ACV España Gaspar Martín Ahorro energético en instalaciones de producción de A.C.S. centralizadas. Galicia, Diciembre 2013

Transcripción

1 ACV España Gaspar Martín Ahorro energético en instalaciones de producción de A.C.S. centralizadas. Galicia, Diciembre 2013

2 El grupo ACV INTERNACIONAL ACV desarrolla, produce y comercializa desde 1922 soluciones tecnológicas para la producción de agua caliente sanitaria y calefacción de uso residencial y terciario. Filiales en 15 países (30 años en España) Red de distribuidores en 40 países Fábricas en EEUU y Bélgica Concepto TANK IN TANK Concepto HEAT MASTER

3 Gama de productos ACV Acumuladores TANK IN TANK hasta 800 litros Calderas murales hasta 120 kw Calderas eléctricas hasta 260 kw Generadores HEAT MASTER hasta 120 kw. Calderas de pie hasta kw Equipos autónomos ACV BOX a medida Sistemas de energía solar

4 Objetivo de las instalaciones de A.C.S. Satisfacer el confort de los usuarios en su demanda de A.C.S., con el mínimo consumo energético y optimizando el coste económico de la instalación.

5 CONCEPTOS PREVIOS Elementos de las instalaciones de A.C.S. -CALDERA -ELEMENTO INTERCAMBIADOR: transfiere energía del lado generador (circuito primario) al lado consumo (circuito secundario). -DEPÓSITO ACUMULADOR (para absorber puntas de consumo).

6 CONCEPTOS PREVIOS Tipos de acumuladores-intercambiadores de A.C.S. INTERACUMULADORES ACUMULADORES INTERCAMBIO: Serpentín Tubo aleteado Haz tubular Intercambiador de placas Concepto TANK IN TANK TANQUE DOBLE ENVOLVENTE

7 CONCEPTOS PREVIOS Tipos de sistemas de A.C.S. Para dimensionar la instalación de producción de ACS debe considerarse que la energía aportada (producción más acumulación) debe igualar a la consumida en el período punta; por eso si los volúmenes de acumulación son menores las potencias deberán ser mayores (sistemas de semi-acumulación, o semiinstantaneos) y si los volúmenes de acumulación son mayores las potencias podrán ser inferiores (sistemas de acumulación). Instantáneo Semi- Instantáneo Semi- acumulación Acumulación ENERGÍA APORTADA: Potencia caldera + Acumulación

8 Objetivo de las instalaciones de A.C.S. consumo energético

9 CONSUMO ENERGÉTICO El principal objetivo es que la energía útil destinada al servicio de ACS sea el máximo de la energía primaria empleada, reduciendo las pérdidas que conforman el factor f, y mejorar el rendimiento útil del conjunto. Donde: E = P (W) T f E = Energía necesaria para el sistema de A.C.S. P = Potencia Útil obtenida del sistema (caldera + acumulador) T = Horas del período considerado f = factor que incluye las pérdidas por intercambio*, acumulación, circuito primario, circuito de distribución y recirculación. *Depende del sistema de intercambio (int. placas, serpentín, ).

10 CONSUMO ENERGÉTICO Perdidas térmicas Distribución Pérdidas térmicas Acumulación Rendimiento energético generador Consumo eléctrico Rendimiento energético intercambiador E (Wh) = P (W) T f

11 CONSUMO ENERGÉTICO Factores que influyen la reducción de pérdidas. Rendimiento energético del generador: - Instalación de equipos de condensación. - Gestión del quemador modulante. Rendimiento energético del intercambiador: - Intercambiadores de placas aislados. - Uso de sistemas de intercambio doble envolvente. Pérdidas térmicas en acumulación: - Uso de sistemas semi-instantáneos, reduciendo acumulación. - Aislamiento adecuado para los acumuladores. Pérdidas térmicas en distribución: - Minimizar los metros de tuberías de distribución (uso de acumuladores doble envolvente o generadores semi-instantáneos). - Aislar adecuadamente conducciones y elementos singulares.

