Sistema y Circuito SST de Aire

  1. Sistemas centrales, sistemas descentralizados y sistemas híbridos

1.1. Sistemas centralizados

Los sistemas centrales involucran esencialmente sistemas de ventilación y calefacción de aire, donde la solución técnica está diseñada para el edificio en su totalidad o en partes más grandes del edificio.

Sistemas de ventilación

Los sistemas de ventilación son sistemas destinados a facilitar el movimiento y el intercambio de aire dentro de un edificio sin una función de calefacción implícita. Sin embargo, es importante señalar que dichos sistemas pueden contener elementos calefactores destinados a garantizar el flujo de aire ambiente sin corrientes de aire hacia el interior del edificio. Para el requisito de calefacción de espacios, se necesitan sistemas adicionales. El sistema de ventilación generalmente precalienta el aire entrante a la temperatura de las habitaciones que se ventilarán según sea necesario.

Sistemas de calefacción de aire

Los sistemas de calefacción de aire agregan la tarea adicional de compensar la pérdida de calor del edificio al sistema de ventilación, cubriendo la demanda total de calefacción del edificio.
Por lo tanto, el aire entrante se calienta a la temperatura requerida (generalmente más alta) en lugar de la temperatura ambiente existente de los espacios ventilados. Por tanto, el aire entrante se calienta en relación con su temperatura.

1.2. Sistemas descentralizados

Los sistemas descentralizados son sistemas de ventilación en los que cada habitación o espacio individual tiene su propia solución técnica. En el caso más simple, podrían ser simples elementos de entrada de aire exterior. Sin embargo, normalmente utilizan dispositivos compactos, que cuentan con una entrada de aire exterior y que pueden equiparse además con varios otros componentes de aire acondicionado. Por lo tanto, con los sistemas descentralizados también hay disponibles sistemas de ventilación que se pueden adaptar a los sistemas de calefacción de aire mediante la recuperación de calor y el recalentamiento del aire.

1.3. Sistemas híbridos

Los sistemas híbridos no pueden clasificarse directamente como uno de los grupos principales mencionados anteriormente, como sí es posible con los sistemas de calefacción residencial con entrada de aire central y conductos. El elemento central es, por ejemplo, el transporte de aire a las residencias. La ventilación interna de la residencia es el elemento descentralizado. El aire de escape de la vivienda respectiva se conduce a través de una línea de escape central desde el edificio, generalmente a través del techo. En estos casos, la recuperación de calor de ese aire de escape tiene lugar en cada vivienda individual.

2. Sistemas colectores de aire para viviendas.

Los sistemas colectores de aire se pueden operar en diferentes configuraciones de sistema. Lo siguiente se puede utilizar en viviendas.

2.1. Sistema solar térmico con alimentación de aire fresco


Este es el tipo más simple de sistema de aire solar. Los colectores tienen aire fresco que fluye a través de ellos, que luego ingresa al edificio en forma de calefacción. No hay sistema de aire de escape; el aire de escape sale del edificio por fugas o por trampillas de aire de escape. La instalación requerida para soplar aire de alimentación calentado por energía solar en el edificio es mínima. Todo lo que se necesita es conducir el aire a las habitaciones requeridas. Este sistema se utiliza principalmente para la modernización de edificios existentes. Si el aire necesario se introduce en el edificio a través del sistema colector de aire solar, cada grado de aumento de temperatura conlleva un ahorro de energía. Así, por ejemplo, con una temperatura exterior de –10 ° C (14 ° F) y una temperatura ambiente deseada de + 20 ° C (68 ° F), un aumento de temperatura en el colector de aire solar de solo 15 K reduciría la demanda de calor en 50%.

2.2. Ventilación asistida por sistema solar de aire

Debido a las crecientes mejoras en los estándares de aislamiento térmico de los nuevos edificios, el sellado de las paredes de los edificios mejora constantemente. Esto requiere el uso de un sistema para controlar los flujos de aire de alimentación y escape, en el que el sistema de aire solar se puede integrar fácilmente. Con la radiación solar correspondiente, el aire fresco pasa a través de los colectores y calienta el edificio. Allí continúa a través del sistema de ventilación, en el que suele integrarse también un recuperador de calor.

Diagrama de sistema solar termal con recuperación de calor (izquierda) y con recuperación de calor y generación solar de agua caliente integrada (derecha)

En sistemas más complejos, una parte del aire circulado se puede devolver a los colectores. Sin embargo, los sistemas de recuperación de calor y de aire solar interactúan de manera contraproducente. Por tanto, desde el punto de vista energético, es aconsejable conectar el sistema colector de aire en el lado de salida del recuperador de calor. Esto reduce el rendimiento del sistema de aire solar; Sin embargo, en sentido inverso, el recuperador de calor transfiere con mucha menos eficacia el exceso de calor del edificio al aire precalentado con energía solar. La integración del calentamiento de agua sanitaria también es una ventaja.

