Inspecciones de eficiencia energética de instalaciones térmicas en edificios

Inspecciones de eficiencia energética de instalaciones térmicas en edificios Javier Ponce FORMATEC

e-mail: ediciones@canopina.com www.canopina.com

Índice TEMA 1. EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO ENERGÉTICO DEL SUBSISTEMA DE GENERACIÓN Objetivo y contenidos............................................................................................................................................................................... 13 1.1 Análisis funcional, clasificación y parámetros característicos de los subsistemas de generación y de sus componentes.............................................................................................................................................................................. 15 1.1.1 Tipo de instalaciones............................................................................................................................................................... 16 1.1.2 Rendimiento del generador................................................................................................................................................ 17 1.1.3 Calderas de calefacción......................................................................................................................................................... 21 1.1.4 Caudal mínimo en generadores....................................................................................................................................... 23 1.1.5 Esquemas de salas de calderas eficientes.................................................................................................................. 24 1.1.6 Sistema de control.................................................................................................................................................................... 29 1.2 Exigencias básicas reglamentarias y prescripciones de eficiencia energética de las instrucciones técnicas que aplican al subsistema de generación, según la antigüedad de la instalación.......................... 31 1.2.1 Antecedentes normativos.................................................................................................................................................... 32 1.2.2 Combustión................................................................................................................................................................................... 37 1.2.3 Bombas de calor......................................................................................................................................................................... 38 1.2.4 Fraccionamiento de potencia............................................................................................................................................ 39 1.2.5 Tipos de calderas que ya no pueden ser utilizadas.............................................................................................. 41 1.3 Evaluación del rendimiento instantáneo de las calderas, utilizando procedimientos reconocidos...................................................................................................................................................................................................... 42 1.3.1 Introducción.................................................................................................................................................................................. 42 1.3.2 Cálculo del rendimiento de la combustión............................................................................................................... 44 1.3.3 Ensayo de Bacharach – Pérdidas por inquemados............................................................................................... 49 1.3.4 Pérdidas por radiación y convección............................................................................................................................. 50 1.3.5 Rendimiento instantáneo y estacional del generador....................................................................................... 53 1.3.6 Pérdidas por la chimenea cuando la caldera está apagada, q ch_off .............................................................. 59 1.3.7 Pérdidas totales de la caldera parada, α PO .................................................................................................................. 60 1.3.8 Carga media de la caldera, β cmb ......................................................................................................................................... 62 1.3.9 Manejo del medidor de caudal......................................................................................................................................... 65 1.3.10 Potencia de combustión.................................................................................................................................................... 67 1.3.11 Recomendaciones respecto al rendimiento estacional.................................................................................. 70 1.3.12 Manejo del analizador de combustión...................................................................................................................... 71 1.3.13 Toma de muestras de productos de la combustión......................................................................................... 74 1.4 Evaluación del rendimiento instantáneo de las plantas frigoríficas y las bombas de calor, utilizando procedimientos reconocidos........................................................................................................................................ 76 1.4.1 Concepto EER y COP................................................................................................................................................................ 76 1.4.2 Diagrama de Molliere.............................................................................................................................................................. 78 1.4.3 Método directo para determinar la eficiencia de una bomba de calor................................................... 84 1.4.3 Método indirecto para determinar la eficiencia de una bomba de calor.............................................. 86 1.5 Evaluación y valoración del dimensionado de los generadores, utilizando procedimientos reconocidos...................................................................................................................................................................................................... 88 1.5.1 Método de la Norma UNE-EN 12.828............................................................................................................................ 88

