Objetivos

El objetivo principal del proyecto consiste en el diseño y desarrollo de un tipo de fachada que integre las ventajas de las fachadas ventiladas como elemento pasivo y la capacidad de tratamiento del aire que los desecantes pueden ofrecer como elemento activo. La integración de elementos desecantes dentro de la propia fachada permite que el aire de ventilación sea pretratado en su paso por la fachada para modificar sus propiedades de temperatura y humedad.

Este sistema permitirá minimizar el consumo en los equipos de acondicionamiento térmico de los edificios ya que se reduce la carga debida al aire exterior para ventilación. Este nuevo tipo de fachada estará formado por materiales desecantes ubicados en la cámara de un sistema de fachada ventilada, a través de la cual se hará circular el aire exterior de ventilación para su pre-tratamiento.

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fachada desecante

La exigencia de la procedencia exterior del aire de ventilación o renovación en los edificios, es relativamente reciente y queda establecida en la normativa nacional española a través del Código Técnico de la Edificación (CTE) y del Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios (RITE) Tanto en uno como en otro, se determina que debe aportarse un caudal suficiente de aire exterior que permita la evacuación del aire interior viciado.

El aire exterior de ventilación supone un aumento en las cargas térmicas de los equipos de acondicionamiento, debidas principalmente a su temperatura y su contenido en humedad. El consumo energético derivado de estas cargas junto con las motivadas por posibles infiltraciones es muy considerable y puede llegar al 50% del consumo total del edificio.

Para conseguir este ambicioso objetivo se plantean los siguientes objetivos específicos:

  • Diseño de un sistema que sea fácilmente integrable en las fachadas de los edificios, de forma que el impacto visual y estético no se convierta en una barrera de entrada para la aplicación de este tipo de fachadas.
  • Identificación de los materiales desecantes que mejor se adapten a las necesidades de la aplicación concreta.
  • Diseño de un sistema de ventilación eficiente que sea capaz de mover el aire de manera selectiva por la fachada de forma que se pueda alternar el modo de operación de la fachada en generación y adsorción/absorción.
  • Diseño de un sistema de captación de energía solar en fachada que permita aprovechar esta fuente de energía para la regeneración del desecante.

El resultado de este proyecto es el desarrollo de una fachada que permitirá reducir la carga térmica debida al aire exterior para ventilación minimizando con ello el consumo de los equipos de acondicionamiento térmico de los edificios.

Así pues, y a modo de resumen podemos afirmar que el carácter innovador del proyecto radica en el desarrollo de una aplicación novedosa basada en una tecnología conocida como es la del proceso de deshumidificación del aire mediante materiales desecantes. La novedad de la aplicación está en su objetivo -el aire exterior de ventilación- y su ubicación -la cámara interior de sistemas de fachada ventilada-.

El uso de materiales desecantes en equipos de acondicionamiento de aire es común en aquellas aplicaciones donde el mantenimiento de la temperatura y el control de la humedad se tienen que realizar de forma simultánea. Se trata de una tecnología suficientemente conocida y con años de experiencia en su aplicación, especialmente en áreas con climas cálidos y húmedos.

Explicando de forma general el principio por el cual funcionan estos sistemas, podemos decir que la deshumidificación es el proceso de retirar el vapor de agua contenido en el aire. Existen diferentes procesos para remover la humedad del aire, estos son: por enfriamiento, hasta alcanzar una temperatura debajo del punto de rocío, por el incremento de la presión total, lo cual causa la condensación y por último mediante el contacto de un desecante con el aire, con lo cual, la humedad del aire migra hacia el desecante, impulsado por la diferencia en las presiones de vapor entre el aire y el desecante.

Un desecante es una sustancia higroscópica que tiene una gran afinidad por la humedad, es decir, es capaz de extraer o liberar vapor de agua del aire, en cantidades relativamente grandes con relación a su peso y volumen. El proceso físico que permite la retención o liberación de la humedad es la diferencia en la presión de vapor entre la superficie del desecante y el aire ambiente. Este proceso recibe el nombre de adsorción en caso de que el material desecante utilizado se encuentre en estado sólido y absorción en caso de que éste se encuentre en estado líquido.

Volviendo a los sistemas de acondicionamiento de aire con desecantes, es interesante mencionar que el ciclo Pennington fue el primer ciclo de ventilación patentado en 1955. En una primera fase el sistema toma aire del ambiente y es enviado al deshumidificador rotativo ó rotor desecante, donde se utilizan los desecantes sólidos para la adsorción de la humedad contenida en el aire. La temperatura del aire aumenta debido a la energía liberada durante el proceso de adsorción. El aire que se introduce al espacio acondicionado se enfría primero sensiblemente en un intercambiador de calor rotativo y luego evaporativamente. En la segunda fase, el aire que sale de la estancia es enfriado evaporativamente, entonces pasa a través del intercambiador de calor sensible donde recupera calor de adsorción del aire de suministro. Luego se calienta con energía térmica de bajo grado y el aire caliente resultante se usa para regenerar el desecante. 

Ciclo Pennington

Fig. 1. Esquema de principio. Ciclo Pennington

Básicamente este ciclo que acabamos de definir es el utilizado en los sistemas de acondicionamiento comercializados con el nombre DEC (Desiccant Evaporative Cooling). Estos sistemas demuestran ser muy efectivos para el acondicionamiento del aire en zonas cálidas y húmedas, y especialmente competitivos comparados con sistemas de enfriamiento por compresión mecánica donde gran parte de la energía del sistema se emplea en la deshumidificación del aire.

Además es importante destacar que de cara a la regeneración del desecante, la integración de energía renovable tal como la energía solar térmica puede ofrecer una solución que además de mejorar el rendimiento del material desecante reduzca los costes que supondría un aporte de energía térmica mediante cualquier otra tecnología.

Tal y como se ha indicado la integración de sistemas de energía solar térmica para la regeneración del desecante supone otro de desafíos planteados en el proyecto. Lograr la integración de estos sistemas de origen renovable proporcionaría un sistema totalmente autónomo en su fase de operación.