2.3. Calefacción solar de aire con almacenamiento

Para utilizar la calefacción solar de aire de un edificio en momentos que no coinciden con la radiación solar, el calor debe almacenarse. Esto juega un papel muy importante, especialmente en las viviendas, ya que se requiere calor por la tarde y por la noche. Para almacenar el calor generado debe transferirse a un medio adecuado. Para este propósito, se pueden utilizar recipientes de almacenamiento de grava o piedra, por ejemplo, pero estos suelen estar vinculados a altos costos.

Diagrama de sistema solar termal de aire con almacenamiento de cama de rocas.

Un método comparativamente económico de almacenar de forma intermedia el calor solar es posible con los sistemas hipocaustos, siempre y cuando se planee el sistema de aire solar para un proyecto de construcción desde el principio. Aquí, la corriente de aire caliente pasa a través de partes del edificio, como paredes o pisos. El calor se transfiere al material de las paredes del edificio y el material transfiere este calor a las habitaciones adyacentes con un retraso de tiempo. La calefacción convencional también se puede operar a través de este sistema para usarla de manera óptima.

Ejemplo de una casa con sistema hipocausto para almacenamiento de calor en pared y piso

En las casas equipadas con dicho sistema, la superficie del colector a menudo se subdivide. Una parte alimenta el sistema hipocausto; otro alimenta un sistema de calefacción ambiente directo controlado. En este caso, también es conveniente incorporar la conmutación opcional del sistema hipocausto a ventilación controlada, ya que el componente del edificio correspondiente solo puede absorber una cantidad limitada de calor.

3. Sistema de control

Los controladores de diferencia de temperatura estándar se pueden utilizar para el control de sistemas solares de calefacción de aire. El controlador compara la temperatura del aire de la habitación y la temperatura del colector. Si se alcanza una diferencia de temperatura determinada (por ejemplo, 5K entre el colector (TKL) y la temperatura ambiente (TSP)), se pone en marcha el ventilador. Si la diferencia de temperatura cae entre 2 y 4 K, el ventilador se apaga.

Diagrama de un sistema de control simple para sistema solar de aire

3.1. Posicionamiento de los sensores
Los sistemas de aire solar requieren que los sensores de temperatura se coloquen correctamente para garantizar un funcionamiento óptimo. El sensor del colector debe instalarse dentro del colector cerca de la salida del colector, evitando un puente térmico.

El sensor de temperatura ambiente no debe colocarse muy cerca de los elementos de suministro de aire y o expuesto directamente al sol u otra exposición a calor externo. Por lo general, los sensores de temperatura del tipo KTY son suficientes, ya que los sistemas solares de aire no alcanzan temperaturas tan altas como los sistemas solares de base líquida. Sin embargo, junto con registradores de datos y / o mediciones de volumen de calor, deben usarse sensores más precisos del tipo PT 1000.

Con los sistemas de tipo hipocaustos, el sensor de temperatura de referencia se instala en la parte de almacenamiento del edificio. Aquí, por ejemplo, un límite de temperatura máxima razonable se sitúa en 35–40 ° C (95–104 ° F).

3.2. Control para sistema solar de aire integrado con calefacción de agua sanitaria

Los sistemas de aire solar que transfieren el exceso de calor al agua sanitaria requieren un controlador prioritario. La preparación de agua caliente se programa entonces como una prioridad baja. Si el sistema de aire solar ha alcanzado la temperatura ambiente deseada, la corriente de aire se utiliza para calentar agua caliente . En los momentos en que no se requiere calefacción de la habitación, el agua caliente se genera exclusivamente con energía solar. Aquí, el sistema funciona en modo de recirculación. Un valor de ajuste típico para encender el ventilador durante el calentamiento de agua es DT = 10 K (aproximadamente). Al alcanzar la temperatura máxima de, por ejemplo, 65 ° C (149 ° F) en el depósito de agua sanitaria, el regulador apaga el ventilador.

3.3. Otros aspectos del regulador
La regulación del número de revoluciones por minuto de los ventiladores se puede lograr en motores de corriente alterna hasta una potencia nominal de 0,5 kW mediante un controlador electrónico de velocidad de rotación. Para mayores prestaciones, los motores trifásicos se pueden adaptar al punto de funcionamiento mediante un convertidor de frecuencia. En el caso de los ventiladores que funcionan con corriente continua, el número de revoluciones se puede controlar mediante voltaje eléctrico, como suele hacerse con los sistemas de aire operados por PV.

3.4. Sistemas fotovoltaicos

Para los sistemas de aire solar que funcionan con un módulo fotovoltaico, no se requiere un controlador de diferencia de temperatura para sistemas simples. La línea característica del ventilador y el módulo se ajusta mediante un transformador de ajuste. El ventilador se enciende y apaga con un simple sensor bimetálico (termostato de ambiente). Con los sistemas solares de aire que funcionan con energía fotovoltaica para el apoyo de la calefacción, generalmente se usa una regulación de diferencia de temperatura. Para realizar un control más preciso de la instalación, las temperaturas del aire y de la habitación se comparan continuamente entre sí.

Diagrama de sistema de control para sistema solar de aire con recuperación de calor y calentamiento de agua sanitaria integrado