Climatización: Situación actual y perspectivas de futuro Rodrigo Llopis Doménech José Luís Gandía

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1 Climatización: Situación actual y perspectivas de futuro Rodrigo Llopis Doménech José Luís Gandía Jornada de Eficiencia Energética en Climatización Universitat Jaume I Castellón Abril de 2014

2 ÍNDICE Importancia de la Climatización Situación actual de la Climatización Tendencias de futuro de la Climatización

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4 1. Importancia de la Climatización Introducción Climatización Ciencia o técnica destinada a crear y mantener ciertas condiciones (de forma natural o artificial) de temperatura, humedad y calidad del aire dentro de recintos para garantizar el confort humano y la salubridad. Los segundos aspectos más importantes COSTE DE INVERSIÓN COSTE ENERGÉTIC O COSTE DE MANTENIMIE NTO ESPACIO NECESARIO REGLAMENT ACIÓN OTROS: fiabilidad, adaptabilida d, gestión,.. Confort humano Requerimientos básicos Temperatura Humedad Calidad del aire Movimiento del aire Ruido

5 Consumo de energía (%) 1. Importancia de la Climatización Consumo energético Consumo de energía primaria en España en 2011: Edificios + Sector servicios: (24391 ktep) 26.1% de toda la energía primaria consumida en España ,9 9,6 19,4 19,6 Refrigeración Iluminación Equipamiento ACS Calefacción ,5 Plan de acción de ahorro y eficiencia Energética Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, IDAE, Principales consumos: Calefacción + refrigeración, ACS, Equipamiento Refrigeración y calefacción: 51.4% de la energía utilizada en edificios y en sector servicios 13.42% de la energía primaria consumida en España

6 Consumo de energía (%) Consumo de energía (%) 1. Importancia de la Climatización Consumo energético Consumo de energía del sector doméstico (17.5% de la energía consumida en España) Consumo de energía del sector servicios (8.6% de la energía consumida en España) ,1 3,9 20,6 27,4 47 Refrigeración Iluminación Equipamiento ACS Calefacción , ,4 3,3 31,1 Refrigeración Iluminación Equipamiento ACS Calefacción Calefacción y refrigeración doméstica: 48.1% de la energía utilizada en viviendas Calefacción y refrigeración servicios: 57.3% de la energía utilizada en sector servicios Plan de acción de ahorro y eficiencia Energética Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, IDAE, 2011.

7 1. Importancia de la Climatización Otros costes Coste económico Inversión inicial en Sist. Clima: hasta un 20% del coste inicial del edificio [1] % del consumo energético del edificio [2] Coste de mantenimiento importante Fiabilidad del sistema Técnicos encargados del sistema [1] F.J. Rey, E. Velasco, R. Herrero, F. Valera. Selección de un sistema de climatización con el programa de simulación HAP. Congreso Mediterrânico de Climatizaçâo. Lisboa [2] Plan de acción de ahorro y eficiencia Energética Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, IDAE, Espacio necesario Mucho espacio necesario para ubicar los equipos Elevado tamaño de los sistemas de distribución de energías Espacio para colocar los elementos terminales

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9 2. Situación actual de la climatización Visión general Mapa del flujo de energía para proporcionar el confort térmico [1] Recursos energéticos Sistema de conversión de energía Elemento pasivo Servicio final Uso de energía Sistema Clima Equipamiento Espacio acondicionado Confort térmico [1] L. Perez-Lombard, J. Ortiz, I.R. Maestre, The map of energy flow in HVAC systems, Applied Energy, 88 (2011)

10 2. Situación actual de la climatización Recursos energéticos Mapa del flujo de energía para proporcionar el confort térmico [1] Recursos energéticos Sistema de conversión de energía Elemento pasivo Servicio final Uso de energía Sistema Clima Equipamiento Espacio acondicionado Confort térmico 26.1% de la energía primaria consumida en España Un alto porcentaje proviene de fuentes de energía no renovables Gas natural, gas-oil,... Electricidad PROBLEMÁTICA: Precios crecientes de las fuentes de energía (En especial la electricidad) El consumo energético en climatización = indicativo del grado de desarrollo del mismo. debería redefinirse este concepto Debería basarse en el grado de eficiencia que alcanza dicho país

