situación actual y perspectivas de futuro · ruido . 1. importancia de la climatización consumo...

Climatización:

Situación actual y perspectivas de futuro

Jornada de Eficiencia Energética en Climatización

Universitat Jaume I – Castellón

Abril de 2014

Rodrigo Llopis Doménech

José Luís Gandía

ÍNDICE

Situación actual de la Climatización

Tendencias de futuro de la Climatización

Importancia de la Climatización

1. Importancia de la Climatización Introducción

Climatización

• Ciencia o técnica destinada a crear y mantener ciertas condiciones (de forma natural o artificial) de temperatura, humedad y calidad del aire dentro de recintos para garantizar el confort humano y la salubridad.

Los segundos aspectos más importantes

COSTE DE

INVERSIÓN

COSTE

ENERGÉTIC

O

COSTE DE

MANTENIMIE

NTO

ESPACIO

NECESARIO

REGLAMENT

ACIÓN

OTROS:

fiabilidad,

adaptabilida

d, gestión,..

Confort humano – Requerimientos básicos

Temperatura Humedad Calidad del

aire Movimiento

del aire Ruido

COSTE

ENERGÉTIC

O

1. Importancia de la Climatización Consumo energético

• Consumo de energía primaria en España en 2011: Edificios + Sector servicios: (24391 ktep)

26.1% de toda la energía primaria consumida en España

• Principales consumos: Calefacción + refrigeración, ACS, Equipamiento

• Refrigeración y calefacción:

• 51.4% de la energía utilizada en edificios y en sector servicios

• 13.42% de la energía primaria consumida en España

0

20

40

60

80

100

42,5

19,6

19,4

9,6

8,9

Co

nsu

mo

de

ener

gía

(%

) Refrigeración

Iluminación

Equipamiento

ACS

Calefacción

Plan de acción de ahorro y eficiencia

Energética 2011-2020. Ministerio de

Industria, Turismo y Comercio, IDAE,

2011.

1. Importancia de la Climatización Consumo energético

Plan de acción de ahorro y eficiencia Energética 2011-2020. Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, IDAE, 2011.

0

20

40

60

80

100

47

27,4

20,6

3,9 1,1

Co

nsu

mo

de

ener

gía

(%

)

Refrigeración

Iluminación

Equipamiento

ACS

Calefacción

Consumo de energía del sector doméstico (17.5% de la energía consumida en España)

• Calefacción y refrigeración doméstica:

• 48.1% de la energía utilizada en viviendas

0

20

40

60

80

100

31,1

3,3

17,4

22

26,2

Co

nsu

mo

de

ener

gía

(%

)

Refrigeración

Iluminación

Equipamiento

ACS

Calefacción

Consumo de energía del sector servicios (8.6% de la energía consumida en España)

• Calefacción y refrigeración servicios:

• 57.3% de la energía utilizada en sector servicios

1. Importancia de la Climatización Otros costes

• Inversión inicial en Sist. Clima: hasta un 20% del coste inicial del edificio[1]

• 48.1-57.3% del consumo energético del edificio[2]

• Coste de mantenimiento importante

• Fiabilidad del sistema

• Técnicos encargados del sistema

[1] F.J. Rey, E. Velasco, R. Herrero, F. Valera. Selección de un sistema de climatización

con el programa de simulación HAP. Congreso Mediterrânico de Climatizaçâo. Lisboa

2004.

[2] Plan de acción de ahorro y eficiencia Energética 2011-2020. Ministerio de Industria,

Turismo y Comercio, IDAE, 2011.

Coste económico

• Mucho espacio necesario para ubicar los equipos

• Elevado tamaño de los sistemas de distribución de energías

• Espacio para colocar los elementos terminales

Espacio necesario

2. Situación actual de la climatización Visión general

Uso de energía Sistema Clima

Equipamiento Espacio

acondicionado Confort térmico

Recursos energéticos

Sistema de conversión

de energía Elemento pasivo Servicio final

Mapa del flujo de energía para proporcionar el confort térmico[1]

[1] L. Perez-Lombard, J. Ortiz, I.R. Maestre, The map of energy flow in HVAC systems, Applied Energy, 88 (2011) 5020-5031.

