Eficiencia en Climatización JORNADA TECNICA CLIMATIZACIÓN EFICIENCTE EN EDIFICACIÓN 24 de Marzo-Sevilla
Índice 1 2 3 INTRODUCCIÓN LA CLIMATIZACIÓN DEMANDA ENERGÉTICA 4 GENERACIÓN ENERGÉTICA 5 DISTRIBUCCIÓN ENERGÉTICA 6 REGULACIÓN ENERGÉTICA 7 RESUMEN GENERAL Pág. 2
1 INTRODUCCIÓN Eficiencia Energética en Climatización La sensación de bienestar térmico es percibida de distinta forma. La climatización tiene un papel fundamental en vida social, profesional y personal, debido al confort de la estancias. RITE obliga la selección de sistemas de climatización adecuados a las características y usos del edifico. En España: 30% del consumo energético en climatización 25% de las emisiones de CO 2. Por ello el analizar el sistema de climatización permitirá mejorar: : La climatización a proporcionar. Un determinado ahorro. Este ahorro energético se denomina EFICIENCIA ENERGETICA y se define: Conocimiento de los elementos más importantes para lograr la optimización energética, que permita un mejor aprovechamiento de los recursos y un ahorro, tanto en el consumo como en el dimensionamiento de las instalaciones. Pág. 3
2 LA CLIMATIZACIÓN Ecoeficiencia y sostenibilidad en la climatización Una combinación eficaz de: Diseño bioclimática Materiales eficientes y respetuosos medioambientalmente Bioconstrucción Eficiencia energética Todas ellas permiten la creación de construcciones con bajo consumo energético según los criterios de la construcción modular sostenible. Factores que afectan a la climatización La climatización y su eficiencia esta afectada por los siguientes factores Demanda energética Generación energética Distribución energética Regulación energética. Todas juntas permite la creación de construcciones con bajo consumo energético, bajo criterios de eficiencia energetica Pág. 4
2 LA CLIMATIZACIÓN Factores que afectan a la Climatización Líneas de actuación para la mejora de la eficiencia energética en climatización se dividen en cuatro bloques: DEMANDA Cálculo de la demanda Diseño y utilización de instalaciones Cerramientos Mejoras en envolvente GENERACIÓN Diseño de sistemas generados Calderas Bombas de Calor Free-Cooling Recuperadores Entálpicos. Absorción Energías Renovables Bomba de Calor geotérmica Caldera de Pellets Solar Térmica Cogeneración DISTRIBUCCIÖN Suelo radiante Fan Coils Radiadores VRV Sistemas de Atemperación REGULACIÓN. Pág. 5
3 DEMANDA ENERGETICA DISEÑO Y USO El diseño : Diseño de huecos Diseño de fachadas Materiales Sistemas pasivos Sistemas pasivos en la vivienda : Orientación de la vivienda y fachadas Máximo aprovechamiento solar Protección de vientos dominantes Sistemas de sombreamiento Elementos de mejora de inercia térmica, cubiertas vegetales, fachadas ventiladas Estos sistemas en global pueden suponer hasta un ahorro en energía para la climatización y de iluminación de hasta un 10-12 % en consumo energético. Uso de las instalaciones: Estación RITE Temperatura ºC Ahorro% Verano 26ºC 23-25 12% Invierno 21ºC 21-23 12% Pág. 6
3 DEMANDA ENERGETICA CALCULO DEMANDA Cálculo de la demanda se puede considerar una herramienta de eficiencia energética. Calculo de la demanda actualmente: Para invierno: Temperaturas mínimas anuales Edificio o instalación sin cargas térmicas o ganancias. Para verano: Temperaturas máximas anuales Edifico con todas las ganancias (equipos, ocupación, ) Se calcula la demanda de potencia para las situaciones más criticas y se sobredimensiona. Cálculo de la demanda de forma dinámica: Utilización de programas de simulación: evolución anual. Calculo de la potencia: un balance energético (ganancias y de perdidas) Reducción de potencia instalada y de energía consumida. MAYOR COSTE Pág. 7
