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Climatización:
Situación actual y perspectivas de futuro
Jornada de Eficiencia Energética en Climatización
Universitat Jaume I – Castellón
Abril de 2014
Rodrigo Llopis Doménech
José Luís Gandía
ÍNDICE
Situación actual de la Climatización
Tendencias de futuro de la Climatización
Importancia de la Climatización
1. Importancia de la Climatización Introducción
Climatización
• Ciencia o técnica destinada a crear y mantener ciertas condiciones (de forma natural o artificial) de temperatura, humedad y calidad del aire dentro de recintos para garantizar el confort humano y la salubridad.
Los segundos aspectos más importantes
COSTE DE
INVERSIÓN
COSTE
ENERGÉTIC
O
COSTE DE
MANTENIMIE
NTO
ESPACIO
NECESARIO
REGLAMENT
ACIÓN
OTROS:
fiabilidad,
adaptabilida
d, gestión,..
Confort humano – Requerimientos básicos
Temperatura Humedad Calidad del
aire Movimiento
del aire Ruido
COSTE
ENERGÉTIC
O
1. Importancia de la Climatización Consumo energético
• Consumo de energía primaria en España en 2011: Edificios + Sector servicios: (24391 ktep)
26.1% de toda la energía primaria consumida en España
• Principales consumos: Calefacción + refrigeración, ACS, Equipamiento
• Refrigeración y calefacción:
• 51.4% de la energía utilizada en edificios y en sector servicios
• 13.42% de la energía primaria consumida en España
0
20
40
60
80
100
42,5
19,6
19,4
9,6
8,9
Co
nsu
mo
de
ener
gía
(%
) Refrigeración
Iluminación
Equipamiento
ACS
Calefacción
Plan de acción de ahorro y eficiencia
Energética 2011-2020. Ministerio de
Industria, Turismo y Comercio, IDAE,
2011.
1. Importancia de la Climatización Consumo energético
Plan de acción de ahorro y eficiencia Energética 2011-2020. Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, IDAE, 2011.
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47
27,4
20,6
3,9 1,1
Co
nsu
mo
de
ener
gía
(%
)
Refrigeración
Iluminación
Equipamiento
ACS
Calefacción
Consumo de energía del sector doméstico (17.5% de la energía consumida en España)
• Calefacción y refrigeración doméstica:
• 48.1% de la energía utilizada en viviendas
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20
40
60
80
100
31,1
3,3
17,4
22
26,2
Co
nsu
mo
de
ener
gía
(%
)
Refrigeración
Iluminación
Equipamiento
ACS
Calefacción
Consumo de energía del sector servicios (8.6% de la energía consumida en España)
• Calefacción y refrigeración servicios:
• 57.3% de la energía utilizada en sector servicios
1. Importancia de la Climatización Otros costes
• Inversión inicial en Sist. Clima: hasta un 20% del coste inicial del edificio[1]
• 48.1-57.3% del consumo energético del edificio[2]
• Coste de mantenimiento importante
• Fiabilidad del sistema
• Técnicos encargados del sistema
[1] F.J. Rey, E. Velasco, R. Herrero, F. Valera. Selección de un sistema de climatización
con el programa de simulación HAP. Congreso Mediterrânico de Climatizaçâo. Lisboa
2004.
[2] Plan de acción de ahorro y eficiencia Energética 2011-2020. Ministerio de Industria,
Turismo y Comercio, IDAE, 2011.
Coste económico
• Mucho espacio necesario para ubicar los equipos
• Elevado tamaño de los sistemas de distribución de energías
• Espacio para colocar los elementos terminales
Espacio necesario
2. Situación actual de la climatización Visión general
Uso de energía Sistema Clima
Equipamiento Espacio
acondicionado Confort térmico
Recursos energéticos
Sistema de conversión
de energía Elemento pasivo Servicio final
Mapa del flujo de energía para proporcionar el confort térmico[1]
[1] L. Perez-Lombard, J. Ortiz, I.R. Maestre, The map of energy flow in HVAC systems, Applied Energy, 88 (2011) 5020-5031.
2. Situación actual de la climatización Recursos energéticos
Uso de energía Sistema Clima
Equipamiento Espacio
acondicionado Confort térmico
Recursos energéticos
Sistema de conversión
de energía Elemento pasivo Servicio final
Mapa del flujo de energía para proporcionar el confort térmico[1]
• 26.1% de la energía primaria consumida en España
• Un alto porcentaje proviene de fuentes de energía no renovables
• Gas natural, gas-oil,...
