Sistemas eficientes de calefacción para viviendas de

Transcripción

Sistemas eficientes de calefacción para viviendas de Turismo Rural
Jornadas abulenses de energías
renovables
Alejandro Morell Fernández
Creara Consultores S.L.
ÍNDICE
ÍNDICE
•
Demanda energética en calefacción
•
Necesidades específicas de calefacción en casas rurales
•
Sistemas de generación de calor
•
Posibilidades de ahorro energético
− Mejora
M j
del
d l aislamiento
i l i t térmico
té i
− Sistemas de control
− Mejora del rendimiento
− Energías renovables
− Concienciación del usuario
2
ÍNDICE
DEMANDA DE CALEFACCIÓN
•
La necesidad energética en calefacción se produce por unas demandas energéticas que a su
vez son consecuencias
i de
d unas pérdidas
é did de
d calor
l
− Pérdida de calor por conducción. A través de las paredes, ventanas, suelo y cubierta
− Pérdida de calor por infiltración. A través de las rendijas de puertas y ventanas
•
A su vez, se dan, incluso en invierno, diversas ganancias térmicas que reducen la demanda
en calefacción
− Ganancia energética por radiación
− Ganancia energética por ocupación
− Ganancia energética por iluminación y equipos
3
INVIERNO
Qnecesario
Qradiación
Qocupación
Qequipos
Qiluminación
Qconducción
Qinfiltración
La demanda de calefacción es:
La demanda de calefacción es:
Qnecesario = Qconducción + Qinfiltración – (Qradiación + Qocupación + Qequipos + Qiluminación) 4
Distribución típica de la demanda de calefacción
Qconducción
Qinfiltración
5
ÍNDICE
•
Las pérdidas por conducción son directamente proporcionales a la diferencia entre la
t
temperatura
t
iinterior
t i y la
l exterior
t i
Pérdidas (conducción) = G x (Ti – Te)
•
En cuanto a la infiltración, la relación entre la diferencia de temperaturas y las pérdidas
también es directa
Δ (Ti – Te) → Δ Pérdidas (infiltración)
•
De estas ecuaciones se obtienen tres importantes conclusiones
− El incremento de la temperatura interior va a suponer un aumento del consumo
energético (temperatura recomendada: 21 ºC
C en invierno)
− Las viviendas situadas en climas fríos tienen un consumo mayor en calefacción
− Las medidas de ahorro en calefacción van a ser más rentables en climas fríos
6
0,0
Guadalajarra
Ávila
León
Burgo
os
Soriia
Terueel
Salamancca
Segoviia
Valladolid
Cuencca
Zamorra
Vitoriia
Pamplona
Huescca
Albacette
Lugo
Logroño
Lleida
Madrid
Ciudad Reaal
Girona
Toledo
Zaragozza
Granada
Santiago
San Sebastián
Ourensse
Cácerees
Vigo
Bilbao
Jaén
Santandeer
Barcelona
Gijón
oz
Badajo
Coruña
Córdob
ba
Murciia
Castellón de la …
Cádiiz
Huelvva
Alicantte
Mallorcca
Valenciia
Sevilla
Málagga
Almeríía
Tª (ºC)
Temperatura media en los meses de invierno
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
7
ÍNDICE
ÍNDICE
•
•
•
•
− Mejora
M j
del
d l aislamiento
i l i t térmico
té i
− Cambio de combustible
8
NECESIDADES ESPECÍFICAS
Las principales barreras que presentan las viviendas de turismo rural
en cuanto a la implantación de medidas de ahorro energético son:
1.
Generalmente una vivienda de turismo rural se usa sólo parcialmente
−
El consumo energético es menor que en una vivienda de las mismas características
que se utilice como vivienda habitual
−
2.
Las medidas de ahorro van a ser menos rentables que en una vivienda habitual
Los usuarios de una vivienda de turismo rural no pagan el consumo energético
−
Los usuarios generalmente no van a estar preocupados por el ahorro
−
Se va a tratar de concienciar a los usuarios, pero habrá que tener en cuenta este
detalle
3.
