La rehabilitación de edificios con criterios ambientales

Transcripción

1 La rehabilitación de edificios con criterios ambientales Soluciones (2) Las instalaciones de climatización del edificio: frío y calor José Sahún Nuez Responsable de Medio Ambiente y Nuevos Vectores Energéticos Gas Natural SDG, S. A. Madrid, 6 de abril de 2006 Contenido 1. Sector Terciario Cogeneración Calderas de alto rendimiento Frío con energía solar térmica 2. Sector Residencial ACS con energía solar térmica Cocción con vitrocerámica a gas 1

2 Sector Terciario Cogeneración 1. 1 Sector Terciario. Cogeneración La generación centralizada de energía eléctrica presenta las siguientes características: Pérdidas en el proceso de generación, transformación, transporte y distribución Central de producción Subestación de distribución Estación de Transformación Estación receptora Subestación de distribución En algunos casos se pueden dar situaciones de menor calidad y estabilidad del suministro eléctrico Residencial Comercial Industrial 2

3 Sector Terciario. Cogeneración Co/Trigeneración como base de soluciones GEDIS Generación simultánea de electricidad y calor (y/o frío) Alternativa a la generación convencional (gran central eléctrica + calderas + máquinas de frío eléctricas) Central de producción Estación de Transformación Motores de Subestación cogeneración de distribución Estación receptora Subestación de distribución Tecnología probada Suministro energético de calidad Residencial Comercial Industrial Turbina de gas Sector Terciario. Cogeneración Cogeneración Producción simultánea de electricidad, calor y/o frío Electricidad Calor y frío Generación eléctrica distribuida Autoconsumo de la electricidad generada para cubrir necesidades propias y exportación del excedente a la red eléctrica District Heating&Cooling Suministro de agua caliente y/o fría a los puntos de consumo para calefacción y/o refrigeración 3

4 Sector Terciario. Cogeneración Comparación: Mix generación Cogeneración 75% 74 (Pérdidas) 153 Energía primaria Mix de generación No se incluyen las pérdidas en la red eléctrica eléctrica e 35% electricidad electricidad e Caldera t 90% calor % 100 Cogeneración calor t 35% Energía primaria 4 (Pérdidas) 25 (Pérdidas) Sector Terciario. Cogeneración Comparación: Ciclo combinado Cogeneración 75% 33 (Pérdidas) 112 Energía primaria No se incluyen las pérdidas en la red eléctrica Ciclos Combinados e 55% electricidad electricidad e 40% Caldera t 90% calor calor t 35% Cogeneración 100 Energía primaria 4 (Pérdidas) 25 (Pérdidas) 4

5 Sector Terciario. Cogeneración Comparación emisiones: Mix de generación convencional Ciclos combinados Cogeneración CO2 en.térmica con calderas tco2 / GWh_ util CO2 electr con ROrd 2005 CO2 electr con CC CO2 con Cogen 0 Sector Terciario. Cogeneración Tecnologías básicas Motores alternativos de combustión interna Turbinas Red eléctrica Pilas de combustible Microturbinas 5

6 Sector Terciario. Cogeneración Motores alternativos de combustión interna (MACI) Tecnología madura. Comercial Potencias entre 1kW 20 MW (150 kw 4 MW) Rend eléctrico 25 45% Recuperación AT (escape), BT (camisas) y BBT (intercooler y aceite) Mantiene rend a cargas parciales Objetivo I+D: Rend eléctr 50-55%, reducir emisiones NOx, reducir mantenimiento Salida de gases Caldera de recuperación Gases de escape Motor de combustión interna Camisas cilindros Aceite Intercooler Agua caliente retorno Agua caliente impulsión Sector Terciario. Cogeneración Turbinas de gas Salida de gases Gas natural Caldera de recuperación Vapor - retorno Tecnología madura. Comercial Potencias entre 500kW 250 MW Quemador Vapor - impulsión Gases de escape Rend eléctrico 32 46% Recuperación AT (vapor) Rend empeora a cargas parciales Compresor Air e Turbina Generador Objetivo I+D: Rend eléctr 60%, reducir emisiones NOx y CO, nuevos materiales 6

