Autor: Departamento Técnico de Mycond
En el contexto de la lucha global contra el cambio climático, la evaluación ingenieril de la huella de carbono de los sistemas de climatización adquiere una importancia crítica. Los sistemas de deshumidificación del aire, que constituyen una parte importante de la infraestructura HVAC, son responsables de una fracción significativa del consumo energético de los edificios. Su impacto en las emisiones de CO₂ a menudo se subestima debido a enfoques simplificados de cálculo y a la ignorancia de su interacción con otros sistemas. En este artículo se presenta una metodología para la evaluación integral de la huella de carbono de diferentes tecnologías de deshumidificación, teniendo en cuenta su influencia en el sistema energético global del edificio.
Naturaleza termodinámica de las emisiones de CO₂ en los procesos de deshumidificación
Para comprender el mecanismo de formación de la huella de carbono de los sistemas de deshumidificación es necesario remitirse a las leyes fundamentales de la termodinámica. La eliminación de humedad del aire requiere superar el calor de vaporización, que depende de la temperatura: calor de vaporización = 2501 - 2,38 × temperatura (kJ/kg). En condiciones típicas (+20 °C) este valor es de aproximadamente 2453 kJ/kg de humedad eliminada.
La conversión de energía en emisiones de CO₂ se produce a través del factor de conversión de energía primaria, que para la red eléctrica suele situarse entre 2,0 y 3,0, y para el gas entre 1,1 y 1,3, dependiendo de la eficiencia de generación y de la transmisión. Otro factor crítico es la intensidad de carbono de la electricidad, que se mide en gramos de CO₂ por kilovatio-hora y varía significativamente según la estructura de generación en cada región.
Es importante diferenciar entre el consumo energético directo del equipo de deshumidificación y su impacto indirecto sobre el sistema HVAC principal. Ignorar la influencia de los deshumidificadores en los enfriadoras (chillers) y las calderas conduce a errores en la evaluación de las emisiones totales del orden del 40-80%.
Perfil energético y de carbono de la deshumidificación por condensación
La deshumidificación por condensación se basa en el ciclo termodinámico de una máquina frigorífica. Su eficiencia depende de forma significativa de la temperatura del aire: el coeficiente de rendimiento (COP) varía típicamente de 1,5 a +5 °C hasta 3,5 a +35 °C. El consumo específico de energía se calcula como la relación entre la potencia eléctrica y la capacidad de eliminación de humedad y suele situarse en 0,7-1,2 kWh/kg de humedad eliminada.
Durante su funcionamiento, el deshumidificador por condensación libera al espacio calor equivalente a la suma del calor de evaporación y la potencia eléctrica consumida. Esto genera una carga adicional en el sistema de refrigeración del edificio durante el periodo estival, lo que debe considerarse al calcular las emisiones indirectas.
Un componente importante de la huella de carbono son también las emisiones directas del refrigerante, que se calculan como el producto de la masa de pérdidas por el potencial de calentamiento global (GWP). Las tendencias actuales se orientan a sustituir los refrigerantes tradicionales por alternativas de bajo GWP en consonancia con los requisitos normativos.
Perfil energético y de carbono de la deshumidificación por adsorción
La deshumidificación por adsorción combina dos procesos principales: adsorción (absorción de humedad por el sorbente) y regeneración (eliminación de humedad del sorbente). El consumo específico de energía para la regeneración depende del calentamiento del aire, del calor de desorción y de la eficiencia de la recuperación de calor.
Las fuentes de energía para la regeneración pueden incluir resistencias eléctricas, quemadores de gas, agua caliente o vapor, cada una con distinta intensidad de carbono. La temperatura de regeneración (habitualmente 120-180 °C) influye de forma significativa en el equilibrio entre el consumo energético y el rendimiento del sistema.
Los sistemas de adsorción generan pérdidas de carga significativas, lo que se traduce en una carga adicional para los ventiladores. Además, el aire a la salida del adsorbedor puede requerir enfriamiento, lo que también afecta a la huella de carbono global del sistema.