• ‘Electricidad’
PROBLEMÁTICA: Precios crecientes de las fuentes de energía (En especial la electricidad)
El consumo energético en climatización = indicativo del grado de desarrollo del mismo.
debería redefinirse este concepto
Debería basarse en el grado de eficiencia que alcanza dicho país
2. Situación actual de la climatización Equipamiento en edificios
• Refrigeración: Casi todo el equipamiento está basado en sistemas de
compresión
Equipamiento
Principales sistemas de refrigeración en edificios en Europa (2008)
Unitarios < 12kW 36%
VRV 2%
Splits >12kW 7%
Chillers 45%
Rooftops 5%
Compactos 5%
[1] Energy Efficiency and Certification of
Central Air Conditioners (EECCAC),
Jérôme Adnot, France 2003
2. Situación actual de la climatización Equipamiento en edificios
Equipamiento
PROBLEMÁTICA REFRIGERACIÓN: Rendimiento de los equipos
TIPO CONDENSADOR EER
MIN PROM MAX
Solo frío Aire 1.9 2.53 3.29
B.C. Aire 1.9 2.48 2.96
Solo frío Agua 2.9 3.73 4.09
B.C. Agua 2.9 3.57 4.09
Enorme variabilidad entre equipos...
Hasta hace poco no se exigía un nivel mínimo de eficiencia energética
Reglamento UE 206/2012 Comisión Europea
2. Situación actual de la climatización Equipamiento en no residencial
• Refrigeración: La mayor parte del equipamiento está basado en sistemas
de compresión
Equipamiento
Principales sistemas de refrigeración en edificios no residencial en Europa (2001)
Desplazamiento positivo
(pistones y tornillos)
(Aire) 72%
Desplazamiento positivo
(pistones y tornillos)
(Agua) 26%
Centrífugos 1%
Absorción >350kW
1%
[1] IPCC - UNEP, Safeguarding the Ozone Layer and
the Global Climate System: Special Report of the
Intergovernmental Panel on Climate Change,
Cambridge University Press, 2005.
2. Situación actual de la climatización Equipamiento en no residencial
Equipamiento
PROBLEMÁTICA REFRIGERACIÓN: Rendimiento de los equipos
La eficiencia aumenta
linealmente con la
potencia del sistema
Ventajas importantes
de los sistemas
condensados por
agua
Enfriadoras de desplazamiento
positivo (pistones y tornillos)
2. Situación actual de la climatización Refrigerantes
Equipamiento
AC y BC
aire-aire
• Equipos fabricados <2000: HCFC-22 • Protocolo Montreal directivas RE 2037/200 y CE-
1005/2009 = Phase-out of HCFC
• Banco de refrigerantes en 2008
• R22 = 85%
• R134a, R407C, R410A = 15%
[1] Global inventories of the worldwide fleets of refrigerating
and air conditioning equipment in order to determine
refrigerant emissions. The 1990 to 2006 updating., D.
CLODIC, S. BARRAULT, S. SABA, France 2010
Distribución de
refrigerantes para nuevos
splits de conductos en
EU15 (<17.5kW)
2. Situación actual de la climatización Refrigerantes
Equipamiento
Chillers (centrifugos,
tornillo,
scroll,
pistones)
• Equipos fabricados <2000: HCFC-22 • Protocolo Montreal directivas RE 2037/200 y CE-
1005/2009 = Phase-out of HCFC
• Banco de refrigerantes (No existen datos)
• R22, R134a, R407C, R410A
• Otros: R717, HCs, R744
[1] Global inventories of the worldwide fleets of refrigerating
and air conditioning equipment in order to determine
refrigerant emissions. The 1990 to 2006 updating., D.
