Ahorro de energía en la distribución de agua para confort y ACS de gimnasios J. Vílchez Director Técnico Cortesía de Holiday Gym
Contenido 1. Introducción 2. El equilibrado como medida de ahorro energético 3. El equilibrado y las instalaciones de ACS 4. Distribución a caudal constante frente a caudal variable 5. Control de caudal y temperatura en radiadores 6. Conclusiones: El consumo de bombeo en instalaciones de caudal variable 2
Introducción
Objetivo de la climatización de un centro deportivo Cualquier instalación de climatización persigue dos objetivos 1. Suministrar la cantidad y temperatura de agua caliente y el adecuado nivel de confort para los usuarios y monitores. 2. Conseguir el objetivo con la mínima energía En todas las etapas del proceso Producción Distribución Unidades Terminales
El equilibrado como medida de ahorro energético Equilibrado para mejor controlabilidad. Confort, Ahorro Energético, Diagnóstico del sistema
No hay confort sin equilibrado. Apartados del RITE El sistema debe estar equilibrado, para un clima interior confortable, usar la mínima energía y prevenir averías P>Pa 0. La presión en cualquier punto del circuito será siempre superior a la atmosférica y deberá estar siempre bajo control. IT1.3.4.2.4 y 5. Además el agua deberá estar en condiciones de calidad apropiada: Libre de aire y lodos. 1. El caudal de proyecto debe estar disponible para todas las unidades terminales, en las condiciones de diseño. IT1.3.4.2.12, IT1.3.4.5.1 e IT2.3.3. 2. La presión diferencial sobre las válvulas de regulación proporcional, debe mantenerse controlada y oscilar poco. IT 1.2.4.3.2 y 5, IT2.3.3.5. 3. Los caudales de agua deben ser compatibles en todas las interfases de los circuitos hidráulicos. IT 1.2.4.3.7 y 8 Nota: IT; Instrucciones. Técnicas del vigente RITE 6
La buena presurización evita el síndrome de edificio enfermo Los síntomas Disparos de V. Seguridad Exceso de ciclos de llenado Problemas de equilibrado por presencia de aire Erosión Lodos negruzcos Corrosión excesiva Radiadores fríos Averías en las calderas Fugas en los sellos de las bombas Ruidos en las bombas Baja eficiencia Correcta presurización Correcta desgasificación 7
Las consecuencias del desequilibrio: Sobrecaudales y subcaudales 17 C Sin equilibrado los circuitos más cercanos a la bomba sufren exceso de caudal, los lejanos sufren falta de caudal Bajo caudal = muy frio Sobrecaudal = muy caliente 23 C Deficiente presión diferencial Exceso de presión diferencial
El coste de la falta de confort Hay que eliminar las fluctuaciones de temperatura incontroladas Los ocupantes tratan de compensar cambiando el ajuste de sus termosatos Calefacción Elevar 1 C el ajuste de los termostatos incrementa el consumo anual en 6 a 11% * Refrigeración Reducir 1 C el ajuste de los termostatos incrementa el consumo anual en (*) mayor consumo total anual del sistema de climatización 12 a 18% * 9
Reducción del periodo de puesta en marcha Emisión 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 5 0 10 0 150 200 250 300 Caudal Más caudal no significa un incremento lineal de la emisión térmica, y por tanto en esos circuitos favorecidos, no se cierran las válvulas!.
El coste económico del desequlibrio hidráulico Mayor altura manómetrica de bombeo: Mayor coste Con sólo un 20% de subcaudal en zonas alejadas, el caudal total se incrementaría en 25%!, si quisiesemos corregir la situación sin equilibrar. Para con seguir este 25%, la presión disponible de la bomba se ha de incrementar en 56%!!!! (1,25² = 1,56) p El consumo casi se duplica! (1,25 1,56= 1,95) Si además se cambia la temperatura de fluido En las especificaciones técnicas de enfriadoras de agua se indica que hay un 4% extra de consumo por cada C que se reduce la temperatura del agua. Derroche de energía! Se incrementan las emisiones de CO 2! q 2 11
Con el equilibrado se consigue el confort 20 C Con el equilibrado, todos los circuitos consiguen su caudal de agua al mismo tiempo Caudal y temperatura de diseño 20 C Mejor distribución de presiones en cada terminal
El proceso de equilibrado 15 kpa 20 kpa 20 kpa 15 kpa 20 kpa 100 100 100 100 100 22 kpa 15 kpa 10 kpa 11 kpa 3 kpa = 43 kpa 6 kpa 2 kpa 5 kpa 4 kpa 3 kpa Añadir pérdida de presión en todos los terminales y ramales más favorecidos mediante válvulas de equilibrado.. Método de compensación y Método TA-Balance. Una o varias personas con aparatos de medida de caudal calculan en obra los valores reales para el ajuste. Se detectan problemas de la instalación: filtros sucios, actuadores, cableado o software de control defectuosos.. Un ejemplo: Una instalación de 337 válvulas se ajustó en tres días de trabajo con un equipo de tres personas. (Total 68 horas hombre y casi 6 válvulas por hora) 13
El Equilibrado en la instalación de ACS Como evitar una ducha fría involuntaria Hospital Ramón y Cajal
Equilibrado en ACS Recirculación en ACS sin equilibrar! Un mal equilibrado de los ramales de ACS es una fuente de disconfort, derroche de agua e incremento del riesgo de legionella. Ramal frío No deseado Toma de agua fría Depósito ACS Ramal caliente Cuánto tiempo tarda el agua en llegar a las duchas? Cuántos litros se desperdician? Cuánto tardan los usuarios en quejarse?.
