SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN ECONOMÍA Y AMBIENTE

JORGE GALLO NAVARROME | MSc. | MBA

Profesor Titular III UNAH | Consultor Mecánico

29-30 de Julio del 2013Santa Cruz de la Sierra - Bolivia

OBJETIVOS MÁS RELEVANTES

CON

OCE

R

La DCEE por SEAlternativas & Opciones de Climatización

El CEE del Equipo Complementario con Respecto al Principal de Enfriamiento

CO de los distintos SCPrevio a la toma de decisión en la ejecución de la inversión

OBJETIVOS MÁS RELEVANTES

DEMOSTRAR• Los beneficios derivados de los SC

globalmente más eficientes

ILUSTRAR• Como un proyecto de EE genera

beneficios económicos y ambientales

DISTRIBUCIÓN DE CONSUMO DE ENERGÍA EN LOS SECTORES DE LA ECONOMÍA

SECTOR RESIDENCIAL SECTOR COMERCIAL

27%

22%32%

8%11%

AIRE ACONDI-CIONADOREFRIGERACIÓN

VENTILACIÓN MECÁNICA

BOMBAS

OTROS

61%

25%

6%8% CLIMATIZACIÓN

REFRIGERACIÓN

LAVANDERÍA

OTROS DI-VERSOS

Nadel S., Elliot N., Shepard M., Greenberg S., Katz G. y Almeida A. “Energy Efficient Motor Systems”. Segunda edición. American council For an Energy Efficient Economy, Washington, DC, 2002

DISTRIBUCIÓN DE CONSUMO DE ENERGÍA EN LOS SECTORES DE LA ECONOMÍA

SECTOR INDUSTRIAL

7%17%

15%

24%

37%COMPRESORES PARA ENFRI-AMIENTO

COMPRESORES PARA AIRE

VENTILACIÓN MECÁNICA

BOMBAS

MANEJO DE MA-TERIALES Y OTROS

Nadel S., Elliot N., Shepard M., Greenberg S., Katz G. y Almeida A. “Energy Efficient Motor Systems”. Segunda edición. American council For an Energy Efficient Economy, Washington, DC, 2002

LA ENERGÍA Y LOS SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO

ENERGÍA CONSUMIDA:SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO

Del 25% al 65% de la ENERGÍA DE UN EDIFICIO

según Sector

En la ETAPA DE DISEÑO, existen OPORTUNIDADES AHORRO ENERGÉTICO

ETAPAS DE DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN

1 DISEÑO CONCEPTUAL {ANTEPROYECTO}

Introducción de elementos que disminuyan la radiación solar.

2D

ESAR

ROLL

O D

EL D

ISEÑ

O

CARGA TÉRMICA, DISTRIBUCIÓN & ALTERNATIVAS• Carga Térmica• Distribución de Aire• Distribución de Refrigeración

• Refrigerante• Agua

• Recuperación Energética• Evaluación de Alternativas

PLANOS Y CANTIDADES DE OBRAS• Elaboración de especificaciones • Desarrollo de planos completos• Cantidades de obra y presupuesto• Fichas para el desarrollo y ejecución de obras

CARGAS TÉRMICAS

Techo

Luces

Equipos

Piso

Paredes exteriores

Vidrio solar

Vidrio conducción

InfiltraciónPersonas

Particiones

DESARROLLO DEL PROYECTOESTIMACIONES DE LAS CARGAS TÉRMICAS

• Carga Máxima de un Recinto a una hora especifica del día, a un mes especificado del año.

CARGA PICO

• Carga Máxima del Edificio a una hora especifica del día, a un mes específico del año.

