la variación de temperatura y humedad relativa que se produce en los primeros 10 minutos de encender el equipo y a los 10 minutos una vez que se ha parado el equipo. En la Tabla 35 se han recogido, para los dos casos, los valores de temperatura y humedad relativa desde los que se da comienzo y a los que se llega durante el acondicionamiento del espacio con el equipo y los mismos valores de partida y final una vez que el equipo se para y las condiciones del ambiente evolucionan. Tabla 34 - Variación de las condiciones de la zona ocupada en los primeros 10 minutos de funcionamiento y parada del equipo durante el sexto ensayo del día 3. Parámetro Funcionamiento equipo (a los 10 min) Parada de equipo (a los 10 min) Caso A Caso B Caso A Caso B Variación de temperatura (°C) -2,2 -1,1 +1,4 +1 Variación de humedad relativa (%) +14 +10 -10 -9 Tabla 35 - Resumen de las condiciones iniciales y finales en la zona ocupada durante y después del sexto ensayo del día 3. Parámetro Durante funcionamiento del equipo. Después de parada del equipo. Caso A Caso B Caso A Caso B Condiciones iniciales de temperatura (°C) 25,1 26,4 22,8 24,6 Condiciones finales de temperatura (°C) 22,8 24,6 25 26,3 Variación entre condiciones iniciales y finales de temperatura (°C) -2,3 -1,8 +2,2 +1,7 Condiciones iniciales de humedad relativa (%) 50 53 62 64 Condiciones finales de humedad relativa (%) 62 64 51 51 Variación entre condiciones iniciales y finales de humedad relativa (%) +12 +11 -11 -13 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 89 4.2.4.7. Séptima puesta en funcionamiento del equipo. En la Tabla 36 se han recogido, para los dos casos, la variación de temperatura y humedad relativa que se produce en los primeros 10 minutos de encender el equipo y a los 10 minutos una vez que se ha parado el equipo. En la Tabla 37 se han recogido, para los dos casos, los valores de temperatura y humedad relativa desde los que se da comienzo y a los que se llega durante el acondicionamiento del espacio con el equipo y los mismos valores de partida y final una vez que el equipo se para y las condiciones del ambiente evolucionan. Tabla 36 - Variación de las condiciones de la zona ocupada en los primeros 10 minutos de funcionamiento y parada del equipo durante el séptimo ensayo del día 3. Parámetro Funcionamiento equipo (a los 10 min) Parada de equipo (a los 10 min) Caso A Caso B Caso A Caso B Variación de temperatura (°C) -2,1 -1,4 +1,3 +1,1 Variación de humedad relativa (%) +14 +10 -14 -14 Tabla 37 - Resumen de las condiciones iniciales y finales en la zona ocupada durante y después del séptimo ensayo del día 3 Parámetro Durante funcionamiento del equipo. Después de parada del equipo. Caso A Caso B Caso A Caso B Condiciones iniciales de temperatura (°C) 25 26,3 23,1 24,5 Condiciones finales de temperatura (°C) 23,1 24,5 25 26 Variación entre condiciones iniciales y finales de temperatura (°C) -1,9 -1,8 +1,9 +1,5 Condiciones iniciales de humedad relativa (%) 51 51 64 64 Condiciones finales de humedad relativa (%) 64 64 50 47 Variación entre condiciones iniciales y finales de humedad relativa (%) +13 +13 -14 -17 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 96 Figura 43 - Evolución diaria de la temperatura en la zona ocupada del caso B. Aunque el análisis de las medidas del equipo de confort térmico del día 3 sea ligeramente más favorable entre ensayos que en los días anteriores (ya que no se alcanza el 15% de PPI), a la vista de los rangos obtenidos tanto en temperatura como en humedad relativa (Figura 44 y Figura 45) no parece que este modo de funcionamiento aporte mayores beneficios. Se puede concluir, por lo tanto, que los ocupantes pueden libremente poner en funcionamiento el equipo, indistintamente en un periodo largo o varios periodos cortos. Figura 44 – Rangos de temperaturas alcanzados durante el funcionamiento de los equipos. 4. Caracterización de equipos portátiles de enfriamiento evaporativo en interiores residenciales 97 Figura 45 - Rangos de humedades relativas alcanzados durante el funcionamiento de los equipos. 