Evaluación, diagnóstico y mejora del comportamiento energético de sistemas de refrigeración solar en escenarios reales de operación mediante análisis experimental y simulación dinámica

Resumen

Desde hace unos años el consumo de energía final destinada a los sistemas de climatización en el sector de la edificación se ha incrementado de forma considerable. La bonanza económica de los últimos años y el aumento de las temperaturas medias en los periodos centrales del año han provocado la instalación de sistemas de refrigeración por compresión accionados con energía eléctrica. Este hecho ha provocando graves problemas en el suministro eléctrico en los núcleos urbanos durante las épocas estivales, sin olvidar la repercusión negativa en el medio ambiente. Entre las alternativas a estos sistemas convencionales de refrigeración se encuentran los ciclos de refrigeración por absorción activados de forma térmica. Estas máquinas, con una dilatada experiencia en el sector industrial, se han comenzado a incorporar al sector de la edificación asociados a los sistemas solares térmicos. Esta sinergia resulta muy interesante dado que las horas de mayor recurso solar disponible coinciden, habitualmente, con los valores de máxima demanda de refrigeración. Sin embargo para la aplicación a gran escala en el campo edificatorio de este tipo de sistemas es necesario eliminar o reducir una serie de barreras económicas, tecnológicas y de conocimiento. Estos motivos han marcado el planteamiento de esta tesis, cuyos objetivos básicos son, en primer lugar, la aportación de conocimiento de este tipo de tecnología operando en un escenario real de funcionamiento. Con este fin desde el año 2007 se ha analizado, evaluado y optimizado una instalación de refrigeración solar situada en la Universidad de Zaragoza. El sistema, monitorizado desde sus inicios, fue diseñado como solución para mitigar los problemas de sobretemperatura que presentaba una instalación de ACS solar existente debido a un proyecto sobredimensionado del campo de captación. Para su estudio se desarrollaron una serie de metodologías de análisis con el fin de conocer el comportamiento energético de la instalación tanto de forma cuantitativa como cualitativa. Ello ha dejado de manifiesto, entre otros aspectos, la fuerte dependencia existente entre el funcionamiento de la instalación y su sistema de disipación de calor. El segundo objetivo de la tesis es modelizar la instalación bajo el entorno de simulación dinámica TRNSYS. Este modelo permitirá simular y predecir el comportamiento energético del sistema de refrigeración solar. Una de sus primeras funciones ha sido evaluar el potencial de mejora que supone la utilización de un sistema geotérmico como sistema de disipación alternativo al inicial. Consecuencias del presente trabajo, derivadas por un lado del modelo dinámico de la instalación y por otro de los resultados de las metodologías desarrolladas, han sido las modificaciones llevadas a cabo en la instalación inicial encaminadas a su optimización energética como han sido la utilización de una adecuada superficie de captación solar, la variación de la velocidad de giro del tambor de procesos del ciclo de absorción o la utilización de un sistema de disipación geotérmico.