CARGA DE BLOQUE

• Relación de la Carga de Bloque a la Carga Pico

FACTOR DE DIVERSIDAD

DEL PROYECTO

INTRODUCCIÓN DE ELEMENTOS PASIVOS PARA AHORRO ENERGÉTICO

VENTANASSISTEMAS DE VIDRIOS

• Sencillos• Dobles• Triples• Low E• Rellenos de Gas

Rayos de Sol

Energía ReflejadaEnergía Transmitida

Vidrio

VARIACIONES DE LAS CARGAS TÉRMICAS

Gan

anci

a de

Cal

orG

anan

cia

de C

alor

Techo

Ventanas fachada Este

12 6 12 6 1212 6 12 6 12noonnoona.m.a.m. p.m.p.m. midmidmidmid

ZONA DE CONFORT

1. U

TILI

ZAR

Temperaturas de diseño apropiadas según la aplicación

Razones de Ventilación mínimas recomendadas por ASHRAE STANDARD 62

Sistemas de recuperación de energía

Sistema de monitoreo y control con mayor precisión

CRITERIOS MÍNIMOS DE DISEÑO

CRITERIOS MÍNIMOS DE DISEÑO

2. ESTIMAR• Las cargas pico y de bloque con la mayor precisión posible

para los 365 días del año, 24 horas del día.

3. DISEÑAR• El sistema de ductos considerando el ahorro energético de

la instalación y reducción de material.

4. CONSIDERAR PREFERIBLEMENTE• Sistemas de aire acondicionado más eficientes y amigables

con el ambiente.

CRITERIOS MÍNIMOS DE DISEÑO

5. S

ELEC

CIO

NAR La tecnología más apropiada en base a un

análisis energético anual comparando alternativas y opciones.

Diferenciales de temperaturas, en el lado del agua lo más alta posible para reducir costos por materiales hidrónicos.

SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN

1. SISTEMAS UNITARIOS • Minisplits• Autocontenidas

2. SISTEMAS DE EXPANSIÓN DIRECTA (DX)

• Paquetes Todo Aire• Paquetes Agua-Aire

3. SISTEMAS CENTRALES DX, DE REFRIGERANTE VARIABLE (SRV)

• Unidades Paquete• Unidades Separado

4. SISTEMAS AUTOCONTENIDOS

CON CONDENSADOR ENFRIADO POR• Aire {Todo Aire}• Agua {Hidrónico}

5. SISTEMAS DE AGUA HELADA (HIDRÓNICOS)

CON CONDENSADOR ENFRIADO POR• Aire• Agua• Agua del tipo de Absorción de GR

6. SISTEMAS VRF

CON CONDENSADOR ENFRIADO POR• Aire {Todo Aire}• Agua {Hidrónico}

DESEMPEÑO DEL CICLO: COP Y EER

1 COP para el Ciclo por Compresión de vapor

2 COP para el Ciclo de Absorción

3 Relación de Eficiencia Eléctrica

HBTUconsumidaeléctricaPotencia

HBTUtoenfriamiendeCapacidadCOP

/

/

HBTUgeneradorsumistradaEnergía

HBTUtoenfriamiendeCapacidadCOP

/

/

KWconsumidaeléctricaPotencia

MBHóTRtoenfriamiendeCapacidadEER BH/KW)3.412COP(M

FUENTE: ASHRAE STANDARD 90.1-1999 (2001)

DESEMPEÑO A CARGA PARCIAL

A, B, C y D son los valores de EER

EER a Carga Parcial de: 100%,

75%, 50% y 25% respectivamente.

Donde: FL = Plena Carga

DTFL = Diferencia de Temperatura

del Agua Helada a Plena Carga.

DCBANPLVóIPLV

/12.0/45.0/42.0/01.01

FUENTE: ARI STANDARD 550/590-98

FLDTFLxFLxTolerancia

%

1500)%07.0(5.10%

EERNPLVóIPLV 2212.1

IMPACTO EQUIPO COMPLEMENTARIODX SEPARADO: PEQUEÑA Y MEDIANA CAPACIDAD {%CP}

FUENTE: Catálogos de Fabricantes y Estadísticas de diversos proyectos desarrollados por el autor

81.55%

14.57%3.88%

COMPRESOR

CENTRÍFUGO DEL EVAPORADOR

VENTILADOR DEL CONDENSADOR

MEDIANA CAPACIDAD

83.61%

13.66% 2.73%

PEQUEÑA CAPACIDAD

IMPACTO EQUIPO COMPLEMENTARIO SCWAENFRIADORA DE AGUA ROTATIVA AGUA-AIRE {CP %}

FUENTE: Catálogos de Fabricantes y Estadísticas de diversos proyectos desarrollados por el autor

