Madrid, 7 de abril de Climatización y Producción de ACS

Transcripción

1 Madrid, 7 de abril de 2016 Climatización y Producción de ACS con Bombas de Calor

2 Índice Aspectos Tecnológicos: Componentes Principales. Eficiencia y utilización de energía procedente de fuentes renovables Aplicaciones de climatización y de producción de ACS: Tipologías Consideraciones para su dimensionamiento Ejemplos prácticos

3 Componentes principales Tecnología de la Bomba de Calor

4 Tecnología de la Bomba de Calor Evolución de los componentes Compresores Mejores rendimientos. Modulación de la carga: Accionamiento por motor eléctrico Accionamiento por motor térmico Mayor durabilidad Mas silenciosos Mayor rango de temperaturas de utilización

5 Tecnología de la Bomba de Calor Evolución de los componentes Refrigerantes Mayores capacidades de transmisión y más respetuosos con el medio ambiente Intercambiadores Mayores coeficientes de transferencia Menor cantidad de fluido refrigerante Menor tamaño Dispositivos de Expansión Mayor capacidad y posibilidades de regulación Ventiladores Rendimiento. Capacidad de Modulación. Motores EC Bajo nivel sonoro

6 Tecnología de la Bomba de Calor Evolución del control Regulación de la capacidad en motores, actuadores, Gestión de la optimización de los desescarches Algoritmos de gestión de la eficiencia energética Temperatura variable de refrigerante Gestión de caudal de agua variable en primario o en instalaciones de circuito único Reajuste de la temperatura de consigna de agua en función de la temperatura exterior Comunicación. Integración bidireccional en sistemas BMS

7 Tecnología de la Bomba de Calor Aprovechamiento de las fuentes residuales Del propio circuito frigorífico Recuperación de calor Recuperación de calor de los gases de descarga En ciclo de refrigeración, se obtiene un 15 20% de la potencia del equipo mientras están funcionando los compresores De fuentes externas al Ciclo Frigorífico En bombas de calor accionadas a gas (GHP), aprovechamiento del calor del motor y de los gases de escape para su utilización en aplicaciones de ACS

8 Tecnología de la Bomba de Calor Eficiencia y utilización de energía procedente de fuentes renovables Coeficiente de Rendimiento Estacional Factor de Eficiencia Energetica Estacional >> 1 Su aplicación: Emisiones CO2 Reduce el consumo de energía Energía Primaria no renovable Reduce la demanda energética Debidos al consumo energético Reduce los costes Debidos a las servidumbres

9 Tecnología de la Bomba de Calor Eficiencia y utilización de energía procedente de fuentes renovables DIRECTIVA 2009/125/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 21 de octubre de 2009 por la que se instaura un marco para el establecimiento de requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos relacionados con la energía DIRECTIVA 2010/30/UE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 19 de mayo de 2010 relativa a la indicación del consumo de energía y otros recursos por parte de los productos relacionados con la energía, mediante el etiquetado y una información normalizada La utilización extendida de equipos BdC será necesaria para alcanzar los objetivos europeos de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero

10 Tecnología de la Bomba de Calor Eficiencia y utilización de energía procedente de fuentes renovables DIRECTIVA 2009/28/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 23 de abril de 2009 relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables Decisión de la Comisión de 1 de marzo de 2013 por la que se establecen las directrices para el cálculo por los Estados miembros de la energía renovable procedente de las bombas de calor de diferentes tecnologías, conforme a lo dispuesto en el artículo 5 de la Directiva 2009/28/CE SPF = Factor de Rendimiento Medio Estacional ERES= Qusable x (1 1/SPF) 0,60 Condición= SPF > 1,15x1/ = eficiencia media del sistema eléctrico SPF > 2,5

11 Aplicaciones de climatización Tipologías Bombas de Calor Aire Aire Equipos Autónomos Unidades Roof Top Equipos Split o Multsplit

