innovación tecnológica y eficiencia energética de sistemas...

Innovación Tecnológica y eficiencia energética

Innovación tecnológica y eficiencia energética de sistemas térmicos en viviendas.Bombas de calor aire-agua, calderas de condensación y energía solar térmica.

Murcia, 16 de marzo 2012.I Galería de Eficiencia Energética del Sector Metal.


Innovación tecnológica y eficiencia energética de sistemas térmicos en viviendas.

1. Eficiencia energética del generador y marco de referencia

2. Vivienda unifamiliar de referencia

3. Bombas de calor aire-agua

4. Calderas de condensación y la eficiencia en la combustión

5. La energía solar térmica y caldera de condensación para a.c.s, en vivienda unifamiliar

6. La energía solar térmica y caldera de condensación para a.c.s. y calefacción en bloques de viviendas

7. La energía solar térmica y caldera de condensación en bloques de viviendas

INDICE


3 ZVW2, 22.12.00© BBT Thermotechnik GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties.

Estrategia de ahorro y Marco Normativo Europeo.

• Los pronósticos indican que ladependencia de Europa de importaciones de energía pasara del 50% actual al 70% en el año2030.

• Como consecuencia la UE se ha impuesto el objetivo 20:20:20 para el año 2020:

• Reducción de las emisiones de dióxido de carbono en un 20% en relación a 1990.

• Aumento del porcentaje de energía renovable sobre el consumo total de energía en un 20%.

• Aumento de la eficiencia energética en un 20%

Para ello, el marco Normativo Europeo lo componen las Directivas de Eficiencia energética de los edificios (EPBD), la de productos que usan energía (EuP) y la de eficiencia energética en el uso final y servicios energéticos.



La Etiqueta de Eficiencia Energética de los edificios de nueva construcción.

• Con el Índice de Calificación de Eficiencia Energética completamos la Etiqueta de Eficiencia Energética (RD 47/2007 entra en vigor el 30/04/2007 con un periodo de aplicación voluntaria de 6 meses)

- Los cerramientos y nivel de aislamientoinfluyen en gran medida en la eficiencia energética, en torno a un 20 %.

- La reducción de pérdidas por infiltración.

- El rendimiento del sistema de calefacción (generador, distribución y control) puede influir hasta un 12%.

• Recomendaciones para aumentar la Eficiencia Energética en edificios:



Directivas Europeas “Eup” / “Erp”• Directiva 2005/32/CE “Eup” (Energy Using Products): asegurar que los productos consumidores de fuentes de energía, se diseñen bajo el criterio de eficiencia energética, sin restarles rendimientos ni provocar otros impactos medioambientales.

• La Directiva Eup ha sido refundida ampliando su alcance, incluyendo todos los productos relacionados con la energía en la Directiva 2009/125/CE ErP (Energy Related Products) .

• En el lote 1 de productos afectados por la Directiva, se trata el tema de las calderas, se ha elaborado el Estudio Preparatorio y actualmente hay un documento de trabajo con los requisitos de ecodiseño de calderas (borrador).

• En dicho documento de trabajo se da la posibilidad de mejorar la calificación de las mismas, al ser integradas en la instalación con otros sistemas como bombas de calor aire-agua y agua-agua.


Calificación eficiencia energética según borrador “Erp”.

+

+

+

best standard low


• Alternativas:

Comparativa vivienda unifamiliar

Bomba de calor aire-agua Elevados Rendimientos Fácil instalación y mantenimiento (no tiene salida de gases) No emisiones de CO2 en instalación.

Dependiente de temperaturas exteriores variando su rendimiento (necesidad de apoyo).

Calderas condensación Elevados rendimientos No necesita equipo de apoyo. Fácil integración con solar y bombas de calor

Necesidad de instalación de gas y evacuación gases.

Energía solar térmica: Fuente de energía limpia y gratuita No emite CO2 Obligatoria su instalación por norma

Elevada inversión inicial, no justifica su utilización para obtención tan sólo a.c.s.



