Sistemas HVAC de caudal variable Aplicaciones eficientes recomendadas 3 años periodo de retorno Los casos estudiados prueban que la inversión en válvulas de control y equilibrado independientes de la presión Danfoss se recupera en menos de 3 años www.abqm.danfoss.com 25 april 2012 1
Sistemas HVAC eficientes de caudal variable Tipologías Equilibrado dinámico combinado Sistema de caudal variable con unidades terminales tipos fancoils, vigas frías, climatizadoras, etc. Equilibrado dinámico automático Sistema de caudal variable con unidades terminales tipos fancoils, vigas frías, climatizadoras, etc. 25 april 2012 2
Sistema de caudal variable Equilibrado dinámico combinado Válvulas de control: Válvulas de control y equilibrado independientes de la presión: Válvula de 2 vías motorizada Controladora de presión diferencial Limitadora de caudal En esta aplicación el caudal variable en distribución y la limitación de caudal o control de todos los elementos terminales se realiza de manera independiente a las fluctuaciones de presión del sistema. Con ello eliminamos cualquier tipo de exceso de caudal a lo largo de todo el periodo operativo. 25 april 2012 3
Sistema de caudal variable Equilibrado dinámico combinado 1 2 Diseño / Dimensionamiento Método de cálculo sencillo: ni Kv, ni autoridad (sólo caudal de diseño) Autoridad del 100 % - Control independiente de la presión Cálculo simplificado del ajuste del caudal según la demanda térmica Cálculo de la altura de bombeo en función de la mínima ΔP de la válvula de control y las pérdidas de presión del sistema a caudal nominal Costes operativos Costes de bombeo mínimos (sin fenómeno de exceso de caudal) Pérdidas y ganancias térmicas en distribución mínimas Altura requerida de bombeo mínima Se recomienda realizar la optimización del bombeo Válvulas de control con 100% de autoridad oscilaciones de la temperatura ambiente mínimas No es necesario realizar una nueva puesta en marcha de todo el sistema si este se amplia o se modifica 25 april 2012 4
Sistema de caudal variable Equilibrado dinámico combinado 3 Inversión 4 Coste de inversión BUENO (tan sólo V2V PIBCV) No se requiere de más elementos de control hidráulico El menor número de válvulas en el sistema (menor coste de instalación) No es necesario realizar una puesta en marcha Se recomiendo emplear variadores de velocidad con característica proporcional o con característica constante Diseñado para su instalación inmediata Tan sólo se requiere de regulación en los elementos terminales con 100% de autoridad Equilibrado a carga total y a carga parcial excelente En ningún caso se requiere de puesta en servicio Las bombas con variador de velocidad aseguran el mayor ahorro energético 25 april 2012 5
Sistema de caudal variable Equilibrado dinámico combinado 5 Otros Las válvulas de control y equilibrado independientes de la presión pueden cerrar frente a una presión diferencial de 6 bar No existe exceso de caudal bajo ningún perfil de carga del sistema Larga vida de los actuadores La presión de bombeo no afecta al funcionamiento de las válvulas de control Optimización del bombeo habitual Bajo consumo eléctrico consumo total de energía mínimo Máximos ahorros de energía 25 april 2012 6
Sistema de caudal variable Equilibrado dinámico automático Válvulas de control: Válvulas de 2 vías motorizadas Válvulas de equilibrado: Válvulas de equilibrado automático - Controladoras de presión diferencial En esta aplicación el caudal variable en distribución y la diferencia de presión constante en cada ramal o UTA s se realiza de manera independiente a las fluctuaciones de presión del sistema. Con ello reducimos la mayor parte del innecesario exceso de caudal y del problema de ruido en cargas parciales 25 april 2012 7
Sistema de caudal variable Equilibrado dinámico automático 1 Diseño / Dimensionamiento Requiere de cálculo tradicional del Kv de las válvulas y de la autoridad de las válvulas de control A pesar de lo anterior el cálculo se simplifica debido a que podemos dividir o separar el sistema en cada uno de los lazos controlados ΔP Es necesario calcular el pre-ajuste de los elementos incluidos en cada lazo de control Cálculo de la altura de bombeo según el caudal nominal 25 april 2012 8
Sistema de caudal variable Equilibrado dinámico automático 2 Costes operativos Coste de bombeo bajo. El tamaño de los lazos controlados está limitado en función del riesgo de aparición del fenómeno de exceso caudal dentro de ellos Las pérdidas o ganancias térmicas en distribución son reducidas Mayor altura de bombeo es necesario incorporar la pérdida extra de presión en las controladoras de ΔP Permite la optimización de la altura de bombeo Es posible mejorar la eficiencia de las válvulas de control alcanzando una buena autoridad de las mismas menores oscilaciones de la temperatura ambiente No es necesario realizar una nueva puesta en marcha, tan sólo en el caso de bucles o lazos muy grandes 25 april 2012 9