1.5.2 Método de la gráfica de energía...................................................................................................................................... 89 1.5.3 Método del consumo de combustible........................................................................................................................ 90 1.5.4 Método de la potencia instalada..................................................................................................................................... 92 1.6 Evaluación del rendimiento estacional en la generación, utilizando procedimientos reconocidos...................................................................................................................................................................................................... 94 1.6.1 Instalaciones de calefacción y ACS................................................................................................................................. 94 1.6.2 Rendimiento Estacional Anual Corregido, REAc..................................................................................................... 99 1.6.3 Emisiones de CO 2 ....................................................................................................................................................................... 99 TEMA 2. EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO ENERGÉTICO DE LOS SUBSISTEMAS DE TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN Objetivo y contenidos.............................................................................................................................................................................101 2.1 Análisis funcional, clasificación y parámetros característicos de los componentes de los subsistemas de trasporte y de distribución...............................................................................................................................101 2.1.1 Redes de tuberías....................................................................................................................................................................102 2.1.2 Tipos y características de los circuladores................................................................................................................105 2.2 Exigencias básicas reglamentarias y prescripciones de eficiencia energética de las instrucciones técnicas que aplican a los subsistemas de transporte y de distribución, según la antigüedad de la instalación..................................................................................................................................................................................................107 2.3 Evaluación del rendimiento de las bombas, utilizando procedimientos reconocidos...........................111 2.4 Evaluación del rendimiento de los ventiladores, utilizando procedimientos reconocidos..................117 2.4.1 Curva del ventilador...............................................................................................................................................................118 2.5 Evaluación de las necesidades energéticas anuales en los elementos de transporte y de las pérdidas térmicas anuales en las redes de distribución, utilizando procedimientos reconocidos.........120 2.5.1 Cálculo de la temperatura media de distribución estacional......................................................................123 2.5.2 Estimación de la longitud de tuberías en cada zona........................................................................................124 2.5.3 Tablas de estimación de pérdidas térmicas anuales..........................................................................................126 2.5.4 Tablas de estimación del consumo de energía auxiliar anual......................................................................128 TEMA 3. EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO ENERGÉTICO DE LAS UNIDADES DE TRATAMIENTO DE AIRE Y DE LAS UNIDADES TERMINALES Objetivo y contenidos.............................................................................................................................................................................131 3.1 Análisis funcional, clasificación y parámetros característicos de las UTAs y las unidades terminales de la instalación térmica...............................................................................................................................................131 3.1.1 Principales impactos sobre el consumo de energía..........................................................................................138 3.1.2 Sistema de calefacción por agua...................................................................................................................................144 3.2 Exigencias básicas reglamentarias y prescripciones de eficiencia energética de las instrucciones técnicas que aplican a las UTAs y a las unidades terminales, según la antigüedad de la instalación.......................................................................................................................................................................................................144 3.2.1 Enfriamiento gratuito por aire exterior.......................................................................................................................145 3.2.2 Recuperación de calor del aire de extracción........................................................................................................145 3.2.3 Caídas de presión en componentes............................................................................................................................145 3.2.4 Emisores de calor tipo radiador......................................................................................................................................146 3.3 Evaluación del rendimiento del subsistema de emisión térmica en relación con la demanda, utilizando procedimientos reconocidos......................................................................................................................................148 3.3.1 Evaluación de la estratificación de los locales con techos altos.................................................................149

3.3.2 Evaluación de la eficiencia del sistema de emisión de calor........................................................................150 3.3.3 Medidas de ahorro..................................................................................................................................................................154 TEMA 4. EVALUACIÓN DE LOS SUBSISTEMAS DE CONTROL Y CONTABILIZACIÓN Objetivo y contenidos.............................................................................................................................................................................155 4.1 Análisis funcional, clasificación y parámetros característicos de los sistemas de regulación, medición y contabilización...................................................................................................................................................................155 4.2 Exigencias básicas reglamentarias y prescripciones de las instrucciones técnicas sobre los sistemas de control, contabilización, según la antigüedad de la instalación.......................................................161 4.2.1 Elementos de medición.......................................................................................................................................................162 4.2.2 Elementos de contabilización de consumos..........................................................................................................163 4.2.3 Denominación de los sistemas de control de temperatura y/o humedad.........................................164 4.2.4 Denominación de los sistemas de control de la calidad del aire interior.............................................165 4.2.5 Control de instalaciones centralizadas de preparación de agua caliente sanitaria........................166 4.2.6 Limitación de temperaturas..............................................................................................................................................166 4.2.7 Criterios del RCAS....................................................................................................................................................................167 4.2.8 RITE 98.............................................................................................................................................................................................168 4.3 Evaluación de los sistemas de control, utilizando procedimientos reconocidos.......................................168 4.3.1 Verificación de la temperatura interior.......................................................................................................................170 4.3.2 Pendiente de funcionamiento de la regulación en base a la temperatura exterior......................171 4.3.3 Verificación de la regulación de la caldera...............................................................................................................174 4.3.4 Medidas de ahorro..................................................................................................................................................................174 4.3.5 Contabilización y reparto de consumos en instalaciones centralizadas...............................................175 4.3.6 Índices de eficiencia y consumo....................................................................................................................................187 4.3.7 Referencia Consumo de calefacción............................................................................................................................197 4.3.8 Referencia Consumo de refrigeración........................................................................................................................198 4.3.9 Referencia Consumo de ACS............................................................................................................................................198 4.3.10 Referencia Cobertura solar mínima...........................................................................................................................203 4.3.11 Sistemas de referencia.......................................................................................................................................................206 TEMA 5. EVALUACIÓN DE LA CONTRIBUCIÓN DE ENERGÍAS NO CONVENCIONALES Y LAS LIMITACIONES SOBRE ENERGÍAS CONVENCIONALES Objetivo y contenidos.............................................................................................................................................................................207 5.1 Análisis funcional, clasificación y parámetros característicos de los sistemas de energías no convencionales............................................................................................................................................................................................207 5.1.1 Instalación Solar Térmica.....................................................................................................................................................208 5.1.2 Biomasa de uso térmico......................................................................................................................................................216 5.1.3 Geotermia.....................................................................................................................................................................................217 5.2 Exigencias básicas reglamentarias y prescripciones de las instrucciones técnicas sobre contribución con energías no convencionales y las limitaciones sobre las energías convencionales................................218 5.2.1 Energía Solar Térmica.............................................................................................................................................................218 5.2.2 Biomasa..........................................................................................................................................................................................220 5.2.3 Limitaciones actuales de empleo de energías convencionales.................................................................221 TEMA 6. PROPUESTAS DE MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA Objetivo y contenidos.............................................................................................................................................................................223

