Crédito Fotográfico: Geothermal Heat Pump Consortium (NREL PIX) Curso de Análisis de Proyectos de...

Crédito Fotográfico: Geothermal Heat Pump Consortium (NREL PIX)

Curso de Análisis de Proyectos de Energía LimpiaCurso de Análisis de Proyectos de Energía Limpia

Análisis de Proyectos de Análisis de Proyectos de Bombeo de Calor desde Bombeo de Calor desde SuelosSuelos

© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Centro Empresarial de Filadelfia, EE.UU. – 28 BCSs para Calefacción y Enfriamiento


ObjetivosObjetivos

• Revisar los fundamentos de los Revisar los fundamentos de los sistemas de Bombeo de Calor sistemas de Bombeo de Calor desde Suelos (BCS)desde Suelos (BCS)

• Ilustrar las consideraciones clave Ilustrar las consideraciones clave para el análisis de proyectos de para el análisis de proyectos de BCSBCS

• Introducir el Modelo de Proyecto de Introducir el Modelo de Proyecto de BCS RETScreenBCS RETScreen®®


• CalefacciónCalefacción

• EnfriamientoEnfriamiento

• AguaAgua

calientecaliente

• Cimientos seguros sobre Cimientos seguros sobre permafrostpermafrost

…pero también…

Eficiencia Mantenimiento reducido Requerimientos de espacio

reducidos Costos operativos bajos

¿Qué brindan los sistemas ¿Qué brindan los sistemas BCS?BCS?

Capacidad estable Confort y calidad de aire Cargas eléctricas en horas

punta reducidas para aire acondicionado

Crédito Fotográfico: Solar Design Associates (NREL PIX)

Hogar Impacto 2000, Massachusetts, EE.UU.

Bomba de Calor Residencial


1.1. Conexión a la TierraConexión a la Tierra Acoplada al suelo Agua subterránea Agua superficial

2.2. Bomba de calor de Bomba de calor de fuente líquidafuente líquida

3.3. Subsistema de Subsistema de distribución de distribución de calefacción/enfriamiencalefacción/enfriamiento en el interiorto en el interior Ductería Convencional

Componentes de Sistemas de Componentes de Sistemas de BCSBCS

11

22

33


Bomba de Calor de Fuente-Bomba de Calor de Fuente-LíquidaLíquida

• Bomba de calor deBomba de calor deagua a aireagua a aire

• ReversibleReversible

• Enfriamiento de 3,5Enfriamiento de 3,5a 35 kW por unidada 35 kW por unidad

• Múltiples unidadesMúltiples unidadespara grandespara grandesedificiosedificios

• El exceso de calor proveniente de la compresión El exceso de calor proveniente de la compresión proporciona agua caliente por medio del proporciona agua caliente por medio del desrecalentadordesrecalentador

EvaporadorCondensador

Compresor

Válvula de Expansión

Baja Presión

Líquido de BajaTemperatura

Alta Presión

Líquido de AltaTemperatura

Alta Presión

Vapor de AltaTemperatura

Baja Presión

Vapor de BajaTemperatura


Tipos de Conexión a la TierraTipos de Conexión a la Tierra

VerticalVertical Suelo rocoso Más caro Ocupa poco terreno Alta eficiencia

HorizontalHorizontal Utilizado en la

mayoría de terrenos

Menos caro Pequeños edificios Cambios de Temp.

Agua SubterráneaAgua Subterránea Acuífero + Inyección Menos caro Regulaciones Obstrucción de

tuberías

• También agua superficial e intercambiadores de calor de También agua superficial e intercambiadores de calor de columna verticalcolumna vertical


Recursos del BCS: Recursos del BCS: Temperaturas del sueloTemperaturas del suelo

• El suelo absorbe la El suelo absorbe la mitad de la energía que mitad de la energía que incide del solincide del sol

• El suelo amortigua la El suelo amortigua la variación de variación de temperaturastemperaturas BCS es mas eficiente

• La temperatura varía La temperatura varía con la profundidadcon la profundidad Despreciable por debajo

de 15 m

• Las temperaturas locales del suelo depende del clima, Las temperaturas locales del suelo depende del clima, cubierta del terreno o la nieve, pendientes, cubierta del terreno o la nieve, pendientes, propiedades del suelo, etc.propiedades del suelo, etc.