7 Sector Terciario. Cogeneración Microturbinas de gas Tecnología joven Poca oferta comercial. Elevada inversión Potencias entre 30kW 100 kw Rend eléctrico 26-30% Recuperación AT (vapor) o BT (agua caliente) Mucha sensibilidad a variación temperatura ambiente Rend empeora a cargas parciales Objetivo I+D: Rend eléctr > 30%, aumentar vida > horas aire generador compresor gas cámara de combustión recuperador turbina intercambiador humos-agua Sector Terciario. Cogeneración Pilas de combustible Tecnología en desarrollo Oferta prototipos. Muy elevada inversión Potencias entre 1kW 1 MW Rend. eléctrico 30-65% Diversas tecnologías: BT: AFC, PAFC, PEMFC (Aplicaciones móviles y cogeneración doméstica. Necesitan reformador e H 2 muy puro) AT: MCFC y SOFC (Aplicaciones cogeneración terciaria. Etapa reformado integrada en pila) 7

8 Sector Terciario. Cogeneración Evolución económica de diferentes tecnologías de generación eléctrica según EPRI (Electric Power Research Institute) Sector Terciario. Cogeneración Marco legal actual - RD 436/2004 Subgrupo a.1: cogeneraciones a gas natural Autoconsumos eléctricos > 10% REE > 55 % (motores a gas natural) REE > 59 % (turbinas a gas natural) REE = ProducciónEléctrica AprovechamientoTérmico Consumo 0,9 8

9 Sector Terciario. Cogeneración Marco legal futuro Directiva 2004/8/CE de fomento de la cogeneración de alta eficiencia No habla de autoconsumos eléctricos No define el régimen económico PES > 10 % si 1MWe y PES> 0 si < 1 MWe (*) RG > % dependiendo de la tecnología (*) Cogeneración a pequeña escala < 1 MWe Microcogeneración < 50 kwe Electricidad cogenerada Sector Terciario Calderas de alto rendimiento 1. 9

10 Sector Terciario. Calderas de alto rendimiento Calderas estándar I 1ª generación Caldera clásica Temperaturas de retorno ~ 55ºC para condiciones normales de funcionamiento de 90/70ºC La temperatura de los humos ha de ser superior a la de rocío para evitar condensaciones Sector Terciario. Calderas de alto rendimiento Calderas de baja temperatura II 2ª generación Temperaturas de retorno de forma contínua entre 35 40ºC Puede trabajar con temperaturas por debajo de la del punto de rocío de los productos de combustión FUNCIONAMIENTO 1. Descenso progresivo de la temperatura de impulsión según la demanda Adecuado para sistemas de calefacción convencionales por radiadores 2. Funcionamiento a temperatura constante Adecuado para elementos terminales de baja temperatura tales como fan-coils, climatizadores, etc 10

11 Sector Terciario. Calderas de alto rendimiento Calderas de baja temperatura II 2ª generación 80 kwt - 1,7 MW t Regulación Aislamient o térmico Tres pasos de humos Quemador Sector Terciario. Calderas de alto rendimiento Calderas de baja temperatura II 2ª generación 1,8 5,9 MW t Superficie transitable Carro-Guía para quemador Haz tubular Aislamiento térmico Tres pasos de humos 11

12 Sector Terciario. Calderas de alto rendimiento 3ª generación III Calderas de condensación Condensan una parte del vapor de agua de los gases de la combustión No tienen límite inferior en la temperatura de funcionamiento en caldera FUNCIONAMIENTO 1. Descenso progresivo de la temperatura de impulsión según la demanda: Adecuado para sistemas de calefacción convencionales por radiadores 2. Funcionamiento a temperatura constante Adecuado para elementos terminales de baja temperatura tales como fan-coils, climatizadores, etc Sector Terciario. Calderas de alto rendimiento 3ª generación III Calderas de condensación Flujo de energía PCS PCI Pérdidas por humos (Calor sensible) Pérdidas por Radiación y Convección Baja Temp.: Re = 94 % Condensación: Re = 106 % Pérdidas por humos (Calor latente) La La técnica técnica de de condensación condensación permite permite aprovechar aprovechar una una parte parte del del PCS PCS recuperando recuperando parte parte del del calor calor latente latente en en los los humos humos Rendimiento sobre PCI > 100% 12

13 Sector Terciario. Calderas de alto rendimiento 3ª generación III Calderas de condensación Intercambiador de calor Flujo de los humos Intercambiador de calor de placas humos agua que maximiza la transferencia de calor Acero inoxidable resistente a la agresión de condensados ácidos Lado agua Sector Terciario. Calderas de alto rendimiento 3ª generación III Calderas de condensación Hogar de acero inoxidable Aislamient o térmico Quemador kw t Retorno Intercambiador humos-agua de acero inoxidable Recogida de condensado s 13