6.1 Mejoras técnicas para la generación......................................................................................................................................225 6.2 Mejoras técnicas para el transporte y la distribución...................................................................................................232 6.3 Mejoras técnicas mediante la recuperación de energía y la mejora en las unidades terminales........................................................................................................................................................................................................237 6.4 Mejoras técnicas en el control y la contabilización.......................................................................................................239 6.5 Mejoras técnicas por la contribución de energías no convencionales.............................................................242 6.6 Análisis económico de las inversiones realizadas en las mejoras de eficiencia energética..................244 6.6.1 Inversión, beneficio, retorno de la inversión, flujo de caja.............................................................................246 6.6.2 Tasa interna de rentabilidad..............................................................................................................................................249 TEMA 7. EVALUACIÓN DEL CUMPLIMIENTO DE LAS CONDICIONES DE SEGURIDAD Objetivo y contenidos.............................................................................................................................................................................267 7.1 Condiciones de seguridad aplicables a las salas de máquinas y a los almacenamientos de biocombustibles sólidos........................................................................................................................................................................267 7.2 Condiciones de seguridad aplicables a los generadores...........................................................................................268 7.2.1 Salas de calderas.......................................................................................................................................................................269 7.2.2 Almacenamiento de biomasa..........................................................................................................................................272 7.3 Condiciones de seguridad aplicables en la evacuación de los humos.............................................................273 7.4 Condiciones de seguridad aplicables para evitar los riesgos de proliferación de legionella..............288 TEMA 8. EVALUACIÓN DEL CUMPLIMIENTO DE LAS OBLIGACIONES DE LOS AGENTES QUE INTERVIENEN Objetivo y contenidos.............................................................................................................................................................................291 8.1 Documentación de la instalación y obligaciones del titular y usuario..............................................................291 8.1.1 Documentación........................................................................................................................................................................292 8.1.2 Aplicación del RITE 2.007....................................................................................................................................................294 8.1.3 Periodicidad del mantenimiento preventivo.........................................................................................................295 8.2 Control de los programas de operaciones de mantenimiento preventivo, para la prevención de la legionelosis y de controles de fugas de los fluidos frigoríficos, tomando como referencia los documentos reconocidos.....................................................................................................................................................................297 8.2.1 Control de fugas de refrigerante....................................................................................................................................297 8.3 Control de los programas de gestión energética...........................................................................................................300 8.3.1 Control de la temperatura ambiente...........................................................................................................................301 8.4 Requisitos estatales y procedimientos autonómicos para realizar las inspecciones periódicas.......301 8.4.1 Inspecciones periódicas de eficiencia energética...............................................................................................302 8.4.2 Periodicidad de las inspecciones de eficiencia energética............................................................................305 8.4.3 Defectos en las instalaciones............................................................................................................................................305 8.4.4 Decreto 14/2014 de la Comunidad de Madrid.....................................................................................................307 8.4.5 Modelo informe de inspección sistemas de calefacción o ACS.................................................................310 ANEXOS A. FICHAS PRÁCTICAS...............................................................................................................................................................................319 B. EJEMPLO DE INSPECCIÓN DEL SISTEMA DE CALEFACCIÓN SEGÚN UNE 15.378.....................................369 C. LISTA DE COTEJO DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN DE EDIFICIOS.......................................................................372 D. HOJAS DE TOMA DE DATOS.........................................................................................................................................................378 E. CÁLCULO DE LA POTENCIA DE UN GENERADOR SEGÚN UNE-EN 12.828.....................................................395