2. Situación actual de la climatización Recursos energéticos








• 26.1% de la energía primaria consumida en España

• Un alto porcentaje proviene de fuentes de energía no renovables

• Gas natural, gas-oil,...

• ‘Electricidad’

PROBLEMÁTICA: Precios crecientes de las fuentes de energía (En especial la electricidad)

El consumo energético en climatización = indicativo del grado de desarrollo del mismo.

debería redefinirse este concepto

Debería basarse en el grado de eficiencia que alcanza dicho país

2. Situación actual de la climatización Equipamiento en edificios

• Refrigeración: Casi todo el equipamiento está basado en sistemas de

compresión

Equipamiento

Principales sistemas de refrigeración en edificios en Europa (2008)

Unitarios < 12kW 36%

VRV 2%

Splits >12kW 7%

Chillers 45%

Rooftops 5%

Compactos 5%

[1] Energy Efficiency and Certification of

Central Air Conditioners (EECCAC),

Jérôme Adnot, France 2003

2. Situación actual de la climatización Equipamiento en edificios

Equipamiento

PROBLEMÁTICA REFRIGERACIÓN: Rendimiento de los equipos

TIPO CONDENSADOR EER

MIN PROM MAX

Solo frío Aire 1.9 2.53 3.29

B.C. Aire 1.9 2.48 2.96

Solo frío Agua 2.9 3.73 4.09

B.C. Agua 2.9 3.57 4.09

Enorme variabilidad entre equipos...

Hasta hace poco no se exigía un nivel mínimo de eficiencia energética

Reglamento UE 206/2012 Comisión Europea

2. Situación actual de la climatización Equipamiento en no residencial

• Refrigeración: La mayor parte del equipamiento está basado en sistemas

de compresión

Equipamiento

Principales sistemas de refrigeración en edificios no residencial en Europa (2001)

Desplazamiento positivo

(pistones y tornillos)

(Aire) 72%

Desplazamiento positivo

(pistones y tornillos)

(Agua) 26%

Centrífugos 1%

Absorción >350kW

1%

[1] IPCC - UNEP, Safeguarding the Ozone Layer and

the Global Climate System: Special Report of the

Intergovernmental Panel on Climate Change,

Cambridge University Press, 2005.

2. Situación actual de la climatización Equipamiento en no residencial

Equipamiento

PROBLEMÁTICA REFRIGERACIÓN: Rendimiento de los equipos

La eficiencia aumenta

linealmente con la

potencia del sistema

Ventajas importantes

de los sistemas

condensados por

agua

Enfriadoras de desplazamiento

positivo (pistones y tornillos)

2. Situación actual de la climatización Refrigerantes

Equipamiento

AC y BC

aire-aire

• Equipos fabricados <2000: HCFC-22 • Protocolo Montreal directivas RE 2037/200 y CE-

1005/2009 = Phase-out of HCFC

• Banco de refrigerantes en 2008

• R22 = 85%

• R134a, R407C, R410A = 15%

[1] Global inventories of the worldwide fleets of refrigerating

and air conditioning equipment in order to determine

refrigerant emissions. The 1990 to 2006 updating., D.

CLODIC, S. BARRAULT, S. SABA, France 2010

Distribución de

refrigerantes para nuevos

splits de conductos en

EU15 (<17.5kW)


Equipamiento

Chillers (centrifugos,

tornillo,

scroll,

pistones)

• Equipos fabricados <2000: HCFC-22 • Protocolo Montreal directivas RE 2037/200 y CE-

1005/2009 = Phase-out of HCFC

• Banco de refrigerantes (No existen datos)

• R22, R134a, R407C, R410A

• Otros: R717, HCs, R744

[1] Global inventories of the worldwide fleets of refrigerating

and air conditioning equipment in order to determine

refrigerant emissions. The 1990 to 2006 updating., D.

