Madrid, 23 de enero de 2018 Aspectos Tecnológicos y Aplicaciones de las Bombas de Calor

Transcripción

1 Madrid, 23 de enero de 2018 Aspectos Tecnológicos y Aplicaciones de las Bombas de Calor Ponente: Manuel Herrero Adjunto a Dirección de AFEC mherrero@afec.es

2 Índice Características técnicas y de funcionamiento Integración de las Bombas de Calor en los sistemas energéticos : Parámetros y coeficientes reglamentarios Adaptación a los nuevos requerimientos relativos a la climatización de los edificios Aplicaciones de climatización y de producción de ACS: Tipologías Ejemplos prácticos

3 Índice Características técnicas y de funcionamiento Integración de las Bombas de Calor en los sistemas energéticos : Parámetros y coeficientes reglamentarios Adaptación a los nuevos requerimientos relativos a la climatización de los edificios Aplicaciones de climatización y de producción de ACS: Tipologías Ejemplos prácticos

4 Características técnicas y de funcionamiento Componentes principales

5 Características técnicas y de funcionamiento Características de los Componentes principales Compresores Modulación de la carga. Accionamiento por motor eléctrico o térmico Amplio rango de temperaturas de utilización Refrigerantes Elevadas capacidades de transmisión Más respetuosos con el medio ambiente Intercambiadores Mayores coeficientes de transferencia Menor cantidad de fluido refrigerante

6 Características técnicas y de funcionamiento Características de los Componentes principales Dispositivos de Expansión Alta capacidad y amplio rango de funcionamiento Ventiladores Elevado rendimiento. Capacidad de Modulación. Motores EC Bajo nivel sonoro Control Regulación de la capacidad en motores, actuadores, Algoritmos de gestión de la eficiencia energética Comunicación. Integración bidireccional en sistemas BMS

7 Características técnicas y de funcionamiento Aprovechamiento de las fuentes residuales Del propio circuito frigorífico 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 Índice Características técnicas y de funcionamiento Integración de las Bombas de Calor en los sistemas energéticos : Parámetros y coeficientes reglamentarios Adaptación a los nuevos requerimientos relativos a la climatización de los edificios Aplicaciones de climatización y de producción de ACS: Tipologías Ejemplos prácticos

9 Parámetros y coeficientes reglamentarios Directivas y Reglamentos Europeos 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 Establece un marco común para el fomento de la energía procedente de fuentes renovables Fija objetivos nacionales obligatorios en relación con la cuota de energía procedente de fuentes renovables en el consumo final bruto de energía Define las energías aerotérmica, geotérmica e hidrotérmica, y las relaciona con las BdC En el Anexo VII de la Directiva -Balance energético de las bombas de calor - se define: ERES: energía procedente de fuentes renovables = Qusable x (1-1/SPF) Qusable = el calor útil total estimado proporcionado por bombas de calor η = Eficiencia del Sistema de Energía: cociente entre la producción total bruta de electricidad y el consumo primario de energía para la producción de electricidad Solo se tendrán en cuenta las bombas de calor para las que SPF > 1.15 * 1/η

10 Parámetros y coeficientes Reglamentarios Directivas y Reglamentos Europeos 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 Define: Cantidad estimada de energía útil proporcionada por bombas de calor Qusable = HHP * Prated HHP = horas equivalentes de funcionamiento a plena carga [h]; Prated = potencia de las bombas de calor instaladas, teniendo en cuenta la duración de los diferentes tipos de bombas de calor [GW]; Factor de rendimiento estacional SPF =SCOPnet (bombas de calor accionadas eléctricamente) SPERnet (accionadas mediante energía térmica) Eficiencia del Sistema de Energía (η) se fija en el 45,5 % Condición= SPF > 1,15x1/ -> SPF > 2,5 ERES= Qusable x (1-1/SPF) = eficiencia media del sistema eléctrico 0,60

11 Parámetros y coeficientes Reglamentarios Normativa - Gracias al desarrollo normativo, se facilitan los coeficientes de eficiencia estacional (en lugar de los factores de rendimiento instantáneo). - Los datos facilitados por los fabricantes, en especial en lo relativo a sus prestaciones y a su consumo energético, se corresponden en gran medida con el funcionamiento real de los equipos en la instalación. Coeficiente de Rendimiento Estacional Factor de Eficiencia Energetica Estacional QHE / QCE= Demanda energética SCOPon =Coeficiente de rendimiento estacional en modo activo SCOPnet =Coeficiente de rendimiento estacional neto HTO, HSB, HCK, HOFF =nº horas para los modos inactivo, espera, resistencia de cárter y apagado. PTO, PSB, PCK, POFF =energía eléctrica absorbida durante los modos inactivo, espera, resistencia de cárter y apagado.

