Sistemas Híbridos para Calentamiento de Agua Residencial

Transcripción

1 Sistemas Híbridos para Calentamiento de Agua Residencial Grupo Industrial Saltillo, Negocio Calentadores Lic. Jorge A. Ferro Gálvez XIII Seminario de Ahorro de Energía, Cogeneración y Energía Renovable. Power Mex Clean Energy & Efficiency 2007

2 Calentamiento Global Contribuyamos a salvar nuestro planeta El cambio climático es un hecho evidente. Los trastornos meteorológicos que se están presentando en todo el mundo son un ejemplo claro. Intensas lluvias, devastadoras sequías, violentos huracanes, ondas cálidas y frías cada vez más severas. La dependencia a las energías NO renovables tiene que ser modificada, pues su encarecimiento, así como los efectos al medio se tornarán insostenibles.

3 El aprovechamiento de las energías renovables. En la búsqueda de energías alternativas a la dependencia de los recursos fósiles, están sin duda las energías renovables, que provienen de fuentes inagotables, como el sol, el recurso renovable de mayor potencial libre de costo. Crear vivienda sustentable, es ahora una prioridad. Por ejemplo, el uso de la energía solar en el calentamiento de agua sanitaria, contribuye a preservar nuestro medio ambiente, además de generar importantes ahorros económicos. La radiación solar, aunque es inagotable, no mantiene un nivel constante a través de las diferentes épocas del año. Esta razón hace necesario contar con sistemas auxiliares de calentamiento de agua que garanticen el servicio y el confort.

4 Situación actual de Calentadores Solares en México La práctica actual, es adaptar un calentador convencional ya sea de depósito o de paso pero éstos, al no estar diseñados para funcionar con un calentador solar, presentan varios inconvenientes: Las emisiones contaminantes son superiores La eficiencia energética es más baja (mayor consumo de gas) Es necesario hacer diferentes adecuaciones a la instalación hidráulica que generan gastos y operaciones adicionales Se debe encender manualmente cuando el sistema solar puro no fue suficiente y es necesario esperar para obtener agua caliente. Se mantiene encendido todo el tiempo (piloto) y genera desperdicio de gas, emisiones contaminantes y disminución en el ahorro Calentador solar con un boiler convencional de rápida recuperación Calentador solar con un calentador convencional eléctrico. Alto costo de energía.

5 Descripción del Sistema Definición de un Sistema Híbrido para Calentamiento de Agua Un sistema híbrido es aquel que utiliza dos o más fuentes de energía diferentes para generación de agua caliente. Es un sistema integral que garantiza el buen funcionamiento de cada elemento para asegurar el confort del usuario en todo momento. En los sistemas solares híbridos, se usa principalmente en conjunto, respaldos a base de base de gas LP o Natural y Eléctricos. La ventaja de usar un sistema híbrido es que el conjunto solar no requiere dimensiones exageradas para abastecer la demanda, incluso durante meses de baja radiación solar. Estos sistemas utilizan la energía solar como fuente primaria de suministro, que junto a las otras fuentes mencionadas, garantizan el calentamiento de agua a toda hora, todos los días del año de manera eficiente.

6 Desempeño de un Sistema de Calentamiento de Agua Convencional FACTORES QUE DETERMINAN EL CONSUMO DE GAS Pg Ps Pg: Consumo de gas en kcal Ps: Potencia o Energía transferida al agua en kcal E: Eficiencia del Calentador: 80% EJEMPLO DE CONSUMO DE GAS POR CALENTAMIENTO DE AGUA EN UN AÑO: Demanda de agua caliente: 220 Litros por día (4 baños simultáneos) T 1 = Temperatura Inicial: 18 C T 2 = Temperatura Final: 60 C Ps= Demanda de Agua x Kcal requeridas para calentar el agua x diferencial de temperaturas (final-inicial) Ps= Energía transferida al agua= 9,240 Kcal/día Pg= Energía transferida al agua /Eficiencia del calentador Pg = Consumo de gas= 11,550 Kcal/día CONSUMO DE GAS EN UN AÑO= 356,554 Kg/año = $ 3,780 pesos al año* CONSUMO DE GAS POR EL PILOTO EN UN AÑO= 89 Kg/año = $ 946 pesos al año* EMISIONES GENERADAS POR CALENTAMIENTO DE AGUA EN UN AÑO = 1,119 Kg CO 2 /año* Si fuera cubierta la demanda de 220 Lts diarios por energía solar ahorraríamos el 100% del consumo de gas, pero en la práctica la radiación solar es variable, lo que obliga a cubrir estos periodos con un calentador de respaldo de alta eficiencia. EMISIONES GENERADAS POR PILOTO EN UN AÑO = 280 Kg CO 2 /año* *Cálculos realizados con base en gas LP