5. Uso de equipos de enfriamiento evaporativo en exteriores 99 5. USO DE EQUIPOS DE ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO EN EXTERIORES Al contrario que los sistemas de refrigeración mecánica, cuya eficiencia está supeditada a su funcionamiento en interiores con las ventanas y puertas cerradas, los sistemas de enfriamiento evaporativo no son exclusivos de espacios interiores, al ser posible su instalación en lugares abiertos y al aire libre. De hecho, el RITE, en la instrucción técnica IT1.2.4.6 “sobre aprovechamiento de energías renovables y residuales” [22], establece que en la climatización de espacios abiertos solo se podrá recurrir a fuentes renovables o residuales y no a energía convencional, por lo que los sistemas de enfriamiento evaporativo debido a los mínimos requerimientos de energía para su funcionamiento son una de las opciones indicadas (a menudo estos equipos se clasifican como medios de enfriamiento pasivo o gratuito) [15]. Un ejemplo muy extendido de estos equipos en el exterior son los sistemas de pulverización de agua (Figura 12) que ya hemos mencionado anteriormente. Aunque estos sistemas trabajan sin acumulación de agua recordamos que su funcionamiento se basa en la generación de aerosoles, por ello están sujetos a la normativa de prevención de la legionelosis y es de suma importancia prestar atención a su diseño y su mantenimiento. Como ya se dijo en el apartado de los fundamentos del enfriamiento evaporativo, el intercambio ideal de energía entre el entorno y los seres humanos quedaría repartido de la siguiente manera [14]: • 50% por radiación. • 30% por evaporación. • 15% por convección. • 5% por conducción. A la vista de este reparto, el objetivo que se busca es conseguir una mayor afectación sobre las condiciones de confort con un sistema de climatización y minimizar los problemas de los actuales equipos, para lo que se han llevado a cabo diferentes estudios con sistemas desde superficie húmeda con menos nivel de compacidad, que los sistemas convencionales de relleno rígido, en los que se permita un mayor intercambio de energía mediante radiación. Esos sistemas no sólo operan sobre la temperatura seca del aire, sino que principalmente lo hacen sobre la radiante del espacio a acondicionar. 5. Uso de equipos de enfriamiento evaporativo en exteriores 100 5.1. Ensayos previos. Los antecedentes de los ensayos que se van a presentar y analizar más adelante son los de un trabajo de fin de grado [26] realizado al amparo del Grupo de Investigación Reconocido de Termotecnia de la Universidad de Valladolid, en el que se ensaya experimentalmente un sistema de enfriamiento evaporativo desde superficie húmeda de tipo textil para mejorar el confort térmico en terrazas durante el verano. El estudio se realizó en el interior de un aula del Laboratorio de Calor y Frío de la Escuela de Ingenierías Industriales perteneciente a la Universidad de Valladolid, simulando con una bomba de calor las condiciones ambientales de verano, ya que los ensayos y toma de datos para la elaboración del trabajo de fin de grado tuvo lugar durante los días finales de invierno. A la vista de las conclusiones obtenidas en ese trabajo, con la llegada de verano, el mismo grupo mencionado anteriormente, pidiendo los permisos pertinentes a la Escuela de Ingenierías Industriales, ocuparon la terraza de ese edificio para reproducir los ensayos recogidos en el trabajo de fin de grado en un entorno real con condiciones de verano reales. Los datos procedentes de los ensayos realizados en la terraza de la Escuela de Ingenierías Industriales de la Universidad de Valladolid los días 26, 27 y 28 de julio de 2017 no han sido revisados y analizados hasta este momento. 5.2. Ensayo en exterior. Antes de proceder con los datos y su análisis, se hará una breve explicación de la metodología de los ensayos. 5.2.1. Metodología. Se construyó una estructura portante en cuyo interior se colocó el equipo de medida de confort térmico (Figura 46), Vivo Comfort del fabricante Dantec Dynamics (Figura 22.a, 22.b y 22.c) y cuyas características pueden consultarse en la Tabla 7. Posteriormente, la estructura fue cubierta por telas que serán utilizadas como medio de humectación y de apantallamiento (Figura 47.a y 47.b). 