Fuente: BDH (Bundesindustrieverband Deutschland)0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

kWh

Ene

rgia

Prim

aria

Calderas a temperatura cteCalderas a temperatura cte

Bombas de calor - agua/aguaBombas de calor - agua/agua

Bombas de calor - tierra/aguaBombas de calor - tierra/agua

Bombas de calor – aire/aguaBombas de calor – aire/agua

Calderas de baja temperaturaCalderas de baja temperatura

Calderas de condensaciónCalderas de condensación

Ahorro en el consumo de energía primaria.Con el uso de las bombas de calor geotérmicas se consigue un ahorro en el consumo de energía primaria comparado con otros sistemas de generación.Consumo de energía primaria en la generación de 1kWh, para diferentes sistemas:



Comparativa vivienda unifamiliar• Ejemplo: Vivienda unifamiliar de dos plantas de 100 m2 bien aislada en zona climática Centro de España, ocupada por 4 personas de consumo 50 l/persona y día a 45ºC.

Datos demanda térmica individual Datos de Radiadores

Provincia: Madrid 29Zona Climática: 0,95 4Tra.interior: 20 ºCTipo vivienda: 1,25 6Aislamiento: 0,9 2Servicio: 0,9 1

Text. -3 ºC

Tra. Rad. ida: 45 ºCTra. Retorno: 40 ºC

Madrid

Último piso 2 plantas 1,3

Media

Contínuo

Zona D



Comparativa vivienda unifamiliar• Ejemplo: Vivienda unifamiliar de dos plantas de 100 m2 bien aislada en zona climática Centro de España, ocupada por 4 personas de consumo 50 l/persona y día a 45ºC.EMISORES POR ESTANCIA l/el l/el

Superficie Altura ORIENTACION PARED AL PARED A Renovaciones Acrist. Pérdida Pérdida Pérdia Totalm2 m EXTERIOR local No Cal Infiltración Transmisión W

1 10 2,5 1,05 1,00 1,00 0,50 1,00 101 884 9842 35 2,5 1,15 1,25 1,05 1,00 1,00 704 4446 51513 8 2,5 1,10 1,00 1,00 0,50 1,00 81 741 8214 8 2,5 1,10 1,00 1,00 0,50 1,00 81 741 8215 12 2,5 1,15 1,15 1,00 0,80 1,00 193 1336 15296 14 2,5 1,05 1,00 1,00 0,50 1,00 141 1237 13787 12 2,5 1,05 1,15 1,00 0,80 1,00 193 1220 14138 0,90 0,80 1,05 0,20 1,35 0 0 09 0,90 1,00 1,00 0,50 1,35 0 0 0

10 1,15 0,80 1,00 0,20 1,35 0 0 099 247,5 1493 10604 12097

Oeste

Este

Norte

Este

Norte

Oeste

Oeste

Sur

Sur

Norte

1

3

1

1

2

1

2

0

1

0

1

2

12

1

1

1

1

2

1

1

De 0 a 2 m2

De 0 a 2 m2

De 0 a 2 m2

De 0 a 2 m2

De 0 a 2 m2

De 0 a 2 m2

De 0 a 2 m2

De 4 a 8 m2

De 4 a 8 m2

De 4 a 8 m2



• Ejemplo: Vivienda unifamiliar de dos plantas de 100 m2 bien aislada en zona climática Centro de España, ocupada por 4 personas de consumo 50 l/persona y día a 45ºC.

Comparativa vivienda unifamiliar

DEMANDA CALEFACCIÓN DEMANDA ACSTra.amb. Horas Días kWh/mes Term/mes Consumo kWh/mes Term/mes Consumo