11 2. Situación actual de la climatización Equipamiento en edificios Equipamiento Refrigeración: Casi todo el equipamiento está basado en sistemas de compresión Rooftops 5% Compactos 5% Unitarios < 12kW 36% [1] Energy Efficiency and Certification of Central Air Conditioners (EECCAC), Jérôme Adnot, France 2003 Chillers 45% Splits >12kW 7% VRV 2% Principales sistemas de refrigeración en edificios en Europa (2008)

12 2. Situación actual de la climatización Equipamiento en edificios Equipamiento PROBLEMÁTICA REFRIGERACIÓN: Rendimiento de los equipos TIPO CONDENSADOR EER MIN PROM MAX Solo frío Aire B.C. Aire Solo frío Agua B.C. Agua Enorme variabilidad entre equipos... Hasta hace poco no se exigía un nivel mínimo de eficiencia energética Reglamento UE 206/2012 Comisión Europea

13 2. Situación actual de la climatización Equipamiento en no residencial Equipamiento Refrigeración: La mayor parte del equipamiento está basado en sistemas de compresión Desplazamiento positivo (pistones y tornillos) (Agua) 26% Centrífugos 1% Absorción >350kW 1% [1] IPCC - UNEP, Safeguarding the Ozone Layer and the Global Climate System: Special Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Desplazamiento positivo (pistones y tornillos) (Aire) 72% Principales sistemas de refrigeración en edificios no residencial en Europa (2001)

14 2. Situación actual de la climatización Equipamiento en no residencial Equipamiento PROBLEMÁTICA REFRIGERACIÓN: Rendimiento de los equipos Ventajas importantes de los sistemas condensados por agua La eficiencia aumenta linealmente con la potencia del sistema Enfriadoras de desplazamiento positivo (pistones y tornillos)

15 2. Situación actual de la climatización Refrigerantes Equipamiento AC y BC aire-aire Equipos fabricados <2000: HCFC-22 Protocolo Montreal directivas RE 2037/200 y CE- 1005/2009 = Phase-out of HCFC Banco de refrigerantes en 2008 R22 = 85% R134a, R407C, R410A = 15% Distribución de refrigerantes para nuevos splits de conductos en EU15 (<17.5kW) [1] Global inventories of the worldwide fleets of refrigerating and air conditioning equipment in order to determine refrigerant emissions. The 1990 to 2006 updating., D. CLODIC, S. BARRAULT, S. SABA, France 2010

16 2. Situación actual de la climatización Refrigerantes Equipamiento Chillers (centrifugos, tornillo, scroll, pistones) Equipos fabricados <2000: HCFC-22 Protocolo Montreal directivas RE 2037/200 y CE- 1005/2009 = Phase-out of HCFC Banco de refrigerantes (No existen datos) R22, R134a, R407C, R410A Otros: R717, HCs, R744 Distribución de refrigerantes para nuevos chillers centrífugos y volumétricos EU15 [1] Global inventories of the worldwide fleets of refrigerating and air conditioning equipment in order to determine refrigerant emissions. The 1990 to 2006 updating., D. CLODIC, S. BARRAULT, S. SABA, France 2010

17 2. Situación actual de la climatización Refrigerantes Equipamiento Problemática medioambiental: Relacionada con presencia de Cloro (CFC, HCFC) Reglamento Europeo 2037/2000 desaparición de los CFC y HCFC (fin 2015) Escasez de R22 (procesos drop-in) Relacionada con el calentamiento global (GWP) Tasazo sobre refrigerantes en España (Ley 16/2013, de 29 de octubre) 0.02 x GWP con un máximo de 100 /kg + IVA (Fluidos con GWP>150) R134a = 26 /kg, R410A 33.8 /kg, R407C 33.1 /kg Nueva F-Gas (texto aprobado por el Parlamento Europeo el 12/3/2014) Limitaciones en la cantidad de gas disponible Control de importaciones de gases refrigerantes