Introducción

Existe la necesidad de determinar la eficiencia energética de las instalaciones térmicas, para que los titulares la conozcan, así como las posibilidades de mejora que nos ofrece la tecnología actual. En las inspecciones periódicas de eficiencia energética los agentes de inspección deberán elaborar un informe calificando el estado de la instalación térmica, realizando recomendaciones para mejorar en términos de rentabilidad la eficiencia energética de la instalación inspeccionada. Las recomendaciones se basarán en una comparación de la eficiencia energética con la mejor instalación técnicamente viable y con una instalación tipo que cumpla la reglamentación vigente. En una instalación de calefacción y ACS habrá que inspeccionar y verificar el correcto rendimiento, y dimensionado del generador de calor en comparación con la demanda térmica a satisfacer por la instalación, y además se inspeccionarán lamayoría de elementos y subsistemas de la instalación como: ▪ ▪ Bombas de circulación. ▪ ▪ Sistema de distribución, incluyendo su aislamiento. ▪ ▪ Emisores. ▪ ▪ Sistema de regulación y control. ▪ ▪ Sistema de evacuación de gases de combustión. ▪ ▪ Quemador de la caldera. En una instalación térmica con sistemas de acondicionamiento de aire, se evaluará el rendimiento, y dimensionado del generador de frío en comparación con la demanda a satisfacer por la instalación, y además de evaluar el rendimiento de los elementos y subsistemas indicados anteriormente, se inspeccionarán: ▪ ▪ Ventiladores. ▪ ▪ Sistemas de distribución de aire. Al fin y al cabo la eficiencia energética es el cociente entre la energía requerida para un proceso y la energía usada en la instalación real. ▪ ▪ Instalación de energías renovables y cogeneración en el caso de existir. ▪ ▪ Obligaciones de los titulares y empresa de mantenimiento en general.

(

( Energ aUsada Energ aRequerida í í )

)

=

EficienciaEnergética

Para ello habrá que conocer el marco de referencia actual de eficiencia energética que es la reglamentación sobre instalaciones térmicas en los edificios, el cual también incluye prescripciones de seguridad, bienestar e higiene, así como las obligaciones de uso, mantenimiento e inspección de todas las instalaciones térmicas destinadas al bienestar e higiene de las personas.

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El perfil idóneo de inspector es una persona que conoce: ▪ ▪ Las instalaciones térmicas: tipos, prestaciones, nuevas tecnologías. ▪ ▪ Reglamentación actual, y determinados aspectos técnicos de reglamentación anterior con la que fue construida la instalación térmica. ▪ ▪ Instrumentación y procedimientos para determinar la eficiencia energética de elementos y subsistemas de la instalación térmica. Una inspección de eficiencia energética de una instalación térmica es parecida a una auditoría energética, pero centrada en la instalación térmica y, normalmente, con el objetivo de confeccionar un informe estructurado por Órganos Competentes, como los informes periódicos de eficiencia energética desarrollados por Comunidades Autónomas como la Comunidad Autónoma de Madrid. Por tanto frente a una Auditoría, una inspección de eficiencia energética, está delimitada a inspeccionar únicamente la instalación térmica, y por tanto, se pueden crear protocolos y listas de chequeo que faciliten el trabajo.

Determinación del alcance

Contacto preliminar - Reunión inicial

Recopilación de datos

Trabajo de campo

Análisis

Estudio particular

Informe

Normalmente el alcance de una inspección será cumplir algún requisito reglamentario, aunque pudiera ser reducir un impacto ambiental o reducir el consumo de energía y los costes de una explotación. El alcance incluirá prácticamente la totalidad de la instalación térmica. En el contacto inicial, o durante una reunión inicial, el inspector deberá ponerse de acuerdo en: ▪ ▪ Calendario de visitas técnicas a las instalaciones de la propiedad. ▪ ▪ Coordinación con empresa de mantenimiento que deberá acompañar, facilitando datos e información de la instalación.