14 Sector Terciario Frío con energía solar térmica 1. 3 Sector Terciario. Frío con energía solar térmica Formas de captación solar Energía Energía Solar Solar Indirecta Energía Energía Solar Solar Directa Directa Efecto s/atmósfera Eólica Eólica Hidráulica Efecto s/hidrosfera Olas Olas Efecto Térmico Energía Energía Solar Solar Térmica Térmica Efecto Fotónico Energía Biomasa Energía Solar Solar Fotovoltaica Pasiva Arquitectura Solar Solar Activa Solar Solar Térmica Térmica 14

15 Sector Terciario. Frío con energía solar térmica Generalidades La refrigeración solar es totalmente complementaria a la calefacción solar VENTAJAS Coincidencia de la máxima producción solar y la máxima demanda de refrigeración para aire acondicionado Diversificación de recursos energéticos Fuente energética inagotable y respetuosa con el medio ambiente Acumulador calor Aplicación muy interesante para el sector terciario (hoteles, oficinas, centros comerciales, etc) Caldera Torre refrigeración Enfriadora Absorción Directiva 2002/91/CE de eficiencia energética en los edificios Código Técnico de la Edificación Consumos de frío Consumos de calor Sector Terciario. Frío con energía solar térmica Captadores solares Los captadores solares térmicos son los elementos capaces de captar la radiación solar y transferirla a un fluido caloportador para su aprovechamiento Captadores solares solares < 80ºC 80ºC Captadores solares solares > 80ºC 80ºC Aplicaciones baja baja temperatura (calentamiento acs) acs) Aplicaciones de de refrigeración (frío (frío por por absorción) 15

16 Sector Terciario. Frío con energía solar térmica Captadores solares para aplicaciones de refrigeración Captadores de media temperatura ºC Captadores planos de alta eficiencia Rango temp ºC Construcción similar a los captadores planos convencionales de BT Incorporan hasta 3 cubiertas de vidrio con tratamiento antirreflexión y contienen un gas inerte Captan radiación solar directa, difusa y reflejada Eficiencia y coste similar a captadores de tubos de vacío, pero con mayor robustez Sector Terciario. Frío con energía solar térmica Captadores solares para aplicaciones de refrigeración Captadores estacionarios de baja concentración (CPC) Rango temp ºC Captan radiación solar directa, difusa y reflejada Captadores cilindro-parabólicos (CCP) Rango temp hasta 450ºC Solamente captan radiación solar directa, por lo que han de seguir la trayectoria solar T < 200ºC agua o agua con etilenglicol 200 < T < 450ºC aceite sintético 16

17 Sector Terciario. Frío con energía solar térmica Equipos de refrigeración Refrigeración evaporativa con desecante (DEC) Producción de aire frío Combinación de refrigeración evaporativa y deshumidificación del aire con desecantes Refrigerante: agua (en contacto con el aire) Desecantes: gel de sílice o LiCl Energía de apoyo cuando la energía solar no es suficiente: calderas de gas Sector Terciario. Frío con energía solar térmica Equipos de refrigeración absorbente refrigerante Sistemas de absorción Producción de agua fría Absorbente = líquido Riesgo de cristalización del absorbente Oferta limitada en equipos de pequeña potencia LiBr Agua Agua de refrigeración Condensador Refrigerante (vapor de agua) Refrigerante (agua) Evaporador Solución concentrada (LiBr) Absorbedor Agua NH3 Generador Vapor o agua caliente Intercambiador de calor de la solución Solución diluida Inversión superior a los equipos de compresión Agua fría Agua de refrigeración COP Potencia Temp foco caliente Simple efecto 0,55 0,7 > 30 kwf > 80 ºC Doble efecto 0,9 1,3 > 175 kwf > 160 ºC 17

18 Sector Terciario. Frío con energía solar térmica Equipos de refrigeración Sistemas de adsorción Producción de agua fría Adsorbente = sólido No hay riesgo de cristalización Oferta muy limitada Inversión superior a los equipos de absorción adsorbente Gel de sílice refrigerante Agua COP ~ 0,6 Potencia > 50 kwf Temp foco caliente > 80 ºC Sector Residencial ACS con energía solar térmica 2. 18