Las viviendas de turismo rural no pueden hacer cambios que supongan un gran impacto
visual o alteración de algunos elementos
9
ÍNDICE
•
•
•
•
− Mejora
M j
del
d l aislamiento
i l i t térmico
té i
10
SISTEMAS DE GENERACIÓN
CALDERAS
•
En los sistemas de calefacción, la caldera es el
artefacto en el que se calienta agua, por medio de un
combustible, que luego se distribuirá por los emisores
mediante una red de tuberías
•
Básicamente, una caldera consta de un hogar, donde
se produce la combustión y un intercambiador de calor,
donde el agua se calienta. Además tiene que tener un
sistema de evacuar los gases procedentes de la
combustión
•
El agua puede calentarse a diferentes temperaturas. En
las calderas normales no se suelen sobrepasar
p
los
90ºC, por debajo del punto de ebullición del agua a
presión atmosférica
11
11
CALEFACTORES ELÉCTRICOS POR EFECTO JOULE
CALEFACTORES ELÉCTRICOS POR EFECTO JOULE
•
Un calefactor eléctrico que funcione mediante efecto Joule es un sistema donde se
obtiene calor mediante conversión directa de energía eléctrica
•
Las principales ventajas de estos sistemas respecto de las calderas son:
−
−
−
−
•
Duración
Ausencia de gases
P ibilid d de
Posibilidad
d utilizar
tili
acumuladores
l d
con tarifa
t if nocturna
t
Los inconvenientes de estos sistemas son
−
−
•
Limpieza
La electricidad es más cara que los combustibles
Estos sistemas no mantienen el calor
Existe la p
posibilidad de acumular energía
g y aprovechar
p
así las horas en las q
que la
electricidad es más barata
•
También hay sistemas en los que se calienta un líquido que almacena el calor para
que éste se pueda mantener
12
12
BOMBAS DE CALOR
•
Una bomba de calor es una máquina que permite transferir calor de
un foco frío a un foco caliente
•
Para lograr esta acción es necesario un aporte de energía, dado que
por la segunda ley de la termodinámica, el calor se dirige de manera
espontánea de un foco caliente a otro frío, y no al revés, hasta que
sus temperaturas se igualan
•
Se utilizan diversos fenómenos físicos para crear bombas térmicas,
siendo el más común la compresión de gas
•
La cantidad de calor que se puede bombear depende de la
diferencia de temperatura entre los focos frío y caliente. Cuanto
mayor sea ésta diferencia, menor será el rendimiento de la máquina
•
Las bombas térmicas tienen un rendimiento, denominado COP
mayor que la unidad
13
13
RECOMENDACIONES
Tipo de sistemas
de generación
de calor
Sistemas
eléctricos
(efecto Joule)
Bomba
o ba de calor
ca o
Caldera
Ventajas
• Barato
• Sencillo de instalar
• Limpio
• Eficiente
• Limpio
po
• Combustible barato
Inconvenientes
• Muy ineficiente
• No acumula el calor
• Combustible caro
• No acumula el calor
• Poco eficiente en climas
extremos
• Heladas
• Combustible caro
• Instalación compleja
• Emisión de gases in situ
14
¿Cuándo se recomiendan?
Sólo para lugares donde no haya una
previa instalación de tuberías, el clima
sea suave y tengan muy poco uso
En climas suaves es el sistema más
eficiente
fi i t
En climas fríos es la mejor opción
14
ÍNDICE
•
•
•
•
− Mejora
M j
del
d l aislamiento
i l i t térmico
té i
15
POSIBILIDADES DE AHORRO ENERGÉTICO
AUMENTAR AISLAMIENTO
• Mejorar
j
el aislamiento térmico de las
fachadas, azotea, suelo
Reducir pérdidas por conducción
• Doble acristalamiento en las ventanas
• Qconducción es muy importante
− Qconducción = k x (Te - Ti)
− (Te - Ti) es generalmente grande en
calefacción
16
17
• Mejorar
j
cerramientos. Evitar infiltraciones
de aire
Reducir pérdidas por infiltración
• Burletes en puertas y ventanas
• Cortina de aire y puertas giratorias
• Qinfiltración puede ser importante
• Qinfiltración = k x (he – hi)
− h crece con la temperatura
− (Te - Ti) es grande en calefacción
18
19
ÍNDICE
•
•
•
•
− Mejora
M j
del
d l aislamiento
i l i t térmico
té i
20
SISTEMAS DE CONTROL
• Instalar válvulas termostáticas en los
radiadores
Instalar o mejorar sistemas de
control
• Domótica
• Termostatos
