Modelado y análisis del sistema de refrigeración solar con eyector para aplicaciones de climatización

Abstract

Los nuevos edificios en Europa, a partir de 2021, liderarán una transición hacia el uso extensivo de fuentes de energía renovable para ser Edificios de Energía Casi Cero (NZEB). A este respecto, los países con una alta disponibilidad de energía solar se han comprometido a reducir al mínimo su dependencia de la energía primaria mediante la adopción de tecnologías solares. Así, los edificios de España cubrirán más del 70% de la demanda de agua caliente sanitaria (ACS) mediante energías renovables, como el uso de colectores solares térmicos.

No obstante, estos campos de energía solar térmica se sobredimensionarán durante las estaciones más cálidas, rechazando el calor residual al ambiente y aumentando la demanda de aire acondicionado. El Sistema de Refrigeración por Eyectores Accionados por Energía Solar (SERS) puede ser una solución para obtener refrigeración solar. Sin embargo, el rendimiento del SERS se ve limitado cuando se utilizan colectores solares térmicos de baja a media temperatura, de producción de ACS, en climas cálidos. Por consiguiente, este documento reformula la aplicación de la SERS como un sistema de preenfriamiento de aire fresco para unidades de tratamiento de aire. De este modo, se evalúan varios fluidos de trabajo respetuosos con el medio ambiente para satisfacer los requisitos del SERS. De esta manera, R600a, R717 y R1234ze(E) se comparan además dentro del rendimiento estacional bajo condiciones de funcionamiento severas. Se encontró que R600 logra los mejores ahorros eléctricos (COPel=28,3) mientras que R717 muestra mayores resultados en términos de rendimiento general (COP=0,37).

New buildings in Europe, from 2021, will lead a transition towards the extensive use of renewable energy sources to be Nearly Zero Energy Buildings (NZEB). In this regard, countries with high availability of solar energy are committed to minimizing their primary energy dependence by adopting solar technologies. Thus, buildings of Spain will cover over 70% of Domestic Hot Water (DHW) demand by means of renewable energy, such as using solar thermal collectors. Nonetheless, these solar thermal energy fields will be oversized during warmer seasons, rejecting the waste heat to the ambient while increasing the air conditioning demand. The Solar-driven Ejector Refrigeration System (SERS) may be a solution to obtain solar cooling. Nevertheless, the SERS performance is constrained when low to medium temperature solar thermal collectors, of DHW production, are used in warm climates.

Consequently, this paper reformulates the SERS application as a fresh air pre-cooling system for air handling units. Thereby, several environmental-friendly working fluids are evaluated to adress the SERS requirements. In doing so, R600a, R717 and R1234ze(E) are further compared within the seasonal performance under severe operating conditions. It was found that R600 achieve the best electrical savings (COPel=28.3) while R717 shows greater results in terms of overall performance (COP=0.37).