Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor

El AGUA DE MAR
COMO FUENTE DE ENERGÍA
RENOVABLE
EN LA CLIMATIZACIÓN
Joaquín Rodríguez Carabias
- Dr. Ingeniero
Barcelona-12 /06/2015
1
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
Introducción
Introducción
El consumo energético humano es indicativo del grado de evolución de un país
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
2
Introducción
Consumo Y Reservas De Combustibles Fósiles
Contexto Energético Actual
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
3
17
9
47
27
Introducción
Distintos Usos De La Energía
Contexto Energético Actual
Calor
Transporte
Electricidad
Ø  La demanda de energía para
calor a nivel global constituye el
47% de la energía final.
Usos no energéticos
13
Ø  Un 43% de esa demanda de calor
corresponde a calefacción y ACS
de las viviendas y un 44 % a
procesos industriales.
43
Industria alta T
Viviendas
30
14
Industria baja T
Servicios
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
4
Formas De Reducir El Consumo De Energía
Consumo De Energía En El Sector Terciario
Con un consumo del orden del 28% del consumo total de energía, es uno de los sectores
con más potencial de ahorro, y adecuado para aplicar las energías renovables
Retos de la sociedad tecnológica y científica actual:
Ø  Reducir el consumo de energías fósiles y la contaminación medio ambiental, sin
reducir la calidad de vida de los ciudadanos.
Líneas básicas de actuación:
Ø  Aplicación de medidas pasivas en los edificios.
Ø  Mejorar la eficiencia energética de los sistemas de climatización:
•  Nuevos equipos y sistemas más eficientes
•  Equipos terminales de baja temperatura
Ø  Integración de las energías renovables dentro de los sistemas convencionales.
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
5
El Barrio
El barrio
Bloques
Viviendas
Sup.
construida
Sup. útil
15
420
120.000 m²
83.000 m²
Demanda energe*ca de referencia según diferentes fuentes Calefacción (kWh/ Refrigeración(
Total (kWh/
m²·año)
kWh/m²·año)
m2·año)
Fuente
95,47
(28,90)
147,77
Consumos reales
62,80
28,90
104,10
IDEA 20111
41,18
13,73
73,97
ICAEN 20052
CTE Demanda de referencia
Ed.San Joan
26,49
15,54
65,43
CTE Demanda nuevos edificios
Demanda prevista tras
rehabilitación
15,00
15,00
53,4
31,4
7,7
48,4
2606200
639100 3245300 Demanda anual tras
rehabilitación (kWh/m2.a)
P_max Cal [kW]
3,500
25,000
3,000
20,000
2,500
2,000
15,000
1,500
10,000
1,000
5,000
500
0
0
0
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
14,000
Energía kWh/día
Calef. kWh
P_max [kW]
30,000
Demanda de frio para 83.000 m2
P_max Frio [kW]
4,000
12,000
3,500
10,000
3,000
2,500
8,000
2,000
6,000
1,500
4,000
1,000
2,000
Dia
1IDAE:
Frio kWh
0
500
0 30 60 90 120150180210240270300330360
P_max [kW]
Demanda de Calefacción para 83.000 m2
Energía kWh/día
Rehabilitación De Edificios
Consumo De Energía En Los Edificios Del Bario De Referencia
0
Dia
Escala de calificación energética para edificios existentes. IDEA, Madrid, mayo 2011
“Estudi del potencial de microcogeneració a Catalunya”. ICAEN, Badalona, abril 2005
2ICAEN:
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
7
Qcon=10
KWt
Qcon 10
COP =
=
= 10
E.ele 1
T.con
Condenser
Evolución del COP en funcion T.evaporador,
manteniendo T.condensador a 35ºC
Eele =1KWe
9
8
7
6
COP
Red Baja T. Para Climatización de Viviendas
Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor
5
4
3
Evaporator
2
5
15
25
35
45
∆ T= T. condensador -T. evaporador
T.eva
Qeva=9KWt
COP—Coefficient Of Performance
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
8
El Sistema pensado para aplicar en ciudades cerca del mar, y trabajar con radiadores
de baja temperatura (tipo Jaga) y/o suelos radiantes.
I1
Bomba
de
Calor
Bomba
de
Calor
D. calor
1500 KW
1500 kW
D. frío
D. calor
150 KW
P1
Centro de consumo de agua fría/aliente
1500 KW
350KW
200 KW
350-­‐0KW
1500 kW
350-­‐ 0KW
150 KW
Red eléctrica
2000KW
P. Solar fotovoltaica
D. frío
D. calor
Centro de consumo de agua fría/aliente
MAR MEDITERANEO Red Baja T. Para Climatización de Viviendas
Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor
Bomba
de
Calor
P2
Temperatura impulsión
Suelo radiante
Radiadores baja T.
