Estudio del impacto energético, económico y medioambiental de sistemas de compresión de vapor aplicando técnicas de control y diferentes refrigerantes integrados en plataforma smart campus

Abstract

Los sistemas de compresión de vapor juegan un papel crucial en una amplia gama de aplicaciones, desde la refrigeración hasta la climatización en el ámbito doméstico, comercial e industriales. Estos sistemas son fundamentales para mantener condiciones ambientales óptimas, como temperatura y humedad, en diversos entornos y procesos. Además, representan una parte significativa del consumo de energía en muchos países, lo que resalta su importancia en términos de eficiencia energética y sostenibilidad. Mejorar el diseño, la operación y la eficiencia de los sistemas de compresión de vapor es vital para reducir el consumo de energía y mitigar los impactos ambientales asociados con el uso de refrigerantes y la emisión de gases de efecto invernadero. Aunque la Unión Europea controla las emisiones de los gases fluorados, incluidos los HFC, la regularización del ruido no está incluida. De hecho, no hay regulaciones europeas al respecto; la emisión de ruido en los sistemas de refrigeración está establecida por los gobiernos municipales. En este sentido, la elección del adecuado gas de refrigeración y componentes implica eficiencia y bajo consumo de energía, pero también problemas ambientales como la emisión de ruido que hay que estudiar. Para optimizar el diseño y la operación de los sistemas de producción de frío, resulta sumamente útil contar con modelos que describan con precisión el funcionamiento real de la instalación y que puedan simular diversas condiciones de operación. Por lo tanto, en este estudio se presenta y se valida experimentalmente un modelo físico que utiliza datos fácilmente disponibles en este tipo de instalaciones para obtener una descripción exhaustiva de su comportamiento empleando refrigerantes R404a, R134a y R449a como fluido de trabajo y se desarrolla un sistema de control regulado que se compara con un sistema de control todo-nada tradicional, se estudia la emisión de ruido del sistema para dos gases diferentes y se contempla un campus universitario agroalimentario, científico y técnico con amplio número de instalaciones de compresión de vapor donde las nuevas tecnologías de integración y control centralizadas contribuyen notablemente a la evaluación permanente de sus infraestructuras. La investigación se desarrolla en el Área de Ingeniería de Sistemas y Automática del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Automática de la Universidad de Córdoba.

Vapor compression systems play a crucial role in a wide range of applications, from refrigeration to air conditioning in domestic, commercial, and industrial settings. These systems are essential for maintaining optimal environmental conditions, such as temperature and humidity, in various environments and processes. Additionally, they represent a significant portion of energy consumption in many countries, underscoring their importance in terms of energy efficiency and sustainability. Improving the design, operation, and efficiency of vapor compression systems is vital for reducing energy consumption and mitigating the environmental impacts associated with refrigerant use and greenhouse gas emissions. While the European Union regulates emissions of fluorinated gases, including HFCs, noise regulation is not included. In fact, there are no European regulations regarding refrigeration system noise emissions; this is established by municipal governments. Therefore, the choice of the appropriate refrigerant and components involves considerations of efficiency and low energy consumption, as well as environmental issues such as noise emissions that need to be studied. To optimize the design and operation of cold production systems, it is extremely useful to have models that accurately describe the real operation of the installation and can simulate various operating conditions. Therefore, this study presents and experimentally validates a physical model that uses readily available data in these types of installations to obtain a comprehensive description of their behaviour using refrigerants R404a, R134a, and R449a as the working fluid. Additionally, a regulated control system is developed and compared with a traditional on-off control system. The noise emission of the system is studied for two different gases, and a university campus with a significant number of vapor compression installations, where new centralized integration and control technologies contribute significantly to the ongoing evaluation of its infrastructure, is considered. The research is carried out in the Systems Engineering and Automation Area of the Department of Electrical and Automation Engineering at the University of Cordoba.