67.00%

18.00%

8.00% 7.00%

ENFRIADORA DE AGUA ROTATIVA

MANEJADORAS DE AIRE

BOMBAS CEN-TRÍFUGAS DE AGUA HELADA

VENTILADORES DEL CONDENSADOR

IMPACTO EQUIPO COMPLEMENTARIO SCTWENFRIADORA DE AGUA ROTATIVA TODO AGUA {CP %}

FUENTE: Catálogos de Fabricantes y Estadísticas de diversos proyectos desarrollados por el autor

51.00%

15.00%13.00%

8.00% 13.00% ENFRIADORA DE AGUA ROTATIVA

MANEJADORAS DE AIRE

BOMBAS CEN-TRÍFUGAS DE AGUA HELADA

BOMBAS CEN-TRÍFUGAS DE AGUA DE ENFRIAMIENTO

TORRES DE EN-FRIAMIENTO

IMPACTO EQUIPO COMPLEMENTARIO VRFTASISTEMA VRF AVANZADO TODO AIRE {CP %}

FUENTE: Catálogos de Fabricantes y Estadísticas de diversos proyectos desarrollados por el autor

81.50%

6.50%12.00%

COMPRESORES DE CONDENSADOR

VENTILADORES DEL CONDEN-SADOR

CENTRÍFUGOS DE EVAPORADORAS

IMPACTO EQUIPO COMPLEMENTARIO VRFWASISTEMA VRF AVANZADO AGUA-AIRE {CP %}

74.06%

12.68%7.02% 6.24% COMPRESORES DE

CONDENSADOR

CENTRÍFUGOS DE EVAPORADORAS

BOMBAS CEN-TRÍFUGAS AGUA DE ENFRIAMIENTO

TORRES DE EN-FRIAMIENTO

FUENTE: Catálogos de Fabricantes y Estadísticas de diversos proyectos desarrollados por el autor

RECIPROCANTE SCROLL TORNILLO CENTRÍFUGA0

1

2

3

4

5

6

7

4.1

4.5

5.9

6.5

1.16

5

1.27

8999

9999

9999

1.67

7999

9999

9999

1.84

8

1.42

2999

9999

9999

1.56

2

2.04

9

2.25

7

COP

EER (TR/kW)

IPLV (TR/kW)

FUENTE: Literatura Técnica de Fabricantes de Equipo y cálculos del autor según Norma Estándar ASHRAE 90.1-1999 (2001) y ARI 550/590-98

DESEMPEÑO PROMEDIO COMPARANDOENFRIADORAS DE AGUA MÁS EFICIENTE SEGÚN TECNOLOGÍA

VRF TODO AIRE VRF AGUA AIRE0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

3.72

5

4.66

2999

9999

9997

1.05

8999

9999

9999

1.32

5

1.29

2999

9999

9999

1.61

8

COP

EER (TR/kW)

IPLV (TR/kW)

DESEMPEÑO PROMEDIO COMPARANDOSISTEMA VRF MÁS EFICIENTE SEGÚN TECNOLOGÍA

FUENTE: Literatura Técnica de Fabricantes de Equipo y cálculos del autor según Norma Estándar ASHRAE 90.1-1999 (2001) y ARI 550/590-98

PROYECTO MODELO: DEMANDA 300 TRALTERNATIVAS DE CLIMATIZACIÓN CONSIDERADAS

1. SC TODO AIRE DX TS

• Unidades de Pequeña Capacidad {DXTSPC} → 30 Unidades de 10 TR• Unidades de Mediana Capacidad {DXTSMC} → 10 Unidades de 30 TR

2. SC DE AGUA HELADA

• Sistema Agua-Aire {RWA} → 2 Centrales de 150 TR• Sistema Todo Agua {RTW} → 2 Centrales de 150 TR

3. SC TIPO VRF

• Todo aire {VRFTA} → 10 Unidades de 30 TR• Agua-Aire {VRTWA} → 10 Unidades de 30 TR

COMPARACIÓN SISTEMAS CLIMATIZACIÓNCONSUMO DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA Y SUS COSTOS

No.

