consumo

Cálculo de SPF. Rendimiento medio estacional de equipos

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El rendimiento medio estacional obtenido mediante la aplicación de estos factores se ha de considerar por defecto en caso de no disponer de datos de rendimiento determinados y justificados mediante la norma correspondiente.  Se ha partido del documento reconocido de la Calificación Energética “Prestaciones medias estacionales de equipos y sistemas de producción de frío y calor en edificios de viviendas”, en el que se determinan los factores FP y FC ampliando su alcance a todo tipo de edificios, simplificando las distintas tipologías, estableciendo el uso del FC aplicable únicamente a las bombas de calor geotérmicas al resto de tecnologías (aerotermia e hidrotermia) y adaptándolo a la finalidad explicada anteriormente.

El valor del COP nominal de la bomba de calor será el obtenido de su ensayo, según la norma que les afecte (UNE-EN 14511: 2012, UNE-EN 15316: 2010, UNE-EN 16147, etc.) y obtenido para las condiciones de temperatura que correspondan a la zona climática en la que se instale y según la aplicación a la que abastezca.

En el caso de tratarse de bombas de calor para producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS) deberá considerarse 60 °C como temperatura de distribución. Para temperaturas de preparación de ACS diferentes de 60 °C el volumen de acumulación de ACS de la bomba de calor deberá corresponder a la demanda obtenida para la temperatura elegida y se calculará a partir de las demandas de referencia a 60 °C de la sección HE4 del Código Técnico de la Edificación. En ningún caso la temperatura de preparación del ACS debería ser inferior a 50 °C.

FP

FC


Ejemplo de aplicación: Bomba de calor aerotérmica centralizada en Vigo. Calefacción por suelo radiante  y ACS para 5 personas.

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.

  1. Determinación del SPF en modo calefacción

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 y considerando que se trata de un  equipo centralizado, se obtiene  un  factor de ponderación de 0,80.

La temperatura elegida de distribución del calefacción por suelo radiante es de 40 ºC por lo que según la tabla 2 de factores de corrección, columna 1,  le corresponde el valor de 0,87.

Aplicando la fórmula para la determinación del rendimiento estacional tenemos que:

SPF = COPnominal x FP x FC = 4,60 x 0,80 x 0,87 =3,2

En este caso el SPF de la bomba de calor es superior a 2,5 y por tanto podría considerarse como renovable para el servicio de calefcción.

  1. Determinación del SPF en modo ACS 

Determinación del SPF a temperatura de 60ºC para ACS

De acuerdo con el CTE HE-4 de Septiembre de 2013, la estimación de ACS para 5 personas será de 28l/persona, en total 140l.

El FP se obtendrá conforme a la zona climática del emplazamiento del 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 del ACS es de 60 ºC por lo que según la tabla 2 de factores de corrección, columna 1,  le corresponde el valor de 0,55.

Aplicando la fórmula para la determinación del rendimiento estacional tenemos que:

SPF = COPnominal x FP x FC = 4,60 x 0,80 x 0,55 =2,0

En este caso el SPF de la bomba de calor es inferior a 2,5 y por tanto no puede considerarse como renovable para el servicio de ACS

Determinación del SPF a temperatura inferior de 60ºC para ACS

En el caso de que por ejemplo, la temperatura de preparación elegida fuese de 50ºC, de acuerdo con el CTE HE-4 habrá que corregir la capacidad de almacenamiento. En este caso para almacenar la misma energía a menor temperatura requiere una capacidad mayor, es este caso de 176l.

El FP será el mismo pero el  FC, columna 1,  le corresponde el valor de 0,68.

Aplicando la fórmula para la determinación del rendimiento estacional tenemos que:

SPF = COPnominal x FP x FC = 4,60 x 0,80 x 0,68 =2,51

En este caso el SPF de la bomba de calor es superior a 2,5 y por tanto puede considerarse como renovable para este servicio. Deberíamos de disponer de un depósito acumulador más grande que en el apartado anterior.

  1. Determinación del SPF combinado

Para determinar el SPF combinado global del sistema se debería operar del siguiente modo:

SPF= (Energía útil anual en  calefacción xSPFcalefacción+Energía útil anual en ACSxSPFcalefacción)/Energía total anual útil

En el caso de que el SPF del sistema fuese >2,5, el sistema sería en su conjunto sería renovable, a pesar de que en modo ACS a 60ºC  como temperatura de preparación no tuviese un comportamiento renovable. Normalmente la mayor energía necesaria es por el apartado de la calefacción, con lo que el trabajar a baja temperatura compensa el déficit generado por la preparación del ACS.