18 2. Situación actual de la climatización Espacio acondicionado y confort térmico Espacio acondicionado Confort térmico Constituye la parte del sistema que provoca que los sistemas de climatización sean necesarios Es la causa del consumo energético A nivel Español: CTE (Real Decreto 314/2006 y modificaciones): Establecimiento de unos niveles de eficiencia mínimos para los edificios RITE (Real Decreto 1027/2007): Establecimiento de unos requisitos mínimos de eficiencia Contribución de fuentes renovables Límites en las condiciones de confort térmico (edificios de pública concurrencia) Observación: Gran parte de los edificios en España están visados y construidos antes de la aprobación de dichas normativas

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20 3. Tendencias de futuro de la climatización Visión general Mapa del flujo de energía para proporcionar el confort térmico [1] Recursos energéticos Sistema de conversión de energía Elemento pasivo Servicio final Uso de energía Sistema Clima Equipamiento Espacio acondicionado Confort térmico [1] L. Perez-Lombard, J. Ortiz, I.R. Maestre, The map of energy flow in HVAC systems, Applied Energy, 88 (2011)

21 3. Tendencias de futuro de la climatización Recursos energéticos Mapa del flujo de energía para proporcionar el confort térmico [1] Recursos energéticos Sistema de conversión de energía Elemento pasivo Servicio final Uso de energía Sistema Clima Equipamiento Espacio acondicionado Confort térmico En el futuro cercano los sistemas HVAC seguirán dependiendo de combustibles fósiles El desarrollo de sistemas HVAC que dependan de fuentes renovables son la base para la reducción del impacto medioambiental de este sector (y serán la fuente de negocio más importante para el sector) Energía solar [1] L. Perez-Lombard, J. Ortiz, I.R. Maestre, The map of energy flow in HVAC systems, Applied Energy, 88 (2011)

22 3. Tendencias de futuro de la climatización Equipamiento en edificios Equipamiento La mejora de la eficiencia energética de los equipos actuales es la estrategia perseguida por los fabricantes para reducir el consumo de las plantas de Climatización Cuanta más centralización más ahorro energético Compresores: Tornillos, centrífugos, scroll,... Regulación de capacidad para trabajar en puntos de rendimiento máximo Motores más eficientes Válvulas de expansión: Electrónicas Intercambiadores de calor: De alta eficiencia De reducido volumen (reducir carga de refrigerante) Sistemas de control y regulación electrónicos

23 3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético Sistemas de enfriamiento evaporativo Utilizados actualmente en grandes instalaciones de climatización Permiten obtener reducciones de consumo de hasta un 40% respecto a sistemas condensados por aire Coste económico muy reducido Inconvenientes: Legionella (prioridad de mantenimiento) Altas eficiencias para ambientes con HR<40%

24 3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético Integración de instalaciones Cogeneración : producción de electricidad, calor y frío de forma simultánea Recuperación de calor residual Utilización en el sistema de Clima Calentamiento de ACS Activación de sistemas de producción de frío (adsorción) Inconvenientes: Altas inversiones Altos costes de utilización y mantenimiento Limitado al sector comercial y grandes edificios

25 3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético Sistemas de climatización basados en geotermia Actualmente básicamente a nivel de BC: elevación de la temperatura de evaporación mejora notable del COP (incremento de un 15 a 20%) Utilizar el suelo como almacén térmico en sistemas reversibles Invierno: Modo generación de calor: enfriamiento del suelo aprovechamiento de suelo calentado en verano Verano: Modo producción de frío: calentamiento del suelo aprovechamiento del suelo enfriado en invierno Inconvenientes: Elevado coste del sistema geotérmico Dificultad para el cálculo del sistema geotérmico