CLODIC, S. BARRAULT, S. SABA, France 2010
Distribución de
refrigerantes para nuevos
chillers centrífugos y
volumétricos EU15
2. Situación actual de la climatización Refrigerantes
Equipamiento
Problemática medioambiental:
• Relacionada con presencia de Cloro (CFC, HCFC) • Reglamento Europeo 2037/2000 desaparición de los CFC y HCFC (fin 2015)
• Escasez de R22 (procesos drop-in)
• Relacionada con el calentamiento global (GWP) • Tasazo sobre refrigerantes en España (Ley 16/2013, de 29 de octubre)
0.02€ x GWP con un máximo de 100€/kg + IVA (Fluidos con GWP>150)
R134a = 26€/kg, R410A ≈ 33.8€/kg, R407C ≈ 33.1 €/kg
• Nueva F-Gas (texto aprobado por el Parlamento Europeo el 12/3/2014)
Limitaciones en la cantidad de gas disponible
Control de importaciones de gases refrigerantes
2. Situación actual de la climatización Espacio acondicionado y confort térmico
Espacio acondicionado
Confort térmico
• Constituye la parte del sistema que provoca que los sistemas
de climatización sean necesarios
• Es la causa del consumo energético
A nivel Español:
• CTE (Real Decreto 314/2006 y modificaciones): Establecimiento de unos niveles de
eficiencia mínimos para los edificios
• RITE (Real Decreto 1027/2007):
• Establecimiento de unos requisitos mínimos de eficiencia
• Contribución de fuentes renovables
• Límites en las condiciones de confort térmico (edificios de pública concurrencia)
Observación: Gran parte de los edificios en España están visados y construidos antes de la
aprobación de dichas normativas
3. Tendencias de futuro de la climatización Visión general
Uso de energía Sistema Clima
Equipamiento Espacio
acondicionado Confort térmico
Recursos energéticos
Sistema de conversión
de energía Elemento pasivo Servicio final
Mapa del flujo de energía para proporcionar el confort térmico[1]
[1] L. Perez-Lombard, J. Ortiz, I.R. Maestre, The map of energy flow in HVAC systems, Applied Energy, 88 (2011) 5020-5031.
3. Tendencias de futuro de la climatización Recursos energéticos
Uso de energía Sistema Clima
Equipamiento Espacio
acondicionado Confort térmico
Recursos energéticos
Sistema de conversión
de energía Elemento pasivo Servicio final
Mapa del flujo de energía para proporcionar el confort térmico[1]
[1] L. Perez-Lombard, J. Ortiz, I.R. Maestre, The map of energy flow in HVAC systems, Applied Energy, 88 (2011) 5020-5031.
• En el futuro cercano los sistemas HVAC seguirán dependiendo de
combustibles fósiles
El desarrollo de sistemas HVAC que dependan de fuentes renovables son la
base para la reducción del impacto medioambiental de este sector
(y serán la fuente de negocio más importante para el sector)
Energía solar
3. Tendencias de futuro de la climatización Equipamiento en edificios
• La mejora de la eficiencia energética de los equipos actuales es la
estrategia perseguida por los fabricantes para reducir el consumo de las
plantas de Climatización
• Cuanta más centralización más ahorro energético
Equipamiento
• Compresores: • Tornillos, centrífugos, scroll,...
• Regulación de capacidad para trabajar en puntos de rendimiento máximo
• Motores más eficientes
• Válvulas de expansión: Electrónicas
• Intercambiadores de calor: • De alta eficiencia
• De reducido volumen (reducir carga de refrigerante)
• Sistemas de control y regulación electrónicos
3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético
Sistemas de enfriamiento evaporativo
• Utilizados actualmente en grandes instalaciones de climatización
• Permiten obtener reducciones de consumo de hasta un 40% respecto a sistemas
condensados por aire
• Coste económico muy reducido
Inconvenientes:
• Legionella (prioridad de mantenimiento)
• Altas eficiencias para ambientes con HR<40%
3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético
Integración de instalaciones
• ‘Cogeneración’: producción de electricidad, calor y frío de forma simultánea
• Recuperación de calor residual
Inconvenientes: • Altas inversiones
• Altos costes de utilización y
mantenimiento
• Limitado al sector comercial y
grandes edificios
• Utilización en el sistema de Clima
• Calentamiento de ACS
• Activación de sistemas de
producción de frío (adsorción)
3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético
Sistemas de climatización basados en geotermia
• Actualmente básicamente a nivel de BC: elevación de la temperatura de evaporación
mejora notable del COP (incremento de un 15 a 20%)
• Utilizar el suelo como almacén térmico en