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Introducción

Además el inspector deberá inspeccionar la parte documental de la instalación recopilando datos necesarios para elaborar sus fichas de inspección durante el trabajo de campo, y verificar el cumplimiento de las obligaciones normativas de la instalación. Disponer del proyecto final de la instalación realmente ejecutada, esquema de principio y/o documentación técnica de los equipos instalados, será de gran utilidad. En la reunión inicial recogerá datos relativos a: ▪ ▪ Año de construcción del edificio. ▪ ▪ Forma física del edificio. ▪ ▪ Año de realización del montaje de la instalación térmica. ▪ ▪ Espacios climatizados y no climatizados. ▪ ▪ Envolvente del edificio. ▪ ▪ Reformas en instalación y/o rehabilitaciones del edificio. ▪ ▪ Etc. Los datos de mediciones registrados serán de utilidad para la determinación de ratios energéticos. El inspector debe analizar los datos recopilados para preparar el trabajo de campo con las pruebas a efectuar y chequeos a realizar para evaluar la eficiencia de los distintos subsistemas térmicos: ▪ ▪ Generación. ▪ ▪ Control. ▪ ▪ Almacenamiento. ▪ ▪ Distribución. ▪ ▪ Emisión. Durante el trabajo de campo el mantenedor deberá facilitar información y emplazamiento de los componentes del sistema, así como auxiliará en las pruebas a realizar. Con los datos recogidos durante la visita a la instalación, el inspector deberá analizar los resultados: ▪ ▪ Nivel de servicio. ▪ ▪ Eficiencia Energética. ▪ ▪ Cumplimento normativo. Del análisis de la documentación y muestras realizadas en el trabajo de campo, pudiera derivarse una segunda solicitud de recopilación de datos y/o realización de nuevas tomas de datos. Sobre los subsistemas o componentes con posibilidad de mejora energética, deberá analizar entre posibles Medidas de Ahorro Energético (MAE), su coste y suTasa de Retorno de la Inversión (TIR).

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Durante el análisis podrá observar la evolución del consumo energético con el fin de detectar desviaciones. O bien proponer, la revisión de los contratos de suministro de energía. En las oportunidades de ahorro energético, se debe valorar la antigüedad de los componentes, y comparar el consumo actual con el consumo que se obtendría con nuevos componentes (o subsistemas): ▪ ▪ Que cumplancon las exigencias actualizadas deeficiencia energética reglamentarias. ▪ ▪ Que sean de la mejor tecnología disponible y viable desde el punto de vista técnico. El informe de inspección se presentará, en caso de existir, sobre impresos de la Comunidad Autónoma donde se ubique la instalación. En los anexos de estos apuntes se presenta algún ejemplo de informe basado en la UNE 15.378 y Orden de Inspecciones de Comunidad de Madrid. Cualquier formato deberá ser relevante para el personal técnico y para el ejecutivo, informando al titular o usuario de la instalación de: ▪ ▪ Resultados energéticos obtenidos, comparadas con las prestaciones iniciales, las exigidas actualmente y los mejores ratios posibles técnicamente de los subsistemas o componentes de la instalación térmica. ▪ ▪ Medidas de Ahorro energético: de bajo y de alto coste. ▪ ▪ Resultados de bienestar, confort, e higiene obtenidos. ▪ ▪ Información sobre hábitos y cambios de comportamiento que redunden en una mayor eficiencia de la instalación. ▪ ▪ Información sobre adaptación del modo de funcionamiento para aprovechar mejor las prestaciones de los equipos de la instalación. ▪ ▪ Incumplimientos reglamentarios. En los informes de inspección debería incluirse una relación de defectos, para su constancia, calificación de los mismos (leves, graves, y muy graves), y la calificación de la instalación (aceptable, condicionada o negativa). Así como el plazo establecido para su subsanación. Del informe de una inspección periódica de eficiencia energética pudiera derivarse un estudio más completo con un análisis en profundidad sobre alguna posible oportunidad de mejora de la eficiencia energética detectada durante la inspección y reflejada en el informe de inspección. Aprovechando nuestra participación como miembros en el Comité Técnico de INGECER, donde hemos colaborado en el desarrollo de pruebas de eficiencia energética, y otros procesos para su acreditación como Entidad Acreditada para la Certificación de Personas para realización de inspecciones térmicas, y la impartición de un Certificado de Profesionalidad de nivel 3 de Eficiencia Energética de Edificios, nos atrevemos a refundir todos nuestros apuntes desarrollados en los últimos 8 o 9 meses. El temario seguido en el desarrollo de estos apuntes es el indicado por INGECER para sus cursos de formación, el cual consideramos adecuado tanto para ese proceso formativo,

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Introducción

como para dar a conocer cómo efectuar una inspección de eficiencia energética a una instalación térmica en su parte práctica, como teórica. Serán de utilidad estos apuntes para: ▪ ▪ Mantenedores de instalaciones térmicas. ▪ ▪ Técnicos titulados competentes en instalaciones térmicas. ▪ ▪ Directores de mantenimiento. ▪ ▪ Profesionales de instalaciones térmicas de edificios. ▪ ▪ Alumnos inscritos en curso de eficiencia energética, como el Certificado de Profesionalidad de Eficiencia Energética de Edificios. En los siguientes temas podrán encontrar detalles sobre mejora de eficiencia energética de instalaciones térmicas, criterios normativos, procedimientos para la realización de pruebas energéticas de eficiencia energética, ejemplos resueltos, cuestiones, etc. En los anexos de la parte final de los apuntes se han recopilado procedimientos para realizar pruebas de eficiencia energética a generadores, bombas, ventiladores, etc., algún ejemplo de informe de inspección, etc. Para facilitar la localización de la información de estos apuntes, en su encabezado está indicado el tema al que pertenecen los apuntes, los cuales están estructurados en 8 temas prácticos dedicados a la evaluación de los distintos subsistemas de la instalación térmica: Capítulo Tema 1 Evaluación del comportamiento energético del subsistema de generación. Temario

Tema 2 Evaluación del comportamiento energético del subsistema de transporte y distribución.