Calefacción
Refrigeración
35
38
14
12
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
9
40
T. Agua del mar en Tarragona, T.Calección, T. refrigeración
35
T .agua Mar
30
Temperatura ºC
Introducción
Red Baja T. Para Climatización de Viviendas
Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor
T.calefacción
T.refrigeración
25
20
15
10
5
0
15/01/10
15/02/10
15/03/10
15/04/10
15/05/10
15/06/10
15/07/10
15/08/10
15/09/10
15/10/10
15/11/10
Dias del año
Suelo Radiante ………… T. Impulsión 35ºC; ∆T 20ªC
Suelo Refrescante ……….T. Impulsión 14ªC; ∆T 10ªC
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
10
Introducción
Prestaciones Bombas De Calor Agua/Agua
Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor
COP=7.8
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
11
Prestaciones Bombas De Calor Agua/Agua
Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor
COP=6.3
COP=6.3
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
12
Prestaciones Bombas De Calor Agua/Agua
Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor
SEER- Razón de eficiencia energética estacional (Seasonal Energy Efficiency Ratio)
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
13
Prestaciones Bombas De Calor Agua/Agua
Utilización Del Agua de Mar Como Sumidero/Foco De Calor
COP=9.1
COP=8.1
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
14
Rendimientos Y Emisiones Especificas De CO2
Consumos De Energías Fósiles Y Emisiones De CO2
Para determinar el ahorro de consumo de gas y de emisiones de CO2, partimos
de los siguientes valores:
•  COP estacional de las B. de calor refrigeradas por aire………………… 4
•  COP estacional de las B. de calor refrigeradas por agua de mar .......... 10
•  Rendimiento estacional de las calderas de gas …………………………80%
Rendimiento eléctrico de las Centrales C.C. ………………………… 50%
•  Emisiones de CO2 por kWh de gas consumido………
0.215 kgCO2/kWh.GN
•  Emisiones de CO2 por kWh eléctrico producido ……
0.181kgCO2/kWhele
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
15
Determinación Del Consumo De Energía Y Emisiones De CO2
Introducción
Resultados Para El Barrio De Referencia
Consumo de gas natural y emisiones de CO2, en función del sistema de producción de agua fría y agua caliente Sistema u*lizado Gastos E.T para E.T para Consumo de Consumo de Consumo de Consumo gas Consumo total Emisiones de energé*cos calefaccón refrigeración gas Caldera E.E de la red E.E de la PVS Central C.C* de gas (kWh/
CO2 (Kg/año) de operación (kWh/año) (kWh/año) (kWh/año) (kWh/año) (kWh/año) (kWh/año) año) (€/año) Consumos actuales (Caldera de gas y bombas de calor individuales, refrigeradas por aire ) 7918200 Una vez rehabilitado 2606200 individuales, refrigeradas por aire ) (Caldera de gas y bombas de calor Una vez rehabilitado 2606200 (Sistema centralizado con bombas de calor refrigeradas por agua de mar) 11,097,100 2,236,557 533,835 2398700 9897750 599675 0 1199350 639100 3257750 159775 0 319550 3,577,300 (32%) 729,336 (32%) 167,058 (31%) 58,740 (2.6) 74,642 (14%) 0 0 639100 0 324530 0 649060 649,060 (5.8%) (Sistema centralizado con bombas de 639100 calor refrigeradas por agua de mar) 2606200 + 0 0 324530 0 0 Una vez rehabilitado (Planta Solar Fotovoltaica) *Asumimos que la energía eléctrica de la red, es producida con una central de ciclo combinado ( C.C.C)
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
16
Determinación Del Consumo De Energía Y Emisiones De CO2
Consumo GN (kWh/año)
1.2E+07
1.0E+07
8.0E+06
6.0E+06
4.0E+06
2.0E+06
0.0E+00
1.1E+07
3.6E+06
6.5E+05
Sistema actual
Una vez
rehabilitado
Rea. + Red
baja T.
0.0E+00
Rea. + Red
baja T. +SFV
Emisiones de CO2 (kg/año)
Emisiones de CO2 (kg/año)
Introducción
Resultados Para El Barrio De Referencia
Consumo GN. (kWh/año)
2.5E+06
2.0E+06
1.5E+06
1.0E+06
5.0E+05
0.0E+00
2.2E+06
7.3E+05
5.9E+04
Sistema
actual
Una vez
rehabilitado
Rea. + Red
baja T.
0.0E+00
Rea. + Red
baja T. +SFV
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
17
Introducción
Ejemplo Para Una Ciudad A 5km Del Mar
Capacidad Calorífica De Las Redes De Baja Temperatura
Dado que la distancia es importante (10 km de tubería) utilizamos como conducto de
circulación de agua una tubería con baja pérdida de carga [PVC orientado DN-­‐800; PN-­‐20; DI-­‐750 mm]
Potencia calorífica de la red y consumo de E. Eléctrica para circular el agua, en función
del caudal de agua
V(m/s) del Caudal Coste Coste zanja agua por la de agua tuberia (€) tuberia (m3/s) (€) 0.5 0.226 1 0.451 1.5 0.676 Coste de una P. E. Bombas Nº viviendas que Potencia E. Aportada por el E. Eléctrica planta solar para circulacion se pueden calorífica de la agua del mar consumida producir la E.E de agua clima*zar red (kW) (kWh/año) (kWh/año) requerida en la (KW) (100m2-­‐CTE) instación (€) 600,000 1,200,000 6.78 6613 57,134,246 5,713,425 15,871 3,174,125 49.61 13196 114,015,686 11,401,569 31,671 6,334,205 157.17 19780 170,897,126 17,089,713 47,471 9,494,285 V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
18
Capacidad Calorífica De Las Redes De Baja Temperatura
157.17
200
KWe
150
49.63
100
6.78
50
0
0.1
1
Velocidad del agua por la tubería (m/s)
Introducción
Nª de Viviendas
47,471
50,000
40,000
30,000
20,000
10,000
0
31,671
15,877
0.1
1
1.5
Velocidad del agua por la tuberia (m/s)
1.5
E. Aportada por el agua de mar (kWh/año)
Nº de viviendas que se pueden climatizar
(100 m2-CTE)
Energia apotada por el mar
(kWht/año)
Ejemplo Para Una Ciudad A 5km Del Mar
P.Eléctrica Bombas circulación del agua (kWe)
1.7E+08
2.E+08
1.1E+08
2.E+08
1.E+08
5.7E+07
5.E+07
0.E+00
0.1
1
1.5
Velocidad del agua por la tuberia (m/s)
V Jornada 3E: Eficiència i Autosuficiència Energètica: Barris, Pobles i Ciutats" - GT Eficiència Energètica 12/06/2015
19