El enfriamiento de fuentes de agua profunda ( DWSC ) o enfriamiento de aire de aguas profundas es una forma de enfriamiento de aire para procesos y enfriamiento de espacios de confort que utiliza una gran masa de agua naturalmente fría como disipador de calor . Utiliza agua a entre 4 y 10 grados centígrados extraída de zonas profundas de lagos, océanos, acuíferos o ríos, que se bombea a través de un lado de un intercambiador de calor . Del otro lado del intercambiador de calor se produce agua enfriada. [1]
El agua es más densa a 3,98 °C (39,16 °F) a presión atmosférica estándar. Por lo tanto, cuando el agua se enfría por debajo de 3,98 °C, aumenta su densidad y se asentará por debajo. A medida que la temperatura sube por encima de 3,98 °C, la densidad del agua también disminuye y hace que el agua suba, razón por la cual los lagos son más cálidos en la superficie durante el verano. La combinación de estos dos efectos significa que el fondo de la mayoría de las masas de agua profundas ubicadas muy lejos de las regiones ecuatoriales está a una temperatura constante de 3,98 °C.
Los aires acondicionados son bombas de calor . Durante el verano, cuando la temperatura del aire exterior es más alta que la temperatura dentro de un edificio, los acondicionadores de aire utilizan electricidad para transferir calor desde el interior más fresco del edificio al ambiente exterior más cálido. Este proceso utiliza energía eléctrica.
A diferencia de los aires acondicionados residenciales, la mayoría de los sistemas de aire acondicionado comerciales modernos no transfieren calor directamente al aire exterior. La eficiencia termodinámica del sistema general se puede mejorar utilizando enfriamiento por evaporación , donde la temperatura del agua de enfriamiento se reduce cerca de la temperatura de bulbo húmedo mediante evaporación en una torre de enfriamiento . Esta agua enfriada actúa entonces como disipador de calor para la bomba de calor.
El enfriamiento profundo del agua del lago utiliza agua fría bombeada desde el fondo del lago como disipador de calor para los sistemas de control climático . Debido a que la eficiencia de la bomba de calor mejora a medida que el disipador de calor se enfría, el enfriamiento con agua de lagos profundos puede reducir las demandas eléctricas de los grandes sistemas de enfriamiento donde esté disponible. Es similar en concepto a los sumideros geotérmicos modernos , pero generalmente es más sencillo de construir si se cuenta con una fuente de agua adecuada.
El enfriamiento del agua profunda del lago permite una mayor eficiencia termodinámica mediante el uso de agua fría del lago profundo, que es más fría que la temperatura ambiente del bulbo húmedo . La mayor eficiencia da como resultado un menor consumo de electricidad. En muchos edificios, el agua del lago está lo suficientemente fría como para que la parte de refrigeración de los sistemas de aire acondicionado se pueda apagar durante algunas condiciones ambientales y el calor interior del edificio se pueda transferir directamente al disipador de calor del agua del lago. Esto se conoce como "enfriamiento gratuito", pero en realidad no es gratuito, ya que bombas y ventiladores funcionan para hacer circular el agua del lago y el aire del edificio.
Un atractivo adicional del enfriamiento del agua de los lagos profundos es que ahorra energía durante las horas pico de carga, como las tardes de verano, cuando una cantidad considerable de la carga total de la red eléctrica es aire acondicionado.
El enfriamiento con fuentes de agua profunda es muy eficiente desde el punto de vista energético y requiere solo 1/10 de la energía promedio requerida por los sistemas de enfriamiento convencionales. [1] En consecuencia, también se puede esperar que sus costos de funcionamiento sean mucho más bajos.
La fuente de energía es muy local y totalmente renovable, siempre que el agua y el calor expulsados al medio ambiente (a menudo el mismo lago o un río cercano) no perturben los ciclos naturales. No utiliza ningún refrigerante que agote la capa de ozono .