12 Aplicaciones de climatización Tipologías Bombas de Calor Aire Agua Equipos multitarea Enfriadoras Unidades Multiciclo

13 Aplicaciones de climatización Tipologías BdC para anillo hidráulico Bombas de Calor Agua Aire BdC Geotérmicas

14 Aplicaciones de climatización Tipologías Bombas de Calor Agua Agua BdC Geotérmicas e Hidrotérmicas Máquina Térmica

15 Aplicaciones de climatización Dimensionamiento para climatización Cálculo de cargas térmicas Demanda Perfiles Preselección del Equipo Análisis de la curva de demanda frente a la curva de capacidad

16 Aplicaciones de climatización Dimensionamiento para climatización Comprobación límites de funcionamiento Aplicación de coeficientes correctores Temperaturas Altitud Distancias. Selección del Equipo Cálculo energético Demanda térmica Consumo de Energía Primaria Cálculo emisiones de CO 2

17 Aplicaciones para producción de ACS Tipologías Unidades solo ACS Compactas Refrigerante R 134 A

18 Aplicaciones para producción de ACS Unidades solo ACS Tipologías Circuitos de doble etapa empleando CO 2 como refrigerante Bomba de Caudal Variable

19 Aplicaciones para producción de ACS Tipologías Unidades ACS + Calefacción Ciclos en cascada

20 Aplicaciones para producción de ACS Tipologías Sistemas Mixtos ACS + Calefacción CALEFACCION y/o ACS

21 Aplicaciones para producción de ACS Tipologías Unidades Mixtas ACS + Climatización + Dos muebles + + Tres muebles

22 Aplicaciones para producción de ACS Tipologías Unidades Mixtas ACS + Climatización Unidad Interior Emisores Interc. Unidad Exterior Líneas de Refrigerante Depósito ACS Resistencia de apoyo Válvula 3-vias Suelo Radiante / Refrescante

23 Aplicaciones para producción de ACS Tipologías Sistemas Mixtos ACS + Climatización Accionamiento por motor de combustión Accionamiento por motor eléctrico

24 Aplicaciones para producción de ACS Dimensionamiento para producción de ACS El aspecto clave es el volumen de la acumulación: Consumo de agua diario Perfil del consumo Sistemas de baja temperatura (Tª salida agua <52º): El volumen de agua acumulada debe ser adecuado al consumo (horas punta) La superficie de intercambio del intercambiador debe ser > 0,25 m2/kw El sistema (conexiones del depósito, tamaño de las conducciones, bombas de recirculación,.) debe estar concebido para Tª bajos (5 10 C). Se pueden utilizar resistencias de apoyo para alcanzar una Tª de agua > 60ºC, pero solo es necesaria para el proceso de pasteurización, no para consumo.

25 Aplicaciones para producción de ACS Dimensionamiento para producción de ACS La BdC realiza el control de la climatización y de la producción de ACS. Pueden establecer prioridades y estrategias de funcionamiento ( prioridad al ACS, prioridad a la calefacción, programas horarios,.) Diferentes puntos de consigna para ACS y para Calefacción (configurable) Gestión del funcionamiento de elementos adicionales: Apoyo de fuentes exteriores (paneles solares, ) Producción de ACS en el acumulador Bombas de recirculación Válvulas de 3 vías

26 Aplicaciones para producción de ACS Situación Reglamentaria: Factor de Rendimiento Medio Estacional SPF Calefacción de espacios SPF = SCOPnet en BdC accionadas eléctricamente. Se determina de acuerdo con la norma EN Producción de ACS Actualmente no existe un parámetro asignable al SPF Pendiente revisión norma EN Documento reconocido Prestaciones Medias Estacionales de las Bombas de Calor para Producción de Calor en Edificios. Establece un método simplificado: SPF = COPnominal x FP x FC Caso de las BdC para producción de ACS SPF = COPnominal x 0,568

27 Aplicaciones para producción de ACS Situación Reglamentaria CTE HE4. Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria 2 Caracterización y cuantificación de las exigencias 2.2 Cuantificación de la exigencia Contribución solar mínima para ACS y/o piscinas cubiertas. 4. La contribución solar mínima para ACS y/o climatización de piscinas cubiertas podrá sustituirse parcial o totalmente mediante una instalación alternativa de otras energías renovables, procesos de cogeneración o fuentes de energía residuales procedentes de la instalación de recuperadores de calor ajenos a la propia instalación térmica del edificio; bien realizada en el propio edificio o bien a través de la conexión a una red de climatización urbana. 5. Para poder realizar la sustitución se justificará documentalmente que las emisiones de dióxido de carbono y el consumo de energía primaria no renovable, debidos a la instalación alternativa y todos sus sistemas auxiliares para cubrir completamente la demanda de ACS, o la demanda total de ACS y calefacción si se considera necesario, son iguales o inferiores a las que se obtendrían mediante la correspondiente instalación solar térmica y el sistema de referencia que se deberá considerar como auxiliar de apoyo para la demanda comparada.