Perfil energético y de carbono de la deshumidificación por ventilación
La deshumidificación por ventilación opera según el principio de sustituir el aire interior por aire exterior cuando el contenido de humedad exterior es inferior al interior. La disponibilidad climática de este método se determina mediante el análisis de datos horarios y la proporción de horas al año en las que se cumple el criterio de contenido de humedad.
El consumo de energía para el tratamiento térmico del aire de impulsión incluye la carga de calefacción en periodo frío y la carga de refrigeración en verano. El uso de recuperación de calor permite reducir esta carga en proporción a la eficiencia del recuperador (típicamente 0,5-0,85).
La comparación con los métodos mecánicos de deshumidificación permite establecer los límites de viabilidad económica del método de ventilación. En regiones de clima seco, en particular en la España central y meridional, el método de ventilación suele mostrar la huella de carbono más baja.
Algoritmo de selección tecnológica según el criterio de emisiones mínimas de CO₂
La elección óptima de la tecnología de deshumidificación bajo el criterio de emisiones mínimas de CO₂ requiere un enfoque integral. La metodología incluye los siguientes pasos:
- Determinación de la producción anual de eliminación de humedad a partir del balance de humedad
- Cálculo del consumo específico de energía para cada tecnología
- Consideración del impacto en el sistema HVAC principal
- Multiplicación por el factor de conversión y la intensidad de carbono
- Adición de las emisiones directas del refrigerante
- Suma teniendo en cuenta los límites ampliados del sistema
- Comparación de las emisiones totales de CO₂ para las distintas tecnologías
Recomendaciones generales de selección: si la temperatura del aire es inferior a 15 °C, la deshumidificación por adsorción tiene ventaja; si el contenido de humedad del aire exterior es inferior al interior durante más de 4000 horas al año, la deshumidificación por ventilación es óptima; si existe un consumidor de calor de baja temperatura, la deshumidificación por condensación con recuperación tiene ventaja.
Recuperación del calor de condensación: cálculo del potencial de reducción de emisiones
La recuperación del calor de condensación presenta un potencial significativo para reducir la huella de carbono global. El calor máximo recuperable es igual al producto de la capacidad de eliminación de humedad por el calor de vaporización más la potencia eléctrica del deshumidificador.
Los consumidores típicos de calor de baja temperatura incluyen sistemas de agua caliente sanitaria (calentamiento hasta 50-60 °C), piscinas (calentamiento hasta 26-28 °C), sistemas de calefacción por aire (calentamiento hasta 35-50 °C) y diversos procesos tecnológicos.
El potencial térmico de recuperación viene determinado por la temperatura de condensación, que suele situarse entre 40-55 °C para la deshumidificación a +20 °C. La eficacia del intercambiador de calor depende de la diferencia mínima de temperaturas, que normalmente es de 3-5 K.
La reducción de emisiones al sustituir fuentes de calor tradicionales puede ser considerable, con periodos de retorno de la inversión de 2 a 7 años, en función de las condiciones locales.
Metodología de cálculo de la huella de carbono completa del sistema de deshumidificación
Para una evaluación integral del impacto ambiental de los sistemas de deshumidificación se utiliza la metodología TEWI (Total Equivalent Warming Impact – impacto total equivalente de calentamiento). Para los sistemas de condensación, el TEWI se calcula como la suma de tres componentes:
- Emisiones directas por pérdidas de refrigerante durante la vida útil
- Emisiones por el refrigerante no recuperado en el fin de vida del equipo
- Emisiones indirectas por el consumo de energía durante la vida útil
El cálculo para los sistemas de adsorción es análogo, pero no incluye los componentes relacionados con el refrigerante. Para comparar correctamente las tecnologías, los resultados se expresan en kilogramos de CO₂ equivalente por kilogramo de humedad eliminada al año o por metro cuadrado de superficie al año.
Es importante considerar las incertidumbres en los cálculos, relacionadas con los cambios en la intensidad de carbono de la red energética durante la vida útil, la degradación de la eficiencia del equipo y las pérdidas reales de refrigerante.
