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Refrigeración ecológica

Los veranos cada vez son más calurosos y nosotros cada vez estamos menos dispuestos a soportarlo. La adquisición de aparatos de aire acondicionado ha aumentado un 30 % en los últimos años, porque ha pasado de tratarse de un aparato elitista a ser considerado una necesidad más de la vivienda. Los comercios ofrecen una extensa oferta de máquinas a bajo precio: un remedio inmediato al insoportable calor cuyo precio ambiental no se suele tener en cuenta. Sin embargo, cada grado de confort cuenta: el consumo eléctrico aumenta en nuestro país un 2,5 % cada año, cinco veces más rápido de lo que crece la población. Cada kilowatio hora de energía que consumimos supone la emisión de más de 400 gr de CO2 a la atmósfera, porque sólo un 7 % de esa energía se ha obtenido de fuentes renovables. Las puntas de consumo eléctrico ya se han desplazado del invierno al verano, y la red eléctrica padece sobrecargas que a veces provocan cortes de suministro.

Las características que mejoran las condiciones ambientales sin gasto de energía, como la vegetación del emparrado tradicional o los colores claros de las paredes, deberían ser prerequisitos en toda vivienda. Foto: Fundación Tierra.

La verdadera necesidad básica es simplemente estar lo más frescos posible en verano cuando el calor aprieta. Existen otras posibilidades de menor huella energética y ambiental que el aire acondicionado. A continuación se plantean las opciones existentes para obtener un ambiente doméstico más fresco con el mínimo consumo posible, empezando por las soluciones más simples y de menor huella ecológica y acabando por las de mayor input tecnológico, aunque lo más eficientes posibles y basadas en fuentes renovables de energía.
 
Sistemas sin consumo de energía (sistemas pasivos)
La arquitectura bioclimática, la construcción vernácula, las casas pasivas no hacen otra cosa que tratar de aprovechar al máximo las formas y componentes del edificio, y las condiciones naturales que los rodean, para conseguir el confort con el mínimo (o nulo) aporte de energía “activa”. De esta manera, las protecciones solares evitan que las estancias se caldeen hasta el punto de necesitar climatización. Un simple alero o toldo de suficiente longitud impide la entrada directa de los rayos de sol a través de las ventanas. Los emparrados, celosías y contraventanas mantienen la casa fresca protegiendo del sol pero permitiendo la circulación del aire en las horas más calurosas.

Hace siglos que aprendimos a protegernos de la calor utilizando la vegetación natural y el propio diseño arquitectónico. Esta función la cumplían perfectamente los claustros de los monasterios. Foto Fundación Tierra.

Las paredes claras reflejan más los rayos solares y no se calientan tanto. La presencia de agua (en una fuente, en un pequeño estanque, en una charca…) refresca el ambiente ya que el agua, al evaporarse, absorbe energía (temperatura) del ambiente. Un patio interior sombreado, con vegetación y agua, genera corrientes de aire fresco de manera natura. Todas estas son soluciones tradicionales, basadas en el sentido común y la experiencia, que han sido abandonadas. No obstante, continuan siendo estrategias válidas que realmente contribuyen a prescindir totalmente o en buena parte del consumo energía activa y hacer más habitables las viviendas, como han hecho durante siglos.
 
Ventiladores
Un ventilador, con el movimiento de sus aspas, genera un movimiento del aire que reduce la temperatura del aire de 1 a 2 grados, sin modificar la humedad del ambiente y con un gasto energético muy inferior al del aire acondicionado. Un ventilador consume de 100 a 200 Wh de electricidad. Estas bajas potencias permiten mantener que para su alimentación energética se puedan emplear fuentes de energía renovables. Existen modelos que incorporan una batería recargable por lo que esta la podríamos cargar con un pequeño panel solar en nuestro hogar.
Los ventiladores más efectivos son los de techo ya que impeden que el aire se estratifique y deje de circular. Su eficiacia radica en que el aire caliente de manera natural tiende a subir y se acumula en la parte superior de la habitación; el ventilador lo redistribuye mezclándolo con el aire más frío de la parte inferior y de esta forma reducimos la temperatura ambiental. Además la circulación del aire también nos da sensación de frescor. Los ventiladores de techo son más confortables porque no dirigen la corriente de aire directamente hacia las personas como los de pie o sobremesa.
 
Bioclimatización
La bioclimatización (evaporative cooling) es un sistema en el que se genera aire fresco a partir de la evaporación del agua. Se aprovecha el fenómeno natural ya empleado en los comentados sistemas pasivos de que en el cambio de fase del agua de estado líquido a gas, la reacción absorbe calor del ambiente, es decir, reduce la temperatura del aire. Estos sistemas funcionan con las ventanas abiertas, no resecan el ambiente, y tienen un gasto energético un 80 % inferior al de los aparatos convencionales de aire acondicionado, ya que se prescinde de un compresor para obtener el aire fresco.

