Calderas a Gas de Alta Eficiencia. Contribución a la Eficiencia y Ahorro Energético

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1 Asociación Española del Gas Comité de Utilización Calderas a Gas de Alta Eficiencia. Contribución a la Eficiencia y Ahorro Energético II Mañana de la Edificación de 2009 CAAT Madrid 23 de Abril de 2009

2 La eficiencia energética en los edificios Una necesidad estratégica Que los edificios consuman menos energía es un criterio estratégico en su diseño y construcción por: Un coste de energía creciente La necesidad de menor impacto medioambiental Una legislación más exigente Su diseño se debe adecuar al tipo de uso final que tendrá el edificio, residencial, comercial, dotacional o industrial 2

3 La eficiencia energética en los edificios Cómo se obtiene? Obtener un menor consumo energético es función inicial de dos únicos parámetros, la demanda del edificio y la eficiencia de los sistemas energéticos: C = Objetivo: Reducir la demanda: Requisitos mínimos:. Código Técnico D( C lim a, Epidermis) η ( Equipos, Sistemas) Objetivo: Incrementar los rendimientos Requisitos mínimos: :RITE Objetivo: Reducir el consumo de energía Factor de comparación:. Certificación energética 3

4 La eficiencia energética en los edificios Disminución de la demanda La disminución de la demanda se obtiene inicialmente mediante actuaciones en el diseño del edificio y su envolvente: Diseño bioclimático: Orientación, muros Trombe, ventilaciones cruzadas, fachadas ventiladas, cubiertas verdes, etc Arquitectura pasiva: Aislamiento de paramentos, rotura de puentes térmicos, insolación (invierno) y asombramiento (verano) de ventanas Tan importante como lo anterior es el buen uso por parte de los usuarios, por ello las actuaciones de la Administración en la difusión de buenas prácticas, es imprescindible para obtener los ahorros esperados 4

5 La eficiencia energética en los edificios Mejora de la eficiencia de sistemas térmicos Las normas actuales ya hacen disminuir las demandas térmicas en los edificios, así, el ahorro se potencia con mejores sistemas térmicos que cubran esa demanda La refrigeración, en verano, representa una punta de potencia demandada importante, pero solo representa una pequeña fracción del consumo en calefacción La utilización de acumuladores eléctricos en sistemas de ACS con apoyo individualizado no se considera eficiente, porque el uso de la electricidad mediante efecto Joule genera más emisiones de CO2 (en su generación) que cualquier sistema clásico 5

6 Mejora de la eficiencia de los sistemas térmicos Aspectos a considerar Los análisis de rendimiento no deben limitarse a las características puntuales de los generadores, sino que deben considerar todos los elementos que forman el sistema térmico, es decir, su tipología, generadores, redes de distribución, elementos terminales y sistemas de regulación utilizados El rendimiento global del sistema térmico se debe considerar como la relación entre la suma de todas las demandas térmicas del edificio y la suma de energía convencional empleada para satisfacerlas. Las aportaciones de energías renovables aportadas no entran en la ecuación. Su efecto es reducir la energía convencional necesaria 6

7 Sistemas de Calefacción y ACS 7

8 Sistemas térmicos en edificios Generalidades La calefacción y el ACS constituyen más del 60% de las necesidades energéticas de los edificios Para cubrir las demandas de calefacción, se consideran sistemas basados en generadores de calor a gas En zonas climáticas D y E los sistemas de bomba de calor eléctricas (BCE) no se consideran eficientes para cubrir la demanda de calefacción, por su bajada de rendimiento (COP) con temperaturas exteriores por debajo de 7ºC Las bombas de calor a gas y equipos de absorción por llama directa son una opción, ya que eliminan los inconvenientes de las BCE en invierno 8

9 Sistemas de calefacción centralizados CONSUMO GAS Caldera Centralizad a(+ esquema de principio) Sistema de Distribución (TUBERIAS) 1 2 Térmica 1 Térmica 2 3 Térmica 2 N Térmica N Consumo Gas = P reg + P distr + n DT viv η estacional 9

10 Sistemas de calefacción individuales por vivienda GAS Caldera individual η est 1 Térmica 1 GAS Caldera individual η est 2 Térmica 2 GAS Caldera individual η est 3 Térmica 2 Acometid a GAS Caldera individual η est N Térmica N Cons.Gas = DT viv η estac. 10

11 Instalaciones de calefacción Aspectos a considerar Los sistemas centralizados precisan: Sistema de contaje de energía por usuario, para el reparto de costes de energía Servicio y contrato de mantenimiento para el sistema centralizado Acuerdo comunitario para establecer períodos y horarios de funcionamiento del sistema. Si funciona 24/24 horas para igualar prestaciones de los sistemas individuales, se producen consumos mucho mayores que en las individuales Los sistemas con apoyo individualizado precisan: Instalación de gas hasta cada uno de los usuarios Actualmente construir conductos de evacuación de productos de la combustión hasta cubierta 11