• En todas las instalaciones se producen ineficiencias que aumentan el consumo
• El objetivo de los sistemas de control es reducir estas ineficiencias y adaptar el consumo
energético a las necesidades reales
• El ahorro asociado a este sistema no es despreciable y es importante tenerlo en cuenta
21
TERMOSTATO
•
La mayoría de los sistemas de calefacción cuentan con
un control mediante termostato
•
El termostato corta la calefacción cuando en la vivienda
se alcanza la temperatura deseada
•
Es importante que el termostato funcione correctamente y
que esté en una estancia de uso prolongado (salón)
•
Se debe recordar que mantener la temperatura interior
correcta supone una disminución del consumo
energético
Pérdidas = G x (T
Pérdidas G x (Ti – Te)
•
Es más interesante poder controlar de manera individualizada cada una de las estancias
22
VÁLVULAS VÁLVULAS
TERMOSTÁTICAS
•
Las válvulas termostáticas sustituyen a las válvulas
comunes de los radiadores
•
Estas válvulas cierran el radiador si en la estancia en que
está se alcanza la temperatura deseada
•
De esta forma cada radiador está controlado
independientemente y se cierra si en un momento dado
no es necesario
•
En una vivienda no todas las estancias tienen en un
momento dado la misma necesidad de calor
permiten gestionar
g
de
− Las válvulas termostáticas p
manera independiente cada radiador en función de
las necesidades y condiciones exteriores
23
DOMÓTICA
•
Se entiende por domótica al conjunto de sistemas
capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios
de
gestión
energética,
seguridad,
bienestar
y
comunicación
•
Ahorro energético. En muchos casos no es necesario
sustituir los aparatos o sistemas del hogar por otros que
consuman menos sino una Gestión Eficiente de los
mismos
•
En
cuanto
interesantes
a
la
son
climatización
la
las
programación
medidas
de
más
temperatura,
tiempos y la zonificación
24
ÍNDICE
•
•
•
•
− Mejora
M j
del
d l aislamiento
i l i t térmico
té i
25
RENDIMIENTO
• Sustitución de la caldera (equipo) por otra
más eficiente
• Mejorar
M j
la
l distribución
di t ib ió del
d l calor
l
− Mejorar aislamiento de las
conducciones
Aumentar ηsistema
• Cambio de caldera
• Cambio de combustible
• Suelo radiante (radiadores de baja
temperatura
26
RENDIMIENTO
Aumento del rendimiento de la caldera
Cons mo = Demanda / Rendimiento del sistema
Consumo
Demanda / Rendimiento del sistema
• Mejora de la caldera / Cambio de caldera / Cambio de combustible
• ¿Cómo medimos el rendimiento de una caldera?
− Toma de datos con equipos
− Lectura del dato en las revisiones
27
RENDIMIENTO
Sustitución de la caldera por otra con un rendimiento mayor. Ejemplo
di i
Ej
l
C
Coste anual
l
Rendimiento inicial
Rendimiento nuevo Ahorro energético Ahorro económico Inversión (caldera) Amortización [E ]
[Eu]
[%]
[%]
[%]
[E ]
[Eu]
[Eu]
[años]
28
3 200
3.200
80
92
13
417
2.000
4,8
CALDERAS EFICIENTES
Tipos de calderas
Descripción
Ahorro energético respecto a una
caldera convencional
Caldera de baja
temperatura
• Estas calderas pueden funcionar continuamente con
una temperatura del agua de alimentación de entre 35 y
40ºC
• Estas calderas ofrecen la posibilidad de adaptar la
temperatura de funcionamiento en función de las
necesidades reales
15%
Caldera de
condensación
• Es
E una caldera
ld
de
d baja
b j temperatura
t
t
que está
tá diseñada
di ñ d
para condensar permanentemente una parte
importante del vapor de agua contenido en los gases
procedentes de la combustión
• Al descender la temperatura por debajo del punto de
Rocío del agua, ésta condensa desprendiendo calor al
cambiar de fase
25%
29
29
Cambio de
combustible
b tibl
• Va a suponer un ahorro económico pero no
necesariamente energético
• Puede suponer un ahorro energético si el
cambio de combustible supone un aumento
del rendimeinto
• Generalmente supone también una
disminucilon de las emisiones de CO2
Aumentar ηsistema
• Cambio a gas natural
30
Sustitución de la caldera por otra con un
rendimiento mayor + Cambio de combustible.