5. Uso de equipos de enfriamiento evaporativo en exteriores 101 Figura 46 - Estructura portante y equipo de medida de confort térmico en el interior. (a) (b) Figura 47 – Estructura portante cubierta por telas: (a) vista desde el exterior y (b) vista desde el interior. 5. Uso de equipos de enfriamiento evaporativo en exteriores 102 En el exterior fueron colocados: un adquisidor Testo 435 para medir velocidad del aire (mediante una sonda de molinillo), un piranómetro para registrar la radiación solar y una sonda Testo 175H1 (Figura 20) para registrar temperatura seca y humedad relativa y cuyas características pueden consultarse en la Tabla 7. Figura 48 – Piranómetro y sonda de molinillo Testo 435 El objetivo de estos ensayos es comprobar cómo se modifican las condiciones ambientales en un espacio exterior apantallado mediante un material textil humedecido con agua durante los días de verano. 5.2.2. Ensayo día 1. Las sondas exteriores comienzan a recibir sol en torno a las 11:40 – 11:50, como puede comprobarse en la (Figura 51.a y 51.b) pero no es hasta las 12:20 de la mañana cuando toda la estructura se encuentra bajo el sol. La humectación de las telas comienza aproximadamente a las 12:45 y este proceso se realiza de manera manual, vertiendo agua sobre las telas que se encuentran sujetas a la estructura (Figura 49). 5. Uso de equipos de enfriamiento evaporativo en exteriores 103 Figura 49 – Estructura portante con telas humedecidas por agua. Con las telas ya húmedas se registran afectaciones en las condiciones ambientales del interior de la estructura (Figura 50): se produce un aumento de la humedad relativa, llevándola a niveles más aceptables, y se observa una disminución de las temperaturas operativa y seca, siendo este descenso más acusado en la temperatura operativa. Mientras las telas se van secando se puede observar que las temperaturas van en aumento, pero a un ritmo más lento de lo que cabría esperar si no estuvieran colocadas las telas, y la humedad relativa cada vez va siendo menor. A partir de las 14:00 las telas ya se encuentran secas y se aprecia como las temperaturas (operativa y seca) comienzan a ir claramente en aumento (manteniendo una diferencia entre ellas relativamente constante) mientras que la humedad relativa sigue disminuyendo. A las 16:35, aproximadamente, se retiran las telas de la estructura, lo que hace que la temperatura operativa aumente su diferencia respecto de la temperatura seca. 5. Uso de equipos de enfriamiento evaporativo en exteriores 104 Figura 50 - Condiciones ambientales interiores durante el ensayo del día 1. (a) (b) Figura 51 - Condiciones ambientales exteriores durante el ensayo del día 1: (a) Temperatura seca y humedad relativa y (b) Velocidad del aire y radiación solar. 5.2.3. Ensayo día 2. Para este día la humectación de las telas se plantea hacer de manera automática rodeando, por la parte superior, la estructura portante con un tubo con orificios que dispensen el agua hacia las telas. Hacia las 11:40 las sondas exteriores comienzan a recibir sol, como puede se puede comprobar por el rápido aumento de la radiación (Figura 53.b), el 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 HR (%) Temperatura ( C) Hora del día Condiciones ambientales interiores Tseca (°C) Toperativa (°C) HR (%) 0 10 20 30 40 50 60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 HR (%) Temperatura (°C) Hora del día Condiciones ambientales exteriores Tseca (°C) HR(%) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Velocidad (m/s) Radiación (W/m2) Hora del día Condiciones ambientales exteriores Radiación (W/m2) Vel. Aire (m/s) 5. Uso de equipos de enfriamiento evaporativo en exteriores 105 aumento de temperatura seca exterior y la disminución de humedad relativa (Figura 53.a). Antes de que comience a dar el sol dentro de la estructura esta queda cubierta por las telas. A las 12:20 ya se tiene toda la estructura portante cubierta bajo el sol y se da comienzo a mojar las telas mediante el sistema de tubos, pero este método solo consigue mojar una de las esquinas, por lo que opta por volver al procedimiento de humectación de manera manual. Debido al rápido secado de las telas se humectan manualmente en varios ciclos. Se observa cómo durante el período en el que se procura mantener las telas humedecidas, tanto las temperaturas operativa y seca como la humedad relativa se mantienen relativamente estables; mientras que la temperatura operativa y la temperatura seca no exceden de 35°C y poco más de 30°C, respectivamente, la humedad relativa se acerca al 20%, no reduciéndose tanto como se esperaría de encontrarse las superficies de sombreamiento (telas) secas. Figura 52 - Condiciones ambientales interiores durante el ensayo del día 2. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 HR (%) Temperatura (°C) Hora del día Condiciones ambientales interiores Toperativa (°C) Tseca (°C) HR(%) 5. Uso de equipos de enfriamiento evaporativo en exteriores 112 1 → Conducto circulación agua. 2 → Ranura de entrada del medio de humectación. 3 → Enganche para la colocación del dispositivo en estructura portante. Figura 60 – Diferentes vistas del distribuidor para configuración modular. 5. Uso de equipos de enfriamiento evaporativo en exteriores 113 1 → Conducto circulación agua. 2 → Ranura de entrada del medio de humectación. 3 → Enganche para la colocación del dispositivo en estructura portante. Figura 61 – Vista superior y corte frontal del distribuidor. 5. Uso de equipos de enfriamiento evaporativo en exteriores 114 1 → Conducto circulación agua. 2 → Ranura de entrada del medio de humectación. 3 → Medio de humectación. 4 → Enganche para la colocación del dispositivo en estructura portante. Figura 62 – Prototipo de acondicionamiento: Soporte superior/Distribuidor de agua y su posible integración en un elemento de mobiliario verde. 5. Uso de equipos de enfriamiento evaporativo en exteriores 115 1 → Conducto circulación agua. 2 → Ranura de entrada del medio de humectación. 3 → Enganche para la colocación del dispositivo en estructura portante. Figura 63 – Vista de un distribuidor de cierre o terminal. En términos de seguridad, este dispositivo resulta interesante frente a posibles contaminaciones por bacterias, como puede ser la Legionella, ya que en este diseño se elimina la generación de aerosoles y la acumulación o recirculación de agua. Además, es posible que el medio de humectación cuente con algún tipo de tratamiento antibacteriano gracias a la naturaleza de su confección. El prototipo ha sido modelado mediante Catia, un software de diseño asistido por ordenador e impreso gracias a la impresora 3D de la Escuela de Ingenierías Industriales de la Universidad de Valladolid. A continuación, se muestran diferentes vistas del prototipo impreso en·3D. 5. Uso de equipos de enfriamiento evaporativo en exteriores 116 Figura 64 – Prototipo impreso en 3D. Figura 65 - Prototipo impreso en 3D. 5. Uso de equipos de enfriamiento evaporativo en exteriores 117 Figura 66 - Prototipo impreso en 3D. 6. Conclusiones 119 6. CONCLUSIONES. De los estudios de aplicación de equipos de enfriamiento evaporativo directo de relleno rígido en interiores y desde superficie húmeda textil en exteriores llevados a cabo en este trabajo de fin de grado podemos extraer las siguientes conclusiones: El primer y más importante resultado que puede extraerse, después de los distintos ensayos durante los tres días de uso del equipo de enfriamiento evaporativo directo de relleno rígido, es la necesidad de procurar un flujo constante de aire fresco o de renovación (mediante la apertura de huecos) en la estancia donde se esté usando el equipo para mantener la humedad relativa dentro de unos límites en los que no se puedan generar efectos adversos en la salud o la posibilidad de deterioro de superficies por aparición de humedades, además de resultar en una mejora de la calidad del aire interior (aunque es necesario tener precaución en entornos donde la calidad del aire exterior no alcance unas condiciones tolerables). Se ha observado que la ventilación cruzada favorece la renovación de aire durante los periodos de ventilación natural incluso en condiciones de mínimo movimiento del aire exterior. También, la posibilidad de contar o no con ventilación cruzada se mostraba interesante para saber si, teniendo una zona acondicionada de la casa con un equipo de enfriamiento evaporativo directo de relleno rígido, era posible que las zonas no acondicionadas se viesen afectadas; de los resultados obtenidos en términos de temperatura, en ninguno