3 DEMANDA ENERGETICA CERRAMIENTOS Y ACRISTALAMIENTOS Los objetivos de los cerramientos son: Buscar la alta eficiencia del sistema de cerramiento. Complementariedad de las diferentes capas-sistemas multicapas. Sistema de acumulación térmica que reduzca la exigencia de climatización. Importante que los módulos eviten los puentes térmicos. Cerramientos Uno de los puntos más débiles, desde el punto de vista de aislamiento térmico. Aislamiento por el interior: trasdosados autoportantes sobre perfiles metálicos y aislamiento de lana mineral Ahorro de un 15% Fachada ventilada con lana mineral. Ahorro de un 15% Cubiertas y aislamiento de lana mineral. Ahorro de un 15% Carpinteria Uno de los puntos más débiles, desde el punto de vista de aislamiento térmico. Acristalamientos con aislamiento térmico reforzado. Ahorro de un 10% Carpintería / marco de la ventana Verificar que el cierre no permite la entrada de aire exterior. Pág. 8
3 DEMANDA ENERGETICA MEJORAS ZONAS VIDRIADAS La envolvente térmica afecta a la eficiencia energética, responsable de ganancias y de perdidas. Las zonas más perjudiciales son zonas de radiación solar directa. Instalación de laminas solares en ventanas: Mejora de confort por deslumbramientos y por reducción de cargas térmicas Reducción de hasta un 25% de aporte solar directo en acristalimentos.. Instalación de fachadas vegetales: Árboles de hoja caduca, Mas carga en verano y protege mejor, y en invierno ayuda a aumentar carga solar Reducción de hasta un 20% del aporte solar directo. Instalación de sistemas solar pasivo: Elimina la energía antes de entrar en el edificio Reducción de hasta un 20% del aporte solar directo. Pág. 9
4 GENERACIÓN ENERGETICA Una vez analizados los factores que afectan a la demanda energética, se han de analizar las diferentes formas de generación. CALEFACCIÓN y REFRIGERANCIÓN: Sistemas de producción térmica activos: (calderas, B.C, etc..) Sistemas de producción térmica pasiva: (soleamiento, free cooling,.) Sistema de alta eficiencia energética. Aprovechamiento de EERR Modulares o no Sistemas Descentralizados: Sistemas individuales Producción y distribución de forma independiente. En un solo edificio, existen diversos sistemas, que no tiene en cuenta la inercia térmica. Sistema menos eficiente, pero el más común. Sistemas Centralizados: Sistemas globales Mayor eficiencia de equipos. Mayor rendimiento de instalación. Regulación centralizada Acumuladores mas grandes, menos perdidas Sistema que evita numerosos arranques. Mayor ahorro, respecto al descentralizado, un 20% Pág. 10
4 GENERACIÓN ENERGETICA CALDERAS Se ha de tener en cuenta que para la elevación 1ºC de temperatura de impulsión se necesita entorno al 6-8% de aumento de consumo de combustible. Caldera Tradicional: Sistemas de quemador de distintos combustibles Temperaturas de retorno altas para evitar condensaciones. Pueden trabajar a temperaturas bajas en secundario. Curva de envejecimiento rápido Caldera baja temperatura: Temperatura de trabajo mas baja de lo normal. Elementos constructivos especiales. Ahorro respecto a las tradicionales de 10-15%. Caldera condensación: Temperatura de trabajo mas baja de lo normal. Aprovechamiento de los gases de combustión. Ahorro respecto a las tradicionales de 5-10%. Pág. 11