Media 14 calef. mes 9116 7840 m3/mes 2714 2334 m3/mesEnero 5,4 8 31 2045 1758 206 245 211 26Febrero 7,2 8 29 1677 1442 169 223 191 24Marzo 9,8 6 31 1071 921 108 223 192 24Abril 11,7 4 30 562 484 57 202 174 22Mayo 15,6 0 31 0 0 0 202 174 21Junio 20,7 0 30 0 0 0 279 240 30Julio 24,5 0 31 0 0 0 288 248 31Agosto 24,2 0 31 0 0 0 195 167 21Septiembre 22,2 0 30 0 0 0 279 240 30Octubre 14,4 4 31 392 337 39 187 161 20Noviembre 9,2 8 30 1464 1259 147 188 162 20Diciembre 6,4 8 31 1905 1638 192 202 174 21

• Demanda térmica en calefacción a temperatura exterior media de 14ºC y mínima de -3ºC: 9116 kWh año y Demanda térmica de a,c,s,: 2714 kWh año.



Bombas de calor aire agua


13

Bombas de calor aire-agua.

• Extrae calor o frío del aire exterior y lo cede al agua que circula en el circuito del sistema, esto permite que pueda climatizar (frío, calor) y producir agua caliente sanitaria.

• Unidad exterior con un circuito frigorífico hermético sin necesidad de manipulación de refrigerante en la instalación.

• La conexión de la unidad exterior con la interior son dos conexiones hidráulicas (ida y retorno) y conexión eléctrica.



• Máximo ahorro por la modulación de frecuencia, la velocidad del compresor se adapta a la demanda.

• Elevados rendimientos en calor (temperatura exterior 7ºC): ida a calefacción 38ºC y COP = 3,9 a máxima velocidad del compresor y COP = 4,5 al mínimo.

• En frío (temperatura exterior 35ºC): ida refrigeración 18ºC EER = 4 al máximo y 4,7 al mínimo.

Tecnología INVERTER y alto rendimiento !!!

Eficiencia y rendimiento.

Fuente: Frost


15

Rango de operación

CalorTemp. Ext. mínima. -20°C

Temp. máxima del agua. 60°C

Frío Temp. Ext. Máxima 46°C

Temp. mínima del agua. 5°C

30

35

40

45

50

55

60

65

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20Outdoor temperature °C

Max

out

let w

ater

tem

p. °C

Rango de operación modo calor y

Temperaturas mínimas de proyecto.

BurgosMadrid Málaga

Valencia

BarcelonaBilbao

Datos técnicos, unidad exterior ARW 90


16

Sobre los gráficos es tomado el ejemplo de calefacción con una temperatura de flujo de 35°C para mostrar la influencia de la modulación de velocidad del compresor sobre el COP.

Rendimientos, unidad exterior

Potencia COP / EER Potencia COP / EER[kW] [-] [kW] [-]

A7/W35 9.2 3.9 3.9 4.5A2/W35 8.3 3.0 3.1 3.5

A-7/W35 7.5 2.6 3.8 2.6A7/W45 9.2 3.0 3.7 3.2A2/W45 8.2 2.3 2.8 2.4

A-7/W45 7.5 1.9 3.8 2.2A7/W55 8.9 2.3 3.7 2.4A2/W55 8.5 1.8 3.1 2.1

A-7/W55 7.4 1.5 3.4 1.5A40/W18 7.0 3.2 3.8 4.1A35/W18 7.5 4.0 4.0 4.7A27/W18 7.6 4.2 4.1 4.8A40/W7 7.0 2.0 3.1 3.1A35/W7 7.5 2.4 3.2 3.5A27/W7 7.6 2.6 3.3 3.7

Frío

Compresor a Velocidad mínima

Tªs

(EN14511)

Rated Performances Compresor a

Velocidad máxima

Cal

or

Rendimientos Máxima velocidad Mínima velocidad

Máxima velocidad Minima velocidad



AWB

ARW90

230 V.

230 V.

θ

θ

Caldera

Diagrama de instalación, módulo Supraeco AWB

Nota: La producción de agua caliente sanitaria se tiene que hacer con la caldera o con un sistema independiente

Filtro

Sensor de temperatura Interno (modo frío)

Sensor de temperatura externo

Red



Diagrama de instalación, módulo Supraeco AWE

AWE

ARW90

230 V.

230 V.

θ

θ

Nota: La producción de agua caliente sanitaria se tiene que hacer mediante un sistema independiente