Sistema de caudal variable Equilibrado dinámico automático 3 Inversión 4 Coste de inversión BUENO (tan sólo V2V baratas y ABPC por lazo) Menor número de válvulas que en una aplicación de caudal constante con V3V motorizadas y MBV. Menor coste de instalación Sin embargo requiere de grandes válvulas automáticas de equilibrado ΔP (ABCP) No es necesario realizar una puesta en marcha, tan sólo en el caso de bucles o lazos muy grandes Se recomiendo emplear variadores de velocidad con característica constante Diseñado para su instalación inmediata Regulación hidráulica sólo en las unidades terminales y ΔP constante gracias a la válvula controladora de presión del ramal Equilibrado a carga total y parcial bueno La puesta en marcha no es necesaria salve para grandes lazos de control (es necesario el pre-ajuste de las válvulas) Las bombas con variador de velocidad aseguran el ahorro energético 25 april 2012 10
Sistema de caudal variable Equilibrado dinámico automático 5 Otros La presión de bombeo no afecta al funcionamiento de las válvulas de control La presión de cierre de las válvulas de zona debe ser un 50% superior a la presión de ajuste de las válvulas controladoras de ΔP Ligero exceso de caudal a carga parcial (puede requerir de equilibrado manual dentro del bucle controlado) Normalmente la bomba está sobredimensionada y sobrecargada para poder alcanzar suficiente autoridad en las válvulas de control motorizadas 25 april 2012 11
Caso de estudio Comparativa entre sistemas Especificaciones del edificio objeto del estudio Tipo de edificio: oficinas Superficie total: 18.430 m 2 Nº de plantas: 15 Tipos de sistema: 4 tubos Tipo de unidad terminal: Fan-Coil Nº de unidades terminales: 941 Tipo de control: Termostato ambiente función ON/OFF Nº de montantes: 10 25 april 2012 12
Caso de estudio Comparativa entre sistemas Tipo de sistemas estudiados Tipo 1: Caudal constante Equilibrado estático Tipo 2: Caudal variable Equilibrado estático Tipo 3: Caudal variable Equilibrado dinámico 25 april 2012 13
Caso de estudio Comparativa entre sistemas Posibles ahorros de energía Ahorro en la energía de bombeo (fenómeno de exceso de caudal) Pérdidas térmicas en la tubería de distribución (temperatura de retorno) Precisión en el control de la temperatura ambiente de los locales (menores oscilaciones de la temperatura ambiente supone un ahorro energético) Alto rendimiento de la producción ΔT altos en el sistema aseguran un buen rendimiento de los equipos de producción Otros ahorros: reclamaciones de los ocupantes, confort, salud,etc. Ahorro en la energía de bombeo 25 april 2012 14
Caso de estudio Comparativa entre sistemas Ahorro en la energía de bombeo Edificio de 15 plantas y 10 montantes Caudal total del sistema: 215 m 3 /h Altura de bombeo: 250 kpa Nº de fan-coil: 941 Precio de la energía: 0,0835 /kwh Nº de horas: 4.800 Perfil de ocupación: 100 % 6% del tiempo 75% 15 % del tiempo 50% 35 % del tiempo 25% 44% del tiempo Aplicación tipo 1: caudal constante, bomba sin regulación (con un suplemento del 15% del caudal debido a la puesta en marcha manual) Aplicación tipo 2: caudal variable, bomba con característica constante (con un suplemento del 15% del caudal debido a la puesta en marcha manual) Aplicación tipo 3: caudal variable, bomba con característica proporcional 25 april 2012 15
Caso de estudio Comparativa entre sistemas Ahorro en la energía de bombeo Bomba Grundfos TPE 150-280/4-AS Perfil de carga de la bomba para 215 m 3 /h 250 kpa / Sistema tipo 3 25 april 2012 16
Caso de estudio Comparativa entre sistemas Ahorro en la energía de bombeo Bomba Grundfos TPE 150-280/4-AS Perfil de carga de la bomba para 247 m 3 /h (+15%) 250 kpa Sistema tipo 2 25 april 2012 17
Caso de estudio Comparativa entre sistemas Ahorro en la energía de bombeo 25 april 2012 18
Caso de estudio Comparativa entre sistemas Ahorro en la energía de bombeo Conclusiones: La demanda de energía de bombeo del sistema de caudal variable con equilibrado estático es un 70,6% superior que en el sistema dinámico, lo que supone un coste añadido de 3,43 por fan-coil y año La demanda de energía de bombeo del sistema de caudal constante es mas del doble de la del sistema dinámico, lo que supone un coste añadido de 6,20 por fan-coil y año El sistema más económico desde el punto de vista energético es el sistema de caudal variable con equilibrado dinámico AB-QM 25 april 2012 19
Gracias! Eduardo Lorenzo Platero Ingeniero de Ventas Ingeniero Industrial Danfoss S.A. Hydronic Balancing & Control C/ Caléndula 93 Edif I Miniparc III, Soto de La Moraleja, Alcobendas (Madrid), CP 28109 Tel.: +34 91 658 6722 Mob: +34 62 806 4618 Fax: +34 90 265 6396 E-mail: eduardo.lorenzo@danfoss.com www.danfoss.es 25 april 2012 20