sistemas reversibles • Invierno: Modo generación de calor: enfriamiento
del suelo aprovechamiento de suelo calentado
en verano
• Verano: Modo producción de frío: calentamiento
del suelo aprovechamiento del suelo enfriado
en invierno
Inconvenientes:
• Elevado coste del sistema geotérmico
• Dificultad para el cálculo del sistema geotérmico
3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético
Almacenamiento térmico en sistemas de Refrigeración
• Almacenar ‘frío’ durante periodos de baja demanda para compensar picos de alta
demanda
• No aumenta la eficiencia energética, pero permite reducir el coste de la energía
COP
Coste
Demanda
Coinciden:
• pico de demanda
• pico de coste de la energía
• menor COP del chiller
3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético
Almacenamiento térmico en sistemas de Refrigeración
• Almacenar ‘frío’ durante periodos de baja demanda para compensar picos de alta
demanda
• No aumenta la eficiencia energética, pero permite reducir el coste de la energía
COP
Coste
Demanda
Almacenamiento
térmico de ‘frío’ • Baja demanda
• Coste energético
bajo
• Mayor COP de la
planta Ventajas: • Reduce el coste de la energía (hasta un 30% de la factura)
• Permite diseñar equipos de menor potencia (parte de la potencia a carga total se cubre con el sistema de
almacenamiento térmico)
Inconvenientes: • Coste del sistema y espacio requerido
• Regulación del sistema
3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético
Sistemas accionados por energía solar
• La energía solar es una ‘fuente gratuita’ y de mucha capacidad
• Los picos de demanda frigorífica coinciden con los picos de energía solar
• Tecnología disponible
• Sistemas de absorción: BrLi/H2O, NH3/H2O
• Sistemas de adsorción
• Sistemas de desecantes (deshumectación)
3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético
Sistemas accionados por energía solar
Ventajas:
• Permiten climatización con bajo coste energético (siempre que se disponga de una
fuente de calor gratuita)
Inconvenientes:
• Costes de instalación demasiado elevados (rentabilidades por ahora bajas)
• Costes de mantenimiento elevados (falta de técnicos de mantenimiento de estas
instalaciones)
• En general vida útil corta
3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético
Refrigerantes
• La regulación actual no favorece el uso de refrigerantes HFC (R134a, R4xxx, R407C,
R410A)
• Tasa sobre refrigerantes en España (Ley 16/2013, de 29 de octubre)
En ocasiones la tasa supera el coste del refrigerante
REFRIGERANTE PCA Impuesto (€/kg)
R134a 1300.0 26.0
R410A 1690.0 33.8
R407C 1652.5 33.1
R600a 20.0 0.0
R290 20.0 0.0
R717 (NH3) 1.0 0.0
R744 (CO2) 1.0 0.0
• Nueva F-Gas (aprobada por el Parlamento Europeo 12/2/2014) • Limitaciones en la cantidad de gas disponible (reducción desde niveles promedio de 2009-12:
2015=100% a 2030=21%) aumento de coste
• Control de importaciones de gases refrigerantes (equipos sin precargar)
• Equipos AC móviles y herméticos solo permitido fluidos con GWP<150 a partir de 2020
• Equipos split de menos de 3kg de refrigerante prohibido uso fluidos GWP≥750 a partir de
2025
3. Tendencias de futuro de la climatización Algunas estrategias futuras de ahorro energético
Refrigerantes
• La tendencia del mercado será desarrollar equipos con bajo GWP (refrigerantes
naturales)
• Hidrocarburos: Pequeños equipos herméticos con baja carga de refrigerante
(especialmente basados en propano)
• CO2: No en países cálidos como España, por la baja eficiencia
• HFOs: Por ahora solo en automoción. Riesgo de inflamabilidad.
• Enfriadoras de amoníaco: Con sus sistemas inherentes de seguridad se están
imponiendo como una buena alternativa energética y medioambiental
4. Conclusiones
Recursos energéticos
• En futuro próximo seguiremos dependiendo de combustibles fósiles.
• La única alternativa viable a largo plazo es la energía solar.
Equipamiento
• Los fabricantes implementan mejoras continuas de los equipos basados en compresión
• Nuevas estrategias de ahorro se están imponiendo o deberían imponerse: integración
de instalaciones para recuperación de calor, almacenamiento térmico, enfriamiento
evaporativo
• Los sistemas basados en energía solar tienen un futuro aún incierto
Refrigerantes
• Debido a la regulación, el mercado de la Climatización tiene tendencia a implementar
equipamiento basado en refrigerantes naturales.
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