Asociación Española del GasComité de Utilización

II Mañana de la Edificación de 2009CAAT Madrid

23 de Abril de 2009

Calderas a Gas de Alta Eficiencia. Contribución a la

Eficiencia y Ahorro Energético

2

La eficiencia energética en los edificiosUna necesidad estratégica

Que los edificios consuman menos energía es un criterio estratégico en su diseño y construcción por:

Su diseño se debe adecuar al tipo de uso final que tendrá el edificio, residencial, comercial, dotacional o industrial

Un coste de energía crecienteLa necesidad de menor impacto medioambientalUna legislación más exigente

3

La eficiencia energética en los edificios¿Cómo se obtiene?

),(),lim(

SistemasEquiposEpidermisaCDC

η=

Objetivo: Reducir la demanda:Requisitos mínimos:. Código Técnico

Objetivo: Incrementar los rendimientosRequisitos mínimos: :RITE

Objetivo: Reducir el consumo de energíaFactor de comparación:. Certificación energética

Obtener un menor consumo energético es función inicial de dos únicos parámetros, la demanda del edificio y la eficiencia de los sistemas energéticos:

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La eficiencia energética en los edificiosDisminución de la demanda

La disminución de la demanda se obtiene inicialmente mediante actuaciones en el diseño del edificio y su envolvente:

Diseño bioclimático: Orientación, muros Trombe, ventilaciones cruzadas, fachadas ventiladas, cubiertas verdes, etcArquitectura pasiva: Aislamiento de paramentos, rotura de puentes térmicos, insolación (invierno) y asombramiento (verano) de ventanas

Tan importante como lo anterior es el buen uso por parte de los usuarios, por ello las actuaciones de la Administración en la difusión de “buenas prácticas”, es imprescindible para obtener los ahorros esperados

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La eficiencia energética en los edificiosMejora de la eficiencia de sistemas térmicos

Las normas actuales ya hacen disminuir las demandas térmicas en los edificios, así, el ahorro se potencia con mejores sistemas térmicos que cubran esa demandaLa refrigeración, en verano, representa una punta de potencia demandada importante, pero solo representa una pequeña fracción del consumo en calefacciónLa utilización de acumuladores eléctricos en sistemas de ACS con apoyo individualizado no se considera eficiente, porque el uso de la electricidad mediante efecto Joule genera más emisiones de CO2 (en su generación) que cualquier sistema clásico

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Mejora de la eficiencia de los sistemas térmicosAspectos a considerar

Los análisis de rendimiento no deben limitarse a las características puntuales de los generadores, sino que deben considerar todos los elementos que forman el sistema térmico, es decir, su tipología, generadores, redes de distribución, elementos terminales y sistemas de regulación utilizadosEl rendimiento global del sistema térmico se debe considerar como la relación entre la suma de todas las demandas térmicas del edificio y la suma de energía convencional empleada para satisfacerlas. Las aportaciones de energías renovables aportadas no entran en la ecuación. Su efecto es reducir la energía convencional necesaria

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Sistemas de Calefacción y ACS

8

Sistemas térmicos en edificiosGeneralidades

La calefacción y el ACS constituyen más del 60% de las necesidades energéticas de los edificiosPara cubrir las demandas de calefacción, se consideran sistemas basados en generadores de calor a gasEn zonas climáticas D y E los sistemas de bomba de calor eléctricas (BCE) no se consideran eficientes para cubrir la demanda de calefacción, por su bajada de rendimiento (COP) con temperaturas exteriores por debajo de 7ºCLas bombas de calor a gas y equipos de absorción por llama directa son una opción, ya que eliminan los inconvenientes de las BCE en invierno

9

Vivienda 1

Vivienda 2

Vivienda 3

Vivienda N

Sistema de Distribución (TUBERIAS)

Demanda Térmica 1

Demanda Térmica N

Demanda Térmica 2

Demanda Térmica 2

Caldera Centralizad

a(+ esquema de

principio)

CONSUMO GAS

Consumo Gas = Preg + Pdistr + ∑nDTviv ηestacional

Sistemas de calefacción centralizados

10

Vivienda 1

Vivienda 2

Vivienda 3

Vivienda N

Demanda Térmica 1

Demanda Térmica N

Demanda Térmica 2

Demanda Térmica 2

Caldera individual

Caldera individual

Caldera individual

Caldera individual

Acometida

Cons.Gas = ∑DTvivηestac.