Tema 3 Evaluación y comportamiento energético de las unidades de tratamiento de aire y de las unidades terminales.

Tema 4 Evaluación y comportamiento energético de los subsistemas de control y contabilización.

Tema 5 Evaluación de la contribución de Energías no Convencionales y limitaciones sobre el uso de Energías Convencionales. Tema 6 Propuestas de mejora. Tema 7 Evaluación del cumplimiento de las condiciones de seguridad. Tema 8 Evaluación del cumplimiento de las obligaciones de los agentes que intervienen. En los primeros 5 temas se analiza la naturaleza de las instalaciones y se indican criterios de eficiencia energética, pruebas y niveles aceptables de eficiencia energética. Donde el marco de referencia serán los preceptos reglamentarios del reglamento de instalaciones térmicas actualizado. También se observarán diversos criterios técnicos de reglamentos anteriores.

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En el tema 6 se recopilan acciones quemejoran la eficiencia energética de las instalaciones térmicas. Las cuales serán de utilidad para los análisis y presentación de resultados del informe de inspección. En los temas 7 y 8 están las obligaciones reglamentarias de seguridad de las salas de máquinas, equipos, y agentes que intervienen en las instalaciones térmicas como propietarios y mantenedores. También se indican los criterios reglamentarios y periodicidades de las inspecciones de eficiencia energética. En los temas aparecen cuestiones resueltas a través de las cuales se pretende ayudar a aprendizaje, bien con preguntas y respuestas breves, preguntas tipo test, ejemplos de cálculo, etc. En total hay unas 120 cuestiones resueltas. Finalmente quisiera dedicar este libro a mi pareja, gracias a la cual, su paciencia y cariño, nos permite, sacar tiempo para realizar todos mis proyectos profesionales. Dedicado a « la rubia » , a la que tanto queremos en esta familia.

Javier Ponce

BLOG: http://javiponce-formatec.blogspot.com/ Web: formatec.iformacion.es Canal de vídeo: https://www.youtube.com/user/jpformatec Email: jpformatec@gmail.com Twitter: https://twitter.com/JPFormatec

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1 Evaluación del comportamiento energético del subsistema de generación Tema

OBJETIVO Y CONTENIDOS

La se subdivide en varios subsistemas: instalación térmica

Generación

▪ ▪ Generación. ▪ ▪ Distribución.

▪ ▪ Emisión. ▪ ▪ Control

y

regulación

(incluso contabilización).

Bienestar e Higiene

Distribución

Control

Comenzaremos este tema por el subsistema de producción de energía térmica, los generadores de calor y frío. Este subsistema será el de mayor consumo de las instalaciones habituales, por lo que además de elegir un generador eficiente, se deberá procurar que trabaje en condiciones de máximo rendimiento. en

Emisión

La eficiencia energética de una instalación térmica es la suma de las eficiencias energéticas de cada uno de los subsistemas, y además la eficiencia energética del conjunto del sistema térmico, teniendo en cuenta las interacciones los distintos subsistemas. El objetivo del tema será observar partes y funcionamiento de un generador de calor y un generador de frío, así como los distintos tipos que podemos encontrar actualmente. Estudiaremos en detalle el procedimiento de evaluación de su eficiencia energética, y presentaremos la instrumentación a emplear para la realización de pruebas a los mismos. El marco de referencia de eficiencia energética, recomendaciones y niveles de eficiencia serán los indicados en la reglamentación actual. Además complementaremos el tema observando los criterios de la reglamentación anterior, con un menor detalle. Está estructurado el tema en los siguientes apartados: ▪ ▪ Análisis funcional, clasificación y parámetros característicos de los subsistemas de generación y sus componentes. 9 9 Tipo de instalaciones. 9 9 Rendimiento del generador.