12 Objetivo de las instalaciones de A.C.S. Consumo Energéticoconfort confort prestaciones

13 MÉTODO DE CÁLCULO Y SELECCIÓN Cálculo paso a paso Analizar el consumo: Usuarios, entorno, estacionalidad, etc... Cuantificar períodos y caudales punta de consumo Diseño del sistema de acumulación adecuado al período punta. Calculo potencia a partir de la acumulación seleccionada.

14 CÁLCULO (DATOS PREVIOS) 1 Analizar el consumo: Usuarios, entorno, estacionalidad, etc... Tipo de demanda de ACS: Períodos punta consumo definido: Vestuarios industriales, campos deportivos, comisarías, polideportivos, etc... Normalmente el usuario dispone de grupos cuantificables. (Turno actividad, grupo deportivo, etc...) La demanda máxima es sostenida en el tiempo y relativamente fácil de cuantificar. Períodos punta aleatorios: Hoteles, viviendas, residencias, gimnasios, etc... A pesar de existir un programa funcional del edificio fiel a la realidad de su uso, las posibles variaciones derivadas de la individualidad hacen difícil cuantificar el período y consumo punta.

15 CÁLCULO (DATOS PREVIOS) El problema fundamental es conocer el volumen de ACS en un periodo punta (Vacs), tanto en valor como en duración (para poder identificar puntas de consumo). Se requieren datos iníciales (nº de usuarios, distribución diaria, ) Vacs periodo punta Vacs: periodo crítico Hotel Negocios día Hotel Vacs: 2 horas :00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00

16 CÁLCULO (CAUDALES PUNTA) 2 Cuantificar períodos y caudales punta de consumo. UNE /08 AFNOR Método Montecarlo Qc máximo instantáneo y 10 minutos punta Qp en Período máximo consumo Anàlisis del consumo diario CTE DB HE UNE 94005:2004 Total consumo día

17 CÁLCULO (CAUDALES PUNTA) Consumo total diario (Qd) Consumo periodo punta 60/120 minutos (Qp) Consumo periodo crítico 10 minutos (Qc)

18 CÁLCULO (CAUDALES PUNTA) Consumo total diario (Qd) Norma UNE 94002/2005 CTE DB-HE Consumo total diario, demanda de referència Litros ACS/dia : por: 60ºC (CTE DB- HE4) Consumo 40ºC. Consumo 45ºC. Viviendas unifamiliares persona 30 50,00 42,86 Hospitales y clinicas Cama 55 91,67 78,57 Hotel **** Plaza ,67 100,00 Hotel *** Plaza 55 91,67 78,57 Hotel/Hostal ** Plaza 40 66,67 57,14 Hostal/Pensión* Plaza 35 58,33 50,00 Residencia (Geriatricos, estudiantes, etc) Cama 55 91,67 78,57 Vestuarios/Duchas colectivas (Temporizadas) Servicio 15 25,00 21,43 Vestuarios/Duchas colectivas (No Servicio 21 35,00 30,00 Temporizadas) Escuelas Alumno 3 5,00 4,29 Comisarias, cuarteles Persona 20 33,33 28,57 Fábricas y talleres Persona 15 25,00 21,43 Administrativos Persona 3 5,00 4,29 Gimnasios Usuario 20 33,33 28,57 Gimnasios Usuario 25 41,67 35,71 Lavanderias Kg ropa 3 5,00 4,29 Lavanderias Kg ropa 5 8,33 7,14 Cafeterias Servicio 1 1,67 1,43 Peluquerias Servicio 15 25,00 21,43 No aceptables: Camping Parcela 40 66,67 57,14 Viviendas multifamiliares persona 22 36,67 31,43