de los casos se observan cambios relevantes. A nivel de humedad relativa, sí que se observa que el equipo afecta a las zonas no acondicionadas de ambos casos, pudiendo ajustar las humedades relativas en las zonas no acondicionas hacia rangos más aceptables. Por todo lo anterior, se concluye que la ventilación cruzada no es relevante durante el funcionamiento de los equipos. Tampoco tiene relevancia el utilizar el equipo en periodos cortos de tiempo, ya que este uso no arroja resultados especialmente diferentes en cuanto a los saltos de temperatura (ni de humedad relativa) de forma global en comparación con los dos días anteriores. Cuando cesa la acción del equipo el aire vuelve a recuperar unas condiciones similares desde las que partía. Se puede concluir, por lo tanto, que los ocupantes pueden libremente poner en funcionamiento el equipo, indistintamente en un periodo largo o varios periodos cortos, ya que no supone un mayor efecto ninguna de las opciones. El equipo de enfriamiento evaporativo directo de relleno rígido con el que se ha trabajado está sobredimensionado para las estancias de estudio y, puesto que hemos concluido que la ventilación cruzada durante el funcionamiento del equipo no tiene especial relevancia, podemos extraer dos resultados: 6. Conclusiones 120 1. Se comprueba que el equipo, a pesar de poder cubrir una superficie mayor a la de las estancias, a nivel térmico solo actúa de manera local, es decir, en el espacio que se encuentra, pero a nivel de humedad relativa sí que es capaz de favorecer unos valores más aceptables. Por lo tanto, el equipo acondiciona el ambiente en la zona climatizada y puede mejorar el de las zonas no acondicionadas. 2. Durante el funcionamiento del equipo, a pesar de que sí que se alcanzan las mejores categorías de confort térmico, debido a las corrientes generadas nos encontramos en todos los ensayos en una situación de malestar térmico local. Y por último encontramos dos limitaciones en el uso de este tipo de equipos: • Trabajan, principalmente, sobre el aire de la estancia, y no sobre los elementos presentes en el entorno (paredes, suelo, mobiliario, etc.) y por lo tanto no afectan a la inercia térmica de la estancia; es decir, alteran de manera relevante la temperatura seca del aire, pero no tienen influencia sobre la temperatura radiante, por lo que cuando cesa la acción del equipo el aire vuelve a recuperar unas condiciones similares desde las que partía. • Solo podemos llegar a enfriar el aire de la estancia acondicionada hasta la temperatura de saturación adiabática si el equipo tuviera una eficiencia del 100%. Esta temperatura depende de las condiciones de la entrada de aire al equipo. Si ese aire ya tiene una humedad relativa alta no seremos capaces de evaporar gran cantidad de agua en la corriente de aire y por lo tanto la disminución de temperatura será limitada. Los sistemas de enfriamiento evaporativo desde superficie húmeda textil para exteriores han demostrado resultados satisfactorios a la hora de modificar las condiciones ambientales del entorno, sobre todo en lo que respecta a la temperatura radiante en la que otros equipos no pueden influir y en una mínima introducción de humedad relativa en el ambiente. Pero las estrategias utilizadas en la distribución de agua hacia el medio textil no han resultado prácticas, lo cual ha propiciado el diseño de un dispositivo de distribución de agua alternativo sobre el cual existe una solicitud de patente. 7. Propuestas futuras de investigación 121 7. PROPUESTAS FUTURAS DE INVESTIGACIÓN. En este apartado se proponen diferentes actuaciones que derivan de los resultados arrojados por el presente estudio, y que constituyen la línea recomendada de trabajo futuro: • Realizar un estudio dedicado al correcto dimensionado de los equipos en función del espacio a acondicionar, para a continuación reproducir los ensayos que se han realizado en este trabajo con equipos específicamente seleccionados para tales aplicaciones. • Completar el dispositivo experimental de los ensayos incluyendo una sonda de entrada de aire colocada directamente en la parte posterior del equipo, para alcanzar un conocimiento más detallado del comportamiento del aire tratado. • Realizar