4 GENERACIÓN ENERGETICA CALDERAS La comparativa de las calderas es la siguiente:. Tipo de caldera Temperatura operación ºC Margen de potencia % Rendimiento % Ahorro % Caldera estándar 60-80 50-100 75-80 Caldera baja temperatura. Caldera de condensación 35-80 30 100 91-96 15 35-80 30-100 105-109 20 Cambio de combustible frente gasóleo: A nivel energético no existen diferencias. Menos coste económico Menores emisiones de dióxido de carbono, en torno al 30%. Utilización de biocombustibles Tipo de combustible Precios /kw h Emisiones gco 2 /kw h Gasóleo C 0,0582 366 Gas Natural 0,0409 286 Propano 0,0719 304 Calor azul 0,0890 1.100 Pág. 12
4 GENERACIÓN ENERGÉTICA BOMBAS DE CALOR / ENFRIADORAS Extracción de la energía del entorno, mediante ciclo frigorífico. Funcionamiento: generación de calor y/o generación de frió. Sistema de consumo eléctrico o a gas. El COP de la bomba de calor, indica que por cada parte de consumo eléctrico entrega entre 2.5-3.5 partes de producción térmica (frió o calor). COP medio del mercado: 2.5-3.5 Bomba de Calor Aire-Agua : Bomba de calor que extrae la energía del aire exterior y lo cede a un circuito de agua COP medio 2.8-3.6 Bomba de Calor Aire-Aire : Bomba que extrae el calor del aire y lo cede al aire COP medio 2.5-3.5 Pág. 13
4 GENERACIÓN ENERGÉTICA Free Cooling, Recuperación Entalpica, Areotérmia La nueva normativa obliga a tener una ventilación, que también establece el aprovechamiento energético de esta ventilación. Free Cooling Aprovechamiento de la ventilación y de las diferencias de temperaturas, entre fachadas. Para uso diurno o nocturno, enfriamiento gratuito. Ahorro de hasta un 8-10%. Recuperación entalpica recuperación de energía que aprovecha la diferencia de temperatura y humedad entre dos fluidos.. Intercambiadores de flujo cruzado o paralelos Ahorro de hasta un 15% Aerotermia Aprovechamiento de la temperatura del terreno. Refrescamiento del aire de ventilación en verano y calor en invierno. Uso de UTA Ahorro de hasta un 25% en cargas de ventilación Pág. 14
4 GENERACION ENERGÉTICA Absorción Dado que la máquina de absorción utiliza calor como fuente de energía, su aplicación En zonas de combustible barato. Donde las tarifas de energía eléctrica sean muy elevadas. Donde exista vapor o agua caliente como subproducto. Donde exista una caldera y no se aproveche durante el verano. Inconveniente: Elevado coste inicial. COP 0.7-1.4 Temp. altas 70-95ºC Energías Renovables-Solar térmica Energía procedente del sol. El funcionamiento es sencillo: aprovechamiento de la radiación solar, absorber su calor y transferido al sistema de climatización. Rendimiento en torno al 75%, de un calor gratuito. Aplicaciones mas conocidas: ACS, ahorros de hasta el 30% al 100% de necesidades calefacción de hasta un 35%. Frió, mediante absorción solar, 15-20% Pág. 15
4 GENERACION ENERGÉTICA Energías Renovables-Calderas de BIOMASA Energía procedente del sol y que se acumula en madera; 6CO2 + 6H2O + luz (C6 H12O6) + 6O2 La biomasa genera: el ciclo del CO2 se mantiene constante riqueza en el rural disminución de CO2 por los sistemas de calefacción convencionales Características principales Almacenamiento de CO2 Utilización a largo plazo Sustitución de materiales sintéticos Utilización del pellet como combustible de biomasa. Calderas eficientes (89%-96%), automáticas y con sencillez a la hora de funcionamiento, así como a la hora de retirar las cenizas. Características de Pellets Potencia (kw h/kg) 4,8 5,2 Densidad (kg/m 3 ) 650 Coste ( /kw h) 0,038-0,04 Coste ( /kg) 0,18-0,22 Pág. 16
4 GENERACION ENERGÉTICA Energías Renovables-BOMBA DE CALOR GEOTÉRMCIA Interior de la Tierra tiene temperatura más constante que el aire exterior. Cuanto mayor sea la profundidad a que se mida la temperatura, menos fluctuaciones. Gracias a la cte. temperatura de la tierra en invierno mas caliente el suelo que el ambiente exterior, en verano mas frió el suelo que el ambiente exterior),. Bomba de calor: Sistema capaz de extraer la energía térmica de una fuente energética natural,, y a través del ciclo frigorífico se transmite a otro lugar para su utilización. Función similar al de un frigorífico. Pág. 17