12 Parámetros y coeficientes Reglamentarios Normativa Requisitos para la obtención de potencia y rendimientos UNE-EN 14511: Acondicionadores de aire, enfriadoras de líquido y bombas de calor con compresor accionado eléctricamente para la calefacción y la refrigeración de locales. Parte 1: Términos y definiciones Parte 2: Condiciones de ensayo Parte 3: Métodos de ensayo. Parte 4: Requisitos Requisitos para la obtención de coeficientes de eficiencia estacional para calefacción y refrigeración de espacios UNE-EN 14825: Acondicionadores de aire, enfriadoras de líquido y bombas de calor con compresor accionado eléctricamente para la calefacción y la refrigeración de locales. Ensayos y clasificación en condiciones de carga parcial y cálculo del rendimiento estacional. Requisitos para la obtención de potencias y coeficientes de eficiencia para la producción de ACS de las bombas de calor UNE-EN 16147: Bombas de calor con compresor accionado eléctricamente. Ensayos y requisitos para el marcado de equipos para agua caliente sanitaria

13 Parámetros y coeficientes Reglamentarios 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 La EN permite obtener la eficiencia estacional (SCOPDHW) Documento reconocido Prestaciones Medias Estacionales de las Bombas de Calor para Producción de Calor en Edificios. Método simplificado: SPF = COPnominal x FP x FC Caso de las BdC para producción de ACS SPF = COPnominal x 0,568

14 Índice Características técnicas y de funcionamiento Integración de las Bombas de Calor en los sistemas energéticos : Parámetros y coeficientes reglamentarios Adaptación a los nuevos requerimientos relativos a la climatización de los edificios Aplicaciones de climatización y de producción de ACS: Tipologías Ejemplos prácticos

15 Adaptación a los nuevos requerimientos 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. Reglamentación Nacional Actual 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 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.

16 Adaptación a los nuevos requerimientos Reglamentación Nacional Actual Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios. IT Procedimiento de verificación Cuantificación de la exigencia 2. Procedimiento alternativo:.adopción de soluciones alternativas,., basadas en la limitación directa del consumo energético de la instalación térmica diseñada.., 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.

17 Adaptación a los nuevos requerimientos Próxima Reglamentación Nacional Próximo CTE DB-HE La próxima versión del CTE DB-HE incluirá un Sistema de Indicadores que definen los objetivos de eficiencia energética dentro de los siguientes conceptos: Consumo de energía Primaria Total Consumo de energía Primaria no Renovable Calidad mínima del edificio Calidad mínima de las instalaciones Aporte mínima de Energías Renovables ahorroenergia/documento_de_bases_he2018.pdf HE0-Limitación del consumo energético HE1-Limitación de la demanda energética HE2-Rendimiento de las instalaciones térmicas RITE- HE3-Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación) HE4-Contribución mínima E.R. para ACS HE5-Generación de energía eléctrica Para la evaluación de la eficiencia energética de los edificios basado en los indicadores se ha creado la herramienta Visor EPBD:

18 Adaptación a los nuevos requerimientos Aplicación del Visor EPBD Permite, a partir de las necesidades de energía final (energía producida y suministrada), obtenerlos valores de consumo de energía primaria. Para ello se introducen los Componentes Energéticos del edificio: Vector Energético empleado (fuente - Electricidad, Gas Natural, Biomasa, Combustibles, Medioambiente, etc.), Tipo de componente (consumo/producción) y Subtipo, Servicio al que se destina, Valores mensuales de energía final del componente y Curva de la Energía Final consumida:

19 Adaptación a los nuevos requerimientos Aplicación del Visor EPBD A partir de esta entrada de datos, el Visor facilita los valores de Consumo de Energía Primaria Total EP_total, Renovable EP_ren y No Renovable EP_nren: En el caso de Bombas de Calor, es habitual introducir tres tipos de componentes energéticos: Líneas del vector energético Medioambiente para servicio de Calefacción y ACS. Una línea con el de combustible o electricidad que use el sistema para calefacción. Una línea con el de combustible o electricidad que use el sistema para refrigeración.