Filtro

Sensor de temperatutra interior (modo frío)

Sensor de temperatura exterior



AWM

230 V.

230 V.

θ

ARW 90

Filtro

Sensor de temperatura interior (modo Frío)

Sensor de temperatura exterior

θ

Nota: La producción de agua caliente sanitaria es realizada por la bomba de calor

Diagrama de instalación módulo Supraeco AWM



AWMAWR 90

T

Tanque de almacenamiento

Colector Solar

Válvula termoestática

Módulo Supraeco AWM Solar + agua caliente



Comparativa caldera convencional <> bomba calor

• Caldera convencional Rdto. estacional 80% consume: 1032 m3 año calefacción y 307 m3 año para a.c.s. Se suma a los 1800 € de la caldera 2650 €de equipo aire acondicionado 4x1 y coste de energía 314 €/año. En la instalación se incluye 4000 € de acometida de gas.

• Bomba de calor reversible Supraeco con COP estacional 3,5 % consumo 810 €/año para calefacción y a.c.s. y 250 €/año producción de frío.

Tipo de interés: 5,00 %Ciclo vida 15 años

Opción 1 Opción 2Inversión inicial Viabilidad económicaCoste del equipo: 4450 9000 € Factor de interés: 1,05 %Coste de instalación: 4500 600 € Factor rentas anuales: 0,0963Coste evacuación gases: 225 0 € Coste capital: 40,9 €/añoTOTAL 9175 9600 Coste capital total: 614,2 €

Costes de explotación Ahorro costes explotación: 74,0 €/añoCoste mantenimiento: 40 20 €/añoCoste combustible: 1114 1060 €/año Periodo retorno: 8,3 añosTOTAL 1154 1080 €/año


Calderas de Condensación y la eficiencia en la combustión.


23 ZVW2, 22.12.00© BBT Thermotechnik GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties.C/CCM | 25.02.2009 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of

disposal such as copying and passing on to third parties.

Europa: condensación y energías renovables


Caldera convencional 92%

Nos encontramos entre el 95% al 109% en calderas de condensación.

Caldera de condensación 109%(Gas Natural)

Principios de la condensación.

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

GasAire

Ida

RetornoSalidade gases

Condensados



• Menores pérdidas de calor por gases de escape: Debido principalmente a la temperatura de humos. En calderas de condensación la temperatura se reduce a 30ºC-60ºC. Y en calderas de Baja, el gas de escape sale con temperaturas de 140ºC a 190ºC.

• Menores pérdidas superficiales: debido a la temperatura de trabajo.

• Además del calor latente recuperado, se obtienen mejoras adicionales gracias a la disminución de pérdidas .

Caldera de Baja Temperatura

11% Pérdida en calor de condensación.

6% Pérdidas por el gas de escape

0,5% Pérdidas por transmisión

=93,5%

111%1% Pérdida en calor de condensación.

1% Pérdidas por el gas de escape1% Pérdidas por transmisión

=108 %

Caldera de Condensación111%

Tecnología de la condensación y Aplicaciones. Balance energético

Conceptos generales de Condensación


Comparativa de tipos de calderas



Comparativa caldera convencional <>condensación

• Caldera convencional Rdto. estacional 80% consume: 1032 m3 año calefacción y 307 m3 año para a.c.s.

• Caldera Condensación Rdto. Estacional 100% consume 825 m3 año calefacción y 273 m3 año para a.c.s.

Tipo de interés: 5,00 %Ciclo vida 15 años

Opción 1 Opción 2Inversión inicial Viabilidad económicaCoste del equipo: 1800 2100 € Factor de interés: 1,05 %Coste de instalación: 500 600 € Factor rentas anuales: 0,0963Coste evacuación gases: 225 300 € Coste capital: 45,8 €/añoTOTAL 2525 3000 Coste capital total: 686,4 €

Costes de explotación Ahorro costes explotación: 134,0 €/añoCoste mantenimiento: 40 40 €/añoCoste combustible: 776 642 €/año Periodo retorno: 5,1 añosTOTAL 816 682 €/año



Comparativa caldera convencional <>condensación

• Caldera convencional Rdto. estacional 80% consume: 1032 m3 año calefacción y 307 m3 año para a.c.s.

