Energy Efficiency Technologies for Thermal Production in Buildings PDF

Energía procedente de fuentes renovables La Directiva 2009/28/CE relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables, en su artículo 2 recoge las siguientes: • Energía eólica • Solar • Aerotérmica • Geotérmica • Hidrotérmica • Oceánica • Hidráulica • Biomasa • Gases de vertedero...

Energía procedente de fuentes renovables La Directiva 2009/28/CE relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables, en su artículo 2 recoge las siguientes: • Energía eólica • Solar • Aerotérmica • Geotérmica • Hidrotérmica • Oceánica • Hidráulica • Biomasa • Gases de vertedero • Gases de plantas de depuración • Biogás Tecnologías de eficiencia energética de producción térmica en edificios: • Bomba de Calor eléctricas • Bombas de calor a gas/biogás • Energía Solar Térmica • Solar termodinámica • Frío Solar • Biomasa • Microcogeneración • Trigeneración CTE Las bombas de calor son considerados sistemas eficientes por el RITE y así viene recogido en su Instrucción Técnica IT 1.2.3. punto 5. Procesos de cogeneración y sistemas urbanos. Energía residual Bomba de calor Máquina térmica capaz de extraer calor de un foco frío y cederlo a un foco caliente gracias al aporte exterior de trabajo. En invierno absorbe calor del exterior (foco frío) para cederlo al interior del edificio. En verano extrae calor del interior y lo expulsa al exterior (foco caliente), refrigerando el edificio. Es válido para calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria así como para calentamiento o enfriamiento de diferentes procesos en edificios (calentamiento de piscinas) o en procesos industriales. Las bombas de calor que podrán considerarse como renovables son aquellas en las que la producción final de energía supere de forma significativa el insumo de energía primaria necesaria para impulsar la bomba de calor. La Decisión de la Comisión Europea de 1 de marzo de 2013 (2013/114/UE) establece que las bombas de calor accionadas eléctricamente deben de considerarse como renovables siempre que su SPF sea superior a 2,5. Dicha decisión establece que la determinación del SPF de las bombas de calor accionadas eléctricamente debe efectuarse de acuerdo con la norma EN 14825:2012. Bomba de calor Consta de cuatro elementos: • Evaporador (donde el gas refrigerante obtendrá la energía de uno de los fluidos). • Compresor (elemento diseñado para aumentar la temperatura y la presión del gas). • Condensador (parte del circuito donde aportaremos al segundo fluido la energía obtenida en el evaporador y compresor) • Válvula de expansión (para reducir la presión, antes de la entrada al evaporador). Bomba de calor Sistema de producción y rendimiento SPF • Rendimiento mucho mayor que otras máquinas de producción. • Intercambio de tipo: Aire – aire Agua – agua Aire – agua Aire Agua Tierra Caldera de Gasóleo 65-95% Caldera de Gas 85-95% Caldera de Biomasa 80-95% Radiadores Eléctricos 95-98% Bomba de calor Aerotérmica 250-350% Bomba de calor Geotérmica 400-500% Bomba de calor aerotérmica Máquina térmica capaz de extraer calor del aire exterior y cederlo al edificio gracias al aporte de trabajo en el compresor. O de extraer calor de un edificio para cederlo al aire exterior. Válido para calefacción, refrigeración, agua caliente sanitaria u otros procesos. La aerotermia se basa en la termodinámica, extrae energía del calor presente en el aire, incluso con temperaturas bajo cero reduciendo el consumo de energía eléctrica a menos de un 30%. Bomba de calor aerotérmica – Esquema hidráulico Geotermia para climatización Principio básico de la Geotermia de baja entalpía. El intercambio energético se realiza con un foco estable de temperatura a partir de los 20 m de profundidad. Geotermia para climatización Diferentes sistemas de captación e intercambio con el subsuelo. La demanda y potencia a cubrir con geotermia marca el dimensionamiento de la instalación: número de perforaciones, potencia de la bomba de calor Se pueden combinar Geotermia con Aerotermia u otras energías convencionales Geotermia – Sala de producción Geotermia – Esquema de principio Bomba de calor eléctrica Cálculo de SPF. Rendimiento medio estacional de equipos. Norma EN 14825:2012 Las prestaciones medias estacionales de un equipo o sistema (SPF) se calcularán multiplicando sus prestaciones nominales (COP) por un factor denominado factor de ponderación representativo (FP) y por un factor de corrección (FC) para las distintas tecnologías y aplicaciones de las bombas de calor accionadas eléctricamente. https://energia.gob.es/desarrollo/EficienciaEnergetica/RITE/Reconocidos/Reconoc idos/Otros%20documentos/Prestaciones_Medias_Estacionales.pdf Ejemplo de aplicación: Bomba de calor aerotérmica centralizada en Vigo. Calefacción por suelo radiante y ACS. Se decide programar la temperatura de distribución de 60ºC para el ACS y la calefacción de 40ºC. Se dispone de una bomba de calor que tiene un COP nominal para calefacción a 35º C de 4,60. Para determinar el SPF de la bomba de calor precisamos conocer el factor de ponderación (FP) y factor de corrección (FC) correspondientes. El FP se obtendrá conforme a la zona climática del emplazamiento