Madrid, 7 de abril de 2016

Climatización y Producción de ACS  con Bombas de Calor

Índice

Aspectos Tecnológicos:  Componentes Principales.  Eficiencia y utilización de energía procedente de fuentes renovables

Aplicaciones de climatización y de producción de ACS:  Tipologías  Consideraciones para su dimensionamiento

Ejemplos prácticos

Tecnología de la Bomba de Calor Componentes principales

Tecnología de la Bomba de Calor Evolución de los componentes  Compresores  Mejores rendimientos. Modulación de  la carga:   Accionamiento por motor eléctrico  Accionamiento por motor térmico 

 Mayor durabilidad  Mas silenciosos  Mayor rango de temperaturas de  utilización

Tecnología de la Bomba de Calor Evolución de los componentes  Refrigerantes  Mayores capacidades de  transmisión y más respetuosos con  el medio ambiente  Intercambiadores  Mayores coeficientes de transferencia  Menor cantidad de fluido refrigerante  Menor tamaño  Dispositivos de Expansión  Mayor capacidad  y posibilidades de regulación  Ventiladores  Rendimiento. Capacidad de Modulación. Motores EC  Bajo nivel sonoro

Tecnología de la Bomba de Calor Evolución del control  Regulación de la capacidad en  motores, actuadores, …  Gestión de la optimización de  los desescarches  Algoritmos de gestión de la eficiencia  energética   Temperatura variable de refrigerante  Gestión de caudal de agua variable en primario o  en instalaciones de circuito único   Reajuste de la temperatura de consigna de agua  en función de la temperatura exterior 

 Comunicación. Integración bidireccional en sistemas BMS

Tecnología de la Bomba de Calor Aprovechamiento de las fuentes residuales  Del propio circuito frigorífico  Recuperación de calor • Recuperación de calor de los  gases de descarga • En ciclo de refrigeración, se  obtiene un 15‐20% de la potencia  del equipo mientras están  funcionando los compresores

 De fuentes externas al Ciclo Frigorífico  En bombas de calor accionadas a gas (GHP), aprovechamiento del  calor del motor y de los gases de escape para su utilización en  aplicaciones de ACS

Tecnología de la Bomba de Calor Eficiencia y utilización de energía procedente de fuentes renovables Coeficiente de Rendimiento Estacional

Factor de Eficiencia Energetica Estacional

Su aplicación: Reduce el consumo de energía

>> 1

Emisiones CO2 Energía Primaria no renovable

Reduce la demanda energética Reduce los costes

Debidos al consumo energético Debidos a las servidumbres 

Tecnología de la Bomba de Calor Eficiencia y utilización de energía procedente de fuentes renovables

DIRECTIVA 2009/125/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 21 de octubre de 2009 por la que se instaura un marco para el establecimiento de requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos relacionados con la energía DIRECTIVA 2010/30/UE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 19 de mayo de 2010 relativa a la indicación del consumo de energía y otros recursos por parte de los productos relacionados con la energía, mediante el etiquetado y una información normalizada

La utilización extendida de equipos BdC será necesaria  para alcanzar los objetivos europeos de reducción  de emisiones de gases de efecto invernadero

Tecnología de la Bomba de Calor Eficiencia y utilización de energía procedente de fuentes renovables DIRECTIVA 2009/28/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 23 de abril de 2009  relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables Decisión de la Comisión de 1 de marzo de 2013 por la que se establecen las directrices para el  cálculo por los Estados miembros de la energía renovable procedente de las bombas de  calor de diferentes tecnologías, conforme a lo dispuesto en el artículo 5 de la Directiva  2009/28/CE … SPF = Factor de Rendimiento Medio Estacional ERES= Qusable x (1‐1/SPF) 0,60 Condición= SPF > 1,15x1/

SPF > 2,5

 = eficiencia  media del sistema  eléctrico

Aplicaciones de climatización Tipologías  Bombas de Calor Aire‐Aire

Equipos Split  o Multsplit Unidades Roof‐Top Equipos Autónomos

Aplicaciones de climatización Tipologías  Bombas de Calor Aire‐Agua Equipos  multitarea

“Enfriadoras”

Unidades Multiciclo

Aplicaciones de climatización Tipologías  Bombas de Calor Agua‐Aire

BdC  Geotérmicas

BdC para anillo hidráulico

Aplicaciones de climatización Tipologías  Bombas de Calor Agua‐Agua

BdC  Geotérmicas e  Hidrotérmicas

Máquina Térmica

Aplicaciones de climatización Dimensionamiento  para climatización  Cálculo de cargas térmicas  Demanda  Perfiles

 Preselección del Equipo

Análisis de la curva de  demanda frente a la  curva de capacidad

Aplicaciones de climatización Dimensionamiento para climatización  Comprobación límites de funcionamiento  Aplicación de coeficientes correctores   Temperaturas  Altitud  Distancias  ….