7 Beneficios de un Sistema Solar Híbrido Sistemas Solares Híbridos Eficientes El conjunto de Colector Solar + Tanque de Almacenamiento + Calentador de Respaldo deben tener la mejor configuración para maximizar el ahorro de gas: Colector Solar con un 63% de eficiencia Tanque de almacenamiento con una pérdida de temperatura no mayor a 2 C, si la temperatura ambiente es menor a 8 C. Calentador de Respaldo debe tener una eficiencia mínima del 84% y sin piloto permanente. BENEFICIOS ANUALES 1. Los ahorros anuales obtenidos con un sistema solar híbrido eficiente en el consumo de gas son de $ 2,910 pesos anuales. 2. Además de que se reducen las emisiones de CO 2 al medio ambiente en 861 KgCO 2 al año 3. El efecto del piloto en el calentador de respaldo equivale a un ahorro de 89 Kg de gas LP al año que representan $ 946 pesos adicionales. Y reducción de emisiones de CO 2 al medio ambiente de 280 KgCO 2 al año. 4. Considerando una casa de 2 pisos y un costo de instalación de $1,600 pesos por m 2, más el costo del equipo vs los ahorros anuales de gas ($ 3,856 pesos); en menos de 6 años estará cubierta la inversión inicial.

8 Beneficios del Sistema Híbrido Solar Sistema Convencional vs Sistema Solar Siguiendo el mismo planteamiento para el calentamiento de 220 Lts de agua Pg (Consumo de gas) Ps (Potencia ó Energía transferida al agua) GAS 356,554 Kg GLP/Año 285,243 Kg GLP/Año 421,584 Kcal/Año 320, Kcal/Año SOLAR 213,814 Kg GLP/Año 252, 811 Kcal/Año El diferencial entre 213,814 y 285,243 Kg GLP/Año es la energía faltante para calentar 220 Lts durante un año. La diferencia es de 71,428 kg de gas, la cual se tiene que cubrir con un calentador a gas, este debe ser de alta eficiencia y sin piloto para generar ahorros significativos para el usuario.

9 Beneficios del Sistema Híbrido Solar Desempeño del Calentador de Respaldo de un Sistema Híbrido Solar Consumo de gas? 13 L/min 87% eficiencia 71,428 Kg/Año GLP Pg (Consumo de gas) = 71,4289 Kg/Año GLP 0.87 = 82,1022 Kg/Año GLP = $ Pesos / Año Emisiones de CO 2 = 1, KgCO 2 -Año / Kg CO 2 /Año = KgCO 2 /Año = 82% menos emisiones Si el gasto en un sistema convencional es de $4,726 pesos por año, la diferencia vs un calentador de respaldo del sistema híbrido solar es de $ 3,856 pesos, lo cual representa un 82% de ahorro de gas en términos absolutos. Se obtiene el mismo porcentaje en cuanto a reducción de Emisiones de CO 2.