Gráfico: Canadian Building Digest

INVIERNO VERANO OTOÑOTEM

PER

ATU

RA

TEM

PER

ATU

RA


Ejemplos de Costos de Ejemplos de Costos de Sistemas BCSSistemas BCS

• La empresa eléctrica subsidia para La empresa eléctrica subsidia para bajar la punta de cargas de aire bajar la punta de cargas de aire acondicionadoacondicionado

Costos Calefac. Enfriam. Total EnergíaIniciales Anual Anual Anual Anual

Petróleo/Ac. Aire

16.000 $ 600 $ 900 $ 1.500 $ 27 MWh

BCS 20.500 $ 450 $ 600 $ 1.050 $ 11 MWh

Connecticut, EE.UU, Casa de 275 m2

Costos Calefac. EnergíaIniciales Anual Anual

Eléctrica 8.000 $ 800 $ 20 MWhBCS 13.000 $ 350 $ 6,5 MWh

Finlandia, Casa de 150 m2

Crédito Fotográfico: Suomen Lämpöpumpputekniikka Oy

Crédito Fotográfico: GeoExchange Consortium

• Costos de la energía en Costos de la energía en aumentoaumento

• Preocupaciones ambientalesPreocupaciones ambientales• El aire acondicionado es un El aire acondicionado es un

beneficio adicionalbeneficio adicional


Proyecto de Bombeo de Calor Proyecto de Bombeo de Calor desde Suelos - desde Suelos - ConsideracionesConsideraciones

• Es más efectivo en costos cuando:Es más efectivo en costos cuando: Se requiere calefacción y enfriamiento Grandes variaciones de temperatura

estacionales Nueva construcción o reemplazo del sistema

de ventilación de calefacción y aire acondicionado

Para calefacción: bajos costos de electricidad y altos costos de gas y petróleo

Para enfriamiento: altos costos de electricidad y cargos por cargas en horas punta

• Disponibilidad de equipos de Disponibilidad de equipos de excavación de zanjas y perforaciónexcavación de zanjas y perforación

• Incertidumbre acerca de los costos de Incertidumbre acerca de los costos de la instalación del intercambiadorla instalación del intercambiador

• Criterios del cliente para establecer Criterios del cliente para establecer los costos efectivoslos costos efectivos Crédito Fotográfico: Craig Miller Productions

and DOE (NREL PIX)

Instalación del Sistema de BCS

Disposición del Intercambiador de Calor Edificio Comercial


Ejemplos: Australia, Alemania y SuizaEjemplos: Australia, Alemania y Suiza

Sistemas de Edificios Sistemas de Edificios ResidencialesResidenciales

• Casas de Alta Casas de Alta CalidadCalidad

Costos de inversión más altos

Visión de largo plazo de costo efectivo

Beneficios ambientales o de confort

• Incentivos de la Incentivos de la empresa eléctrica empresa eléctrica puede ser un puede ser un factor significativofactor significativo

Crédito Fotográfico: Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V.

Crédito Fotográfico: GeoExchange ConsortiumCrédito Fotográfico:Eberhard & Partner AG

Bomba de Calor de AguaSubterránea 20 kW, Alemania

Torre de Perforaciónpara Agujeros Verticales,

Residencia Suiza

320 Departamentos,Australia del Sur


Ejemplos: Reino Unido y EE.UU. Ejemplos: Reino Unido y EE.UU.

Sistemas de Edificios Sistemas de Edificios ComercialesComerciales

• A menudo períodos de repago A menudo períodos de repago cortos (< 5 años) requeridoscortos (< 5 años) requeridos

• Puede tenerse problemas de Puede tenerse problemas de disponibilidad de terrenosdisponibilidad de terrenos

• Menos espacio interno Menos espacio interno utilizadoutilizado

• Controles distribuidos y Controles distribuidos y simplessimples

• Riesgo de vandalismo Riesgo de vandalismo reducidoreducido

• Cargos reducidos por cargas Cargos reducidos por cargas en horas puntaen horas punta

• No se requiere calefacción No se requiere calefacción auxiliarauxiliar

Crédito Fotográfico: Groenholland B.V.

Crédito Fotográfico: Marion Pinckley(NREL PIX)

Crédito Fotográfico: International GroundSource Heat Pump Association

Building Cluster, Kentucky, USAFilling Station, Kansas, USA

Edificio Comercial, Croydon, Reino Unido


Ejemplos: Canadá y EE.UU.Ejemplos: Canadá y EE.UU.

