Comunicación presentada al V Congreso Edificios Energía Casi Nula
Autores
- Susana Olivo, Product Manager A2W, Lumelco
- Alberto Esteban, Technical Manager, Lumelco
Resumen
La bomba de calor Q-TON de Mitsubishi Heavy Industries es un sistema de alto rendimiento que utiliza un compresor de dos etapas con refrigerante CO2 para obtener agua caliente sanitaria (ACS) entre 60°C y hasta 90°C mediante aerotermia. Es una tecnología de alta eficiencia indicada para grandes demandas de ACS. La partida de ACS de un hotel es de las más fuertes y con este sistema se minimiza el impacto en la factura mensual. Se presentará un caso de referencia como es el hotel Vincci The Mint 4* para ver un caso práctico. El hotel dispone de 88 habitaciones y para la instalación de Agua Caliente Sanitaria (ACS) se instaló un módulo Q-TON de 30 kW junto con una acumulación de 6.000 litros (1.000 litros suministrados por MHI con el tanque estratificado) para cubrir la demanda de 9.678 litros/día del hotel. El ahorro de energía primaria de la bomba de calor Q-TON en la producción de ACS frente a un sistema convencional (caldera de gas) es del 78%, el ahorro económico supone un 35% menos y la reducción de las emisiones de CO2 es de hasta un 44% menos. La bomba de calor es capaz de alcanzar COPs de hasta 5,6. Sus prestaciones hace que sea considerada una energía renovable y debido a la actualización del CTE de 2013 esta bomba de calor es capaz de sustituir total o parcialmente una instalación solar.
Palabras clave
Aerotermia, ACS, Eficiencia Energética, Energía Renovable, Ahorro, CO2, Ecológico
Caso práctico en el hotel Vincci the Mint Madrid
El moderno alojamiento supone una nueva apuesta de la cadena Vincci Hoteles por la recuperación de edificios históricos y propone una forma distinta de alojamiento en Madrid: un hotel en la Gran Vía vanguardista, con diseño de Jaime Beriestain.
El hotel, buscando la diferenciación tanto en su imagen, en la funcionalidad del hotel como en el propio concepto, no dejó de lado buscar la diferenciación energética instalando para dar solución a una de las partidas del hotel más importantes, el ACS, una bomba de calor de CO2, Q-TON.
Respondiendo al panorama actual donde la instalación de energías renovables es un punto con el que hay que contar, desde la ingeniería del hotel se desarrollo un proyecto teniendo en cuenta un producto que satisfaciese esos puntos.
La bomba de calor Q-TON es considerada energía renovable y a parte de los grandes rendimientos que ofrece al hotel le permitió despejar su cubierta, ya que, si no se instalaba un equipo de este tipo, se tendría que haber optado a una solución de energía solar que ocupaba la totalidad de la misma. Con Q-TON, este espacio se redujo un 65%.
Datos de partida – Análisis inicial
Este hotel presenta un consumo de ACS de 9.678l/día a 60°C. La demanda se estima por igual durante los 12 meses del año y con el siguiente perfil de demanda horaria por día:
Se analiza la demanda de la instalación y se tiene en cuenta las pérdidas del anillo de recirculación del hotel ya que son pérdidas que tendrán que compensarse para que el sistema no se vea penalizado en cuanto a su eficiencia energética y se garantice un servicio óptimo al hotel.
Las demandas en este caso son las siguientes:
La bomba de calor Q-TON trabaja con CO2 como refrigerante. El CO2 o el R-744 como tambien es conocido, tiene unas propiedades termódinamica peculiares ya que con él trabajamos en la zona transcrítica de la curva P-H y los mejores rendimientos del equipo QTON se consiguen cuando la temperatura de entrada de agua al equipo es lo mas baja posible (agua de red directamente).
Por este motivo, se optó por aprovechar la caldera de gas que se planteó en el hotel para dar servicio a puntos como la cocina, para que se encargase de cubrir las pérdidas del anillo de recirculación y no penalizaran al rendimiento del sistema.
Descripción solución
Aunque el Hotel dispone de un aporte de energía solar, el sistema de bomba de calor se ha diseñado para cubrir el 100 % de la demanda de ACS.
En cada uno de los meses se calcula el balance de energía del sistema. Como ejemplo se muestra la gráfica del mes de Enero.
La línea roja indica la energía que aporta la bomba de calor Q-TON y la línea verde los litros de ACS acumulados. Es a las 8:00 AM cuando se alcanza la máxima acumulación de forma que en las horas de mayor demanda, de 9:00 a 11:00 AM, el sistema pueda abastecer sin problemas la demanda de ACS estimada.
