El enfriamiento por fuente de agua profunda ( DWSC , por sus siglas en inglés) o enfriamiento por aire de agua profunda es una forma de enfriamiento por aire para procesos y espacios de confort que utiliza una gran masa de agua naturalmente fría como disipador de calor . Utiliza agua a una temperatura de entre 4 y 10 grados Celsius extraída de áreas profundas dentro de lagos, océanos, acuíferos o ríos, que se bombea a través de un lado de un intercambiador de calor . En el 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 (no es así en el caso del agua de mar). Por lo tanto, a medida que el agua se enfría por debajo de 3,98 °C, aumenta su densidad y se asienta 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, por lo que los lagos están más cálidos en la superficie durante el verano. La combinación de estos dos efectos significa que el fondo de la mayoría de los cuerpos de agua profundos ubicados lejos de las regiones ecuatoriales está a una temperatura constante de 3,98 °C.
Los acondicionadores de aire 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 acondicionadores de aire residenciales, la mayoría de los sistemas de aire acondicionado comerciales modernos no transfieren calor directamente al aire exterior. La eficiencia termodinámica del sistema en general se puede mejorar utilizando enfriamiento por evaporación , donde la temperatura del agua de enfriamiento se reduce hasta 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 por agua de lagos profundos utiliza agua fría bombeada desde el fondo de un 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 por 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 más simple de construir si se cuenta con una fuente de agua adecuada.
El enfriamiento con agua de lago profundo permite una mayor eficiencia termodinámica al utilizar agua fría de lago profundo, que es más fría que la temperatura ambiente de 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 ciertas condiciones ambientales y el calor del 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 las bombas y los ventiladores funcionan para hacer circular el agua del lago y el aire del edificio.
Un atractivo adicional del enfriamiento con agua de 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 corresponde al aire acondicionado.
El enfriamiento por fuentes de agua profunda es muy eficiente energéticamente, ya que 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 arrojados al medio ambiente (a menudo el mismo lago o un río cercano) no alteren los ciclos naturales. No utiliza ningún refrigerante que dañe la capa de ozono .
Dependiendo de la demanda de refrigeración del edificio y del clima local, la refrigeración con fuente de agua profunda puede satisfacer a menudo una parte completa de la demanda de refrigeración de un edificio, erradicando la dependencia de un 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 refrigeración por evaporación que a menudo pueden albergar la bacteria mortal Legionella pneumophila . Sin embargo, los operadores del edificio deben cumplir y practicar procedimientos de desinfección correctos antes de reiniciar cualquier torre de refrigeración que permaneció inactiva durante los días más fríos cuando la refrigeración con fuente de agua profunda pudo satisfacer la demanda de refrigeración del edificio.
Dependiendo de las necesidades y de la temperatura del agua, se puede considerar la posibilidad de combinar calefacción y refrigeración. Por ejemplo, primero se podría extraer calor del agua (haciéndola más fría) y, en segundo lugar, esa misma agua podría circular hasta una unidad de refrigeración para utilizarla para producir frío de forma aún más eficaz.
Estos sistemas rara vez modifican significativamente la temperatura de los lagos. En Europa, la calefacción y refrigeración basadas en lagos podría ahorrar 0,8 TWh al año y es más prometedora en Italia, Alemania, Turquía y Suiza. [2]
La refrigeración por agua profunda requiere una gran cantidad de agua en los alrededores. Para obtener agua a una temperatura de entre 3 y 6 °C (37 y 43 °F), generalmente se requiere una profundidad de entre 50 y 70 m (160 y 230 pies), según las condiciones locales.
La instalación de un sistema es costosa y requiere mucho trabajo. Además, el sistema requiere una gran cantidad de material de partida para su construcción y colocación.