Sistemas de Edificios Sistemas de Edificios InstitucionalesInstitucionales

• Mayores períodos de repago son Mayores períodos de repago son aceptadosaceptados

• Más abiertos a sistemas Más abiertos a sistemas innovativosinnovativos

• Cargas de calefacción y Cargas de calefacción y enfriamiento simultáneosenfriamiento simultáneos

Crédito Fotográfico: Robert R. Jones/Oklahoma State University (NREL PIX)

Zanja para Intercambiador Horizontal

Escuela, Québec, Canadá

Crédito Fotográfico: Natural Resources Canada


Modelo de Proyecto de Bombeo de Modelo de Proyecto de Bombeo de Calor desde Suelos RETScreenCalor desde Suelos RETScreen®®

• Análisis de producción de energía de todo el mundo, de costos Análisis de producción de energía de todo el mundo, de costos de ciclo de vida y de reducciones de emisiones de gases de de ciclo de vida y de reducciones de emisiones de gases de efecto invernaderoefecto invernadero

Circuitos cerrados horizontales

y verticales Circuitos abiertos de agua subterránea Residencial, comercial,

institucional e industrial

• Actualmente no cubiertos:Actualmente no cubiertos:

BCSs de Agua Superficial Desbalances térmicos de largo plazo

en el suelo Calefacción y enfriamiento simultáneo

(solo bloques de cargas) Calentamiento de agua


Ver el e-Libro

Análisis de Proyectos de Energía Limpia: RETScreen®

Ingeniería y Casos

Capítulo de Análisis de Proyectos de Bombeo de Calor desde Suelos

RETScreenRETScreen®® Cálculo de la Energía Cálculo de la Energía BCSBCS Entrada de datos del

sistema BCS del usuario

Entrada de datosdel edificio del

usuario

Entrada de datos

meteorológicos del usuario

Relación carga general vs.

temperatura, diseño de cargas

y puntos de balance

Generar los compartimientos de temperatura y

calcular la temperatura del

suelo

Evaluar las dimensiones del lazo enterrado o caudal de agua

subterránea

Estimar la capacidad

instalada de bombeo de calor Calcular la carga del

edificio para cadacompartimiento

Evaluar el desempeño

real de la bomba de calor y la capacidad

para cada compartimiento

Calcular las necesidades de calefacción o enfriamiento

suplementarioy el uso de energía

anual del sistema BCS(calefacción y enfriamiento)


Ejemplo de Validación del Ejemplo de Validación del Modelo de Proyecto BCS Modelo de Proyecto BCS RETScreenRETScreen®®

• Uso de energía comparado por Uso de energía comparado por compartimientos sintetizados compartimientos sintetizados versus datos monitoreadosversus datos monitoreados

• Longitud de Intercambiador de Longitud de Intercambiador de Calor de Suelos comparado con Calor de Suelos comparado con 6 programas de 6 programas de dimensionamiento y programa dimensionamiento y programa de simulación detalladode simulación detallado

-5%14124%16017%3440%14129%16029%344vs. Real

-12%

-18%

-2%

5%

-19%

-12%

-6%

-14%

2%

9%

-11%

-4%

* Valores de diseño de 1 Año utilizado para comparaciones con RETScreen

132127236132127236vs. RETScreen Uso de Energía

121135257121135257vs. RETScreen Descriptivo

148129293141124266Promedio de otro software

ComercialNebraska

Residencia 2Wisconsin

Residencia 1Louisiana

ComercialNebraska

Residencia 2Wisconsin

Residencia 1Louisiana

Diseño de 10 Años*Diseño de 1 Año

Programa

RETScreen 37.202

Monitoreado 36.686

RETScreen 36.138

Monitoreado 35.490

RETScreen 37.158

Monitoreado 36.922

RETScreen 33.243

Monitoreado 32.926

RETScreen 37.888

Monitoreado 39.016

1,8

0,6

1,0

-3,0

Montreal

Charlottetown

Winnipeg

Vancouver

Diferencia %

Toronto 1,4

Uso de Energíade Calefacción (kWh)


ConclusionesConclusiones

• BCS proporciona calefacción, enfriamiento y agua calienteBCS proporciona calefacción, enfriamiento y agua caliente

• El suelo amortigua las variaciones de temperatura y lleva a El suelo amortigua las variaciones de temperatura y lleva a altas eficiencias del BCSaltas eficiencias del BCS

• Los costos de inversión del BCS son más altos, pero los costos Los costos de inversión del BCS son más altos, pero los costos O y M son menoresO y M son menores Los climas que requieren calefacción y enfriamiento son más

prometedores

• Estimados RETScreenEstimados RETScreen®:: Distribución de frecuencia de temperatura exterior Cargas de edificios son una función de la temperatura exterior Beneficios de energía anual de calefacción y enfriamiento

• RETScreenRETScreen®® es un cálculo de análisis anual que puede lograra es un cálculo de análisis anual que puede lograra precisión comparable a los modelos de simulación horariaprecisión comparable a los modelos de simulación horaria

• RETScreenRETScreen®® puede brindar ahorros significativos de estudios puede brindar ahorros significativos de estudios preliminares de factibilidadpreliminares de factibilidad


¿Preguntas?¿Preguntas?

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www.retscreen.netwww.retscreen.netPara mayor información por favor visite el Sitio Web RETScreen en

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