 Selección del Equipo  Cálculo energético  Demanda térmica  Consumo de Energía Primaria

 Cálculo emisiones de CO2

Aplicaciones para producción de ACS Tipologías Unidades solo ACS Compactas 

 Refrigerante  R‐134 A

Aplicaciones para producción de ACS Tipologías Unidades solo ACS Circuitos de doble etapa empleando  CO2 como refrigerante

Bomba de Caudal  Variable

Aplicaciones para producción de ACS Tipologías Unidades  ACS + Calefacción Ciclos en cascada

Aplicaciones para producción de ACS Tipologías Sistemas Mixtos ACS + Calefacción

CALEFACCION y/o ACS

Aplicaciones para producción de ACS Tipologías Unidades Mixtas ACS + Climatización

+

Dos muebles

+

+ Tres muebles

Aplicaciones para producción de ACS Tipologías Unidades Mixtas ACS +  Climatización

Unidad Interior

Emisores

Interc.

Unidad Exterior

Líneas de Refrigerante

Depósito ACS

Válvula 3-vias Resistencia de apoyo

Suelo Radiante / Refrescante

Aplicaciones para producción de ACS Tipologías Sistemas Mixtos ACS + Climatización

Accionamiento por  motor de  combustión

Accionamiento por  motor eléctrico

Aplicaciones para producción de ACS Dimensionamiento para producción de ACS  El aspecto clave es el volumen de la acumulación:  Consumo de agua diario  Perfil del consumo  Sistemas de baja temperatura (Tª salida agua  0,25 m2/kW  El sistema (conexiones del depósito, tamaño de las conducciones, bombas de  recirculación, ….) debe estar concebido para Tª bajos (5‐10C).  Se pueden utilizar resistencias de apoyo para alcanzar una Tª de agua > 60ºC,  pero solo es necesaria para el proceso de pasteurización, no para consumo. 

Aplicaciones para producción de ACS Dimensionamiento para producción de ACS  La BdC realiza el control de la climatización y de la  producción de ACS.  Pueden establecer prioridades y estrategias de  funcionamiento ( prioridad al ACS, prioridad a la  calefacción, programas horarios, ….)  Diferentes puntos de consigna  para ACS y para Calefacción  (configurable)  Gestión del funcionamiento de elementos adicionales: • Apoyo de fuentes exteriores (paneles solares, …)  • Producción de ACS en el acumulador • Bombas de recirculación • Válvulas de 3 vías • …

Aplicaciones para producción de ACS Situación Reglamentaria: Factor de Rendimiento Medio Estacional SPF  Calefacción de espacios   SPF = SCOPnet en BdC accionadas eléctricamente.  Se determina de acuerdo con la norma EN 14825

 Producción de ACS  Actualmente no existe un parámetro asignable al SPF Pendiente revisión norma EN 16147

 Documento reconocido Prestaciones Medias Estacionales de las Bombas de Calor para  Producción de Calor en Edificios. Establece un método simplificado: SPF = COPnominal x FP x FC Caso de las BdC para  producción de ACS SPF = COPnominal x 0,568

Aplicaciones para producción de ACS Situación Reglamentaria CTE  HE4. Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria 2 Caracterización y cuantificación de las exigencias 2.2 Cuantificación de la exigencia 2.2.1 Contribución solar mínima para ACS y/o piscinas cubiertas ……………………. 4. La contribución solar mínima para ACS y/o climatización de piscinas cubiertas podrá sustituirse parcial o totalmente mediante una instalación alternativa de otras energías renovables, procesos de cogeneración o fuentes de energía residuales procedentes de la instalación de recuperadores de calor ajenos a la propia instalación térmica del edificio; bien realizada en el propio edificio o bien a través de la conexión a una red de climatización urbana. 5. Para poder realizar la sustitución se justificará documentalmente que las emisiones de dióxido de carbono y el consumo de energía primaria no renovable, debidos a la instalación alternativa y todos sus sistemas auxiliares para cubrir completamente la demanda de ACS, o la demanda total de ACS y calefacción si se considera necesario, son iguales o inferiores a las que se obtendrían mediante la correspondiente instalación solar térmica y el sistema de referencia que se deberá considerar como auxiliar de apoyo para la demanda comparada.