ηest

ηest

ηest

ηest

GAS

GAS

GAS

GAS

Sistemas de calefacción individuales por vivienda

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Instalaciones de calefacciónAspectos a considerar

Los sistemas centralizados precisan:Sistema de contaje de energía por usuario, para el reparto

de costes de energíaServicio y contrato de mantenimiento para el sistema

centralizadoAcuerdo comunitario para establecer períodos y horarios de

funcionamiento del sistema. Si funciona 24/24 horas para igualar prestaciones de los sistemas individuales, se producen consumos mucho mayores que en las individualesLos sistemas con apoyo individualizado precisan:

Instalación de gas hasta cada uno de los usuariosActualmente construir conductos de evacuación de

productos de la combustión hasta cubierta

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Vivienda 1

Vivienda 2

Vivienda 3

Vivienda N

Demanda ACS 1

Demanda ACS N

Demanda ACS 2

Demanda ACS 3

Caldera Centralizad

a(+ esquema de

principio)

Consumo Gas = (Preg + Pdistr + ∑n DTviv) - Qsolar

ηestacional

Sistema Solar Térmico(Paneles + Acumulación Solar)

CONSUMO GAS

Qso

lar=

C(%

) x(P

reg

+Pdi

str+ ∑

nD

T viv

)

Sistemas de producción de ACS centralizados

13

Vivienda 1

Vivienda 2

Vivienda 3

Vivienda N

Demanda ACS 1

Demanda ACS N

Demanda ACS 2

Demanda ACS 3

Caldera Centralizad

a(+ esquema de

principio)CONSUMO

GAS

Consumo Gas = (1-C) x (Preg + Pdistr + ∑n Dtviv)

ηestacional

Sistema Solar Térmico(Paneles + Acumulación Solar)

Qso

lar=

C(%

) x(P

reg

+Pdi

str+ ∑

nD

T viv

)

Sistemas de producción de ACS centralizados

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Vivienda 1

Vivienda 2

Vivienda 3

Vivienda N

Demanda ACS 1

Demanda ACS N

Demanda ACS 2

Demanda ACS 3

Caldera individual

Caldera individual

Caldera individual

Caldera individual

Acometida

Sistema Solar Térmico(Paneles + Acumulación Solar)

Qso

lar=

C(%

) x

(Pdi

str+ ∑

nD

T viv

)

Consumo Gas = ηestacional

(1-C) x (Pdistr + ∑n Dtviv)

ηest

ηest

ηest

ηest

GAS

GAS

GAS

GAS

Sistemas de producción de ACS con apoyo individual

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Sistemas de producción de ACSAspectos a considerar

Los sistemas centralizados precisan:Sistema de contaje de agua caliente por usuario, para el

reparto de costes de agua y energíaMayor superficie de paneles solares, al producirse perdidas

en el sistema de distribución mayores que en los sistemas de apoyo individualizado (circulación a mayor temperatura y más horas de funcionamiento)Los sistemas con apoyo individualizado precisan:

Elemento de acoplamiento (interacumulador individual, intercambiador)entre el sistema solar y el generador, en cada vivienda

Instalación de gas hasta cada uno de los usuariosActualmente construir conductos de evacuación de

productos de la combustión hasta cubierta

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Elementos terminales de calefacción

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Tipología de elementos terminales de calefacción

La energía calorífica generada en las calderas y vehiculada por las redes de distribución, centrales o individuales, se entrega en lo locales a calefactar mediante elementos terminales que pueden ser:

Radiadores con ΔT=60ºCRadiadores sobredimensionados con ΔT=40ºCFan-coilsSuelo radiante

La elección del elemento terminal determina la temperatura de distribución del circuito de agua y por tanto las condiciones de funcionamiento de los generadores y su rendimiento correspondiente

