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Innovación tecnológica y eficiencia energética de sistemas térmicos en viviendas.Bombas de calor aire-agua, Calderas de condensación y Energía solar térmica.
• 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.
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
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
• 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.
• 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.
• Posibilidad de obtener el máximo confort por la distribución de calor-frío en la estancia por medio de agua y suelo radiante u otros sistemas de emisión a baja temperatura.
Máximo confort !!!
Confort para el usuario final.
Suelo radiante
Radiador
16ºC 20ºC 24ºC
Calefacción por aireCalefacción por suelo radianteCalefacción por radiadoresCalefacción fan coil baja temperatura
• No existen emisiones de CO2 en el lugar de instalación de la bomba de calor y niveles de ruidos de la unidad exterior de 43 dB a 2 metros de distancia.
• 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
Innovación Tecnológica y eficiencia energética
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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 20
Outdoor temperature °CM
ax o
utle
t wat
er te
mp.
°C
Rango de operación modo calor y
Temperaturas mínimas de proyecto.
BurgosMadrid Málaga
Valencia
BarcelonaBilbao
Datos técnicos, unidad exterior ARW 90
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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.
• 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.
La Eficiencia Energética en Calderas.• La Directiva Eup ha sido refundida debido a su necesidad de ampliar su alcance, incluyendo todos los productos relacionados con la energía en la Directiva 2009/125/CE ErP (Energy Related Products) .
• En el caso concreto de calderas, se ha elaborado el Estudio Preparatorio y actualmente hay un documento de trabajo ya elaborado de los requisitos de ecodiseño de calderas
Ahorro en la factura de gas.El alto rendimiento de estas calderas (109%) permite ahorrar hasta un 30% de energía con respecto a una caldera convencional.
Cuidado del medio ambiente.Insignificantes niveles de emisiones contaminantes para combatir el cambio climático. Ideal en combinación con sistemas solares.
- Es calentador de tiro natural que tenga una potencia inferior a 24,4 kW o en caso de caldera siempre que la que se instale sea de clase 5 de emisiones de NOx. - Que la vivienda sea unifamiliar.
Nueva legislación.RITE 2007: En reformas o cambio de generadores, se hará siempre a cubierta. A fachada sólo en los casos de aparatos de potencia inferior a 70 kW cuando…
• 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% Perdido en calor de condensación.
6% Pérdidas por el gas de escape
0,5% Perdidas por transmisión
=93,5%
111%1% Perdido en calor de condensación.
1% Pérdidas por el gas de escape1% Perdidas por transmisión
=108 %
Caldera de Condensación111%
Tecnología de la condensación y Aplicaciones. Balance energético
• 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.
• 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.
Captador plano. Recubrimiento Recubrimiento utilizados en el pasadoInicialmente, pinturas solares negras sinpropiedades selectivas.
En absorbedores selectivos, cromo negro con capa intermedia de níquel sobre cobre, absorbedor vitrificado, etc.
Absortividad α Emisividad εTipo de Tratamiento del absorbedorRecubrimiento no selectivo (Pintura solar) 0,9-0,95 0,8-0,85Cromo Negro sobre Niquel (selectivo) 0,93-0,97 0,10-0,14Deposición física en fase de vapor (Tinox) 0,95 0,05Bombardeo catódico (Sputtering) 0,95 0,05
Absorbedor en cobre
Comparativa de tratamientos de absorbedor
Recubrimiento utilizados actualmente.Niquel y/o Cormo Negro. Durabilidad y efectividad comprobadas.
PVD (Deposición física en fase de vapor): Haz de electrones dirigido hacia crisol con material de recubrimiento. El material vaporiza y deposita en lámina de cobre. (P. ej: Tinox , etc)
Mayor durabilidad del recubrimientono entra humedad ni aire contaminado (perjudiciales
para los recubrimientos tipo TiNox)
Reducción de las pérdidas de calorEl relleno de gas inerte actúa como una cubierta de
doble vidrio
No hay pérdidas de rendimiento por condensacionesNo entra humedad en el colector (como sí sucede en los colectores ventilados). Empieza a trabajar antes, ya que el sol no tiene que evaporar las condensaciones en la cara interna del vidrio Recubrimiento Tinox del absorbedor
degradado por la atmósfera(humedad, contaminantes)
Tratamiento selectivo con una capa de nitrato de aluminio pulverizado(sputtering).