Aplicaciones para producción de ACS Situación Reglamentaria Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios. R.D. 238/2013, de 5 de abril, que modifica determinados artículos e  instrucciones técnicas del RITE ..... IT 1.2.2 Procedimiento de verificación ‐ 2.2 Cuantificación de la exigencia  2. Procedimiento alternativo: consistirá en la adopción de soluciones alternativas, entendidas como aquellas que se apartan parcial o totalmente de las propuestas de esta sección, basadas en la limitación directa del consumo energético de la instalación térmica diseñada. Se podrán adoptar soluciones alternativas, siempre que se justifique documentalmente que la instalación térmica proyectada satisface las exigencias técnicas de esta sección porque sus prestaciones son, al menos, equivalentes a las que se obtendrían por la aplicación directa del procedimiento simplificado. Para ello se evaluará el consumo energético de la instalación térmica completa o del subsistema en cuestión, mediante la utilización de un método de cálculo y su comparación ….. El cumplimiento de las exigencias mínimas se producirá cuando el consumo de energía primaria y las emisiones de dióxido de carbono de la instalación evaluada, considerando todos sus sistemas auxiliares, sea inferior o igual que la de la instalación que cumpla con las exigencias del procedimiento simplificado.

Ejemplos Prácticos Vivienda unifamiliar con sistema híbrido y bomba de calor aire‐agua Descripción del edificio y necesidades de climatización  Vivienda antigua de 350 m2 en 4 plantas  Calefactada mediante radiadores de fundición en  un único circuito.  Sistema convencional por gasóleo que da servicio  a la calefacción y al ACS

Descripción del sistema adoptado  Generador principal formado por una  bomba de calor aire‐agua.  Caldera de gasóleo existente en la  instalación  Sistema de regulación y control.  Termostato interior inalámbrico, sonda  exterior de temperatura con comunicación  vía radio….

Ejemplos Prácticos Vivienda unifamiliar con sistema híbrido y bomba de calor aire‐agua Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia

Ejemplos Prácticos Tienda de proximidad con sistema VRF Bomba de Calor y  refrigeración comercial Descripción del edificio y necesidades de climatización  Tienda de  productos de  alimentación   Superficie de 133 m2 

Ejemplos Prácticos Tienda de proximidad con sistema VRF Bomba de Calor y  refrigeración comercial Descripción del sistema adoptado

Perfil de cargas y análisis del  consumo y eficiencia

o Eficiencia estacional anual  del sistema =3,56. o Emisiones de CO2 =  12.073,44 kg 

Ejemplos Prácticos Residencia de la tercera edad Descripción del edificio y necesidades de climatización  Edificio formado por sótano, planta baja y dos plantas en altura  Necesidades de climatización:  Ocupación: 276 personas.  Ventilación de 12,5 l/s persona (RITE‐IDA 2).  Luces: 18 kW. En habitaciones 14 W/m2.  Equipos: 32,5 kW. En habitaciones 700 W.  Programas horarios de ocupación, luces y  equipamiento estándar.

Descripción del sistema adoptado  Bomba de calor aire‐agua de Pf=130 kW y Pc=138 kW, con desuperheater  UTA de aire primario centralizado, con recuperación sobre el lado de  extracción y free‐cooling.  Fancoils de zona de tipo baja silueta para habitaciones.  Fancoils de alta capacidad en zonas comunes, comedor y salones.

Ejemplos Prácticos Residencia de la tercera edad Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia

Ejemplos Prácticos Producción de ACS en un hotel Descripción del edificio y necesidades de producción de ACS  Sustitución del sistema de referencia  alimentado por gasoleo para producción de  ACS o Consumo:  De Enero a Mayo 10.000 l/dia  De Junio a Agosto 18.000 l/dia  De Septiembre a Diciembre l/dia

Descripción del sistema adoptado

 (2) unidades bomba de Calor aire‐agua con  CO2 como refrigerante, en doble etapa  Se mantienen los dos tanques existentes de   capacidad total 15000 l.