Dependiendo de la demanda de enfriamiento del edificio y del clima local, el enfriamiento con fuentes de agua profundas a menudo puede satisfacer una porción completa de la demanda de enfriamiento de un edificio, erradicando la dependencia del edificio de la refrigeración mecánica proporcionada a través de un enfriador . Esto no solo reduce la demanda eléctrica del edificio (o la demanda de vapor para aplicaciones que utilizan refrigeración por absorción ), sino que también reduce la dependencia de las torres de enfriamiento por evaporación que a menudo pueden albergar la bacteria fatal Legionella pneumophila . Sin embargo, los operadores de edificios deben cumplir y practicar los procedimientos de desinfección correctos antes de reiniciar cualquier torre de enfriamiento que permaneció inactiva durante los días más fríos, cuando el enfriamiento con fuentes de agua profunda pudo satisfacer la demanda de enfriamiento del edificio.
Dependiendo de las necesidades y de la temperatura del agua, se puede considerar la combinación de calefacción y refrigeración. Por ejemplo, primero se podría extraer calor del agua (haciéndola más fría); y, en segundo lugar, esa misma agua podría pasar a una unidad de refrigeración para utilizarla en una producción de frío aún más eficaz.
Estos sistemas rara vez modifican significativamente la temperatura del lago. En Europa, la calefacción y refrigeración a partir de lagos podría ahorrar 0,8 TWh al año y es más prometedora en Italia, Alemania, Turquía y Suiza. [2]
El enfriamiento de fuentes de agua profundas requiere una cantidad grande y profunda de agua en los alrededores. Para obtener agua en el rango de 3 a 6 °C (37 a 43 °F), generalmente se requiere una profundidad de 50 a 70 m (160 a 230 pies), dependiendo de las condiciones locales.
La instalación de un sistema es costosa y requiere mucha mano de obra. El sistema también requiere de una gran cantidad de material de origen para su construcción y colocación.
Aunque en algunas publicaciones se hace referencia al enfriamiento de fuentes de agua profunda como "enfriamiento gratuito", se gasta una cantidad considerable de energía (típicamente eléctrica) para operar bombas con una altura suficiente para superar pérdidas menores y por fricción en las tuberías de distribución y en cualquier intercambiador de calor. .
Un estudio encontró que los lagos en Europa sólo cubrirían económicamente alrededor del 17% de la demanda de refrigeración y el 7% de la demanda combinada de calefacción y refrigeración en áreas cercanas. [2]
El sistema de refrigeración Lake Source de la Universidad de Cornell utiliza el lago Cayuga como disipador de calor para operar el sistema central de agua fría de su campus y también para proporcionar refrigeración al distrito escolar de la ciudad de Ithaca . [3] El sistema ha estado en funcionamiento desde el verano de 2000 y se construyó a un costo de entre 55 y 60 millones de dólares. Enfría una carga de 14.500 toneladas (51 megavatios ). La tubería de entrada del sistema tiene 3200 m (10500 pies) de largo y un diámetro de tubería de 1600 mm (63 pulgadas), instalada a una profundidad de 229 m (751 pies), lo que permite el acceso a temperaturas del agua entre 3 y 5 °C. (37 a 41 °F). El agua regresa al lago a través de un emisario de 1200 mm (47 pulgadas) y 780 m (2560 pies) de largo. La tubería seleccionada para el proyecto fue Sclairpipe, fabricada en polipropileno de alta densidad (HDPE). El ahorro estimado es una reducción del 80% en el combustible fósil que antes se requería para operar un sistema de enfriamiento eléctrico convencional.