19 CÁLCULO (CAUDALES PUNTA) Consumo total diario (Qd) La cantidad total de ACS que habrá que suministrar en un dia: Cu N = Vacs Cu = Consumo unitario uso/usuario N = Usos/Usuarios previstos por el programa funcional del edificio Consumo día Hotel 6 5 Qd :00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00

20 CÁLCULO (CAUDALES PUNTA) Consumo total período diario punta (Qt)(Qp) - Hay que definir un tiempo de duración para la punta (60/120 minutos). - Hay que considerar un porcentaje sobre el consumo total diario que se utiliza durante el período punta (Ej: En instalación hotelera es habitual considerar el 50% del total en 60 minutos). Ejemplo: Hotel 4**** de 100 plazas Consumo total diario por usuario 70 l/60⁰c 91,67 l/40⁰c Consumo total diario : l/60⁰c ⁰ l/40⁰c ⁰ Consumo en período punta (a escoger según datos iniciales y exigencia en seguridad de la instalación): % Sobre consumo Tac Tacs Periodo punta total diario 60ºC. 40ºC. 50% l l. 60 minutos 60% l l. 60 minutos 70% l l. 120 minutos 80% l l. 120 minutos

21 CÁLCULO (CAUDALES PUNTA) Consumo período crítico 10 minutos (Qc) Cálculo del caudal punta máximo instantáneo: Los caudales instantáneos se obtienen con la suma de los caudales de todos los aparatos del edificio, aplicando un coeficiente de simultaneidad de uso, ya que no todos los aparatos de un mismo edificio se utilizan al mismo tiempo. Aunque no hay una norma de cumplimiento obligatorio en la que se indiquen los coeficientes de simultaneidad, suelen utilizarse los datos obtenidos con la aplicación de la Norma UNE /08, en la que los caudales instantáneos se tienen con la siguiente expresión: Qc = A (QT)^B + C Siendo: Qc: Caudal simultáneo de cálculo (l/s). QT: Caudal total, suma de todos los aparatos del edificio (l/s). A, B y C:Coeficientes que dependen del tipo de edificio, de los caudales totales de el edificio y de los caudales máximos por aparato.

22 CÁLCULO (CAUDALES PUNTA) Consumo período crítico 10 minutos (Qc) Tabla 2.1 Caudal instantáneo agua fría ACS mínimo para cada tipo de aparato Tipo de aparato [dm 3 /s] [dm 3 /s] Lavamanos 0,05 0,03 Lavabo 0,10 0,065 Ducha 0,20 0,10 Bañera de 1,40 m o más 0,30 0,20 Bañera de menos de 1,40 m 0,20 0,15 Bidé 0,10 0,065 Fregadero doméstico 0,20 0,10 Fregadero no doméstico 0,30 0,20 Lavavajillas doméstico 0,15 0,10 Lavavajillas industrial (20 servicios) 0,25 0,20 Lavadero 0,20 0,10 Lavadora doméstica 0,20 0,15 Lavadora industrial (8 kg) 0,60 0,40 Grifo aislado 0,15 0,10 UNE /08 Qc = A (QT)^B + C

23 CÁLCULO (CAUDALES PUNTA) Consumo período crítico 10 minutos (Qc) QT: Caudal total considerando caudales por aparato unitario (l/s). Qc = A (QT)^B + C Qc(10 min) = (A (QT)^B + C) 60 10

24 CÁLCULO (SELECCIÓN DEL SISTEMA) 3 Diseño del sistema de acumulación adecuado al período punta. Instantáneo Acumulación Semi-acumulación Semi-instantáneo

25 CÁLCULO (SELECCIÓN DEL SISTEMA) Instantáneo Sistemas instantáneos: Su objeto es la producción instantánea de la cantidad de ACS precisa en cada momento. La potencia aplicada es igual a la demanda máxima de ACS. No es aplicable en la mayoría de usos del sector terciario ni en viviendas centralizadas. El ahorro en pérdidas energéticas de acumulación no se justifican (Perdidas por encendidos, pérdidas el sistema de intercambio, etc...). No existe margen de seguridad ante posibles demandas no previstas.