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Elementos terminales de calefacciónCaracterísticas básicas

Radiadores con ΔT=60ºC Son la solución clásica en calefacción, exige en los

momentos de demanda máxima la entrada del agua caliente a 90ºC y con ellos las calderas de alta eficiencia no potencian completamente sus ventajas. La colocación de válvulas termostáticas en cada radiador disminuye los consumos

Radiadores sobredimensionadosSe calculan con un salto térmico de 40ºC. De este

modo, en los momentos de máxima demanda el agua de retorno circula a 55ºC y en períodos intermedios a menor temperatura, mejorando asíel funcionamiento de las calderas de alta eficiencia. Como la demanda de calor en las nuevas edificaciones se ha reducido, este diseño no representa extracostes en la construcción

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Elementos terminales de calefacciónCaracterísticas básicas

Fan-coilsSu funcionamiento precisa agua a temperaturas

entre 45 y 55ºC, por lo que favorece la mejora de rendimientos de calderas de alta eficiencia. La colocación de termostatos en cada fancoil disminuye los consumos

Suelo radianteEs el elemento de mejor impacto sobre el

rendimiento. Su funcionamiento precisa agua a temperaturas entre 30 y 40ºC, por lo que es ideal para su uso con calderas de condensación. Se debe vigilar que la temperatura superficial del suelo no supere los 28ºC. Es un sistema de alta inercia y por tanto con períodos de arranque largos, por lo que no es recomendable en viviendas de segunda residencia

20

Calderas

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Eficiencia de calderasAntecedentes

El nuevo RITE, además de otras disposiciones, para aumentar la eficiencia de los sistemas térmicos, exige un aumento paulatino

1 de Enero de 2010: Calderas atmosféricas murales de potencia nominal menor de 70 kW1 de Enero de 2010: Calderas con marcado “una estrella” (RD 275/1995)1 de Enero de 2012: Calderas con marcado “dos estrellas” (RD 275/1995)El marcado por estrellas definido en el RD 275/1995 ya ha sido suprimido por la Directiva 2006/32/UE. Será por una nueva escala (similar a la certificación energética) basada en el ciclo de vida de los equipos

Sigue en vigor la clasificación en calderas Standard, de Baja Temperatura y de Condensación

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Clasificación de las calderas por tiposDefinición por rendimientos

La Directiva 92/42/CEE define las calderas por tipos: standard, de baja temperatura y de condensaciónDeben cumplir SIMULTANEAMENTE los siguientes requisitos de rendimiento a potencia nominal y a carga parcial (0,3 Pn ):

Intervalos potencia Rendimiento a potencia nominal Rendimiento a carga parcial

Tipo de caldera kWTemp. Mediaagua caldera

(ºC)Rend. mínimo (%)

Temp. Media agua caldera

(ºC)Rend. mínimo (%)

Standard 4 a 400 70 � 84 + 2 log Pn � 50º � 80 + 3 log Pn

Baja Temperatura (*) 4 a 400 70 � 87,5 + 1,5 log

Pn 40º � 87,5 + 1,5 log Pn

Condensación 4 a 400 70 � 91 + 1 log Pn (**)30º � 97 + 1 log Pn(*) Incluidas las calderas de condensación que utilizan combustibles líquidos(**) Temperatura del agua de alimentación a la caldera

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Clasificación de las calderas por tiposRendimientos comparativos al 100% y al 30%

75 ,0

8 0 ,0

8 5 ,0

9 0 ,0

9 5 ,0

10 0 ,0

10 5 ,0

P o te nc ia No minal (kW)

C o n d 10 0 %

C o n d 3 0 %

B Te m p 10 0 %

B Te m p 3 0 %

S TD 10 0 %

S TD 3 0 %

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Clasificación de las calderas por tiposRendimientos medios estacionarios

8 2 ,0 0

8 6 ,0 0

9 0 ,0 0

9 4 ,0 0

9 8 ,0 0

10 2 ,0 0

10 6 ,0 0

110 ,0 0

0 ,10 0 ,2 0 0 ,3 0 0 ,4 0 0 ,5 0 0 ,6 0 0 , 70 0 ,8 0 0 ,9 0 1,0 0

Fac to r de c arga (%P n)