CLODIC, S. BARRAULT, S. SABA, France 2010

Distribución de

refrigerantes para nuevos

chillers centrífugos y

volumétricos EU15


Equipamiento

Problemática medioambiental:

• Relacionada con presencia de Cloro (CFC, HCFC) • Reglamento Europeo 2037/2000 desaparición de los CFC y HCFC (fin 2015)

• Escasez de R22 (procesos drop-in)

• Relacionada con el calentamiento global (GWP) • Tasazo sobre refrigerantes en España (Ley 16/2013, de 29 de octubre)

0.02€ x GWP con un máximo de 100€/kg + IVA (Fluidos con GWP>150)

R134a = 26€/kg, R410A ≈ 33.8€/kg, R407C ≈ 33.1 €/kg

• Nueva F-Gas (texto aprobado por el Parlamento Europeo el 12/3/2014)

Limitaciones en la cantidad de gas disponible

Control de importaciones de gases refrigerantes

2. Situación actual de la climatización Espacio acondicionado y confort térmico

Espacio acondicionado

Confort térmico

• Constituye la parte del sistema que provoca que los sistemas

de climatización sean necesarios

• Es la causa del consumo energético

A nivel Español:

• CTE (Real Decreto 314/2006 y modificaciones): Establecimiento de unos niveles de

eficiencia mínimos para los edificios

• RITE (Real Decreto 1027/2007):

• Establecimiento de unos requisitos mínimos de eficiencia

• Contribución de fuentes renovables

• Límites en las condiciones de confort térmico (edificios de pública concurrencia)

Observación: Gran parte de los edificios en España están visados y construidos antes de la

aprobación de dichas normativas

3. Tendencias de futuro de la climatización Visión general









3. Tendencias de futuro de la climatización Recursos energéticos









• En el futuro cercano los sistemas HVAC seguirán dependiendo de

combustibles fósiles

El desarrollo de sistemas HVAC que dependan de fuentes renovables son la

base para la reducción del impacto medioambiental de este sector

(y serán la fuente de negocio más importante para el sector)

Energía solar

3. Tendencias de futuro de la climatización Equipamiento en edificios

• La mejora de la eficiencia energética de los equipos actuales es la

estrategia perseguida por los fabricantes para reducir el consumo de las

plantas de Climatización

• Cuanta más centralización más ahorro energético

Equipamiento

• Compresores: • Tornillos, centrífugos, scroll,...

• Regulación de capacidad para trabajar en puntos de rendimiento máximo

• Motores más eficientes

• Válvulas de expansión: Electrónicas

• Intercambiadores de calor: • De alta eficiencia

• De reducido volumen (reducir carga de refrigerante)

• Sistemas de control y regulación electrónicos

3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético

Sistemas de enfriamiento evaporativo

• Utilizados actualmente en grandes instalaciones de climatización

• Permiten obtener reducciones de consumo de hasta un 40% respecto a sistemas

condensados por aire

• Coste económico muy reducido

Inconvenientes:

• Legionella (prioridad de mantenimiento)

• Altas eficiencias para ambientes con HR<40%


Integración de instalaciones

• ‘Cogeneración’: producción de electricidad, calor y frío de forma simultánea

• Recuperación de calor residual

Inconvenientes: • Altas inversiones

• Altos costes de utilización y

mantenimiento

• Limitado al sector comercial y

grandes edificios

• Utilización en el sistema de Clima

• Calentamiento de ACS

• Activación de sistemas de

producción de frío (adsorción)


Sistemas de climatización basados en geotermia

• Actualmente básicamente a nivel de BC: elevación de la temperatura de evaporación

mejora notable del COP (incremento de un 15 a 20%)

• Utilizar el suelo como almacén térmico en

sistemas reversibles • Invierno: Modo generación de calor: enfriamiento

del suelo aprovechamiento de suelo calentado

en verano

• Verano: Modo producción de frío: calentamiento

del suelo aprovechamiento del suelo enfriado

en invierno

Inconvenientes:

• Elevado coste del sistema geotérmico

• Dificultad para el cálculo del sistema geotérmico


Almacenamiento térmico en sistemas de Refrigeración

• Almacenar ‘frío’ durante periodos de baja demanda para compensar picos de alta

demanda

• No aumenta la eficiencia energética, pero permite reducir el coste de la energía

