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Madrid, 23 de enero de 2018
Aspectos Tecnológicos y Aplicaciones de las Bombas de
Calor
Ponente: Manuel HerreroAdjunto a Dirección de AFEC
Índice
Características técnicas y de funcionamiento
Integración de las Bombas de Calor en los sistemas energéticos :
❖ Parámetros y coeficientes reglamentarios
❖ Adaptación a los nuevos requerimientos relativos a la climatización de los edificios
Aplicaciones de climatización y de producción de ACS:
❖ Tipologías
❖ Ejemplos prácticos
Características técnicas y de funcionamiento
Integración de las Bombas de Calor en los sistemas energéticos :
❖ Parámetros y coeficientes reglamentarios
❖ Adaptación a los nuevos requerimientos relativos a la climatización de los edificios
Aplicaciones de climatización y de producción de ACS:
❖ Tipologías
❖ Ejemplos prácticos
Índice
Compresores➢Modulación de la carga.➢ Accionamiento por motor eléctrico o térmico ➢ Amplio rango de temperaturas de utilización
Intercambiadores➢Mayores coeficientes de transferencia➢Menor cantidad de fluido refrigerante
Refrigerantes➢ Elevadas capacidades de transmisión ➢Más respetuosos con el medio ambiente
Características de los Componentes principales
Características técnicas y de funcionamiento
Dispositivos de Expansión➢ Alta capacidad y amplio rango de funcionamiento
Características técnicas y de funcionamiento
Características de los Componentes principales
Control➢ Regulación de la capacidad en motores, actuadores, …➢ Algoritmos de gestión de la eficiencia energética➢Comunicación. Integración bidireccional en sistemas BMS
Ventiladores➢ Elevado rendimiento.➢ Capacidad de Modulación. Motores EC➢ Bajo nivel sonoro
Aprovechamiento de las fuentes residuales
De los gases de descargaEn ciclo de refrigeración, se
obtiene un 15-20% de la potencia del equipo mientras están funcionando los compresores
✓ Del propio circuito frigorífico
➢ Recuperación de calor
✓ 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
Características técnicas y de funcionamiento
Características técnicas y de funcionamiento
Integración de las Bombas de Calor en los sistemas energéticos :
❖ Parámetros y coeficientes reglamentarios
❖ Adaptación a los nuevos requerimientos relativos a la climatización de los edificios
Aplicaciones de climatización y de producción de ACS:
❖ Tipologías
❖ Ejemplos prácticos
Índice
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
Directivas y Reglamentos Europeos
En el Anexo VII de la Directiva -Balance energético de las bombas de calor - se define:
ERES: energía procedente de fuentes renovables = Qusable x (1-1/SPF)
• Qusable = el calor útil total estimado proporcionado por bombas de calor
• η = Eficiencia del Sistema de Energía: cociente entre la producción total bruta de electricidad y el consumo primario de energía para la producción de electricidad
• Solo se tendrán en cuenta las bombas de calor para las que SPF > 1.15 * 1/η
• Establece un marco común para el fomento de la energía procedente de fuentes renovables
• Fija objetivos nacionales obligatorios en relación con la cuota de energía procedente de fuentes renovables en el consumo final bruto de energía
• Define las energías aerotérmica, geotérmica e hidrotérmica, y las relaciona con las BdC
Parámetros y coeficientes reglamentarios
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 …
Directivas y Reglamentos Europeos
Define:
• Cantidad estimada de energía útil proporcionada por bombas de calorQusable = HHP * Prated
HHP = horas equivalentes de funcionamiento a plena carga [h];
Prated = potencia de las bombas de calor instaladas, teniendo en cuenta la duración de los diferentes tipos de bombas de calor [GW];
• Factor de rendimiento estacional SPF =SCOPnet (bombas de calor accionadas eléctricamente)
SPERnet (accionadas mediante energía térmica)
• Eficiencia del Sistema de Energía (η) se fija en el 45,5 %
= eficiencia media del sistema eléctrico
0,60
Condición= SPF > 1,15x1/
ERES= Qusable x (1-1/SPF)
-> SPF > 2,5
Parámetros y coeficientes Reglamentarios
Coeficiente de Rendimiento Estacional Factor de Eficiencia Energetica Estacional
- Gracias al desarrollo normativo, se facilitan los coeficientes de eficiencia estacional (enlugar de los factores de rendimiento instantáneo).
- Los datos facilitados por los fabricantes, en especial en lo relativo a sus prestaciones ya su consumo energético, se corresponden en gran medida con el funcionamiento real
de los equipos en la instalación.
QHE / QCE= Demanda energética
SCOPon =Coeficiente de rendimiento estacional en modo activo
SCOPnet =Coeficiente de rendimiento estacional neto
HTO, HSB, HCK, HOFF =nº horas para los modos inactivo, espera, resistencia de cárter y apagado.
PTO, PSB, PCK, POFF =energía eléctrica absorbida durante los modos inactivo, espera, resistencia de
cárter y apagado.