C o n d

B . Te m p

S t d

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Demanda real de los edificiosAño 2005. Zona Retiro. Temperatura ambiente

-6

0

6

12

18

24

30

36

42

E

nero

F

ebre

ro

M

arzo

A

bril

M

ayo

J

unio

J

ulio

A

gost

o

Sept

iem

bre

O

ctub

re

Nov

iem

bre

D

icie

mbr

e

Tem

pera

tura

(ºC

) Temp. mediamensual (ºC)Temp. media alas 7 h. (ºC)Temp. media alas 13 h. (ºC)Temp. media alas 18 h. (ºC)Temp. máximaabsoluta (ºC)Temp. mínimaabsoluta (ºC)

Fuente: AEMET

Temperatura de corte de calefacción

Temperatura de diseño de calefacción

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Funcionamiento calderas StandardPerdidas y rendimiento

Poder calorífico inferior(100%)

Calor de condensación(11%)

Rendimiento estacional de caldera standard

(> 90%)

Calor latente de humos(11%)

Calor sensible de humos (8 %)

Perdidas por radiación y convección (2 %)

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Funcionamiento calderas Baja TemperaturaPerdidas y rendimiento

Poder calorífico inferior(100%)

Calor de condensación(11%)

Rendimiento estacional de caldera Baja Temperatura

(> 94%)

Calor latente de humos(11%)

Calor sensible de humos (4 %)

Perdidas por radiación y convección (2 %)

28

Funcionamiento calderas CondensaciónPerdidas y rendimiento

Poder calorífico inferior(100%)

Calor de condensación(11%)

Rendimiento estacional de caldera Baja Temperatura

(> 94%)

Calor latente de humos(3 %)

Calor sensible de humos (2 %)

Perdidas por radiación y convección (2 %)

Rendimiento estacional de caldera de Condensación

(hasta 108 %)

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CalderasAspectos a considerar (I)

Calderas standardMenor coste económico de inversiónMenor ahorro energéticoFuncionan con temperaturas 70 – 90ºC (o bombas anticondensados)

Calderas de baja temperaturaCoste económico medio de inversiónMejora del ahorro energéticoNo precisan bombas anticondensaciónEspecial atención al cálculo de chimenea (PdC a baja temperatura)

Calderas de condensaciónCoste económico medio de inversiónMáximo ahorro energéticoNo precisan bombas anticondensaciónEspecial atención al cálculo y construcción de chimenea (deben ser estancas a perdidas de condensados)

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CalderasAspectos a considerar (II)

Los rendimientos de calderas murales para vivienda están muy próximos al de calderas colectivasEl rendimiento estacional depende de los elementos terminales empleados (suelo radiante, radiadores de baja temperatura)Las calderas de baja temperatura y de condensación aumentan su competitividad con carga parcialLa climatología española hace que exista un gran período de exigencia a carga parcial en calefacciónEl precio actual de calderas de mayor rendimiento son competitivos con tecnologías más antiguas, y por tanto rentables económica y energéticamente

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CONCLUSIONES

Nuestra sociedad por competitividad, seguridad en el abastecimiento energético y protección del medio ambiente necesita disponer de

EDIFICIOS EFICIENTES ENERGETICAMENTE

Para satisfacer las demandas térmicas de los edificios, los sistemas que consumen gases combustibles, en unión con la energías

renovables, constituyen la SOLUCION MAS EFICIENTE

Para evaluar el rendimiento de los sistemas térmicos no es suficiente evaluar a las calderas. ES NECESARIO EVALUAR DESDE EL

GENERADOR HASTA LOS ELEMENTOS TERMINALES

Las calderas en el mercado cada vez son más eficientes y SELECCIONAR EQUIPOS DE ALTA EFICIENCIA

ES UNA INVERSION RENTABLE

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Muchas gracias por su atención

“Avanzar por un Desarrollo Sostenible”