19 Sector Residencial. ACS con energía solar térmica 4 Subsistema de regulación y control Caldera mixta o calentador instantáneo Captadores solares Sonda de insolación Centralita de regulación Acumulado r solar 3 Subsistema de apoyo a gas 1 Subsistema captación solar Intercambiado r de calor 2 Subsistema intercambio y acumulación Agua fría Salida agua caliente Sector Residencial. ACS con energía solar térmica Vivienda multifamiliar. Acumulación centralizada y apoyo individual 19

20 Sector Residencial. ACS con energía solar térmica Vivienda multifamiliar. Acumulación y apoyo individual Sector Residencial. ACS con energía solar térmica Vivienda multifamiliar. Otras configuraciones Acumulación solar mixta (centralizada + individual) Acumulación centralizada e intercambiador individual 20

21 Sector Residencial. ACS con energía solar térmica Vivienda unifamiliar. Configuración a medida Sector Residencial. ACS con energía solar térmica Vivienda unifamiliar. Equipos prefabricados 21

22 Sector Residencial. ACS con energía solar térmica Manual Solar-Gas Sector Residencial. ACS con energía solar térmica Ordenanzas Municipales Solares Recogen el compromiso y la voluntad de distintos municipios de apoyar la energía solar térmica, obligando a las nuevas construcciones a incorporar instalaciones solares térmicas para la producción de ACS que cubran un determinado porcentaje Entre las capitales de provincia que disponen de Ordenanza Solar, se encuentran: Barcelona, Burgos, Ceuta, Granada, Madrid, Pamplona, Sevilla, Valencia, etc 22

23 2 3,05 m carre 8,60 m carre 24,14 m carre 3,41 m carre 5,51 m carre 2,26 m carre 13,81 m carre 9,91 m carre 9,30 m carre Sector Residencial. ACS con energía solar térmica Código Técnico de la Edificación Regula la implantación de instalaciones solares térmicas ACS para todo el territorio nacional Grado de Cobertura o Contribución Solar Mínima en función de Zona Climática, nivel de Demanda ACS y la Energía de apoyo Aprobado el el 17/03/2006 Parte I I publicada en en Real Decreto 314/2006 (BOE 28/03/2006) Sector Residencial. ACS con energía solar térmica Comparación 2,5 m 2,5 m E 1 : 200 Edificio multivivienda 3 habitaciones dobles por vivienda Sur Ordenanzas Municipales Barcelona Madrid Sevilla Burgos Pamplona Latitud (º) Temp ACS (ºC) Temp agua fría (ºC) No dice No dice Ordenanza antigua No dice SODEAN Ordenanza nueva (* (IDAE + Censolar) (IDAE + Censolar) (IDAE + Censolar) 10 ºC constantes Temp ambiente (ºC) Censolar Censolar Ordenanza Censolar Censolar Caudal mínimo (l/pers.dia) Factor simultaneidad SI NO NO SI NO SI 0, ,72 1 0,72 Fracción solar anual exigida 60% 60% 75% 2/3 (67%) 60% 60% Radiación H solar (kwh/m2) No dice No dice Atlas solar ICAEN No dice Ordenanza Atlas solar ICAEN (IDAE + Censolar) (IDAE + Censolar) (IDAE + Censolar) IDAE + Censolar IDAE + Censolar (*) Según texto publicado por Agència d'energia de Barcelona. Aprobada el 24/02/2006. Entrará en vigor a los 6 meses de la publicación en B.O.P. Código Técnico Edificación (**) Barcelona Madrid Sevilla Burgos Pamplona Zona climática II IV V II II Fracción solar anual exigida 30% 60% 70% 30% 30% Temp ACS (ºC) Caudal mínimo (l/pers.dia) 60 ºC 28 (**) Según último borrador publicado (Nov. 2005). Aprobado el 17/03/2006. Entrará en vigor a los 6 meses de publicación en el B.O.E. 23

24 Sector Residencial Vitrocerámica a gas 2. 2 Sector Residencial. Vitrocerámica a gas Cocción La demanda energética en la vivienda suele ser en forma de energía eléctrica (iluminación, alimentación de motores eléctricos o equipos electrónicos) y energía térmica (calefacción y cocción) Para cocinar se requieren unos kwh t al año de energía 24

25 Sector Residencial. Vitrocerámica a gas Cocción Si utilizamos una encimera vitrocerámica eléctrica precisamos de una instalación eléctrica más robusta, se generan problemas de punta de demanda y se emiten 800 kg CO 2 /año Con una encimera vitrocerámica a gas tan sólo se emitirían 275 kg CO 2 /año Muchas gracias 25