Integración con fuentes de energía renovables
La integración de los sistemas de deshumidificación con fuentes de energía renovables ofrece un potencial significativo de reducción de la huella de carbono. Para los sistemas de adsorción, una solución eficaz son las bombas de calor para la regeneración del adsorbente con coeficientes de rendimiento de 2,0 a 3,5 para temperaturas de regeneración de 120-140 °C.
Los colectores solares pueden suministrar energía para la regeneración del adsorbente, especialmente en regiones con alta insolación, como España. La superficie necesaria de colectores se calcula considerando la energía térmica de regeneración, la insolación media, la eficiencia del colector y el factor de utilización.
Para los deshumidificadores por condensación, el uso de sistemas fotovoltaicos resulta eficaz, calculando la fracción de cobertura de la carga como la relación entre la energía generada y el consumo energético anual. El almacenamiento con baterías permite suavizar los picos de carga.
Influencia de la intensidad de carbono de la red eléctrica en la elección tecnológica
La intensidad de carbono de la electricidad difiere de forma notable entre países: desde 50 g CO₂/kWh en Noruega y Suecia hasta 800 g CO₂/kWh en Polonia. En España este indicador se sitúa en torno a 200-300 g CO₂/kWh, con tendencia a la baja gracias al desarrollo de las energías renovables.
Esto tiene una influencia crítica en la elección de la tecnología de deshumidificación. Con baja intensidad de carbono, los sistemas de condensación a menudo presentan una huella de carbono inferior, mientras que con alta intensidad, los sistemas de adsorción con regeneración a gas pueden tener ventaja.
La reducción prevista de la intensidad de carbono en un 50% para 2040 cambiará el equilibrio a favor de los sistemas eléctricos, algo importante a considerar en el diseño de activos con larga vida útil.
Requisitos normativos y sistemas de certificación ambiental de edificios
La Directiva europea sobre el rendimiento energético de los edificios (EPBD) establece requisitos para edificios de consumo de energía casi nulo (nZEB), lo que influye en la elección de los sistemas de deshumidificación. El Reglamento sobre gases fluorados 517/2014 limita el uso de refrigerantes con alto potencial de calentamiento global.
Los sistemas de certificación ambiental de edificios, como BREEAM, LEED y DGNB, incluyen criterios de evaluación de la eficiencia energética y de las emisiones de CO₂ de los sistemas de ingeniería, incluidos los sistemas de deshumidificación. La metodología TEWI se utiliza para evaluar la conformidad del equipo con los requisitos de estos estándares.
Las tendencias de refuerzo de los requisitos normativos incluyen la prohibición progresiva de refrigerantes con alto potencial de calentamiento global, mandatos de uso de fuentes de energía renovables y la implantación de la tarificación del carbono.
Errores de ingeniería habituales y conceptos erróneos
En la evaluación de la huella de carbono de los sistemas de deshumidificación suelen aparecer los siguientes errores:
- Comparar tecnologías exclusivamente por su consumo energético directo sin considerar el impacto en el sistema HVAC
- Aplicar un valor universal de intensidad de carbono sin tener en cuenta la estructura local de generación (error de hasta el 400%)
- Ignorar las emisiones directas del refrigerante
- Sobreestimar el potencial de recuperación sin calcular el consumidor real y el acoplamiento de temperaturas
- Evaluar las renovables por la potencia instalada sin calcular el factor de utilización
- Comparar la deshumidificación por adsorción con regeneración eléctrica en lugar de a gas
- No considerar la degradación de la eficiencia a lo largo de la vida útil
- Ignorar el carbono incorporado derivado de la fabricación del equipo
Límites de aplicación de las metodologías y condiciones de ineficiencia de los enfoques
Es importante comprender las limitaciones de las distintas tecnologías de deshumidificación:
- Deshumidificación por condensación: a temperaturas inferiores a +5 °C el coeficiente de rendimiento cae por debajo de 1,5, lo que hace que el método sea energéticamente desaconsejable
- Deshumidificación por ventilación: solo es efectiva cuando el contenido de humedad del aire exterior es inferior al interior, lo que la imposibilita en climas húmedos
- Recuperación de calor: con capacidades inferiores a 50 kg/día, los costes de capital del sistema de recuperación suelen ser injustificados
- Regeneración solar: presenta efectividad limitada en regiones con baja insolación
- Restricciones normativas: la prohibición de refrigerantes con potencial de calentamiento global superior a 150 a partir de 2025 exige la transición a soluciones alternativas
Todos los valores numéricos dependen de las condiciones específicas de explotación, la escala del proyecto y se precisan durante el diseño.