Tubos de Vacío• Tipo “Heat pipe”, una solución alcoholica que se evapora, asciende al condensador, cede energía y regresa al tubo. No se pueden disponer en horizontal (20º-30ºinclinacion) .
• Tipo CPC, Tubo de vidrio de doble pared. Superficie absorbedora directamente sobre la cara interna del vidrio. Necesario reflector y mantenimiento del mismo.
Capa de bario para servir de testigo ante posibles roturas, (se pone blanco). El bario también elimina restos de oxígeno y nitrógeno.
Con el nuevo concepto de acumulación dinámica Junkers se ofrece un confortsuperior respecto a una caldera mixta instantánea de 28kW y que una caldera de 28kW con acumulador de 75 l.
1. Acumulación centralizada y apoyo individual.2. Acumulación centralizada e intercambiador de placas por vivienda3. Acumulación mixta y apoyo individual.4. Acumulación distribuida y apoyo individual.5. Acumulación centralizada y apoyo centralizado
Instalaciones tipo en edificios.
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Sistema 1
ACSAlmacenamiento individual
Sistema 2
ACSIntercambiador individual
Sistema 4
ACS
DestrentalizadoPpal mercado: Sur de Europa
Centralizado
Configuración de sistemas
Sistema 3
ACS
Intercambiador central
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• Solución para la casa multifamiliar con 3 - X pisos
• Con producción de ACS • Campo de colectores centralizado con apoyo
descentralizado de acumulación.• Pequeños acumuladores de ACS por piso de
75 a 200 l • Una solución simple
Componentes del sistema• Campo de captadores y accesorios de
montaje.• Grupo de bombeo• Acumuladores de ACS indivudual• Centralita de regulación• Control de la carga del tanque de ACS
Configuración de sistemas- Descentralizado a.c.s.Sistema 1 –Acumulación individual
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a friaacs
a friaacs
a friaacs
a friaacs
• Solución para casa multifamiliar con 3 - X pisos• Con producción de ACS• Campo de colectores central con depósito de
inercia central y sistema de apoyo auxiliar descentralizado.
• Intercambiador de calor en cada piso
Componentes del sistema• Campo de captadores y accesorios de
montaje• Grupo de bombeo • Depósito de inercia• Intercambiador de calor x vivienda• Centralita de regulación
Configuración de sistemas- Descentralizado a.c.s.Sistema 2 –Intercambiador de placas / kit
• Estación de producción instantánea de acs • Electroválvula con sensor de caudal para mejora eficiencia • Intercambiador sobredimensionado Limitador de temperatura
para protección del aparato • Conexiones para cada aparato como accesorio
Módulo SolarBox
• Caudal máximo 11 l/min acs• Con válvula de tres vías para asegurar
Sistema solar centralizado para la producción instantánea de ACS (hasta80 l/min o 20 apartamentos)
• Campos de captadores entre 20 y 100 m²• Volumen de depósitos de inercia entre 1000 y 5000 L• Potencia de equipos de apoyo entre 20 y 100 kW
• Fracción solar en ACS entre 30 y 70 %
Diseño del intercambiador- Logalux
Logalux FS 40: estación de 40 l/min Logalux FS 80: estación de 80 l/min(conexión de dos Logalux FS en cascada)
•Controlador integrado•Sensor de caudal•Conexión de recirculación•Válvulas para fácil mantenimiento•Gran intercambiador de placas de ACS y baja temperatura de retorno al acumulador de inercia
•Controlador integrado•Sensor de caudal•Válvula eléctrica de cascada•Válvulas para fácil mantenimiento•Gran intercambiador de placas de ACS y baja temperatura de retorno al acumulador de inercia
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acs
acs
acs
acs
a fria
a fria
a fria
a fria
a fria
• Solución para viviendas multifamiliar de 3 a 20 pisos
• Con producción de ACS• Sistema centralizado de calefacción
Componentes del sistema• Campo de colectores incl. el sistema de
montaje• Estación de bombeo solar• Depósitos de inercia de 500 - 2000 L• Caldera centralizada• Círculo de control solar