26 CÁLCULO (SELECCIÓN DEL SISTEMA) Acumulación Rasgos característicos de los sistemas de acumulación: Diseño basado en muy poca información del consumo. Gran cantidad de agua caliente sanitaria para asegurar consumo (criterio muy conservador hasta el extremo de acumular todo el consumo diario). Relación acumulación/potencia > 15 L. / kwh. Tiempo de preparación/recuperación superiores a 60 minutos. Conexión en serie del circuito ACS. El intercambiador de calor se sitúa preferiblemente en el exterior de los depósitos (uso de intercambiadores de placas). Largo tiempo de permanencia del ACS a la espera de su consumo (>6 horas) Alto consumo energético.

27 CÁLCULO (SELECCIÓN DEL SISTEMA) Acumulación

28 CÁLCULO (SELECCIÓN DEL SISTEMA) Semi-acumulación Concepto TANK IN TANK Rasgos característicos de los sistemas de semi-acumulación: Potencia térmica adecuada a la demanda de períodos punta de minutos. Relación acumulación/potencia > 5 L. / kwh. El tiempo de preparación/recuperación es inferior a los 60 minutos. Se reduce el volumen ocupado por los acumuladores (facilidad de instalación). El tiempo de permanencia del agua de consumo en el acumulador es muy reducido (reducción riesgo de legionella). Ya que el volumen de almacenamiento es reducido, se reducen las pérdidas térmicas por acumulación. La gran superficie de intercambio de los sistemas doble envolvente permite grandes transferencias de energía en un reducido espacio.

29 CÁLCULO (SELECCIÓN DEL SISTEMA) Semi-acumulación

30 CÁLCULO (SELECCIÓN DEL SISTEMA) Semi-instantáneo Concepto HEAT MASTER Rasgos característicos de los sistemas semi-instantáneos: Potencia térmica adecuada a demanda en períodos punta de 10/60/120 min. Mínima acumulación. Posible Temperatura de trabajo >80ºC. Relación acumulación/potencia <3 L./kWh. El tiempo de preparación/recuperación es inferior a los 30 minutos. El tiempo de permanencia del agua de consumo en el volumen de acumulación es mínimo (prácticamente nulo riesgo de legionella). La posibilidad de modular la potencia calorífica a destinar, evita el efecto indeseado de continuos arranques para pequeñas demandas.

31 CÁLCULO (SELECCIÓN DEL SISTEMA) Semi-instantáneo

32 CÁLCULO (POTENCIA DEL GENERADOR) 4 Calculo potencia a partir de la acumulación seleccionada. Energía total necesaria = (Energía necesaria consumo en el período establecido Energía almacenada en acumulación) / coeficiente pérdidas del sistema Ecal = (Eacs - Eac)/f P(Wh) = [[ [Vacs (l.) (TªAcs TAF) ] - [ (Vac (TªAc TAF) Fua) ] 1.16 (Wh l. ºC) T(h) ] / f Para cubrir consumo en periodo punta Para cubrir consumo en período crítico

33 CÁLCULO (POTENCIA DEL GENERADOR) Potencia Consumo Potencia Recuperación La potencia en la fase de consumo punta suele ser la más crítica y condiciona el tamaño de la instalación. Hotel Negocios día Potencia recuperación: P (Wh) = Vac (l.) (TªAc TfAc) 1.16 T(h) Fase recuperación Fase consumo 6 Hotel Fase recuperación Fase consumo 5 Fase recuperación P = Potencia útil del generador de calor Vac= Volumen de acumulación de ACS TªAc = Temperatura de la acumulación TªfAc = Temperatura final del tanque* T (h) = Tiempo periodo de recuperación (1 hora = 1 = 60/60, 40 min. = 1,5 = 60/40) :00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00