Ejemplo
RENDIMIENTO
Coste anual inicial
[Eu]
3.200
R di i t i i i l
Rendimiento inicial
[%]
80
Combustible inicial
[‐]
Gasóleo
Combustible final
Coste unitario gasóleo
[‐]
[Eu / kWh]
1.313
Inversión (caldera) [Eu]
2.500
Amortización [años]
1,9
0,066
[Eu / kWh]
0,045
Rendimiento nuevo [Eu]
92
[Eu]
[Eu]
Gas natural
Coste unitario gas natural
Ahorro energético Ahorro económico 13
31
SUELO RADIANTE
•
Es un sistema de calefacción en el que el calor se emite a
través de la superficie del suelo
•
El calor se conduce desde la caldera mediante una red de
tuberías empotradas bajo el pavimento
•
Las principales ventajas de este sistema son:
− Menor temperatura (calderas más eficiente)
− Menos pérdidas
− Aumento del confort
32
RECOMENDACIONES
Medida de ahorro
Ahorro
Coste equipos
Coste instalación
Recomendación
Aumentar aislamiento
(paredes, techo)
M di
Medio
Alt
Alto
M alto
Muy
lt
Sólo a la hora de hacer
grandes reformas
Doble acristalamiento
Medio /
Alto
~ 70 Eu /m2
Medio
Recomendable en climas
fríos
Eliminar infiltraciones
Bajo
Bajo
Bajo
Siempre
Termostato
Bajo
Bajo
Bajo
Siempre
Medio
~ 40 Eu /unidad
Medio
Recomendable en climas
fríos
Válvulas termostáticas
Sustitución de caldera /
combustible
S l radiante
Suelo
di t
Alto
~ 2.000 Eu
Medio
Sí, cuando la caldera es
antigua o hay acceso al
gas natural
M di
Medio
M alto
Muy
lt
M alto
Muy
lt
Sólo a la hora de hacer
grandes reformas
33
ÍNDICE
•
•
•
•
− Mejora
M j
del
d l aislamiento
i l i t térmico
té i
34
Energías renovables
• Las energías renovables no suponen un ahorro energético sino una diversificación h
éi
i
di
ifi ió
energética
• La implantación de energías renovables supone
− Ahorro económico
− Disminución de emisiones contaminantes
Implantación de energías renovables
• Las
Las energías renovables con más energías renovables con más
posibilidades de implantación en una vivienda de turismo rural son
− Biomasa
− Solar térmica
35
ENERGÍAS RENOVABLES
BIOMASA
• Se basa en la sustitución de la caldera por una caldera que utilice
biomasa como combustible
• La biomasa consiste en residuos animales o vegetales, para las
calderas
ld
suelen
l utilizarse
tili
residuos
id
vegetales
t l
• Puede suponer un ahorro económico dado el aumento del precio
de los combustibles
• Los combustibles más comunes son: pellets, orujo, hueso de
aceituna...
• Aunque no supone generalmente un ahorro energético, sí se
reducen las emisiones de CO2 debido a que el emitido por la
caldera es el que las plantas han absorbido durante su
crecimiento
− En las viviendas de turismo rural yya se utiliza biomasa en
las chimeneas
36
BIOMASA
Combinación de caldera y chimenea
• La madera siempre ha sido utilizada como combustible en las
viviendas, pero con frecuencia han sido sustituidas por los
sistemas de gas o gasoil ya que ofrecen mayor comodidad de
funcionamiento
• La necesidad de disminuir las emisiones y la constante subida de
precios de los combustibles hace necesario la utilización de
energías renovables, así como optimizar los sistemas de
calefacción
• Los avances tecnológicos de los últimos años nos ofrecen la
posibilidad de utilizar de nuevo los sistemas de leña como una
fuente de energía renovable para apoyo a calefacción y
producción de agua caliente sanitaria con todas las garantías
37
SOLAR TÉRMICA
• La solar térmica tiene numerosas aplicaciones, desde el ACS (agua caliente
sanitaria) al calentamiento de piscinas e incluso calor para procesos
industriales
• La energía solar térmica no suele ser rentable para calefacción
− Las temperaturas que se requieren son altas lo que reduce el rendimiento.
Sólo es válida cuando el sistema de calefacción es suelo radiante
− La necesidad de calefacción se da en invierno, mientras que la disponibilidad de energía solar se da en verano, lo que reduce el rendimiento y
puede provocar problemas en la instalación por sobrecalentamiento en
verano
38
SOLAR TÉRMICA
Comparación tipo del consumo en ACS y la generación solar en una vivienda
140
120
kWh
100
80
60
40
20
0
Consumo de ACS
Generación solar
39
SOLAR TÉRMICA
Comparación tipo del consumo en calefacción y la generación solar en una vivienda
140
120
kWh
h
100
80
60
40
20
0
Consumo de calefacción
Generación solar
40
ÍNDICE
•
•
•
•
− Mejora
M j
del
d l aislamiento
i l i t térmico
té i
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CONCIENCIACIÓN
DEL USUARIO
•
Se debe traspasar al cliente parte de la responsabilidad del ahorro energético
•
Aunque existan posibilidades de ahorro, es el usuario de las instalaciones quien va a
decidir utilizarlas en muchos casos
•
Se puede transmitir al usuario la responsabilidad en cuanto a
− La temperatura de las estancias
− Horarios de calefacción
− Hábitos de consumo (abrir ventanas con la calefacción encendida…)
•
Hoy en día, la preocupación por el ahorro energético y la reducción de emisiones es
global y puede utilizarse como motivación para pedir “sacrificios”
42

Sistemas eficientes de calefacción para viviendas de

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