26 3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético Almacenamiento térmico en sistemas de Refrigeración Almacenar frío durante periodos de baja demanda para compensar picos de alta demanda No aumenta la eficiencia energética, pero permite reducir el coste de la energía COP Demanda Coste Coinciden: pico de demanda pico de coste de la energía menor COP del chiller

27 3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético Almacenamiento térmico en sistemas de Refrigeración Almacenar frío durante periodos de baja demanda para compensar picos de alta demanda No aumenta la eficiencia energética, pero permite reducir el coste de la energía COP Coste Demanda Almacenamiento térmico de frío Baja demanda Coste energético bajo Mayor COP de la planta Ventajas: Reduce el coste de la energía (hasta un 30% de la factura) Permite diseñar equipos de menor potencia (parte de la potencia a carga total se cubre con el sistema de almacenamiento térmico) Inconvenientes: Coste del sistema y espacio requerido Regulación del sistema

28 3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético Sistemas accionados por energía solar La energía solar es una fuente gratuita y de mucha capacidad Los picos de demanda frigorífica coinciden con los picos de energía solar Tecnología disponible Sistemas de absorción: BrLi/H 2 O, NH 3 /H 2 O Sistemas de adsorción Sistemas de desecantes (deshumectación)

29 3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético Sistemas accionados por energía solar Ventajas: Permiten climatización con bajo coste energético (siempre que se disponga de una fuente de calor gratuita) Inconvenientes: Costes de instalación demasiado elevados (rentabilidades por ahora bajas) Costes de mantenimiento elevados (falta de técnicos de mantenimiento de estas instalaciones) En general vida útil corta

30 3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético Refrigerantes La regulación actual no favorece el uso de refrigerantes HFC (R134a, R4xxx, R407C, R410A) Tasa sobre refrigerantes en España (Ley 16/2013, de 29 de octubre) En ocasiones la tasa supera el coste del refrigerante REFRIGERANTE PCA Impuesto ( /kg) R134a R410A R407C R600a R R717 (NH3) R744 (CO2) Nueva F-Gas (aprobada por el Parlamento Europeo 12/2/2014) Limitaciones en la cantidad de gas disponible (reducción desde niveles promedio de : 2015=100% a 2030=21%) aumento de coste Control de importaciones de gases refrigerantes (equipos sin precargar) Equipos AC móviles y herméticos solo permitido fluidos con GWP<150 a partir de 2020 Equipos split de menos de 3kg de refrigerante prohibido uso fluidos GWP 750 a partir de 2025

31 3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético Refrigerantes La tendencia del mercado será desarrollar equipos con bajo GWP (refrigerantes naturales) Hidrocarburos: Pequeños equipos herméticos con baja carga de refrigerante (especialmente basados en propano) CO 2 : No en países cálidos como España, por la baja eficiencia HFOs: Por ahora solo en automoción. Riesgo de inflamabilidad. Enfriadoras de amoníaco: Con sus sistemas inherentes de seguridad se están imponiendo como una buena alternativa energética y medioambiental

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33 4. Conclusiones Recursos energéticos En futuro próximo seguiremos dependiendo de combustibles fósiles. La única alternativa viable a largo plazo es la energía solar. Equipamiento Los fabricantes implementan mejoras continuas de los equipos basados en compresión Nuevas estrategias de ahorro se están imponiendo o deberían imponerse: integración de instalaciones para recuperación de calor, almacenamiento térmico, enfriamiento evaporativo Los sistemas basados en energía solar tienen un futuro aún incierto Refrigerantes Debido a la regulación, el mercado de la Climatización tiene tendencia a implementar equipamiento basado en refrigerantes naturales.

34 Climatización: Situación actual y perspectivas de futuro Rodrigo Llopis Doménech José Luís Gandía Jornada de Eficiencia Energética en Climatización Universitat Jaume I Castellón Abril de 2014