Normativa
Parámetros y coeficientes Reglamentarios
Normativa
Requisitos para la obtención de potencia y rendimientos➢ UNE-EN 14511: Acondicionadores de aire, enfriadoras de líquido y bombas de calor con
compresor accionado eléctricamente para la calefacción y la refrigeración de locales.Parte 1: Términos y definicionesParte 2: Condiciones de ensayoParte 3: Métodos de ensayo.Parte 4: Requisitos
Requisitos para la obtención de coeficientes de eficiencia estacional para calefacción y refrigeración de espacios
➢ UNE-EN 14825: Acondicionadores de aire, enfriadoras de líquido y bombas de calor con compresor accionado eléctricamente para la calefacción y la refrigeración de locales. Ensayos y clasificación en condiciones de carga parcial y cálculo del rendimiento estacional.
Requisitos para la obtención de potencias y coeficientes de eficiencia para la producción de ACS de las bombas de calor➢ UNE-EN 16147: Bombas de calor con compresor accionado eléctricamente. Ensayos y
requisitos para el marcado de equipos para agua caliente sanitaria
Parámetros y coeficientes Reglamentarios
➢ Calefacción de espacios ▪ SPF = SCOPnet en BdC accionadas eléctricamente. Se determina de acuerdo con la norma EN 14825
SPF = COPnominal x FP x FC
Situación Reglamentaria: Factor de Rendimiento Medio Estacional SPF
Caso de las BdC para producción de ACS
➢ Producción de ACS▪ La EN 16147 2017 permite obtener la eficiencia estacional (SCOPDHW)▪ Documento reconocido Prestaciones Medias Estacionales de las Bombas de Calor para Producción de Calor en Edificios.
SPF = COPnominal x 0,568
Método simplificado:
Parámetros y coeficientes Reglamentarios
Características técnicas y de funcionamiento
Integración de las Bombas de Calor en los sistemas energéticos :
❖ Parámetros y coeficientes reglamentarios
❖ Adaptación a los nuevos requerimientos relativos a la climatización de los edificios
Aplicaciones de climatización y de producción de ACS:
❖ Tipologías
❖ Ejemplos prácticos
Índice
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 sustituirseparcial o totalmente mediante una instalación alternativa de otras energías renovables,procesos de cogeneración o fuentes de energía residuales procedentes de la instalación derecuperadores de calor ajenos a la propia instalación térmica del edificio…...
5. Para poder realizar la sustitución se justificará documentalmente que las emisiones de dióxidode carbono y el consumo de energía primaria no renovable, debidos a la instalación alternativay todos sus sistemas auxiliares para cubrir completamente la demanda de ACS, o la demandatotal de ACS y calefacción si se considera necesario, son iguales o inferiores a las que seobtendrían mediante la correspondiente instalación solar térmica y el sistema de referencia quese deberá considerar como auxiliar de apoyo para la demanda comparada.
Adaptación a los nuevos requerimientos
Reglamentación Nacional Actual
Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios.
IT 1.2.2 Procedimiento de verificación - 2.2 Cuantificación de la exigencia
2. Procedimiento alternativo: …….adopción de soluciones alternativas, …., basadas en la limitacióndirecta del consumo energético de la instalación térmica diseñada.
…., siempre que se justifique documentalmente que la instalación térmica proyectada satisfacelas exigencias técnicas de esta sección porque sus prestaciones son, al menos, equivalentes alas que se obtendrían por la aplicación directa del procedimiento simplificado.
Para ello se evaluará el consumo energético de la instalación térmica completa o delsubsistema 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 primariay las emisiones de dióxido de carbono de la instalación evaluada, considerando todos sussistemas auxiliares, sea inferior o igual que la de la instalación que cumpla con las exigencias delprocedimiento simplificado.
Reglamentación Nacional Actual
Adaptación a los nuevos requerimientos
✓ La próxima versión del CTE DB-HE incluirá un Sistema de Indicadores que definen los objetivosde eficiencia energética dentro de los siguientes conceptos:
➢ Consumo de energía Primaria Total
➢ Consumo de energía Primaria no Renovable
➢ Calidad mínima del edificio
➢ Calidad mínima de las instalaciones
➢ Aporte mínima de Energías Renovables
Próxima Reglamentación Nacional
Adaptación a los nuevos requerimientos
Próximo CTE DB-HE
HE0-Limitación del consumo energético
HE1-Limitación de la demanda energética
HE2-Rendimiento de las instalacionestérmicas–RITE-
HE3-Eficiencia energética de las instalacionesde iluminación)
HE4-Contribución mínima E.R. para ACS
HE5-Generación de energía eléctrica
✓ Para la evaluación de la eficiencia energética de los edificios basado en los indicadores se hacreado la herramienta Visor EPBD:
https://www.codigotecnico.org/images/stories/pdf/ahorroEnergia/Documento_de_bases_HE2018.pdf
https://www.codigotecnico.org/visorepbd/index.html#/
✓ Permite, a partir de las necesidades de energía final (energía producida y suministrada),obtenerlos valores de consumo de energía primaria.