12 Sistemas de producción de ACS centralizados Q solar = C(%) x (P reg +P distr + n DT viv ) CONSUMO GAS Sistema Solar Térmico (Paneles + Acumulación Solar) Caldera Centralizad a(+ esquema de principio) ACS 1 ACS 2 ACS 3 N ACS N Consumo Gas = (P reg + P distr + n DT viv ) - Q solar η estacional 12

13 Sistemas de producción de ACS centralizados Q solar = C(%) x (P reg +P distr + n DT viv ) CONSUMO GAS Sistema Solar Térmico (Paneles + Acumulación Solar) Caldera Centralizad a(+ esquema de principio) ACS 1 ACS 2 ACS 3 N ACS N Consumo Gas = (1-C) x (P reg + P distr + n Dt viv ) η estacional 13

14 Sistemas de producción de ACS con apoyo individual Sistema Solar Térmico (Paneles + Acumulación Solar) Q solar = C(%) x (P distr + n DT viv ) GAS GAS GAS Caldera individual Caldera individual Caldera individual η est η est η est ACS 1 ACS 2 ACS 3 Acometida GAS Caldera individual η est N ACS N Consumo Gas = (1-C) x (P distr + n Dt viv ) η estacional 14

15 Sistemas de producción de ACS Aspectos a considerar Los sistemas centralizados precisan: Sistema de contaje de agua caliente por usuario, para el reparto de costes de agua y energía Mayor superficie de paneles solares, al producirse perdidas en el sistema de distribución mayores que en los sistemas de apoyo individualizado (circulación a mayor temperatura y más horas de funcionamiento) Los sistemas con apoyo individualizado precisan: Elemento de acoplamiento (interacumulador individual, intercambiador)entre el sistema solar y el generador, en cada vivienda Instalación de gas hasta cada uno de los usuarios Actualmente construir conductos de evacuación de productos de la combustión hasta cubierta 15

16 Elementos terminales de calefacción 16

17 Tipología de elementos terminales de calefacción La energía calorífica generada en las calderas y vehiculada por las redes de distribución, centrales o individuales, se entrega en lo locales a calefactar mediante elementos terminales que pueden ser: Radiadores con ΔT=60ºC Radiadores sobredimensionados con ΔT=40ºC Fan-coils Suelo radiante La elección del elemento terminal determina la temperatura de distribución del circuito de agua y por tanto las condiciones de funcionamiento de los generadores y su rendimiento correspondiente 17

18 Elementos terminales de calefacción Características básicas Radiadores con ΔT=60ºC Son la solución clásica en calefacción, exige en los momentos de demanda máxima la entrada del agua caliente a 90ºC y con ellos las calderas de alta eficiencia no potencian completamente sus ventajas. La colocación de válvulas termostáticas en cada radiador disminuye los consumos Radiadores sobredimensionados Se calculan con un salto térmico de 40ºC. De este modo, en los momentos de máxima demanda el agua de retorno circula a 55ºC y en períodos intermedios a menor temperatura, mejorando así el funcionamiento de las calderas de alta eficiencia. Como la demanda de calor en las nuevas edificaciones se ha reducido, este diseño no representa extracostes en la construcción 18

19 Elementos terminales de calefacción Características básicas Fan-coils Su funcionamiento precisa agua a temperaturas entre 45 y 55ºC, por lo que favorece la mejora de rendimientos de calderas de alta eficiencia. La colocación de termostatos en cada fancoil disminuye los consumos Suelo radiante Es el elemento de mejor impacto sobre el rendimiento. Su funcionamiento precisa agua a temperaturas entre 30 y 40ºC, por lo que es ideal para su uso con calderas de condensación. Se debe vigilar que la temperatura superficial del suelo no supere los 28ºC. Es un sistema de alta inercia y por tanto con períodos de arranque largos, por lo que no es recomendable en viviendas de segunda residencia 19

20 Calderas 20

21 Eficiencia de calderas Antecedentes El nuevo RITE, además de otras disposiciones, para aumentar la eficiencia de los sistemas térmicos, exige un aumento paulatino 1 de Enero de 2010: Calderas atmosféricas murales de potencia nominal menor de 70 kw 1 de Enero de 2010: Calderas con marcado una estrella (RD 275/1995) 1 de Enero de 2012: Calderas con marcado dos estrellas (RD 275/1995) El marcado por estrellas definido en el RD 275/1995 ya ha sido suprimido por la Directiva 2006/32/UE. Será por una nueva escala (similar a la certificación energética) basada en el ciclo de vida de los equipos Sigue en vigor la clasificación en calderas Standard, de Baja Temperatura y de Condensación 21