4 GENERACION ENERGÉTICA Energías Renovables-BOMBA DE CALOR GEOTÉRMCIA Un sistema geotérmico está integrado, generalmente, por tres subsistemas principales: Intercambiador de calor subterráneo: Extrae calor del subsuelo o evacua calor de la edificación Intercambiador horizontal Intercambiador vertical Intercambiador abierto. Intecambiador de pilotes Bomba de calor: Transfiere el calor entre el intercambiador de calor subterráneo y el sistema de distribución del edificio. Sistema de distribución: Encauza el calor o el frío a las diferentes estancias del edificio. La utilización de sistemas geotérmicos para calefacción y climatización de edificios obtienen importantes ahorros energéticos: En modo calefacción: 30-70%. En modo refrigeración: 20-95%. COP en torno de 4.5-5.5 Pág. 18
4 GENERACION ENERGÉTICA Energías Renovables-MICRO-COGENERACIÓN 09 Las tecnologías más implantadas son los motores alternativos de combustión interna y las GASES 5% microturbinas. Tanto pilas de combustibles, como motor Stirling tienen GENERACIÓN 15 40% un gran potencial para sustituir otros tipos de generación, como tecnologías de alta eficiencia y fiabilidad. CONEXIÓN A LA RED ELÉCTRICA Combustible 100% Micro CHP CALOR 55 80% Tecnología Rto. eléctrico Rto. térmico Rto. total Carga mínima Ruido (db) Combustible Turbinas de gas 15 35% 40 59% 60 85% 75% 62 75 Gas Natural Motores alternativos de combustión interna 25 45% 40 60% 70 85% 50% 52 56 Gas, Diesel, Biocombustible Motor Stirling 25 50 % 40 60% 70 90% 50% 56 Todos Pila de combustible 35 55% 40 60% 70 90% sin límite muy bajo H2 Pág. 19
4 GENERACION ENERGÉTICA Energías Renovables-MICRO-COGENERACIÓN MICROCOGENERACIÓN. CRITERIOS DE VIABILIDAD. Criterios para evaluar la viabilidad económica de una instalación: 12 Horas de funcionamiento: Elevado número de horas de trabajo al año para lograr periodos cortos de amortización. Demanda eléctrica: Para instalaciones de baja potencia no se plantea la posibilidad de vender los excedentes de energía eléctrica a la red (no resulta rentable), quedando el autoconsumo de la energía eléctrica generada como la opción mas rentable en este caso. Demanda térmica: Es recomendable que la instalación demande una cantidad de energía térmica que permita al sistema estar en funcionamiento un elevado número de horas al año. Se desaconseja en instalaciones que: No requieren consumos térmicos. Instalaciones con demandas térmicas de muy alta temperatura. Grandes consumidores de calor, con demandas eléctricas muy inferiores. 10º Congreso Nacional del Medio Ambiente Pág. 20
5 DISTRIBUCCIÓN ENERGÉTICA Suelo Radiante Suelo radiante: red de tuberías distribuidas uniformemente bajo el pavimento Circula agua, consiguiéndose en el ambiente una temperatura homogénea y confortable en invierno y verano (UNE 1264). Del mismo modo, se pueden encontrar muros radiantes y techos fríos. Ahorro de hasta el 40% CALEFACCIÓN. REFRESCAMIENTO 1. La impulsión de agua a baja temperatura (35-40ºC). 2. Calentando desde la superficie del suelo se cubren estas necesidades 1. Misma instalación de suelo radiante para calefacción. 2. circular el agua a 17ºC, que absorberá el exceso de calor. 3. Control con sistema de punto de rocío Ventajas La temperatura del circuito es menor Posibilidad de refrescar el ambiente, saludable según la OMS No produce movimiento de aire. Inconvenientes Coste inicial de la instalación elevado. No es aconsejable en lugares de escasa demanda de calefacción. Tarda entre 2 y 3 horas. Distribución de temperaturas óptima. Pág. 21