10 Descripción del Sistema Tipos de Sistemas para Calentamiento de Agua Sistema por termosifón (pasivo o circulación natural) Sistema de calentamiento de agua caliente por termosifón (Sistema pasivo o circulación natural) Depende del principio básico de la física (convección) donde el agua caliente al perder densidad, asciende (eleva) y el agua fría desciende (cae). De esta manera el agua circula a través de los colectores y del tanque de almacenamiento. No son necesarias bombas o unidades de control. Sistema activo o circulación forzada Sistema de calentamiento de agua por sistema activo o circulación forzada. Utiliza bombas eléctricas y unidades de control para hacer circular el agua (u otro fluido conductor de calor) a través de los colectores solares y el tanque de almacenamiento.

11 Descripción del Sistema Cómo funciona el Sistema Solar Híbrido Pasivo o Termosifón? Al disponer de agua caliente, el termotanque la suministrará al sistema de respaldo que al detectar temperatura suficiente, no se activará. Tinaco (agua fría) El tinaco debe estar al menos 1.5 m sobre el nivel del suelo En caso de baja radiación solar o demandas adicionales de agua caliente a la proporcionada por el sistema solar puro, el respaldo se activará. De esta forma tendremos agua caliente disponible siempre y en cualquier época del año. Salida agua caliente Agua caliente proveniente del termotanque Salida agua caliente del colector a termotanque Termotanque Retorno de termotanque al Colector Sistema de respaldo Colector Solar

12 Descripción del Sistema Cómo funciona un Sistema Solar Híbrido Activo o de Circulación Forzada? La unidad de control medirá constantemente la temperatura de todo el sistema tomando la decisión de recircular el agua entre el colector solar y termotanque si existe diferencia de temperatura. (alta o baja temperatura en el colector) Esquema de un sistema solar activo En caso de demanda de agua caliente el termotanque enviará agua al calentador de respaldo, este sólo se activará si el agua no tiene la temperatura adecuada para el baño (40 C). El calentador de respaldo se mantiene apago todo el tiempo, no tiene piloto. Con sensores de seguridad que regulan la temperatura en el calentador de respaldo y el flujo de agua en las bombas de recirculación.

13 Sistema Híbrido Integral de Termosifón Un Sistema Híbrido Integral de Termosifón Colector Solar Plano de 2 m 2 Calentador de respaldo sin piloto Capacidad de 6 L/min Termotanque 150 L Base o soporte Kit de conexiones

14 Sistema Híbrido Integral de Termosifón Primer Sistema Híbrido de calentamiento de agua a base de circulación natural Garantiza agua caliente en todo momento y en cualquier época del año Su sistema de respaldo a gas de última generación hace transparente la interfase sol-gas Genera un ahorro superior al 80% en consumo de gas, de acuerdo a la zona geográfica y época del año Con su sistema a base de energía solar, proporciona servicio para 3 duchas continuas No necesita bombas o recirculadores Aprovechamiento óptimo de radiación solar con temperaturas en colector de hasta 55 C, asegurando baños confortables. Fácil instalación, soporte y kit de conexión incluido, para óptimo funcionamiento El mejor costo beneficio que asegura un rápido retorno de inversión: estimado en 3 años. Práctico, económico y confiable Garantía de 5 años y una vida útil mayor a 20 años. Diseñado para vivienda sustentable y recomendado para hipotecas ecológicas

15 Desempeño del Sistema Híbrido Solar Ahorros del Sistema solar híbrido Solei % % 80.00% 60.00% 40.00% 20.00% 0.00% Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sept Oct Nov Dic Anual D.F. Guadalajara Monterrey Consideraciones: -Con demanda de 3 duchas de manera continua -Flujo en regadera de 7 L/min -Duración del baño 12 minutos -Temperatura 38 C

16 Sistema Híbrido Integral de Circulación Forzada Sistema Híbrido Integral de Circulación Forzada (Activo) Termotanque de Almacenamiento capacidad de 215 L Colector Solar Plano con Sputtering de 2.8 m 2 Control Electrónico Sensores de Seguridad Bombas de Recirculación Conexiones del Sistema Calentador de Respaldo Capacidad de 13 L/min