Preguntas frecuentes
¿Qué método de deshumidificación tiene la huella de carbono más baja en España?
En las condiciones de España, con alta actividad solar y un clima relativamente seco en muchas regiones, la deshumidificación por ventilación suele mostrar la huella de carbono más baja, especialmente si el contenido de humedad del aire exterior es inferior al interior durante más de 4000 horas al año. En regiones costeras húmedas puede tener ventaja la deshumidificación por adsorción con regeneración solar o la deshumidificación por condensación con recuperación de calor.
¿Cómo afecta la recuperación de calor a la huella de carbono global del sistema?
La recuperación del calor de condensación puede reducir la huella de carbono global en un 30-60%, dependiendo de la eficiencia del sistema y de la existencia de un consumidor constante de calor de baja temperatura. Para un sistema típico con una capacidad de 100 kg/día, la reducción de emisiones puede alcanzar hasta 15 toneladas de CO₂ al año.
¿Cómo tener en cuenta la influencia de la intensidad de carbono de la red en el diseño a largo plazo?
En el diseño a largo plazo es necesario considerar las tendencias de descarbonización del sistema energético. Se recomienda realizar cálculos para distintos escenarios de intensidad de carbono y evaluar la sensibilidad de los resultados. En España se prevé una reducción de la intensidad de carbono del 40-60% para 2040.
¿Qué márgenes de error existen al calcular las emisiones de CO₂ de los sistemas de deshumidificación?
El error típico en la evaluación integral de emisiones es del 15-25%. Las principales fuentes de incertidumbre incluyen las previsiones de la intensidad de carbono de la red, los perfiles reales de carga, la degradación efectiva del rendimiento del equipo y las pérdidas reales de refrigerante. Ignorar el impacto en enfriadoras y calderas puede aumentar el error hasta el 40-80%.
¿Cómo comparar sistemas con distinta vida útil al evaluar la huella de carbono?
Para comparar correctamente sistemas con distinta vida útil se utiliza el cálculo de emisiones equivalentes anuales, que tiene en cuenta tanto las emisiones operativas como el carbono incorporado derivado de la fabricación del equipo, distribuido a lo largo de la vida útil. Los sistemas con mayor vida útil suelen tener una huella de carbono inferior gracias a la amortización del carbono incorporado.
Conclusiones
La evaluación integral de la huella de carbono de los sistemas de deshumidificación requiere un enfoque sistémico que contemple no solo el consumo energético directo, sino también el impacto sobre el sistema energético global del edificio. Los principios fundamentales para una reducción eficaz de las emisiones de CO₂ incluyen:
- Ampliar los límites del sistema en los cálculos para considerar los efectos indirectos
- Utilizar valores locales de intensidad de carbono de los vectores energéticos
- Priorizar la recuperación de calor y la integración con fuentes de energía renovables
- Considerar las tendencias normativas en la elección tecnológica
- Adoptar un enfoque diferenciado según las condiciones climáticas y la especificidad del activo
Para los ingenieros proyectistas se recomienda utilizar la metodología TEWI con límites ampliados del sistema, calcular escenarios para distintos valores de intensidad de carbono de la red y integrar la evaluación de la huella de carbono en la metodología general de análisis del ciclo de vida del edificio. Este enfoque permite lograr una reducción significativa de las emisiones de CO₂ manteniendo la funcionalidad de los sistemas de control de la humedad.