Consideraciones a mayores: En el caso de que se considere renovable dicha instalación con bomba aerotérmica, para poder sustituir la colocación de los colectores solares térmicos en reformas o instalaciones nuevas con demanda de ACS,  se justificará documentalmente que las emisiones de dióxido de carbono y el consumo de energía primaria no renovable, debido a la instalación alternativa y todos sus sistemas auxiliares para cubrir completamente la demanda de ACS, o la demanda total de ACS y calefacción si se considera necesario, son iguales o inferiores a las que se obtendrían mediante la correspondiente instalación solar térmica y el sistema de referencia que se deberá considerar como auxiliar de apoyo para la demanda comparada.

1.-Justificación de ahorro en emisiones GEI  (Gases de Efecto Invernadero):

Por ejemplo, para el caso anterior se calcularía la demanda anual:

5 personas ∙ 28 litros ACS/persona·día a 60ºC ∙ 365 días = 51.100 litros anuales a 60ºC

La temperatura media de entrada de agua de red considerada es de 12ºC, para Vigo. El calor específico del agua es 4,186 KJ/litro·ºC y teniendo en cuenta que 1 kWh son 3.600 KJ, la energía total demandada sería:

E acs = (51.100 ∙ (60 ºC – 10 ºC) ∙ 4,186/3.600) /0.92= 3.224 KWh anuales

GEI de referencia (DB-HE4): fuente de energía Gas Natural = 0,204 Kg CO2 equivalentes / kWh y  considerando la referencia de una caldera con rendimiento estacionario del 92%.

GEI = E acs∙ GEI Gas Natural = 3224 ∙ 0,204=  658 Kg CO2 equivalente año

Factores de paso considerados:

tabla-emisiones

GEI ACS con energía combinada Gas Natural (70%)  y solar térmica (30%)

GEI = 0,143 Kg CO2 equivalentes / kWh

GEI = Eacs ∙ GEI energía combinada = 3224 ∙ 0,143 =461 Kg CO2 equivalente año

GEI calefacción Gas Natural: Ejemplo calefactar 140m2 con una demanda térmica de 90W/m2 y 1200h/anuales

GEI = E calefacción ∙ 0,204 Kg CO2 equivalentes / kWh = (0,09kW/m2.1200h/año.140m2).(1/0,92) .0,204 kg/kW=2.837Kg CO2 equivalente año

GEI con Bomba de Calor aerotérmica (se consideran todos los servicios: ACS con 50ºC y calefacción a 40ºC)

GEI acs=2.966.(1/2,51).0,649kg/kWh electricidad=766,9 kg CO2 equivalentes año

GEI calefacción = (0,09kW/m2.1200h/año.140m2).(1/3,2).0,649kg/kWh electricidad=3.067kg CO2 equivalentes año

Ahorros  GEI= GEI (gas nat. + solar térmica)-GEI con Bomba de Calor aerotérmica=(2.837+461)-(3.067+766,9)= 3.298-3.833=-536 (<0)

Por tanto, la instalación en esta localidad  y con el sistema de distribución adoptado para   esta máquina de  aerotermia  como fuente de energía para los  servicios de ACS y calefacción  NO suponen una reducción de las emisiones de CO2 equivalentes al mínimo exigido por la normativa y la bomba aerotérmica NO  se considera válida.

Si fuese positiva dicha condición, además deberá verificarse que:

2.-  Justificación del consumo de energía primaria no renovable

Gas Natural (70%) y solar térmica (30%)

EPno renovable= (3.224+(0,09kW/m2.1200h/año.140m2).(1/0,92))x 1,010 kWh/kWh=19.658kWh/año

Bomba de Calor aerotérmica

EPno renovable=(2.966.(1/2,51)+(0,09kW/m2.1200h/año.140m2).(1/3,2)))x 2,603 kWh/kWh=15.373kWh/año

Por lo tanto como 19.658kWh/año-15.373kWh/año=4.285 >0, la energía primaria consumida es menor.


RESUMIENDO, como no se cumplen las dos condiciones necesarias para que el sistema elegido alternativo sea más eficiente  con menos emisiones,  el sistema considerado NO es válido como sustitutivo de la instalación de colectores solares térmicos

 

marcos

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