Ejemplos Prácticos Producción de ACS en un hotel Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia

Ejemplos Prácticos Edificio de apartamentos Descripción del edificio y necesidades de producción de ACS  Residencia de estudiantes, con 30 apartamentos de 45 m2  Comparativo de un sistema de Paneles Solares y calefacción convencional  frente a uno de Bomba de Calor Descripción del sistema adoptado  Sistemas Bomba de Calor Aire‐Agua multitarea en cada apartamento,  con producción combinada de calefacción y de ACS

Ejemplos Prácticos Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia Proceso de cálculo  Determinación de la demanda de calefacción  Determinación de la demanda de ACS  Verificación del cumplimiento del SPF mínimo requerido por las bombas  de calor para que las mismas tengan la consideración de energía  renovable (SPF≥2,5).  Determinación  de los Consumos de Energía Primaria  no renovable y de  las emisiones de CO2 en calefacción y ACS con o equipos bomba de calor o el sistema de referencia (paneles solares + caldera de gas natural)  Análisis comparativo

Ejemplos Prácticos Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia Demanda de calefacción: Calculada con un Software específico Capacidad (kW) 14,0

11,2

448

8,4

336

5,6

224

(2) (1)

2,8

0,0

Demanda de Calefacción

Salida térmica (kWh) 560

Carga‐Capacidad

112

-5,0

-0,8 Requerido Capacidad del sistema

3,4 Requerido noche

7,6 Capacidad CV

11,8

Temp. exterior (ºC) 16,0 0 -6 Capacidad BUH

-5 -4 -3 -2 Bomba de calor

-1

0 1 2 3 resistencia eléctrica

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Temp. exterior (ºC)

Ejemplos Prácticos Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia

Demanda de ACS: Tablas del CTE

Energía demandada: se considera • Tª media del agua de 12 ºC • 3 personas por apartamento

∑ = 2520  l.

Ejemplos Prácticos Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia SPF en modo calefacción. Lo facilita el fabricante

SPF (SCOPnet)= 3,51

(cfr. UNE 14825: 2014)

SPF en modo producción de ACS. Utilizando el documento de Prestaciones Medias Estacionales

El COP nominal de la BdC en estas condiciones. Lo facilita el  fabricante: COP = 4,74 35ºC

(cfr. UNE 14511:2014)

(para Tª = 60ºC)

SPF Ponderado. Se obtiene  promediando las  demandas de calefacción  y de ACS con sus  respectivos SPF :

Ejemplos Prácticos Perfil de cargas y análisis  del consumo y eficiencia

CO2

Electricidad

0,357

Gas Natural

0,252

Coeficientes de Paso

Energía  Primaria  N.R. Electricidad

2,007

Gas Natural

1,190

Ejemplos Prácticos Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia Consumo Energía Primaria no renovable Bombas de Calor Calefacción ACS Total

Demanda kWh

SPF

Consumo energía kWh

173.850

3,51

49.530

52.213

1,67

31.265

80.795

Factor de Conversion a E.P.N.R.

2,007

Total Energía Primaria No Renovable

Sistema de Referencia Calefacción

Sistema de Referencia Apoyo al ACS

162.156

Demanda kWh

Rendimiento

Consumo energía kWh

173.850

0,92

188.967

Demanda kWh

Cobertura

Consumo energía kWh

52.213

60%

20.885

Total

Emisiones de CO2

209.853 Factor de Conversion a E.P. N. R.

Total Energía Primaria No Renovable

1,190

Consumo de  Energía Final kW

Coeficiente

Emsisiones de  CO2 kg

Bombas de Calor

80.795

0,357

28.844

Sistema de Referencia

209.853

0,252

52.883

249.725

Ejemplos Prácticos Conclusiones •

En el último ejemplo se han realizado cálculos de manera simplificada. Utilizando los  coeficientes y parámetros reglamentarios, en el caso de Bombas de Calor mixtas,  tanto el consumo de energía primaria no renovable como las emisiones de CO2, son  favorables al sistema de bomba de calor.

•

La disyuntiva está en la aceptación de la sustitución de los paneles solares  térmicos  por sistemas mixtos de Bomba de Calor calefacción + ACS. Se trata fundamentalmente  de una cuestión de interpretación  del CTE y del RITE.

•

Los equipos Bomba de Calor ofrecen alternativas para satisfacer los requisitos de  climatización y  de producción de ACS de una manera completa, eficiente y sostenible.

•

Las perspectivas de las Bombas de Calor como sistemas de calefacción, refrigeración  y producción de ACS, son favorables para su utilización de manera extendida.

Empresas patrocinadoras

www.bombadecalor.org

Muchas Gracias por su Atención