5 DISTRIBUCCIÓN ENERGÉTICA Fan Coil Fan-coils: Están constituidos por un ventilador, por un elemento de intercambio de calor y por un filtro. Son máquinas ideales para climatizar en verano y calentar en invierno cualquier local con techos altos. Sistemas Perimetrales, de conducto o tipo cassette La temperatura de trabajo será de : Invierno:45-50ºC, en función de la superficie de intercambio. Verano: 7-12ºC, en función de la superficie de intercambio Ahorros de hasta el 20% No ocupa espacio Ventajas Temperatura de impulsión inferior a radiadores. Posibilidad de refrigeración del local con el mismo sistema. Inconvenientes Desplazamiento de aire y polvo, lo que resulta perjudicial para alérgicos y asmáticos. Distribución de temperaturas alejadas de la óptima. Difícilmente integrable en locales con techos. Ahorro respecto al sistema de radiadores. Pág. 22
5 DISTRIBUCCIÓN ENERGÉTICA Radiadores Termoconvectores: gran superficie de intercambio, regular la entrada de aire, mediante la aleta posterior, con el fin de introducir mas o menos masa de aire. Necesidad de temperatura de trabajo baja (50ºC-55ºC). Ahorro de hasta un 15% Radiadores de baja temperatura: gran superficie de intercambio, reducen la velocidad del agua, y el volumen con el fin de establecer una gran superficie de contacto. modelos estáticos, y dinámico, con ventiladores de baja velocidad. Necesidad de temperatura de trabajo baja (45ºC-50ºC). Ahorros de hasta un 25% Radiadores: Son los emisores caloríficos más utilizados, formados por elementos superpuestos emiten calor por radiación. (De fundición, de acero, de aluminio, murales, de zócalo). Temperaturas de trabajo (60-80ºC) Pág. 23
5 DISTRIBUCCIÓN ENERGÉTICA VRV Elevados rendimientos cuando hay claras diferencias de demanda entre fachadas de orientación contraria Ideal para edificios exentos de fachadas acristaladas. estaciones de primavera y otoño. Compresores de tecnología inverter. Cantidad elevada de refrigerante en el edificio, red compleja y limitación distanticas. Ahorros de hasta un 15% Sistemas de atemperación Los sistemas de atemperación permiten aprovechar la capacidad acumuladora del propio edificio Al mismo tiempo, los techos y las paredes se utilizan como superficies radiantes frías y calientes. Pág. 24
6 REGULACIÓN ENERGÉTICA Regulación en climatización Sistema de control manual: Válvulas termostática: Instalación de válvulas termostáticas en zonas de radiador. Ahorro de un 6-8% Posibilidad de definir distintas temperaturas en cada estancia Efecto de equilibrio térmico Control por termostato: Encendido o apagado (todo/nada) de sistema mediante termostato Ahorro de un 2-5% Zonificación: Para conseguir un equilibrio térmico, es necesario una zonificación en los circuitos. Establecer zonas de uso independientes, en función de su carga, horario y disipaciones. Sistema complementario al un sistema de regulación Ahorros de hasta un 50% Regulación. En función de las demandas de las distintas estancias del edificio, es necesario que el sistema de gestión realice el control de las plantas de producción de frío o calor en cada caso, y de los circuitos de distribución.. Ahorro entre un 20 y un 40% de energía. Sistema de control por curva de calefacción Además de temperatura externa y compensación ambiente. Bonificación con termostato. Control horario. Pág. 25
Mario Iglesias Casal mario.iglesias@energylab.es Edificio Isaac Newton. Lagoas Marcosende, s/n. 36310, Vigo. T_986 81 86 66 F_986 81 86 65 energylab@energylab.es www.energylab.es