COP

Coste

Demanda

Coinciden:

• pico de demanda

• pico de coste de la energía

• menor COP del chiller


Almacenamiento térmico en sistemas de Refrigeración

• Almacenar ‘frío’ durante periodos de baja demanda para compensar picos de alta

demanda

• No aumenta la eficiencia energética, pero permite reducir el coste de la energía

COP

Coste

Demanda

Almacenamiento

térmico de ‘frío’ • Baja demanda

• Coste energético

bajo

• Mayor COP de la

planta Ventajas: • Reduce el coste de la energía (hasta un 30% de la factura)

• Permite diseñar equipos de menor potencia (parte de la potencia a carga total se cubre con el sistema de

almacenamiento térmico)

Inconvenientes: • Coste del sistema y espacio requerido

• Regulación del sistema


Sistemas accionados por energía solar

• La energía solar es una ‘fuente gratuita’ y de mucha capacidad

• Los picos de demanda frigorífica coinciden con los picos de energía solar

• Tecnología disponible

• Sistemas de absorción: BrLi/H2O, NH3/H2O

• Sistemas de adsorción

• Sistemas de desecantes (deshumectación)


Sistemas accionados por energía solar

Ventajas:

• Permiten climatización con bajo coste energético (siempre que se disponga de una

fuente de calor gratuita)

Inconvenientes:

• Costes de instalación demasiado elevados (rentabilidades por ahora bajas)

• Costes de mantenimiento elevados (falta de técnicos de mantenimiento de estas

instalaciones)

• En general vida útil corta


Refrigerantes

• La regulación actual no favorece el uso de refrigerantes HFC (R134a, R4xxx, R407C,

R410A)

• Tasa sobre refrigerantes en España (Ley 16/2013, de 29 de octubre)

En ocasiones la tasa supera el coste del refrigerante

REFRIGERANTE PCA Impuesto (€/kg)

R134a 1300.0 26.0

R410A 1690.0 33.8

R407C 1652.5 33.1

R600a 20.0 0.0

R290 20.0 0.0

R717 (NH3) 1.0 0.0

R744 (CO2) 1.0 0.0

• Nueva F-Gas (aprobada por el Parlamento Europeo 12/2/2014) • Limitaciones en la cantidad de gas disponible (reducción desde niveles promedio de 2009-12:

2015=100% a 2030=21%) aumento de coste

• Control de importaciones de gases refrigerantes (equipos sin precargar)

• Equipos AC móviles y herméticos solo permitido fluidos con GWP<150 a partir de 2020

• Equipos split de menos de 3kg de refrigerante prohibido uso fluidos GWP≥750 a partir de

2025


Refrigerantes

• La tendencia del mercado será desarrollar equipos con bajo GWP (refrigerantes

naturales)

• Hidrocarburos: Pequeños equipos herméticos con baja carga de refrigerante

(especialmente basados en propano)

• CO2: No en países cálidos como España, por la baja eficiencia

• HFOs: Por ahora solo en automoción. Riesgo de inflamabilidad.

• Enfriadoras de amoníaco: Con sus sistemas inherentes de seguridad se están

imponiendo como una buena alternativa energética y medioambiental

4. Conclusiones


• En futuro próximo seguiremos dependiendo de combustibles fósiles.

• La única alternativa viable a largo plazo es la energía solar.

Equipamiento

• Los fabricantes implementan mejoras continuas de los equipos basados en compresión

• Nuevas estrategias de ahorro se están imponiendo o deberían imponerse: integración

de instalaciones para recuperación de calor, almacenamiento térmico, enfriamiento

evaporativo

• Los sistemas basados en energía solar tienen un futuro aún incierto

Refrigerantes

• Debido a la regulación, el mercado de la Climatización tiene tendencia a implementar

equipamiento basado en refrigerantes naturales.

Climatización:

Situación actual y perspectivas de futuro

Jornada de Eficiencia Energética en Climatización

Universitat Jaume I – Castellón

Abril de 2014

Rodrigo Llopis Doménech

José Luís Gandía

situación actual y perspectivas de futuro · ruido . 1. importancia de la climatización consumo...

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