Experimental and numerical study on hybrid HVAC systems activated at low temperature based on desiccant wheels and indirect evaporative coolers

Resumen

El tratamiento de aire en edificios con altas cargas latentes habitualmente requiere un alto coste energético para satisfacer las necesidades de confort térmico de los usuarios. Piscinas climatizadas o spas son algunos ejemplos de este tipo de edificios, los cuales tienen altas ganancias latentes internas, debido a la gran cantidad de agua evaporada en las áreas húmedas. Excesiva humedad del aire podría causar disconfort para los ocupantes y problemas relacionados a la calidad del aire interior de los edificios, debido a hongos y podredumbre. Los sistemas de climatización convencionales, basados en unidades de expansión directa, son ampliamente usados en la deshumectación del aire. Sin embargo, los sistemas de climatización convencionales presentan algunas limitaciones en el tratamiento combinado de las cargas sensibles y latentes. Estos sistemas usualmente solo controlan las cargas sensibles, temperatura del aire, o las cargas latentes, humedad del aire, pero no ambas cargas. Además, los caudales de aire de impulsión requeridos por los sistemas de climatización convencionales a veces son muy altos, con el fin de obtener altas capacidades desecantes. Excesivo caudal de aire también puede causar disconfort a los ocupantes. Los sistemas de climatización híbridos compuestos de ruedas desecantes y enfriadores evaporadores indirectos podrían ser una alternativa a los sistemas convencionales, debido a su alta capacidad desecante y de enfriamiento, respectivamente. El objetivo principal de esta tesis fue analizar experimentalmente y numéricamente el rendimiento de un novedoso sistema de climatización híbrido activado a baja temperatura y basado en ruedas desecantes y enfriadores evaporativos indirectos, para su uso en pequeños edificios con altas cargas latentes. En primer lugar, se analizaron experimentalmente una rueda desecante y un enfriador evaporativo indirecto, donde se obtuvieron las variables influyentes sobre los dispositivos fueron obtenidas y diversos modelos simplificados empíricos fueron ajustados. A continuación, se desarrolló una estrategia de control del calor sensible y latente, con el objetivo de controlar independientemente la temperatura y humedad del aire de impulsión. Un desacoplamiento de la temperatura y humedad del aire de impulsión pudo ser obtenido cuando el caudal del aire de proceso y la temperatura del aire de regeneración en la rueda desecante, y el caudal de agua en el enfriador evaporativo indirecto fueron variados. Finalmente, se analizó un novedoso sistema de climatización híbrido activado a baja temperatura y basado en ruedas desecantes y enfriadores evaporativos indirectos, y se comparó con un sistema de climatización convencional. Ambos sistemas de climatización fueron diseñados para servir aire en un pequeño edificio con altas cargas latentes, tales como spas. Se realizaron diversas simulaciones energéticas anuales para diferentes condiciones climáticas, las cuales estuvieron basadas en los modelos simplificados experimentales de la rueda desecante y el enfriador evaporativo indirecto., analizando la eficiencia energética de cada sistema de climatización. El sistema de climatización híbrido alcanzó mayor eficiencia energética que el sistema de climatización convencional cuando ambos sistemas servían aire a un pequeño edificio con altas cargas latentes, independientemente de las condiciones climáticas. Además, el sistema de climatización híbrido controló adecuadamente las cargas sensibles y latentes del edificio, usando reducidos caudales de aire de impulsión. Por lo tanto, esos resultados sugieren que el sistema de climatización híbrido podría ser una seria alternativa a los sistemas de climatización convencional para tratar aire en pequeños edificios con altas cargas latentes y donde reducidos caudales de aire de impulsión son requeridos.