Resultados obtenidos
El resultado final es el cálculo del COP medio anual del sistema que se realiza según las curvas de rendimiento ensayadas por el fabricante y teniendo en cuenta las condiciones climáticas de la zona, las cuales se obtienen de la guia editada por el IDAE. “Condiciones climáticas exteriores de proyecto” y las temperaturas de agua de red extraídas del Apéndice B del Documento Básico HE Ahorro de Energía. Septiembre 2013:
Para el ejemplo que nos ocupa y comparando el sistema Q-TON con otros sistemas tradicionales de calentamiento de agua caliente sanitaria obtenemos los siguientes resultados de gastos anuales (€):
El sistema Q-TON provoca un ahorro económico importante que implica que la amortización del sistema se realice en pocos años. A esta situación, se le suma la actual norma contemplada en el código técnico de la edificación HE4 que indica que la energía solar se podrá sustituir total o parcialmente por otra fuente de energía renovable (punto 2.2.1).
La aerotermia Q-TON es considerada energía renovable.
La Directiva 2009/28/CE de la Unión Europea de 23 de abril de 2009 contempla por primera vez la energía aerotérmica como fuente de energía renovable en su artículo 2. Es también en esta directiva dónde se define la cantidad de energía aertotermica capturada por la bomba de calor que debe considerase energía procedente de fuentes renovables (ERES) se calculará de acuerdo con la siguiente fórmula: ERES = Qusable * (1-1/SPF) siendo:
- Qusable: el calor útil total estimado por bombas de calor
- SPF, el factor de rendimiento medio estacional estimativo para dichas bombas de calor. Para que una boma de calor pueda considerarse energía renovable su SPF debe ser superior a 2,5.
SPF = COP nominal * FP * FC
El IDAE a través de su documento reconocido “Prestaciones medias estacionales de las bombas de calor para la producción de calor en edificios” con fecha febrero 2014, establece este método de cálculo.
Los cálculos obtenidos en este caso son los siguientes:
- (1) Se ha estimado un 1,5 % del total de la energía demandada como consumo eléctrico del sistema de la caldera y el sistema solar
- (2) Sistema centralizado
- (3) La bomba de calor modelo ESA30E es una bomba de calor CO2 con una temperatura de condensación superior a 60°C
La cantidad de energía renovable ERES (%) = 102.091 kWh (70,66% de Qusable)
Energía eléctrica consumida por la energía NO renovable: 42.397 KWh
Se procede a calcular la energía primaria consumida por la bomba de calor y sus emisiones de C02 asi como el sistema auxiliar de una instalación convencional de solar más caldera y se obtiene los siguientes resultados:
Conclusión
La superficie de captación solar se vio reducida en un 65% (100 m2) de tal manera que el hotel pudo aprovechar la cubierta del hotel y abrió una terraza chill out con una de las mejores vistas de Madrid.
Si no se hubiese instalado la bomba de calor de C02 Q-TON, el hotel tendría que haber aportado una superficie de captación de 157 m2 con tubo de vacío. Con Q-TON solo se tuvieron que colocar 402 tubos de vacío Varisol Kingspan Thermomax que solamente ocuparon 56 m2. Estos tubos de vacío al ser un sistema tubo a tubo, se pudieron ir adecuando a las diferentes cubiertas inclinadas que tenían ya que se pueden hacer baterías de 1 a 150 tubos.
El impacto visual para el hotel no se vio afectado ya que la colocación de la boma de calor se colocó en la cubierta, ocupando menos de un metro cuadrado y los acumuladores en una sala técnica contigua.
La partida de ACS del hotel con este sistema está obteniendo unos resultados de ahorros económicos muy significantes. El ahorro energético de la bomba de calor Q-TON en la producción de ACS frente a un sistema convencional (caldera de gas) es del 78%, el ahorro económico supone un 35% menos y la reducción de las emisiones de CO2 es de hasta un 44% menos. Los ahorros de energía primaria consumida suponen un ahorro de 1.090 kWh y 5.056 kg de CO2 ahorrados frente a un sistema convencional. Dicha bomba de calor así lo cumple y cumple con el Reglamento de Ecodiseño relativo al LOT2.
ENER LOT 2, o la directiva (UE) 2016/2281, aplica a los requisitos de diseño ecológico de productos de calentamiento de aire y productos de refrigeración por aire, enfriadores de procesos de alta temperatura y ventiloconvectores. En este reglamento se definen los requisitos energéticos relativos a la eficiencia y al rendimiento estacional. Además, los fabricantes, sus representantes autorizados e importadores deberán facilitar el libre acceso a la información técnica sobre estos rendimientos, manual de instrucciones para instaladores y usuarios finales y manuales para el desmontaje, reciclado o eliminación del producto al final de su vida útil.
Referencias
- Condiciones climáticas exteriores de proyecto, I.D.A.E.
- Documento Básico HE Ahorro de Energía. Septiembre 2013
- Data book Mitsubishi Heavy Industries Q-TON
- Prestaciones medias estacionales de las bombas de calor para la producción de calor en edificios, I.D.A.E.