Equilibrado en ACS con válvulas de equilibrado manuales o automáticas El equilibrado hidráulico se consigue instalando válvulas de equilibrado, en cada rama, con los métodos ya expuestos.l. Equilibrado térmico de los ramales: Fijar la Tª de retorno de los ramales a un punto de consigna (por ejemplo 55 C)
Distribución a caudal constante frente a caudal variable Ventajas e inconvenientes de ambos tipos de sistema Complejo Hospitalario de La Paz
Caudal variable características Sistema a Caudal Constante Válvulas de control de tres vías en terminales Bombas de caudal y velocidad constante Presión diferencial cte en el tiempo Sistema a Caudal Variable Válvulas de control de dos vías en terminales Bombas de caudal variable, con 1 o varios sensores de Dp Presión diferencial variable al cerrar válvulas de control H Bomba H Bomba = Dp sensor = constante Constante Variable 18
Caudal variable Ventajas e inconvenientes Necesidad de caudal mínimo (Muy importante) Incremento de la presión diferencial: Autoridad variable y reducida si no se estabiliza Dp en las válvulas de control 9 C 12 C 6 C 12 C 6 C Constante Reducción del consumo de bombeo Compatibilidad entre caudales de distribución y producción Efectividad de aplicación del factor de simultaneidad Variable 19
Capacidad de maniobra del control de velocidad Independientemente de su posición y número de sensores de presión diferencial, el control de velocidad sólo puede hacer una cosa: actuar sobre el «corazón» de la instalación, la bomba, acelerando su velocidad. Al igual que el cuerpo, un sistema de caudal variable precisa de control local de la presión diferencial para hacer llegar el caudal de diseño en cada momento a todos los terminales.
Problemas ligados al caudal variable Elevada H Caudal reducido Dp = cte 100 kpa Altura manométrica SE ELEVA EN EXCESO SU CAUDAL. PIERDE AUTORIDAD! Solución : válvulas que mantienen constante la presión diferencial
Las válvulas de estabilización de presión Elevada H Solución actual: Dp = cte Las primeras disposiciones: Válvulas en Ramal Válvulas envolviendo a la válvula de control Válvulas de ajuste y control del caudal, con estabilización de la presión diferencial y capacidad de medida.
Control de caudal y temperatura en radiadores Como conseguir confort térmico con el máximo ahorro de energía Hospital Ramón y Cajal
El RITE y las Directivas europeas establecen la necesidad de controlar la emisión térmica individual: Un control termostático central Cada radiador montará una cabeza termostática Se debe controlar la temperatura del agua de impulsión en función de temperatura exterior. Para calderas de condensación, la temperatura del agua de retorno debe de ser lo más fría que se pueda, para maximizar el periodo de condensación Evitar la mezcla de retornos calientes (Retornos de ACS, Fancoils, convectores, radiadores) con retornos fríos (suelo radiante, radiadores baja Tª ) Tª agua [ C] 80 70 60 50 40 30 20 T r T s Tª exterior [ C] 80/60/20 C -5 0 5 10 15 20
Requisitos técnicos de una buena Válvula Termostática Clasificación TELL* (Indicador de Eficiencia Energética): EEI = (C/1.0 + W/1.5 (a) + D/1.0 + Z/40) / 4 (a) 1.5 para válv. con sensor integrado; 0.75 para sensores remotos (*) de acuerdo con EN 215 Si se reemplazan válvulas termostáticas de 20 años o más, se consigue: 7% de ahorro con un régimen de 90/70/20 C 5% de ahorro con un régimen 70/55/20 C Fuente: Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik (Instituto de la Energía de la Universidad Técnica de Dresde) El ahorro al instalarlas es de un 20% como mínimo. A: EEI 0.5 B: EEI 0.6
Conclusiones: Comparación de costes de bombeo Cuanto pesan en la instalación. Cómo reducirlos? Hospital Ramón y Cajal
Los costes de bombeo H Q Costes de Bombeo C 0 Eficiencia de la bomba Los costes de bombeo representan ( respecto al total de energía consumida): Calefacción Refrigeración
Los costes de bombeo en caudal variable Costes de Bombeo C 0 Altura manométrica. x 1.4 H Eficiencia Caudal x 0.7 Una bomba de caudal variable reduce el consumo al mantener la altura de bomba constante al reducirse el caudal Q de la x 0.5 bomba Costes de Bombeo C 0 Altura manométrica. Caudal = H Eficiencia x 0.5 Q de la x 0.5 bomba Economía Resumen de ahorro de bombeo respecto a sistemas de caudal constante H = cte Efecto del control de de velocidad Ahorro (%) Uso de Bomba con variador. Caudal Constante en el sistema 17% Bomba caudal variable. P cte con estabilizadores de presión. 50% Idem, Caudal variable P cte, Sensor remoto 60%
Conclusiones Hospital 12 de Octubre
El equilibrado y los costes de bombeo El uso de sistema de caudal variable Reduce el consumo de bombeo Pero: El correcto equilibrado y presurización de la instalación : Proporcionan el adecuado nivel térmico en cada local, sea sala de ejercicios, duchas, Spa, oficinas, o área común o almacén Las válvulas de control precisan control de presión diferencial Diagnóstico precoz de problemas en puesta en marcha Evitan el sindrome de edificio efermo alargando la vida útil Monitorización en cualquier momento del estado de la instalación Ahorro de energía! Reducción de CO2!
Nuestro esfuerzo de hoy es salud y bienestar para el futuro. Nuestro ahorro de hoy es una inversión para el mañana. Muchas gracias por su atención