Se han realizando sobretodo instalaciones en viviendas aisladas, pero en obras nuevas también es posible incorporar el sistema, sobretodo si se considera desde el inicio del proyecto. La instalación en si no difiere demasiado de una de aire acondicionado. Las unidades exteriores, eso sí, requieren un suministro de agua de la red, para conseguir el efecto evaporativo. En la unidad exterior se hace pasar el aire por una capa o cortina de agua que empapa unos filtros de celulosa, de manera que se obtiene aire más fresco y ligeramente más húmedo que el de entrada. Este aire fresco se distribuye a las habitaciones mediante conductos.

La bioclimatización permite obtener refrigeración con sistemas de funcionamiento similar a los actuales aires acondicionados, pero con un consumo casi 10 veces inferior. Esquema del funcionamiento de una unidad de refrigeración evaporativa.  Imágen: Bioaire.

Se trata de un sistema de refrigeración menos agresivo para el usuario que el aire acondicionado y con mucho menor consumo. En principio es más idóneo para climas secos, aunque en climas moderadamente húmedos (como zonas costeras mediterráneas) también puede ser adecuado. La climatización de una vivienda de unos unos 100 m² requeriría tan sólo una unidad exterior, de 500 w de potencia. El consumo en funcionamiento, al disponer de motores de velocidad variable, podría ser de  70 a 150 wh.  Una instalación en toda la vivienda, con splits, podría consumir 10 veces menos que una instalación equivalente de aire acondicionado.

También existen sistemas de bioclimatizadores portátiles, cuyo consumo no supera los 100 w, y que son más silenciosos que los aparatos portátiles de aire acondicionado. Con un consumo de 85 w se podría refrescar un área de 17 a 20 m2 (depósito de 15 litros, efecto refrescante 1050 W), con un consumo de 58 Wh se podría refrescar un área de 10 - 12 m2 (depósito de 13 litros) efecto refrescante 405 W.

Además del gasto energético, requieren un gasto de agua, ya que necesitan agua para evaporar. Esta agua incluso podría ser agua de lluvia para no emplear agua potable de la red. Un factor a tener en cuenta es que su efecto no es tan inmediato como el del aire acondicionado, por lo que es más compatible con un tipo de climatización continua que con una climatización a la que se le pida un efecto muy rápido. Otra de sus ventajas ambientales es que no utiliza ningún tipo de refrigerante. Por su tipo de funcionamiento y su bajo consumo, resulta un interesante sistema alternativo al aire acondicionado, formalmente muy similar.

La vegetación incorporada en la piel de una vivienda es una forma práctica de facilitar que el edificio se mantenga más temperado. Foto: Fundación Tierra.

 
Refrigeración solar
Es posible aprovechar las energías renovables para generar frescor en verano. El gran interés radica, además, que en el caso de aprovechar la energía solar, la mayor disponibilidad del recurso (radiación solar) y la mayor demanda (refrigeración) coinciden en verano. La energía solar térmica con paneles ya sean convencionales o de tubos de vacio puede aplicarse a tecnologías como la refrigeración por absorción y a la calefacción con paredes y techos radiantes. También la energía geotérmica solar puede proveer de refrigeración con un gasto eléctrico muy bajo.  A continuación abordamos estas dos opciones.

Refrigeración por absorción
Este sistema permite obtener aire fresco a partir de calor obtenido con colectores solares, como los que proveen de agua caliente sanitaria.
La energía solar captada en colectores solares térmicos calienta agua a alta temperatura (entre 80 y 150 ºC). Entonces la máquina de absorción realiza un ciclo de compresión termoquímica (en vez de la compresión mecánica del vapor que realiza una máquina de aire acondicionado) y produce el agua fría necesaria para la climatización de las estancias. Este proceso de compresión en estado líquido tiene muy bajo consumo eléctrico.

Esquema del principio de la refrigeración solar por absorción la cual  permite aprovechar el calor inagotable del sol para generar aire fresco. Imagen: Absorsistem.

La máquina utiliza para el intercambio de calor dos fluidos, uno refrigerante y otro absorbente. Lo más habitual es emplear agua como refrigerante y una sal (bromuro de litio, LiBr) como absorbente. El funcionamiento resumido es que el agua calentada por el sol cede ese calor al absorbente. Se consigue así agua fría. El absorbente debe volver a ceder el calor (que se disipa o transfiere a otra agua que actúa como refrigerante) para regenerarse y volver a hacer su función.
Los sistemas de efecto simple necesitan temperaturas de unos 80 ºC, que se pueden conseguir con colectores planos, mientras que los de doble efecto requieren temperaturas de 150 ºC, que se pueden proveer con colectores de vacío.

A nivel doméstico, se han desarrollado equipos, accionados por agua caliente, aptos para viviendas o para el sector terciario, de tamaño compacto, que evitan la necesidad de una torre de refrigeración externa y tienen  potencias de enfriamiento de 5 a 30 RT. Ello se ha conseguido mediante mejoras en la eficiencia de funcionamiento de la maquina de absorción, a través de procesos de rotación de los componentes. El refrigerante empleado es agua y su consumo eléctrico es reducido en comparación con otros sistemas (del orden de 300 Wh). Esto también hace posible que este aporte eléctrico sea provisto por energía solar fotovoltaica, creando así un sistema autosuficiente energéticamente.