17 Sistema Híbrido Integral de Circulación Forzada

18 Desempeño del Sistema Híbrido Solar Ahorros del Sistema solar híbrido Solar by Calorex % % 80.00% 60.00% 40.00% 20.00% 0.00% Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sept Oct Nov Dic Anual D.F. Guadalajara Monterrey Consideraciones: -Con demanda de 4 baños simultáneos -Flujo en regadera de 7 L/min -Duración del baño 12 minutos -Temperatura 38 C

19 En conclusión... Las energías no renovables tienden a escasear y por lo tanto a encarecerse, además de que dañan profundamente nuestro hábitat. México goza de una envidiable radiación solar, la cual varía a lo largo del año y de la ubicación geográfica. El utilizar un calentador de agua que funcione a partir de energía solar es altamente recomendable. Sin embargo, y dadas las variaciones de radiación y demanda de agua, el calentador solar no garantiza el abastecimiento total en el hogar. Los productos híbridos integran tecnologías que buscan maximizar el aprovechamiento de las energías renovables, además del confort esperado en el hogar. Las ventajas que ofrece un sistema híbrido son: Garantía de siempre tener agua caliente, no importando la hora, época del año, o la cantidad deseada Ahorros de energía superiores al 80% en promedio anual. Amigabilidad con el medio ambiente, al reducir las emisiones a la atmósfera en un 80%. Es necesario impulsar un cambio cultural que permita la preservación de la vida, sin menoscabo de la economía personal y del confort esperado.

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21 Muchas gracias

22 Beneficios del Sistema Híbrido Solar Ejemplo de Desempeño del Colector Solar Determinación de superficie para obtener 220 Lts de agua caliente por energía solar S= Ps/ Epanel* R S= Superficie de Colector Solar Ps= Potencia ó Energía que se transfiere al Agua = 9,240 Kcal/día Epanel= Eficiencia del colector plano (63%)} EJERCICIO DE 100% DE AHORRO ENERGÉTICO A TRAVÉS DE LA SUPERFICIE DEL COLECTOR EN EL D.F.: R= Radiación solar máxima 20,700 KJ/m 2 - día= 4,945 Kcal/m 2 -día S= 9,240 Kcal/día / (0.63) * 4,945 Kcal/m 2 -día = 2.96 m 2 Se requiere de una superficie de 2.96 m2 de colector solar para obtener un ahorro del 100% de gas en el D.F. EJERCICIO EN MONTERREY: Radiación de Monterrey: 22,000 KJ/m 2 - dia S= 9,240 Kcal/día / (0.63) * 5,255.8 Kcal/m2-día = 2.7 m 2 Se requiere de una superficie de 2.7 m2 de colector solar para obtener un ahorro del 100% de gas en Monterrey.

23 Beneficios del Sistema Híbrido Solar Desempeño del Sistema Híbrido Solar EJERCICIO DE AHORRO ENERGÉTICO POR SISTEMA SOLAR EN EL D.F.: Radiación promedio en el D.F.= 17,700 KJ/m 2 -día Superficie del Colector= 2.6 m 2 Energía Obtenida = Superficie del Colector * Radiación promedio * Epanel (Eficiencia del colector Solar) Energía Obtenida = 2,6 m 2 * 4,228 Kcal/m 2 -día * 0.63 Energía Obtenida del Sol = 6,926 Kcal/día Para calentar 220 Lts se requieren de 9,240 Kcal/día Diferencia: 2,313 Kcal/día (25%) La diferencia representa lo que cubrirá el calentador de respaldo, generando un 75% de ahorro de gas. EJERCICIO DE AHORRO ENERGÉTICO POR SISTEMA SOLAR EN GUADALAJARA: Radiación promedio en Guadalajara= 20,000 KJ/m 2 -día Superficie de Colector= 2.6 m 2 Energía Obtenida = 2,6 m 2 * 4,778 Kcal/m 2 -día * 0.63 Energía Obtenida= 7,826 Kcal/día Para calentar 220 Lts se requieren de 9,240 Kcal/día Diferencia: 1,413 Kcal/día (15%) La diferencia representa lo que cubrirá el calentador de respaldo, generando un 85% de ahorro de gas.