22 Clasificación de las calderas por tipos Definición por rendimientos La Directiva 92/42/CEE define las calderas por tipos: standard, de baja temperatura y de condensación Deben cumplir SIMULTANEAMENTE los siguientes requisitos de rendimiento a potencia nominal y a carga parcial (0,3 Pn ): Intervalos potencia Rendimiento a potencia nominal Rendimiento a carga parcial Tipo de caldera kw Temp. Media agua caldera (ºC) Rend. mínimo (%) Temp. Media agua caldera (ºC) Rend. mínimo (%) Standard 4 a log Pn 50º log Pn Baja Temperatura (*) 4 a ,5 + 1,5 log Pn 40º 87,5 + 1,5 log Pn Condensación 4 a log Pn (**)30º log Pn (*) Incluidas las calderas de condensación que utilizan combustibles líquidos (**) Temperatura del agua de alimentación a la caldera 22

23 Clasificación de las calderas por tipos Rendimientos comparativos al 100% y al 30% 10 5,0 100,0 95,0 90,0 85,0 Cond 100% Cond 30% B Temp 100% B Temp 30% STD 100% STD 30% 80,0 75,0 Potencia Nominal (kw) 23

24 Clasificación de las calderas por tipos Rendimientos medios estacionarios 110,00 106,00 102,00 98,00 94,00 Cond B.Temp Std 90,00 86,00 82,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 Factor de carga (%Pn) 24

25 real de los edificios Año Zona Retiro. Temperatura ambiente Temperatura de corte de calefacción Temperatura (ºC) Temp. media mensual (ºC) Temp. media a las 7 h. (ºC) Temp. media a las 13 h. (ºC) Temp. media a las 18 h. (ºC) Temp. máxima absoluta (ºC) Temp. mínima absoluta (ºC) Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Temperatura de diseño de calefacción Fuente: AEMET 25

26 Funcionamiento calderas Standard Perdidas y rendimiento Poder calorífico inferior (100%) Calor de condensación (11%) Calor sensible de humos (8 %) Perdidas por radiación y convección (2 %) Rendimiento estacional de caldera standard (> 90%) Calor latente de humos (11%) 26

27 Funcionamiento calderas Baja Temperatura Perdidas y rendimiento Poder calorífico inferior (100%) Calor de condensación (11%) Calor sensible de humos (4 %) Perdidas por radiación y convección (2 %) Rendimiento estacional de caldera Baja Temperatura (> 94%) Calor latente de humos (11%) 27

28 Funcionamiento calderas Condensación Perdidas y rendimiento Poder calorífico inferior (100%) Calor de condensación (11%) Calor sensible de humos (2 %) Perdidas por radiación y convección (2 %) Rendimiento estacional de caldera Baja Temperatura (> 94%) Rendimiento estacional de caldera de Condensación (hasta 108 %) Calor latente de humos (3 %) 28

29 Calderas Aspectos a considerar (I) Calderas standard Menor coste económico de inversión Menor ahorro energético Funcionan con temperaturas 70 90ºC (o bombas anticondensados) Calderas de baja temperatura Coste económico medio de inversión Mejora del ahorro energético No precisan bombas anticondensación Especial atención al cálculo de chimenea (PdC a baja temperatura) Calderas de condensación Coste económico medio de inversión Máximo ahorro energético No precisan bombas anticondensación Especial atención al cálculo y construcción de chimenea (deben ser estancas a perdidas de condensados) 29

30 Calderas Aspectos a considerar (II) Los rendimientos de calderas murales para vivienda están muy próximos al de calderas colectivas El rendimiento estacional depende de los elementos terminales empleados (suelo radiante, radiadores de baja temperatura) Las calderas de baja temperatura y de condensación aumentan su competitividad con carga parcial La climatología española hace que exista un gran período de exigencia a carga parcial en calefacción El precio actual de calderas de mayor rendimiento son competitivos con tecnologías más antiguas, y por tanto rentables económica y energéticamente 30

31 CONCLUSIONES Nuestra sociedad por competitividad, seguridad en el abastecimiento energético y protección del medio ambiente necesita disponer de EDIFICIOS EFICIENTES ENERGETICAMENTE Para satisfacer las demandas térmicas de los edificios, los sistemas que consumen gases combustibles, en unión con la energías renovables, constituyen la SOLUCION MAS EFICIENTE Para evaluar el rendimiento de los sistemas térmicos no es suficiente evaluar a las calderas. ES NECESARIO EVALUAR DESDE EL GENERADOR HASTA LOS ELEMENTOS TERMINALES Las calderas en el mercado cada vez son más eficientes y SELECCIONAR EQUIPOS DE ALTA EFICIENCIA ES UNA INVERSION RENTABLE 31

32 Avanzar por un Desarrollo Sostenible Muchas gracias por su atención 32

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