Desde agosto de 2004, Enwave Energy Corporation opera un sistema de enfriamiento de agua de lago profundo en Toronto , Ontario . [4] Extrae agua del lago Ontario a través de tubos que se extienden 5 kilómetros (3,1 millas) hacia el interior del lago, alcanzando una profundidad de 83 metros (272 pies), donde el agua se mantiene a una temperatura constante de 4 ° C, su temperatura protegida por un capa de agua encima de ella, llamada termoclina. El sistema de enfriamiento de agua del lago profundo es parte de un sistema de enfriamiento de distrito integrado que cubre el distrito financiero de Toronto y tiene una potencia de enfriamiento de 59.000 toneladas (207 MW). Actualmente, el sistema tiene capacidad suficiente para enfriar 40.000.000 pies cuadrados (3.700.000 m 2 ) de espacio de oficinas. [5]
La línea de toma de agua de enfriamiento del lago profundo instalada tenía 1.600 mm (63 pulgadas) de diámetro, 15.000 m (49.000 pies) de largo y estaba instalada a una profundidad de 85 m (279 pies), lo que permitía el acceso a temperaturas del agua de entre 3 y 5 C (37 -41°F). La tubería seleccionada fue Sclairpipe, fabricada con resina de polietileno de alta densidad (HDPE).
El agua extraída de las profundidades del lago Ontario no circula directamente a través de unidades terminales de aire acondicionado dentro de los edificios. En cambio, el agua del lago circula a través de un conjunto de intercambiadores de calor de circuito cerrado para permitir una transferencia neta de energía térmica desde el fluido de transferencia de calor que regresa de los edificios al agua del lago. El agua helada dentro de los edificios es parte de un sistema de enfriamiento de distrito de circuito cerrado, que se bombea desde una ubicación centralizada donde están instalados los intercambiadores de calor, de regreso a los edificios donde puede absorber el calor de las unidades fan coil instaladas para proporcionar un espacio latente y sensible. enfriamiento.
El agua fría extraída de la capa profunda del lago Ontario en el sistema Enwave no regresa directamente al lago una vez que ha pasado por el sistema de intercambio de calor. En cambio, el agua se bombea a la planta de filtración de agua de la ciudad para su tratamiento y distribución a usuarios residenciales y comerciales.
Esta versión también se conoce como refrigeración por agua de mar. El InterContinental Resort and Thalasso-Spa en la isla de Bora Bora utiliza un sistema de aire acondicionado de agua de mar (SWAC) para climatizar sus edificios. El sistema logra esto haciendo pasar agua de mar fría a través de un intercambiador de calor donde enfría agua dulce en un sistema de circuito cerrado. Esta agua dulce fría luego se bombea a los edificios y se utiliza para enfriar directamente, sin que se produzca conversión en electricidad. También existen sistemas similares en el hotel Excelsior [6] y en el edificio principal de la Corporación Bancaria de Hong Kong y Shanghai en Hong Kong , y en el Laboratorio de Energía Natural de la Autoridad de Hawaii . [7]
Los sistemas de aire acondicionado de agua salada se han utilizado en Circular Quay de Sydney y en edificios destacados del puerto desde el auge de los sistemas de aire acondicionado comerciales en la década de 1960. Estos incluyen el edificio AMP 'Palm Cove', declarado patrimonio histórico (construido en 1962) y la Ópera de Sydney . [8] [9]
El InterContinental Resort es el sistema de aire acondicionado de agua de mar más grande hasta la fecha, aunque se están planificando otros sistemas más grandes. [10] Honolulu Seawater Air Conditioning fue un proyecto destinado a utilizar aire acondicionado de agua de mar para brindar refrigeración renovable a propiedades comerciales y residenciales en el área del centro de Honolulu. [11] El 19 de diciembre de 2020, Honolulu Seawater Air Conditioning anunció que pondría fin a su desarrollo y que finalizaría sus operaciones a finales de enero de 2021. [12] Honolulu Seawater Air Conditioning es propiedad mayoritaria de la Iniciativa Ulupono del fundador de eBay , Pierre Omidyar . [13]
{{cite conference}}: CS1 maint: unfit URL (link){{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link){{cite thesis}}: CS1 maint: DOI inactive as of April 2024 (link)