un estudio del confort térmico usando este tipo de equipos de enfriamiento evaporativo mediante el método adaptativo, ya que este método es más adecuado para los espacios sin refrigeración mecánica. • Producir más unidades del distribuidor modular diseñado para construir un dispositivo a escala real y reproducir los ensayos de acondicionamiento de terrazas mediante el distribuidor modular diseñado. Anexo B 128 Día 1. Figura 67 - Temperatura de saturación adiabática durante los ensayos del día 1 según diferentes condiciones de entrada. Tabla 40 - Valores promedio, mínimo y máximo de las temperaturas de saturación adiabática durante los ensayos del día 1 según diferentes condiciones de entrada. Parámetro Temperatura de saturación adiabática durante los ensayos del día 1 (°C). Según condiciones exteriores Según entrada aire en el caso A Según entrada aire en el caso B Promedio 19,1 18,5 18,7 Mínimo 17,5 16,3 15,6 Máximo 20,7 20 21,9 Tabla 41 - Mínimas temperaturas alcanzadas durante los ensayos del día 1. Mínima temperatura obtenida en la zona ocupada durante los ensayos (°C) Caso A Caso B 22,9 24,5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 13:10:00 14:06:01 15:02:02 15:58:03 16:54:04 17:50:05 18:46:06 19:42:07 20:38:08 Grados ( C) Hora del día Temperatura de saturación adiabática durante los ensayos del día 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 13:10:00 15:05:12 17:00:24 18:55:36 Grados ( C) Temperatura de saturación adiabática durante los ensayos del día 1 En función de las condiciones exteriores En función de las condiciones de entrada de aire en el caso A En función de las condiciones de entrada de aire en el caso B Anexo B 129 Día 2. Figura 68 - Temperatura de saturación adiabática durante los ensayos del día 2 según diferentes condiciones de entrada. Tabla 42 - Valores promedio, mínimo y máximo de las temperaturas de saturación adiabática durante los ensayos del día 2 según diferentes condiciones de entrada. Parámetro Temperatura de saturación adiabática durante los ensayos del día 2 (°C). Según condiciones exteriores Según entrada aire en el caso A Según entrada aire en el caso B Promedio 19,4 19,3 18,8 Mínimo 9,9 17,3 16,1 Máximo 22, 21,1 21,6 Tabla 43 - Mínimas temperaturas alcanzadas durante los ensayos del día 2 Mínima temperatura obtenida en la zona ocupada durante los ensayos (°C) Caso A Caso B 23,2 25 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 12:10:00 13:22:00 14:34:00 15:46:00 16:58:00 18:10:00 19:22:00 20:34:00 21:46:00 Grados ( C) Hora del día Temperatura de saturación adiabática durante los ensayos del día 2 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 13:10:00 15:05:12 17:00:24 18:55:36 Grados ( C) Temperatura de saturación adiabática durante los ensayos del día 1 En función de las condiciones exteriores En función de las condiciones de entrada de aire en el caso A En función de las condiciones de entrada de aire en el caso B Anexo B 130 Día 3. Figura 69 - Temperatura de saturación adiabática durante los ensayos del día 3 según diferentes condiciones de entrada. Tabla 44 - Valores promedio, mínimo y máximo de las temperaturas de saturación adiabática durante los ensayos del día 3 según diferentes condiciones de entrada. Parámetro Temperatura de saturación adiabática durante los ensayos del día 3 (°C). Según condiciones exteriores Según entrada aire en el caso A Según entrada aire en el caso B Promedio 18,0 18,1 18,8 Mínimo 8,1 16,9 17,2 Máximo 22,3 19,4 20,6 Tabla 45 - Mínimas temperaturas alcanzadas durante los ensayos del día 3. Mínima temperatura obtenida en la zona ocupada durante los ensayos (°C) Caso A Caso B 22,6 24,4 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 12:15:00 13:10:26 14:05:53 15:01:19 15:56:46 16:52:12 17:47:38 18:43:05 19:38:31 Grados (°C) Hora del día Temperatura de saturación adiabática durante los ensayos del día 3 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 13:10:00 15:05:12 17:00:24 18:55:36 Grados ( C) Temperatura de saturación adiabática durante los ensayos del día 1 En función de las condiciones exteriores En función de las condiciones de entrada de aire en el caso A En función de las condiciones de entrada de aire en el caso B 131