SISTEMA DE ENERGÍA COSTO EN US $/AÑO

CLIMATIZACIÓNDEMANDA (kW)

CONSUMO (kW-h/año) DEMANDA CONSUMO TOTAL DE

OPERACIÓN

01 SCDXTSPC 330.00 1,235,520.00 14,256.00 222,393.60 236,649.60

02 SCDXTSMC 322.50 1,207,440.00 13,932.00 217,339.20 231,271.20

03 SCRWA 321.02 1,201,898.00 13,868.06 216,341.64 230,209.70

04 SCRTW 269.10 1,007,510.00 11,625.12 181,351.80 192,976.92

05 SCVRFTA 260.39 974,900.00 11,248.85 175,482.00 186,730.85

06 SCVRFWA 244.51 915,445.00 10,562.83 164,780.10 175,342.93

Costo de la Energía : Consumo = 0.18 US $/kW-h, Demanda = 3.60 US $/kW

COSTOS DEL SISTEMA EN US$COMPARACIÓN COSTOS DE INVERSIÓN (CI) DE LOS SC

FUENTE: Estadísticas actualizadas en proyectos desarrollados por el autor, teniendo valores globales de: 1,600.00/SCDXTPC; 1,700/SCDXTSMC; 2,000/SCRTW; 1,900.00/SCRWA; 2,100/SCVRFTA y de 2,150/SCVRFWA (US $/TR)

480,000.00

510,000.00

600,000.00

570,000.00630,000.

00

645,000.00

SCDXTSPC

SCDXTSMC

SCRTW

SCRWA

SCVRFTA

SCVRFWA

SCDXTSP

C

SCDXTSM

C

SCRW

A

SCRTW

SCVRFT

A

SCVRFW

A0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

3.18 3.05 3.

38 3.92

3.94

4.20

0.90 0.87

0.96

1.11

1.12

1.19

1.11

1.06 1.17

1.36

1.37

1.45

COP

EER (TR/kW)

IPLV (TR/kW)

DESEMPEÑO GLOBAL SISTEMAS CONSIDERADOSCOMPARACIÓN DEL COP, EER E IPLV

FUENTE: Literatura Técnica de Fabricantes de Equipo y cálculos del autor según Norma Estándar ASHRAE 90.1-1999 (2001) y ARI 550/590-98

ANÁLISIS COMPARATIVODIFERENCIA DE COSTO Y TIR DEL SCVRFTA VERSUS COMPETIDORAS

SCVRFTA & SCDXTSPC

SCVRFTA & SCDXTSMC

SCVRFTA & SCRWA SCVRFTA & SCRTW0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.0015

0.00

120.

00

75.0

0

45.0

0

49.9

2

44.5

4

54.8

7

17.6

336.0

6

32.3

3

16.4

0 30.6

0

DCI EN MILES DE US $ DCO EN MILES DE US $/AÑO TIR EN MESES

ANÁLISIS COMPARATIVODIFERENCIA DE COSTO Y TIR DEL SCVRFWA VERSUS COMPETIDORAS

SCVRFWA & SCDXTSPC

SCVRFWA & SCDXTSMC

SCVRFWA & SCRWA

SCVRFWA & SCRTW

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

180.0016

5.00

135.

00

60.0

0

30.0

061.3

1

55.9

3

43.4

8

6.25

32.3

0

28.9

7

16.6

0

57.6

0

DCI EN MILES DE US $ DCO EN MILES DE US $/AÑOTIR EN MESES

RESUMEN IMPACTO AMBIENTAL POSITIVOSISTEMA GLOBALMENTE EFICIENTE VRFTA COMPARADO CON COMPETIDORAS

FUENTE: (1* 3.39 t de CO2 /MW-h) Estadísticas de OLADE, (2* 0.67 t de CO2/Arbol) y (3* 4.33 t de CO2 /año-Automóvil) GreenFleet, (4* 0.350 Kg/kW-h ) Estadísticas ENEE y (5* 20.00 USA $/t de CO2 ) Banco Mundial.