• Caldera Condensación Rdto. Estacional 100% consume 825 m3 año calefacción y 273 m3 año para a.c.s.

• Ahorro en costes de explotación de casi 17%.

• Para una diferencia en la inversión inicial de 475 €, retorno en 5,1 años.



La energía solar térmica y caldera de condensación para a.c.s. en vivienda unifamiliar



• La energía solar térmica forma parte de las instalaciones de nuestros edificios debido a la entrada en vigor del CTE y el RITE y es potenciada en el nuevo PER 2011-2020.

Desarrollo de la energía solar térmica

• Después del crecimiento desde el año 2005, en 2009y 2010 cayó un 25%respecto al año anterior,el acumulado supera los 2.300.000 m2.

• La previsión de cara al 2011 es que seguirácreciendo impulsado por el nuevo Plan de Energías Renovables 2011-2020.



Características de la tecnología:

• Alto grado de desarrollo en componentes.• Captadores con buenos índices de calidad y eficiencia. • Experiencia en diseño de instalaciones.

Potenciales de desarrollo en el futuro:

• Desarrollo de nuevos captadores.• Aplicaciones combinadas con calefacción.• Ámbito de aplicación a rehabilitación de viviendas.• Aplicación a la refrigeración solar. Con ciclos de absorción que demanda temperaturas > 80ºC con COP elevados.• Aplicaciones industriales. Supone un 30% de las aplicaciones solares con gran potencial de crecimiento.

Futuro en la implementación de la energía solar térmica.



Comparativa condensación+solar para a.c.s.

• Cobertura solar con 2 captadores para el 82% demanda de a.c.s.: la caldera consume 825 m3 año calefacción y 42 m3 año para a.c.s.

• Supone un ahorro de 40% respecto a caldera convencional.



Calderas termostáticas

Temperatura de entrada

Estado del quemador

60ºC 15ºC



La energía solar térmica y caldera de condensación para a.c.s. y calefacción en vivienda unifamiliar



Pellet

CERAPURSOLAR

CERAPURSOLAR

• Fácil integración de sistemas adicionales de calefacción en sistemas de condensación a gas

SP 400 SHU

Bombas de calor

Estufas de leña

Sistemas solares

Cogeneración



CERAPURSOLAR Válvula de 3 vías Calefacción - ACS

Intercambiador WB6

Válvula de mezcla incorporada

SP400 SHUCon estación solar y ISM1 incorporado

Agua fría

ACS

Hasta 10 circuitos de calefacción posibles (de acuerdo al controlador Fx elegido)

• Si el acumulador está suficientemente cargado, la energía es aprovechada y la caldera no arranca.

• La caldera arranca automáticamente cuando la energía acumulada no es suficiente

• Una utilización optimizada de la energía gracias a la válvula de mezcla



Comparativa condensación+solar a.c.s. y calefacción



CERAPURSOLAR

Instalación Multifamiliar

Aprovechamiento de la energía gratuita del sol no solo para a.c.s., sino también para calefacción en viviendas multifamiliares



Tendencias y conclusiones

• Bombas de calor de altos COP (4,5%) y EER (4,7%) con una normativa europea „Erp“ muy favorable a su implantación.

• Tecnología de componentes solares muy desarrollada y madura -> larga vida útil de instalaciones y altos rendimientos.

• Calderas de condensación de alta eficiencia (109%), versátiles como apoyo y fácil instalación.

• Combinación de solar+condensación para producción de calefacción y a.c.s. con ahorros de hasta el 55%.

Generadores de calor en viviendas de menores emisiones de CO2, que emplean energías renovables y de alta eficiencia energética:

¡¡ el objetivo 20:20:20 es posible !!.



¡Muchas gracias por vuestra atención!

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