34 EJEMPLO DE INSTALACIÓN DE A.C.S. Instalación de referencia: Hotel urbano de negocios de 3*** en Madrid. 100 habitaciones (considerando 60 dobles y 40 individuales). No se considera consumo de caldera para calefacción. Necesidades en ACS: 1 lavamanos por habitación, 30% de usos como bañera, y 70% usos como duchas. No se consideran consumos adicionales de A.C.S. por lavandería, cocina, etc NOTA: No se considera el aporte de energía solar en los cálculos. Definir potencia de caldera y volumen de acumulación en función del tipo de sistema escogido

35 EJEMPLO DE INSTALACIÓN DE A.C.S. Tipo Hoteles Acumulación N º Camas Consumo día estimado ACS 60ºC. Total diario estimado Qtd 60ºC Hotel 3 estrellas Servicio Restaurant/Cafeteria Nº servicios Consumo día estimado Qtd Desayunos Comidas Cenas Sumas - - Servicio lavanderia 125 CTE +UNE /2008 Número de usos lavanderia/día Qt = litros (60 ºC) Consumo total diario 60ºC. Qtd litros Caudal instantáneo instalado Qt 19,500 l/s Coeficiente Simultaneidad instantánea K 0,698 x Qt ^ 0,5 + -0,12 Caudal instantáneo simultaneo Qc 2,962 l/s Periodo crítico de consumo 15 minutos Período punta de consumo 50 % del total diario Qp = litros (60 ºC) (50% en 60 minutos) Qc = litros (60 ºC) (período critico 15 min.) ACS 40ºC. ACS 60ºC. Necesidades de ACS en periodo crítico Litros en 15 minutos Necesidades de ACS en periodo punta Litros en 60 minutos Energía diaria: 457,6 kwh

36 EJEMPLO DE INSTALACIÓN DE A.C.S. Acumulación Semi-acumulación Tipo sistema % Qt Vac Características Acumulación 100 % l Acumulación igual al consumo total diario (Qt) Semi-acumulación 50 % l Acumulación igual a la mitad del consumo diario (Qt) Semi-acumulación 18,2 % l Acumulación para consumo NOTA: En los cálculos se ha considerado un factor Fua para el acumulador entre 0,9 y 0,94 según volumen del deposito utilizado. Fua= 0,63 + 0,14 (H/D) punta (Qp) en 15 minutos (criterio habitual de cálculo) Semi-acumulación 18,2 % l Acumulación para consumo punta (Qp) en 15 minutos (criterio habitual de cálculo) Vac: 2 x litros

37 EJEMPLO DE INSTALACIÓN DE A.C.S. Cálculo de potencia Potencia para asegurar consumo punta en 60 minutos (4.400 litros), considerando el volumen ya acumulado (2.000 litros) Pu =139 kw. Según RD 238/2013 (modificación RITE 2007) se exigen los siguientes rendimientos en obra nueva para gas: Carga total: η log Pu Carga parcial: η 97 + log Pu f (factor de pérdidas del sistema): 0,9 pérdidas intercambio 0,9 pérdidas distribución 0,95 rendimiento caldera Pc= 180 kw Pc: 2 x 90 kw (con calderas de condensación)

38 EJEMPLO DE INSTALACIÓN DE A.C.S. Sistema convencional 2 Calderas de condensación modulantes de 90 kw. 1 Intercambiador de placas de 180 kw. 2 Depósitos acumuladores de litros

39 EJEMPLO DE INSTALACIÓN DE A.C.S. Sistema acumulación SMART f (factor de pérdidas del sistema): 0,97 pérdidas intercambio 0,92 pérdidas distribución 0,95 rendimiento caldera 2 Calderas de condensación de 90 kw. 3 Depósitos SMART SL 600 (acumulación litros)