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1 Evaluación del comportamiento energético del subsistema de generación

En las instalaciones que se reformen queda prohibida la instalación de calderas estándar para calefacción de combustibles fósiles que no cumplan las siguientes características: 1. Rendimiento a potencia útil nominal y una temperatura media del agua en la caldera de 70 ºC: η > 90 + 2 log Pn 2. Rendimiento a carga parcial de 0,3 # Pn y a una temperatura media del agua en la caldera igual o superior a 50 ºC: η > 86 + 3 log Pn Serán considerados rendimientos inaceptables aquellos generadores que ofrezcan rendimientos inferiores al 80 %. Además un generador nuevo durante su puesta en marcha no podrá ofrecer durante las prueba de rendimiento menos de cinco puntos por debajo del rendimiento nominal indicado por el fabricante. Para lograr estos rendimientos, el mantenedor ajustará la combustión para lograr una combustión completa con el mínimo exceso de aire, dentro de las posibilidades de regulación del quemador del generador. Cuestión 1.5 ¿Qué rendimiento mínimo deberá ofrecer un generador alimentado con gas natural de 70 kW que se va a instalar en un edificio de nueva construcción? Solución: Aplicamos las expresiones vistas anteriormente se determina el rendimiento a plena carga y carga parcial para la potencia de 70 kW. 1. Rendimiento a potencia útil nominal y una temperatura media del agua en la caldera de 70 ºC: η ≥ 90 + 2 log Pn η ≥ 90 + 2 log 70 η ≥ 93,7 % 2. Rendimiento a carga parcial de 0,3 # Pn y a una temperatura de retorno del agua a la caldera de 30 ºC:

η ≥ 97 + log Pn η ≥ 97 + log 70 η ≥ 98,8 %

Así el generador a instalar deberá cumplir con ambos requisitos: un rendimiento a plena carga, igual o superior a 93,7 %, y un rendimiento a carga parcial, igual o superior a 98,8 %. Ello solo lo alcanzarán calderas con tecnología de condensación que a carga parcial proporcionan estos rendimientos cercanos o superiores al 100 %.

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▪ ▪ Por válvula de bypass :

H

H

I, n

Q*

,H*

B

B

H

I,ini

H

B

P

B

Q

Q

= Q* I

Q Q

F,ini

F’, n

F, n

▪ ▪ Por variación del régimen de giro:

H

H

B

9 9 Por presión diferencial constante. 9 9 Por presión diferencial variable.

H

Q*

,H*

B’

B

B

Q*

,H*

B’

B’

P

B

P

B’

Q

Fuente: WILO

Q

= Q* I

Q

F, n

F,ini

▪ ▪ Por cambio de rodete o recorte. Los circuladores con variador de frecuente adaptan el punto de trabajo a las necesidades de la instalación. Pudiendo trabajar a presión constante, caudal variable, etc. Altura (m)

máx.

8

7 m

Potencia (kW)

6 m

6

5 m

3 m

4 m

5 m

2 m

6 m

4 m

0,12

4

3 m

7 m

2

0,08

2 m

mín.

0

0,04

0

1

1,5 2 Caudal (m 2 /h)

0,5

Figura 7. Presión diferencial constante

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3 Evaluación del comportamiento energético de las unidades de tratamiento de aire y de las unidades terminales

t = 13,4 °C HR = 86 %

t = 2,5 °C HR = 80%

t = 22 °C HR = 50 %

A. Extraído t = 22 °C HR = 50 %

A. Impulsado t = 11,1 °C HR = 45 %

OFF

Todo aire exterior

Invierno

Figura 7. Recuperación de energía en invierno. Fuente: IDAE Vienen indicadas en las figuras las temperaturas y humedades relativas antes y después del recuperador de calor. En temporada invernal la sección de enfriamiento adiabático estará desconectada. En la figura siguiente se muestra una instalación tipo todo aire con recuperación de calor, donde se introduce el aire filtrado y tratado en los locales.

Figura 8. Instalación tipo todo aire con recuperación de calor. Fuente: IDAE

Cuestión 3.2 Cuáles son las funciones que puede tener la UTA representada:

( - ) ( + )

Solución: Enfriamiento gratuito, mezcla de aire exterior y de retorno, calentamiento/enfriamiento y filtrado.