28 Aplicaciones para producción de ACS Situación Reglamentaria Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios. R.D. 238/2013, de 5 de abril, que modifica determinados artículos e instrucciones técnicas del RITE... IT Procedimiento de verificación 2.2 Cuantificación de la exigencia 2. Procedimiento alternativo: consistirá en la adopción de soluciones alternativas, entendidas como aquellas que se apartan parcial o totalmente de las propuestas de esta sección, basadas en la limitación directa del consumo energético de la instalación térmica diseñada. Se podrán adoptar soluciones alternativas, siempre que se justifique documentalmente que la instalación térmica proyectada satisface las exigencias técnicas de esta sección porque sus prestaciones son, al menos, equivalentes a las que se obtendrían por la aplicación directa del procedimiento simplificado. Para ello se evaluará el consumo energético de la instalación térmica completa o del subsistema en cuestión, mediante la utilización de un método de cálculo y su comparación.. El cumplimiento de las exigencias mínimas se producirá cuando el consumo de energía primaria y las emisiones de dióxido de carbono de la instalación evaluada, considerando todos sus sistemas auxiliares, sea inferior o igual que la de la instalación que cumpla con las exigencias del procedimiento simplificado.

29 Ejemplos Prácticos Vivienda unifamiliar con sistema híbrido y bomba de calor aire agua Descripción del edificio y necesidades de climatización Vivienda antigua de 350 m 2 en 4 plantas Calefactada mediante radiadores de fundición en un único circuito. Sistema convencional por gasóleo que da servicio a la calefacción y al ACS Descripción del sistema adoptado Generador principal formado por una bomba de calor aire agua. Caldera de gasóleo existente en la instalación Sistema de regulación y control. Termostato interior inalámbrico, sonda exterior de temperatura con comunicación vía radio.

30 Ejemplos Prácticos Vivienda unifamiliar con sistema híbrido y bomba de calor aire agua Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia

31 Ejemplos Prácticos Tienda de proximidad con sistema VRF Bomba de Calor y refrigeración comercial Descripción del edificio y necesidades de climatización Tienda de productos de alimentación Superficie de 133 m 2

32 Ejemplos Prácticos Tienda de proximidad con sistema VRF Bomba de Calor y refrigeración comercial Descripción del sistema adoptado Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia o Eficiencia estacional anual del sistema =3,56. o Emisiones de CO 2 = ,44 kg

33 Ejemplos Prácticos Residencia de la tercera edad Descripción del edificio y necesidades de climatización Edificio formado por sótano, planta baja y dos plantas en altura Necesidades de climatización: Ocupación: 276 personas. Ventilación de 12,5 l/s persona (RITE IDA 2). Luces: 18 kw. En habitaciones 14 W/m2. Equipos: 32,5 kw. En habitaciones 700 W. Programas horarios de ocupación, luces y equipamiento estándar. Descripción del sistema adoptado Bomba de calor aire agua de Pf=130 kw y Pc=138 kw, con desuperheater UTA de aire primario centralizado, con recuperación sobre el lado de extracción y free cooling. Fancoils de zona de tipo baja silueta para habitaciones. Fancoils de alta capacidad en zonas comunes, comedor y salones.

34 Ejemplos Prácticos Residencia de la tercera edad Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia

35 Ejemplos Prácticos Producción de ACS en un hotel Descripción del edificio y necesidades de producción de ACS Sustitución del sistema de referencia alimentado por gasoleo para producción de ACS oconsumo: De Enero a Mayo l/dia De Junio a Agosto l/dia De Septiembre a Diciembre l/dia Descripción del sistema adoptado (2) unidades bomba de Calor aire agua con CO 2 como refrigerante, en doble etapa Se mantienen los dos tanques existentes de capacidad total l.