y al tipo de bomba de calor empleado. Teniendo en cuenta que Vigo está en la zona climática C se tiene de la tabla 1 para equipos centralizados un factor de ponderación de 0,80. La temperatura elegida de preparación de calefacción es de 40ºC por lo que le corresponde el valor de 0,87 y de ACS es de 60ºC, correspondiéndole 0,55. Aplicando la fórmula para la determinación del rendimiento estacional tenemos que: SPFcalef = COPnominal x FP x FC = 4,60 x 0,80 x 0,87 =3,20 El SPF de la bomba de calor es superior a 2,5, por tanto se considera renovable. SPFacs = COPnominal x FP x FC = 4,60 x 0,80 x 0,55 =2,0 El SPF de la bomba de calor es inferior a 2,5 y por tanto no puede considerarse renovable. Solar térmica: Principales aplicaciones: • • • • Preparación térmica de ACS Calefacción Calentamiento de piscina u otros procesos Refrigeración, con máquina de absorción En general, las instalaciones solares térmicas que resultan más fácilmente amortizables son las dedicadas a la producción de ACS. A nivel europeo, en un escenario intermedio, se estima un potencial de esta tecnología de en torno al 26% de la producción de energía térmica a baja temperatura en la Unión Europea. Solar térmodinámica: Bomba de calor para aporte de calefacción con aprovechamiento solar y ambiental. • • • Preparación térmica de ACS Calefacción Calentamientos industriales y de piscinas Rendimiento según las condiciones ambientales e incidencia solar. Funcionamiento diurno y nocturno. Máquina de absorción: Compresión térmica Refrigerante y absorbente. Tipos: Amoniaco – agua Bromuro de litio – agua Se divide en cuatro partes principales: Bromuro de litio - agua 1. Evaporador: Se produce la evaporación del refrigerante (amoniaco o agua). Esto permite absorber el calor latente de evaporación del sistema que se encuentra en el interior de los tubos, produciendo la refrigeración de éste. 2. Absorbedor: Se produce la absorción de vapor de agua por la disolución de bromuro de litio. 3. Generador: Se produce la evaporación mediante una aportación térmica suficiente, procedente de calores residuales. Con esta evaporación se produce la separación del refrigerante (agua) del bromuro de litio. El refrigerante en forma de vapor pasa al condensador, mientras que la solución caliente y concentrada de bromuro de litio es bombeada hasta los pulverizadores del absorbedor. 4. Condensador: El condensador es un intercambiador de calor donde se produce la condensación del refrigerante (agua) procedente de la evaporación producida en el generador. Este refrigerante condensado está listo para ser pulverizado otra vez sobre los tubos del intercambiador de la sección del evaporador, cerrando de esta manera el ciclo de absorción. Frío solar: Se basa en las reacciones físico-químicas entre un refrigerante y un absorbente. Son accionadas por energía térmica, que en la aplicación de la energía solar es agua caliente. El tipo de captadores óptimos son los planos selectivos, de concentrador (CPC) o de vacío. El compresor no es mecánico, sino termoquímico (ciclo de absorción-generación) que realiza la misma función consumiendo menos energía eléctrica (en este ciclo se bombea líquido, prácticamente despreciable frente al trabajo del compresor), y a cambio consume calor para mover el ciclo “calor motriz”. Temperaturas mínimas de activación a partir de 70-80ºC. Bomba de calor a gas • Dos métodos para la producción de frío y calor: – Compresión mediante motor a gas o biogás. – Ciclo de absorción. El sistema utilizado se basa en el ciclo de absorción es normalmente una solución de amoniaco y agua o bromuro de litio y agua, siendo uno de ellos el refrigerante y el otro el absorbente. Es una compresión térmica. La energía aportada al generador es combustible gaseoso: gas, GLP o biogás. Biomasa: Energía procedente del sol y que se acumula en forma de materia vegetal. Ciclo neutro CO2 → Disminución de CO2 por los sistemas de calefacción convencionales. Emisiones muy inferiores a las que se producen con combustibles fósiles. En estufas y calderas destaca el elevado poder calorífico de los pellets. Diversas biomasas disponibles: Pellets, astillas, residuos agroindustriales, leña, otros (huesos de aceituna,…). Se puede aprovechar para producir calor, electricidad, o combustibles alternativos al petróleo, como el bioetanol. Microcogeneración: Equipos de microcogeneración. Potencia eléctrica inferior a 50 kWe. Producción simultánea de energía térmica y eléctrica. Tipos: • Motor alternativo • Sistemas con microturbina • Motor alternativo MACI • Motor Stirling • Pila de combustible Microtrigeneración: Generación de electricidad, calor y frío (mediante máquinas de absorción). Sistemas complejos. Trigeneración: Mismo principio que la cogeneración pero incluyendo aplicación de refrigeración. Consiste en la producción de energía eléctrica con aprovechamiento del calor residual para emplearlo como energía térmica para calefacción y refrigeración. Por ello el rendimiento es elevado y el impacto medioambiental reducido si la producción a partir de fuentes de energía renovables. Ejemplo central de trigeneración Aeropuerto de Madrid Barajas con motogeneradores de gas y enfriadora de absorción (Fuente: SAMPOL).