Reducción de potencia instalada en aerotermia con sistema de zonificación por Francisco Fernández
Francisco Fernández
Doctor Ingeniero Industrial. Profesor ayudante doctor del Grupo de Energética de la Universidad de Málaga (GEUMA)
La irrupción de la Aerotermia en los Edificios
La Directiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, relativa al uso de energía procedente de fuentes renovables reconoce como energía renovable, la energía capturada por las bombas de calor, que es una máquina térmica capaz de transferir calor desde un foco frío a uno caliente. En el caso de la Aerotermia, se extrae calor de un entorno natural (aire) a través del evaporador y se transfiere al interior del edificio a través del condensador. El ciclo, al ser reversible, permite enfriar el fluido en el evaporador en modo refrigeración.
Actualmente, en los edificios residenciales de nueva construcción, está siendo la principal opción para cubrir las necesidades de ACS y climatización cumpliendo la contribución de energía renovable mínima que establece el RITE, sustituyendo así a los captadores solares térmicos.
El sistema de control zonificado en sistemas con aerotermia
De la misma forma que en una vivienda hay un interruptor para encender la luz de cada estancia, el concepto de zonificación térmica permite, mediante un termostato en cada habitación, poder controlar la temperatura de cada zona. El Real Decreto 1027/2007 por el que se aprueba el RITE establece en su IT 1.2.4.5.4. que “la zonificación de un sistema de climatización será adoptada a efectos de obtener un elevado bienestar y ahorro de energía. Cada sistema se dividirá en subsistemas, teniendo en cuenta la compartimentación de los espacios interiores, orientación, así como su uso, ocupación y horario de funcionamiento”. Según el artículo 15 del mismo, si la potencia nominal a instalar en generación de calor o frío esté entre 5 y 70 kW, se requiere una memoria técnica que justifique el proyecto y, por lo tanto, la zonificación térmica.
El sistema no zonificado se basa en el control de la temperatura de una única zona, de tal forma que esta temperatura se mantendrá dentro del intervalo de confort. En cuanto al resto de zonas, aun estando bien diseñada la red de conductos y elegida la potencia máxima del equipo, si no presentan un perfil de carga parecido al de la zona de control (uso, orientación, cargas térmicas, etc.), sus temperaturas pueden situarse fuera del rango del confort.
Alternativamente a éstos, los sistemas zonificados se basan en el control independiente de la temperatura de cada una de las zonas. Para ello se instala un termostato en cada estancia que permite conocer la demanda térmica en cada una de ellas y seleccionar una temperatura de consigna independiente según las preferencias del usuario. De esta manera, cuando una zona alcanza la temperatura de consigna, ésta envía una señal de control a la compuerta motorizada de la zona para que se cierre e interrumpa la impulsión del aire acondicionado.
A continuación, se muestra una imagen de una vivienda zonificada térmicamente, el sistema de control que combina en este caso el control de un fancoil multizona con suelo radiante y refrescante, en el que el sistema de producción es una bomba de calor.
Estudio de Simultaneidad para la reducción de potencia del equipo de producción
Caso de Estudio. Vivienda plurifamiliar
La vivienda, simulada con el software Trnsys 17 (ver figura 2), presenta cinco zonas climatizadas (Salón, cocina, oficina, dormitorio padres y dormitorio niños), con una superficie de 121 m2, y el resto se considerará una única zona no acondicionada. Se han considerado los coeficientes globales de transferencia de calor límites para muros y ventanas según el CTE.
Puesto que en un sistema zonificado no se combate la carga térmica de las zonas en las que no hay ocupación, es importante determinar el perfil de uso de cada estancia (figura 3).
Condiciones climáticas
La vivienda es simulada en una ciudad representativa de las distintas zonas climáticas que establece el CTE en España (Figura 4).
Cálculo de cargas. Dimensionado de los equipos.
El dimensionado del equipo se realiza teniendo en cuenta que el rango de confort del usuario se establecerá entre 22 y 24ºC.
En un sistema no zonificado, la red de distribución no dispone de ningún elemento que nos permita tratar por separado las necesidades de cada zona. Así, para asegurar la posibilidad de cubrir la carga punta en todos ellas, la potencia nominal del equipo debe tomarse igual o superior a la suma de cargas sensibles puntas de las zonas, aun no siendo simultáneas.
Por el contrario, en el sistema zonificado, la red de distribución de aire dispone de compuertas motorizadas que permiten ajustar el aporte térmico del sistema a la demanda de cada zona por separado. De esta forma, el equipo debe dimensionarse teniendo en cuenta la máxima carga sensible simultánea de las zonas, es decir, para cada paso de tiempo, se suman las cargas de todas las zonas y el equipo se dimensiona a partir del máximo anual para refrigeración y calefacción.
Estudio de Simultaneidad para la reducción de potencia del equipo de producción
acondicionado, calefacción y agua caliente sanitaria
(Sistema compacto)
Resultados y Conclusiones
- El porcentaje de reducción de la carga por simultaneidad varía:
- Refrigeración: entre 16-36%.
- Calefacción: en ciudades más frías se reduce menos del 9%, y en climas más templados se sitúa entre 12-22%
- Los beneficios de la reducción de potencia en términos económicos y ambientales se resumen en:
- Ahorro de hasta 1906 € en el coste de: Ud. exterior + acumulador + control box + mando + tubo de drenaje.
- Reducción de hasta 1.95 kg de refrigerante y 4.1 Ton equiv. de CO2.