✓ Para ello se introducen los Componentes Energéticos del edificio: Vector Energético empleado(fuente - Electricidad, Gas Natural, Biomasa, Combustibles, Medioambiente, etc.), Tipo decomponente (consumo/producción) y Subtipo, Servicio al que se destina, Valores mensualesde energía final del componente y Curva de la Energía Final consumida:
Adaptación a los nuevos requerimientos
Aplicación del Visor EPBD
Adaptación a los nuevos requerimientos
Aplicación del Visor EPBD
✓ A partir de esta entrada de datos, el Visor facilita los valores de Consumo de Energía PrimariaTotal EP_total, Renovable EP_ren y No Renovable EP_nren:
✓ En el caso de Bombas de Calor, es habitual introducir tres tipos de componentes energéticos:➢ Líneas del vector energético Medioambiente para servicio de Calefacción y ACS.➢ Una línea con el de combustible o electricidad que use el sistema para calefacción.➢ Una línea con el de combustible o electricidad que use el sistema para refrigeración.
Adaptación a los nuevos requerimientos
Resultados derivados de la aplicación de los nuevos requerimientos
✓ A medida que se mejora la calidad de la envolvente de los edificios (reducción de loscoeficientes de transmisión de los cerramientos, de la permeabilidad y de las infiltraciones,introducción del control solar, etc.), se reduce la capacidad necesaria de los equipos declimatización.
✓ La producción de ACS cobra cada vez mayor relevancia frente a la de calefacción.
✓ La reducción de la demanda mediante la recuperación de calor en la ventilación mecánica esmuy importante, tanto más cuanto la climatología es más severa.
✓ Los edificios con sistemas de climatización convencionales que utilizan combustibles comofuente energética requerirán de una parte importante de aporte por energías renovablespara alcanzar bajos niveles de Consumo de Energía Primaria No Renovable (kWh/m2).
✓ En el caso de que exista demanda de refrigeración (cada vez más extendida), la opción másfavorable es el uso de bombas de calor reversibles.
✓ La utilización de sistemas altamente eficientes, como es el caso de las Bombas de CalorGeotérmicas y Aerotérmicas, permiten mejorar la calificación energética de los edificios yalcanzar los objetivos de EECN.
Características técnicas y de funcionamiento
Integración de las Bombas de Calor en los sistemas energéticos :
❖ Parámetros y coeficientes reglamentarios
❖ Adaptación a los nuevos requerimientos relativos a la climatización de los edificios
Aplicaciones de climatización y de producción de ACS:
❖ Tipologías
❖ Ejemplos prácticos
Índice
El aire de expulsión, necesario para la ventilación, puede canalizarse hacia la unidad BdC, favoreciendo el funcionamiento de esta última y mejorando su eficiencia.
Aprovechamiento del calor residual
Te = 18-26 ºC
Tabla 1.4.2.1 Caudales de aire exterior, en dm3/s, por persona
Q=25-50 l/s
Se minora el efecto de la estacionalidad.
Tipologías
Circuitos de doble etapa empleando CO2 como refrigerante
Unidades solo ACS
Bomba de Caudal Variable
Tipologías
Unidades Mixtas
Unidad Exterior Líneas de
RefrigeranteDepósito
ACS
Suelo Radiante
/ Refrescante
Interc.
Resistencia
de apoyo
Válvula
3-vias
Unidad
Interior Emisores
Tipologías
1. Intercambiador exterior2. Intercambiador interior circ. primario3. Intercambiador ACS4. Bomba de circuito primario5. Bomba de ACS6. Fan coils7. Suelo radiante8. Depósito ACS9. Control del equipo
Funcionamiento modo Frio + ACS (recuperación de calor)Funcionamiento modo Calor + ACS (prioridad ACS)
Funcionamiento modo ACS
Unidades Multiciclo
Tipologías
Características técnicas y de funcionamiento
Integración de las Bombas de Calor en los sistemas energéticos :
❖ Parámetros y coeficientes reglamentarios
❖ Adaptación a los nuevos requerimientos relativos a la climatización de los edificios
Aplicaciones de climatización y de producción de ACS:
❖ Tipologías
❖ Ejemplos prácticos
Índice
Ejemplos Prácticos
Vivienda unifamiliar con sistema híbrido y bomba de calor aire-agua
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….
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
Ejemplos Prácticos
Vivienda unifamiliar con sistema híbrido y bomba de calor aire-agua
Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia
0,76
1,59
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
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
Tienda de proximidad con sistema VRF Bomba de Calor y refrigeración comercial
Ejemplos Prácticos
Residencia de la tercera edad
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.
➢ 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 edificio y necesidades de climatización
Ejemplos Prácticos
Residencia de la tercera edad
Perfil de cargas y análisis del consumo y eficiencia
4,38
Ejemplos Prácticos
Producción de ACS en un hotel
Descripción del edificio y necesidades de producción de ACS
➢ Sustitución del sistema de referencia alimentado por gasóleo para producción de ACSConsumo:
▪ 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
Ejemplos Prácticos