Aunque en alguna literatura el enfriamiento de fuentes de agua profunda se denomina "enfriamiento gratuito", se gasta una cantidad considerable de energía (normalmente eléctrica) para operar bombas con una carga suficiente para superar la fricción y pérdidas menores en las tuberías de distribución y en cualquier intercambiador de calor.
Un estudio concluyó 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 enfriamiento Lake Source de la Universidad de Cornell utiliza el lago Cayuga como disipador de calor para operar el sistema central de agua fría para su campus y también para proporcionar refrigeración al distrito escolar de la ciudad de Ithaca . [3] El sistema ha estado funcionando desde el verano de 2000 y se construyó con un costo de $55-60 millones. Enfría una carga de 14.500 toneladas (51 megavatios ). La tubería de entrada del sistema tiene 3.200 m (10.500 pies) de largo y un diámetro de tubería de 1.600 mm (63 pulgadas), instalada a una profundidad de 229 m (751 pies), lo que permite el acceso a temperaturas de agua entre 3 y 5 °C (37 y 41 °F). El agua regresa al lago a través de una tubería de salida de 1.200 mm (47 pulgadas), 780 m (2.560 pies) de largo. La tubería seleccionada para el proyecto fue Sclairpipe, hecha de polipropileno de alta densidad (HDPE). El ahorro estimado es una reducción del 80% en el combustible fósil requerido anteriormente para operar un sistema de enfriamiento eléctrico convencional.
Desde agosto de 2004, la Enwave Energy Corporation de Toronto ( Ontario) ha puesto en funcionamiento un sistema de refrigeración por agua de lago profundo . [4] Este sistema extrae agua del lago Ontario a través de tubos que se extienden 5 kilómetros (3,1 millas) hasta el lago, alcanzando una profundidad de 83 metros (272 pies), donde el agua se mantiene a una temperatura constante de 4 °C, protegida por una capa de agua encima de ella, llamada termoclina. El sistema de refrigeración por agua de lago profundo forma parte de un sistema de refrigeración de distrito integrado que cubre el distrito financiero de Toronto y tiene una potencia de refrigeración 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 entrada de agua de refrigeración del lago profundo instalada tenía un diámetro de 1.600 mm (63 pulgadas), una longitud de 15.000 m (49.000 pies) 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 y 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 las unidades de aire acondicionado terminales 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 del fluido de transferencia de calor que regresa de los edificios al agua del lago. El agua refrigerada dentro de los edificios es parte de un sistema de refrigeración de distrito de circuito cerrado, bombeada 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 una refrigeración latente y sensible del espacio.
El agua fría extraída de la capa profunda del lago Ontario en el sistema Enwave no se devuelve directamente al lago una vez que ha pasado por el sistema de intercambio de calor, sino que 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 de la isla de Bora Bora utiliza un sistema de aire acondicionado de agua de mar (SWAC) para acondicionar el aire de 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 se bombea luego a los edificios y se utiliza para enfriar directamente, sin que se produzca ninguna conversión a electricidad. También existen sistemas similares en el hotel The Excelsior [6] y en el edificio principal de The Hong Kong and Shanghai Banking Corporation en Hong Kong , y en el Laboratorio de Energía Natural de la Autoridad de Hawái . [7]
Los sistemas de aire acondicionado con agua salada se han utilizado en Circular Quay y en edificios destacados del puerto de Sídney desde el auge de los sistemas de aire acondicionado comerciales en la década de 1960. Entre ellos se incluyen el edificio AMP 'Palm Cove', declarado patrimonio histórico (construido en 1962), y la Ópera de Sídney . [8] [9]
El InterContinental Resort es el sistema de aire acondicionado de agua de mar más grande hasta la fecha, aunque hay varios otros sistemas más grandes en planificación. [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 estaba terminando su desarrollo y que finalizaría sus operaciones a fines de enero de 2021. [12] Honolulu Seawater Air Conditioning es propiedad mayoritaria de la Iniciativa Ulupono del fundador de eBay , Pierre Omidyar . [13]
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