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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

[email protected]

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






❖ Tipologías


Índice

Componentes principales


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


Dispositivos de Expansión➢ Alta capacidad y amplio rango 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







❖ Tipologías


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


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


➢ 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:







❖ Tipologías


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


✓ 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


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#/

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:


Aplicación del Visor EPBD


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.


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.






❖ Tipologías


Índice

Equipos Split o Multsplit

Tipologías

Equipos

Autónomos

UnidadesRoof-Top

✓ Bombas de Calor Aire-Aire

Equipos multitarea

“Enfriadoras”

Unidades Multiciclo

✓ Bombas de Calor Aire-Agua

Tipologías

BdC Geotérmicas

BdC para anillo hidráulico

✓ Bombas de Calor Agua-Aire

Tipologías

BdC Geotérmicas e Hidrotérmicas

✓ Bombas de Calor Agua-Agua

Máquina Térmica

Tipologías

Unidades solo ACS Compactas

➢ Refrigerante R-134 A

Tipologías

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 ACS + Calefacción

Ciclos en cascada

Tipologías

Sistemas Mixtos ACS + Calefacción

Tipologías

Unidades Mixtas ACS + Climatización

+

++

Dos muebles

Tres muebles

+

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

Sistemas Mixtos

Accionamiento por motor de

combustión

Accionamiento por motor eléctrico

Tipologías






❖ Tipologías


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


➢ Tienda de productos de alimentación ➢ Superficie de 133 m2

Ejemplos Prácticos



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


▪ 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.


Ejemplos Prácticos

Residencia de la tercera edad


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


➢ (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

Empresas patrocinadoras

Muchas Gracias por su

Atención

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