Los equipos domésticos de refrigeración por absorción tienen un COP (Coefficient of performance) o rendimiento de 0,6 a 0,8 (en los de efecto simple) y de 1,2 a 1,5 en máquinas de doble efecto. Esto puede hacer pensar que son sistemas menos eficientes que los de compresión mecánica de vapor (que tienen COPs de 2,5 a 3). Sin embargo, mientras que en la absorción el aporte energético (calor) es directo, en los sistemas convencionales la energía eléctrica utilizada ha llegado al equipo tras pasar por todo su proceso de generación y distribución, que tiene una eficiencia del 30%. Considerando esto, el rendimiento final sería del orden de 0,75, pero utilizando una fuente de energía agotable y contaminante.
 
La refrigeración por absorción hace que sean viables, técnica y económicamente, instalaciones más grandes, con elevada superficie de colectores solares. Disponer de frío solar en verano permite una amortización del sistema mucho más rápida que si pretendiera utilizarse la instalación tan sólo para calefacción y agua caliente.  

Por último destacar que, aunque el aporte de calor también lo podría realizar una llama directa procedente de una combustión de gas o biomasa, lo ideal es que, dada la coincidencia de disponibilidad del recurso con la demanda, la refrigeración por absorción se plantee como un sistema compañero de una instalación de colectores solares que capten la energía limpia e inagotable del sol.


Energía solar térmica con bomba de calor y paredes radiantes
Una instalación de colectores solares para calefacción mediante paredes radiantes puede incorporar una bomba de calor que, con un consumo eléctrico muy bajo, permita revertir el ciclo y obtener agua fría. Esta agua fría circula por los conductos empotrados en las paredes o techos, creando paredes frescas que sin afectar las condiciones del aire interior mejoran el confort de los ocupantes, ya que les roban calor. En estas instalaciones el dimensionamiento del sistema y la regulación de la humedad deben estar bien calculados para evitar problemas de condensaciones.

Edificios con energía solar térmica, una instalación que permite un importante ahorro en las viviendas. Foto: Fundación Tierra.

Geotermia solar con bomba de calor
Los sistemas de aprovechamiento geotérmico permiten la climatización tanto en invierno como en verano, ya que aprovechan la estabilidad térmica de la tierra para reducir el consumo de una bomba de calor de alta eficiencia.


Aire acondicionado Inverter y clase A
Los sistemas de aire acondicionado incorporan un compresor que permite obtener aire fresco a partir del aire caliente ambiental. Esta compresión mecánica tiene un bajo rendimiento energético. El porcentaje de consumo eléctrico de la vivienda destinado a aire acondicionado alcanza el 15 % del consumo eléctrico medio de un hogar, (nada despreciable comparado con el 40 % de consumo energético que se asocia a la calefacción), lo cual genera picos de demanda eléctrica que llega a provocar pequeños cortes de subministro. En momentos puntuales (días calurosos del verano, horas centrales del día) se concentra una demanda de potencias eléctricas muy elevadas. En el territorio español, la punta de demanda energética en verano ya casi iguala a la de invierno, y en el caso de Andalucía, ya la ha superado.

Gráfico de cómo opera la tecnología inverter en la climatización comparada con el funcionamiento de un coche.


Es evidente que el aire acondicionado no es la única solución para pasar mejor el verano. No obstante, dado que en muchos casos es el único sistema a que se puede acceder o que es posible instalar, conviene escoger una máquina con el menor consumo posible. Sólo en el 2013 se vendieron 469.471 unidades de bombas de calor  de entre 2000 i 4000 frigorías. Los modelos con tecnología Digital Inverter tienen un consumo de hasta un 40 % más bajo que la convencional. La tecnología inverter permite variar la frecuencia y la capacidad del equipo durante su funcionamiento y adaptarse a la temperatura deseada más rápidamente. Prácticamente todos los nuevos modelos contienen el refrigerante R-410A, no inocuo para el medio ambiente, pero que sería menos nocivo que los anteriores gases refrigerantes como el R-22 todavía muy extendido. Por otro lado, no hay que olvidar que los aparatos de aire acondicionado se clasifican según su eficiencia energética, por lo que conviene escoger modelos de clase A, los más eficientes comparativamente. Conviene sin embargo asegurarse y de estos aparatos también los hay con etiqueta energética de clase A+++ y sensores de presencia.

Finalmente, utilizar el sentido común y mantener temperaturas razonables en torno a los 26 o 27 ºC es más que sensato puesto que al deshumidificar contribuyen a dar una sensación de confort sin tener que bajar la temperatura más y por tanto consumir más también. Se cree que una diferencia de más de 10 grados entre el exterior y el interior de la vivienda es perjudicial para la salud.