40 Sistema acumulación SMART Gran superficie de intercambio Acero inoxidable Autodesincrustante Autolimpiable + SUPERFICIE DE INTERCAMBIO + PRODUCCIÓN EN ACS - VOLUMEN DE ACUMULACIÓN - CONSUMO ENERGÉTICO - PERDIDAS EN EL EQUIPO -TIEMPO DE RECUPERACIÓN -RIESGO DE LEGIONELLA -ESPACIO UTILIZADO Aislamiento óptimo Concepto TANK IN TANK

41 Sistema acumulación SMART Autodesincrustante - El tanque interior se dilata y contrae libremente como resultado de las variaciones en la presión que sufre cada vez que se usa el agua caliente. Tank-in-tank Acumulador con serpentín - El corrugado amplifica este movimiento y evita la formación de incrustaciones calcareas en la superficie de intercambio. Alto rendimiento a lo largo de toda la vída util del depósito. Corte de un acumulador ACV después de 30 años -> mínimos depósitos Se producen incrustaciones en los serpentines

42 Sistema acumulación SMART Anti-legionella -La turbulencia generada en la base mantiene las partículas en suspensión, preveniendo así la formación de sedimentos. Tank-in-tank > 60 C < 60 C Acumulador con serpentín - Altas temperaturas de acumulación (por encima de 60 ºC en todo el acumulador) evitan la reproducción de la bacteria de la legionella. Se evita la reproducción de la bacteria de la legionella.

43 EJEMPLO DE INSTALACIÓN DE A.C.S. Sistema semi-instantáneo HEAT MASTER TC f (factor de pérdidas del sistema): 0,98 pérdidas intercambio 0,95 pérdidas distribución 1,04 rendimiento caldera (A.C.S.) 3 Generadores doble servicio HEAT MASTER TC 85 (Potencia total 247,5 Kw y acumulación 570 litros).

44 Sistema HEAT MASTER TC Combinación de dos tecnologías ACV El concepto Tank in Tank : La pared exterior del tanque interno se usa como un intercambiador térmico, permitiendo calentar grandes cantidades de agua para uso sanitario en un tiempo muy corto. El concepto Total Condensing (condensación en calefacción y en producción de ACS): El agua fría entra por la parte inferior del generador y enfría los gases de la combustión, provocando condensación continua tanto en uso de calefacción como en produccion de agua caliente sanitaria. Máxima eficiencia gracias a su quemador premix modulantes.

45 Sistema HEAT MASTER TC HeatMaster TC puede suministrar potencia para calefacción y A.C.S. en un mismo equipo (menos espacio utilizado y mano de obra para su instalación).

46 Objetivo de las instalaciones de A.C.S. Consumo Energético económico

47 COMPARATIVA ECONÓMICA. Tipo sistema Material Coste neto ( ) Ahorro material Convencional Acumulación SMART HEAT MASTER TC 2 Calderas cond. 90 kw + IT 180 kw + 2 Acumuladores inox litros 2 Calderas cond. 90 kw + 3 Acumuladores SL Generadores HEAT MASTER TC 85 NOTA: Calculo a partir de tarifas Julio Ahorro energético Ahorro en gas anual ,3 % 6,5 % ,5 % 17,3 % NOTA: En el cálculo de costes no se ha considerado material adicional (valvulería, bombas, ), ni mano de obra , , ,00 0, , , , Retorno inversión anual con sistema HEAT MASTER TC

48 CONCLUSIONES Y COMENTARIOS Aprovechamiento efectivo de los rendimientos de los generadores instalados (condensación con HEAT MASTER TC). Ahorro energético global (calderas y circuito hidráulico de la instalación). Tiempos de amortización reducidos. Ahorro en elementos de la instalación y tuberías. Menor espacio ocupado en la sala de calderas. Facilidad de actuación en reconversiones. Sistema con rápida respuesta a la demanda de agua caliente, manteniendo el confort y prestaciones requeridas en instalaciones de A.C.S.

49 Objetivo de las instalaciones de A.C.S. Satisfacer el confort de los usuarios en su demanda de A.C.S., con el mínimo consumo energético y optimizando el coste económico de la instalación.

50 Gracias por su atención