eficiencia en climatizacion

Eficiencia en Climatización
JORNADA TECNICA
CLIMATIZACIÓN EFICIENCTE EN EDIFICACIÓN
24 de Marzo-Sevilla
Índice
1
INTRODUCCIÓN
2
LA CLIMATIZACIÓN
3
DEMANDA ENERGÉTICA
4
GENERACIÓN ENERGÉTICA
5
DISTRIBUCCIÓN ENERGÉTICA
6
REGULACIÓN ENERGÉTICA
7
RESUMEN GENERAL
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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 CO2.
 Por ello el analizar el sistema
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.
de
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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
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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
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 DISTRIBUCCIÖN
• Suelo radiante
• Fan Coils
• Radiadores
• VRV
• Sistemas de Atemperación
 REGULACIÓN.
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%
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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.
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MAYOR COSTE
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.
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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.
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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%
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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 1015%.
Caldera condensación:
 Temperatura de trabajo mas baja de lo
normal.
 Aprovechamiento de los gases de
combustión.
 Ahorro respecto a las tradicionales de 510%.
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4
GENERACIÓN ENERGETICA
CALDERAS
La comparativa de las calderas es la siguiente:.
Tipo de caldera
Temperatura
operación ºC
Margen de
potencia
%
Rendimiento
%
Caldera estándar
60 - 80
50 - 100
75 - 80
Caldera baja
temperatura.
35 - 80
30 – 100
91 - 96
15
Caldera de
condensación
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
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Ahorro %
Tipo de combustible
Precios
€/kW·h
Emisiones
gCO2/kW·h
Gasóleo C
0,0582
366
Gas Natural
0,0409
286
Propano
0,0719
304
Calor azul
0,0890
1.100
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
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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
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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%
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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/m3)
650
Coste (€/kW·h)
0,038 - 0,04
Coste (€/kg)
0,18 - 0,22
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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.
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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
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GENERACION ENERGÉTICA
Energías Renovables-MICRO-COGENERACIÓN
•Las tecnologías más implantadas son los motores
alternativos
de
combustión
interna
y
las
microturbinas.
•Tanto pilas de combustibles, como motor Stirling tienen
un gran potencial para sustituir otros tipos de generación,
como tecnologías de alta eficiencia y fiabilidad.
GASES
5%
GENERACIÓN
15‐40%
CONEXIÓN A LA RED ELÉCTRICA
Combustible
100%
CALOR
Micro
55‐80%
CHP
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
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4
12
GENERACION ENERGÉTICA
Energías Renovables-MICRO-COGENERACIÓN
MICROCOGENERACIÓN. CRITERIOS DE VIABILIDAD.
• Criterios para evaluar la viabilidad económica de una instalación:
•
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
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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%
REFRESCAMIENTO
CALEFACCIÓN.
1. Misma instalación de suelo radiante para
1. La impulsión de agua a baja
calefacción.
temperatura (35-40ºC).
2. circular el agua a 17ºC, que absorberá el
2. Calentando desde la superficie del
exceso de calor.
suelo se cubren estas necesidades
3. Control con sistema de punto de rocío
Ventajas
Inconvenientes
La temperatura del circuito es menor
Coste inicial de la instalación elevado.
Posibilidad de refrescar el ambiente, saludable
según la OMS
No es aconsejable en lugares de escasa
demanda de calefacción.
No produce movimiento de aire.
Tarda entre 2 y 3 horas.
Distribución de temperaturas óptima.
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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%
Ventajas
Inconvenientes
No ocupa espacio
Desplazamiento de aire y polvo, lo que resulta
perjudicial para alérgicos y asmáticos.
Temperatura de impulsión inferior a
radiadores.
Distribución de temperaturas alejadas de la
óptima.
Posibilidad de refrigeración del local con el
mismo sistema.
Difícilmente integrable en locales con techos.
Ahorro respecto al sistema de radiadores.
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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)
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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.
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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.
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Mario Iglesias Casal
[email protected]
Edificio Isaac Newton.
Lagoas Marcosende, s/n. 36310, Vigo.
T_986 81 86 66 F_986 81 86 65
[email protected]
www.energylab.es