20 Adaptación a los nuevos requerimientos Resultados derivados de la aplicación de los nuevos requerimientos A medida que se mejora la calidad de la envolvente de los edificios (reducción de los coeficientes de transmisión de los cerramientos, de la permeabilidad y de las infiltraciones, introducción del control solar, etc.), se reduce la capacidad necesaria de los equipos de climatización. La producción de ACS cobra cada vez mayor relevancia frente a la de calefacción. La reducción de la demanda mediante la recuperación de calor en la ventilación mecánica es muy importante, tanto más cuanto la climatología es más severa. Los edificios con sistemas de climatización convencionales que utilizan combustibles como fuente energética requerirán de una parte importante de aporte por energías renovables para alcanzar bajos niveles de Consumo de Energía Primaria No Renovable (kwh/m 2 ). En el caso de que exista demanda de refrigeración (cada vez más extendida), la opción más favorable es el uso de bombas de calor reversibles. La utilización de sistemas altamente eficientes, como es el caso de las Bombas de Calor Geotérmicas y Aerotérmicas, permiten mejorar la calificación energética de los edificios y alcanzar los objetivos de EECN.

21 Índice Características técnicas y de funcionamiento Integración de las Bombas de Calor en los sistemas energéticos : Parámetros y coeficientes reglamentarios Adaptación a los nuevos requerimientos relativos a la climatización de los edificios Aplicaciones de climatización y de producción de ACS: Tipologías Ejemplos prácticos

22 Tipologías Bombas de Calor Aire-Aire Equipos Autónomos Unidades Roof-Top Equipos Split o Multsplit

23 Tipologías Bombas de Calor Aire-Agua Equipos multitarea Enfriadoras Unidades Multiciclo

24 Tipologías BdC para anillo hidráulico Bombas de Calor Agua-Aire BdC Geotérmicas

25 Tipologías Bombas de Calor Agua-Agua BdC Geotérmicas e Hidrotérmicas Máquina Térmica

26 Tipologías Unidades solo ACS Compactas Refrigerante R-134 A

27 Tipologías Aprovechamiento del calor residual El aire de expulsión, necesario para la ventilación, puede canalizarse hacia la unidad BdC, favoreciendo el funcionamiento de esta última y mejorando su eficiencia. Te = ºC Q=25-50 l/s Se minora el efecto de la estacionalidad. Tabla Caudales de aire exterior, en dm 3 /s, por persona

28 Tipologías Unidades solo ACS Circuitos de doble etapa empleando CO 2 como refrigerante Bomba de Caudal Variable

29 Tipologías Unidades ACS + Calefacción Ciclos en cascada

30 Sistemas Mixtos ACS + Calefacción Tipologías

31 Tipologías Unidades Mixtas ACS + Climatización + Dos muebles Tres muebles

32 Tipologías Unidades Mixtas Unidad Interior Emisores Interc. Unidad Exterior Líneas de Refrigerante Depósito ACS Resistencia de apoyo Válvula 3-vias Suelo Radiante / Refrescante

33 Tipologías Funcionamiento modo ACS Unidades Multiciclo 1. Intercambiador exterior 2. Intercambiador interior circ. primario 3. Intercambiador ACS 4. Bomba de circuito primario 5. Bomba de ACS 6. Fan coils 7. Suelo radiante 8. Depósito ACS 9. Control del equipo Funcionamiento modo Calor + ACS (prioridad ACS) Funcionamiento modo Frio + ACS (recuperación de calor)

34 Tipologías Sistemas Mixtos Accionamiento por motor de combustión Accionamiento por motor eléctrico

35 Índice Características técnicas y de funcionamiento Integración de las Bombas de Calor en los sistemas energéticos : Parámetros y coeficientes reglamentarios Adaptación a los nuevos requerimientos relativos a la climatización de los edificios Aplicaciones de climatización y de producción de ACS: Tipologías Ejemplos prácticos

36 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.

37 Ejemplos Prácticos Vivienda unifamiliar con sistema híbrido y bomba de calor aire-agua Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia 0,76 1,59

38 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

39 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

40 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.

41 Ejemplos Prácticos Residencia de la tercera edad Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia 4,38

42 Ejemplos Prácticos Producción de ACS en un hotel Descripción del edificio y necesidades de producción de ACS Sustitución del sistema de referencia alimentado por gasóleo para producción de ACS Consumo: 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.

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

44 Empresas patrocinadoras

45 Muchas Gracias por su Atención