36 Ejemplos Prácticos Producción de ACS en un hotel Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia

37 Ejemplos Prácticos Edificio de apartamentos Descripción del edificio y necesidades de producción de ACS Residencia de estudiantes, con 30 apartamentos de 45 m 2 Comparativo de un sistema de Paneles Solares y calefacción convencional frente a uno de Bomba de Calor Descripción del sistema adoptado Sistemas Bomba de Calor Aire Agua multitarea en cada apartamento, con producción combinada de calefacción y de ACS

38 Ejemplos Prácticos Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia Proceso de cálculo Determinación de la demanda de calefacción Determinación de la demanda de ACS Verificación del cumplimiento del SPF mínimo requerido por las bombas de calor para que las mismas tengan la consideración de energía renovable (SPF 2,5). Determinación de los Consumos de Energía Primaria no renovable y de las emisiones de CO 2 en calefacción y ACS con o equipos bomba de calor o el sistema de referencia (paneles solares + caldera de gas natural) Análisis comparativo

39 Ejemplos Prácticos Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia Capacidad (kw) 14,0 Demanda de calefacción: Calculada con un Software específico Carga Capacidad Salida térmica (kwh) 560 Demanda de Calefacción 11, , ,6 (2) (1) 224 2, ,0 Temp. exterior (ºC) -5,0-0,8 3,4 7,6 11,8 16,0 0 Temp. exterior (ºC) Requerido Requerido noche Capacidad CV Capacidad BUH Capacidad del sistema Bomba de calor resistencia eléctrica

40 Ejemplos Prácticos Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia Demanda de ACS: Tablas del CTE Energía demandada: se considera Tª media del agua de 12 ºC 3 personas por apartamento = 2520 l.

41 Ejemplos Prácticos Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia SPF en modo calefacción.lo facilita el fabricante SPF (SCOPnet)= 3,51 (cfr. UNE 14825: 2014) SPF en modo producción de ACS. Utilizando el documento de Prestaciones Medias Estacionales El COP nominal de la BdC en estas condiciones. Lo facilita el fabricante: COP 35ºC = 4,74 SPF Ponderado.Se obtiene promediando las demandas de calefacción y de ACS con sus respectivos SPF : (cfr. UNE 14511:2014) (para Tª = 60ºC)

42 Ejemplos Prácticos Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia CO 2 Electricidad 0,357 Gas Natural 0,252 Coeficientes de Paso Electricidad Energía Primaria N.R. 2,007 Gas Natural 1,190

43 Ejemplos Prácticos Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia Consumo Energía Primaria no renovable Bombas de Calor Demanda Consumo energía SPF kwh kwh Calefacción , ACS , Total Factor de Conversion a E.P.N.R. 2,007 Total Energía Primaria No Renovable Demanda Consumo energía Sistema de Referencia Rendimiento kwh kwh Calefacción , Demanda Consumo energía Sistema de Referencia Cobertura kwh kwh Apoyo al ACS % Total Factor de Conversion a E.P. N. R. Total Energía Primaria No Renovable 1,190 Emisiones de CO Consumo de Emsisiones de Energía Final Coeficiente CO 2 kw kg Bombas de Calor , Sistema de Referencia ,

44 Ejemplos Prácticos Conclusiones En el último ejemplo se han realizado cálculos de manera simplificada. Utilizando los coeficientes y parámetros reglamentarios, en el caso de Bombas de Calor mixtas, tanto el consumo de energía primaria no renovable como las emisiones de CO 2, son favorables al sistema de bomba de calor. La disyuntiva está en la aceptación de la sustitución de los paneles solares térmicos por sistemas mixtos de Bomba de Calor calefacción + ACS. Se trata fundamentalmente de una cuestión de interpretación del CTE y del RITE. Los equipos Bomba de Calor ofrecen alternativas para satisfacer los requisitos de climatización y de producción de ACS de una manera completa, eficiente y sostenible. Las perspectivas de las Bombas de Calor como sistemas de calefacción, refrigeración y producción de ACS, son favorables para su utilización de manera extendida.

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46 Muchas Gracias por su Atención