SISTEMA VRF VERSUS

COMPETIDO

R

GEI ABV RVA CA I por CC DCI/DCO

Toneladas de CO2

/año (1*)

No. de Árboles

sembrados /año(2*)

No. de Automóviles Retirados/añ

o(3*)

Tonelada Equivalente de Petróleo (tep/año)

(4*)

USA $/año(5*)

US $

US $/año

SCVRFTA CON SCDXTSPC 883.50 1,318.00 204.00 91.22 17,670.00

150,000.00

49,918.75

SCVRFTA CON SCDXTSMC 788.31 1,176.00 182.00 81.39 15,766.20

120,000.00

44,540.35

SCVRFTA CON SCRTW 110.55 165.00 26.00 11.41 2,211.00

30,000.00

6,246.07

SCVRFTA CON SCRWA 769.52 1,149.00 178.00 79.45 15,390.40

60,000.00

43,478.85

RESUMEN IMPACTO AMBIENTAL POSITIVOSISTEMA GLOBALMENTE EFICIENTE VRFWA COMPARADO CON COMPETIDORAS

FUENTE: (1* 3.39 t de CO2 /MW-h) Estadísticas de OLADE, (2* 0.67 t de CO2/Arbol) y (3* 4.33 t de CO2 /año-Automóvil) GreenFleet, (4* 0.350 Kg/kW-h ) Estadísticas ENEE y (5* 20.00 USA $/t de CO2 ) Banco Mundial.

SISTEMA VRF VERSUS COMPETIDO

R

GEI ABV RVA CA I por CC DCI/DCO

Toneladas de CO2

/año (1*)

No. de Árboles

sembrados /año(2*)

No. de Automóvile

s Retirados/a

ño(3*)

Tonelada Equivalente de Petróleo (tep/año)

(4*)

USA $/año(5*)

USA $

US $/año

SCVRFWA CON SCXTSPC 1085.05 1,619.00 251.00 112.03 21,701.00

165,000.00

61,306.67

SCVRFWA CON SCXTSMC 989.86 1,477.00 229.00 102.20 19,797.20

135,000.00

55,928.27

SCVRFWA CON SCRTW 312.10 466.00 72.00 32.22 6,242.00

45,000.00

17,633.99

SCVRFWA CON SCRWA 971.07 1,449.00 224.00 100.26 19,421.40

75,000.00

54,866.77

SCVRFWA CON SCVRFTA 201.55 301.00 47.00 20.81 4,031.00

15,000.00

11,387.92

CONCLUSIONES MÁS RELEVANTESCONSUMO DE ENERGÍA

SC SON ALTOS CEE

• Existen opciones técnicas y económicamente viables para la disminuir el CO.

EC REPRESENTA UN CEE IMPORTANTE EN EL SC

• Tomar en consideración para viabilizar las mejores soluciones socialmente más responsables.

Los Sistemas VRF TA y WA ofrecen mejores resultados globales, siendo mejor el último.

CONCLUSIONES MÁS RELEVANTESBENEFICIOS ECONÓMICOS & AMBIENTALES

SISTEMAS VRF

• Considerando globalmente los Costos y Beneficios en el M&LP, garantizan un significativo ahorro de energía sobre los CO.

• Son una excelente respuesta y representan una solución Ganar-Ganar.

PROYECTOS EE → OPORTUNIDAD

• Son una oportunidad para hacer negocio tanto por la ruta de ahorros por CO como por ingreso por venta de CC.• Se contribuye social y responsablemente con el sistema eléctrico nacional de cada Estado para disminuir la demanda en

forma proporcional a la energía ahorrada.→ BENEFICIOS ECONÓMICOS & ECOLÓGICOS

Amory Bloch Lovins

La Eficiencia Eléctrica es generalmente:

MUCHAS GRACIAS

La mayor

Menos Costosa

Más Benigna

Más Fácilmente Implementable

Menos Comprendida

Y Menos Considerada

Manera de proveer servicios energéticos.