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6 Propuestas de mejora de la eficiencia energética

Cuestión 6.2 ¿Qué propuesta de mejora conseguirá mejorar el rendimiento de una planta de refrigeración de 600 kW? • Sustituir la condensación por aire en vez de condensación con torre de refrigeración. • Sustituir la condensación por aire en vez de condensación evaporativa. • Sustituir la condensación con agua de torre por condensador evaporativo. Solución: Sustituir la condensación con agua de torre por condensador evaporativo. 6.1.1 Listado de acciones de mejora Respecto de la caldera: ▪ ▪ Realizar mantenimiento durante toda la temporada de los quemadores, cámaras de combustión, las calderas y las chimeneas. ▪ ▪ Comprobar la mezcla aire-combustible para conseguir el rendimiento óptimo. ▪ ▪ Reducir al máximo la temperatura de tarado del agua en la caldera. La temperatura más baja posibledependede la demanda de calefacción y de losmateriales utilizados para la caldera y para la chimenea de evacuación de los productos de combustión (riesgo de corrosión). ▪ ▪ Apagar la caldera durante los periodos donde no se utilice. Utilizar un temporizador para reducir el tiempo de funcionamiento. ▪ ▪ Revisar la temperatura de los productos de la combustión. Debería ser lo más baja posible pero lo suficientemente alta para evitar la corrosión. La temperatura más baja posible depende de los materiales utilizados para la caldera y la chimenea. ▪ ▪ Verificar si el quemador se adapta a la caldera. En caso contrario sustituirlo por uno apropiado. ▪ ▪ Comparar la potencia del conjunto caldera-quemador con las necesidades reales de acuerdo con la temperatura exterior de diseño. Si esta potencia es demasiado elevada, reducirla cambiando la potencia del quemador (nueva boquilla) o la unidad completa de la cámara de combustión-quemador. ▪ ▪ Añadir aislamiento térmico a la envolvente de la caldera. Respecto a la generación del sistema de calefacción: ▪ ▪ Cuando se dispone de más de una caldera, comprobar que solo están en funcionamiento las calderas necesarias requeridas para la carga variable. ▪ ▪ Comprobar que el control por etapas de la caldera también cierra el circuito hidráulico.

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Hojas de toma de datos D Anexo

Rendimiento de una caldera de Gas Natural por el método directo

Identificación de la instalación Lugar de la instalación Caldera. Fabricante/Modelo Número de serie Dimensiones (indicar unidades) Tipo (estándar, baja temperatura, condensación) Año de fabricación Temperatura máxima del fluido Presión de timbre Presión de trabajo Potencia térmica (máxima/mínima), en kW Quemador. Fabricante/Modelo Número de etapas / Modulante hasta el %: Caudal de combustible máximo/mínimo

Medidas de consumos energéticos

Nominal

Actual

unidad

Presión en el contador de gas*

mbar

Temperatura en el contador de gas*

ºC

Consumo de gas (en las condiciones del contador)*

m 3

Consumo de gas (en condiciones estandar, 15 ºC, 288,15 K)

m 3

Caudal de gas (en condiciones estandar, 15 ºC, 288,15 K)

m 3 /h

Poder calorífico inferior del combustible

kWh/m 3

Potencia eléctrica consumida*

kW

Parámetros de la combustión

Nominal

Actual

unidad

Presión en el hogar* Depresión en la base de la chimenea* Temperatura entrada de aire a la caldera*

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Fichas prácticas A Anexo

FICHA Nº 1. Medición de la Potencia de Combustión por Método Directo Objetivo Mediante este protocolo es determinar si el aspirante tiene los conocimientos y/o destrezas cognitivas para evaluar la potencia de combustión (consumo calorífico) de una instalación dotada de al menos un generador de calor, y en la que existan redes de tuberías de distribución de calor y elementos terminales. El objetivo es que el aspirante sea capaz de: 1. Identificar y localizar los principales elementos y circuito de alimentación que constituyen la instalación del generador de calor, para realizar las medidas correspondientes. 2. Determinar el caudal de combustible consumido por el generador, utilizando una metodología adecuada. 3. Seleccionar equipos e instrumentos de medida adecuados a la tarea a realizar. 4. Verificar la correcta toma de medidas y/o realizar las mismas correctamente. 5. Determinar correctamente la potencia de combustión aplicando la metodología especificada en la Norma UNE-EN 15.378 en su anexo M. Medios para su realización ▪ ▪ Instalación de calefacción en funcionamiento compuesta por al menos un generador de calor, y un circuito de consumo compuesto por red de tuberías de distribución de

calor y algún elemento terminal, o bien, un circuito de ACS. ▪ ▪ Equipos de medida de caudal, presión, y temperatura. ▪ ▪ Maletín de herramientas de mano. Procedimiento de la práctica a realizar

El marco de referencia será el procedimiento Anexo M de la Norma UNE 15.378: 2007, y datos de poder caloríficos inferior de la Guía del IDAE nº 5 Procedimiento de Inspección Periódica de Eficiencia Energética para Calderas. Este protocolo forma parte del método directo para medida del rendimiento de las calderas. El protocolo tiene algunas particularidades distintas en el caso de medición de combustible gaseoso con contador.

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