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i ÍNDICE PRIMERA PARTE: DESCRIPCIÓN ENERGÉTICA DE UNA VIVIENDA.......... 1 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 2 2 METODOLOGÍA EMPLEADA ...................................................................................................... 4 3 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ESTUDIADO............................................................................. 8 3.1 Habitantes y equipamiento de una vivienda................................................................................ 8 3.2 Equipamiento de instalaciones y servicios de la vivienda ........................................................ 11 3.3 Descripción de la vivienda ........................................................................................................ 12 4 ANÁLISIS DE LA DEMANDA ENERGÉTICA DE LA VIVIENDA: consumo eléctrico ....... 13 4.1 Análisis de los equipos.............................................................................................................. 13 4.1.1 Frigorífico ............................................................................................................................. 13 4.1.2 Lavadora ............................................................................................................................... 14 4.1.3 Plancha ................................................................................................................................. 15 4.1.4 Lavavajillas........................................................................................................................... 16 4.1.5 Microondas ........................................................................................................................... 17 4.1.6 Televisión ............................................................................................................................. 18 4.1.7 Ordenador personal............................................................................................................... 18 4.1.8 Iluminación ........................................................................................................................... 19 4.1.9 Refrigeración para climatización .......................................................................................... 21 4.2 Análisis de la vivienda .............................................................................................................. 22 4.2.1 Cocina................................................................................................................................... 22 4.2.2 Salón ..................................................................................................................................... 23 4.2.3 Dormitorio principal ............................................................................................................. 25 4.2.4 Baño principal ...................................................................................................................... 26 4.2.5 Dormitorio 1 ......................................................................................................................... 27 4.2.6 Dormitorio 2 ......................................................................................................................... 27 4.2.7 Baño 2................................................................................................................................... 28 4.2.8 Estudio .................................................................................................................................. 28 4.2.9 Otros consumos .................................................................................................................... 29 4.2.10 Demanda total .................................................................................................................. 30 5 ANÁLISIS DE LA DEMANDA ENERGÉTICA DE LA VIVIENDA: Consumo térmico ....... 32 5.1 Instalación de agua caliente sanitaria ........................................................................................ 32 5.2 Calefacción ............................................................................................................................... 33 5.3 Cocina ....................................................................................................................................... 33 5.4 Demanda térmica total .............................................................................................................. 33 6 SITUACIÓN ENERGÉTICA ACTUAL ....................................................................................... 34 6.1 Consumo de energía.................................................................................................................. 34 6.2 Coste de la energía .................................................................................................................... 36 6.3 Desglose de la energía consumida según usos .......................................................................... 37 6.3.1 Desglose eléctrico ................................................................................................................. 37 6.3.2 Desglose térmico .................................................................................................................. 39 7 CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 39 SEGUNDA PARTE: EFICIENCIA Y GESTIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA .................................................................................................. 41
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ÍNDICE
PRIMERA PARTE: DESCRIPCIÓN ENERGÉTICA DE UNA VIVIENDA.......... 1
1 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................2
2 METODOLOGÍA EMPLEADA......................................................................................................4
3 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ESTUDIADO.............................................................................8 3.1 Habitantes y equipamiento de una vivienda................................................................................8 3.2 Equipamiento de instalaciones y servicios de la vivienda ........................................................11 3.3 Descripción de la vivienda........................................................................................................12
4 ANÁLISIS DE LA DEMANDA ENERGÉTICA DE LA VIVIENDA: consumo eléctrico .......13 4.1 Análisis de los equipos..............................................................................................................13
4.1.1 Frigorífico.............................................................................................................................13 4.1.2 Lavadora...............................................................................................................................14 4.1.3 Plancha .................................................................................................................................15 4.1.4 Lavavajillas...........................................................................................................................16 4.1.5 Microondas ...........................................................................................................................17 4.1.6 Televisión .............................................................................................................................18 4.1.7 Ordenador personal...............................................................................................................18 4.1.8 Iluminación...........................................................................................................................19 4.1.9 Refrigeración para climatización..........................................................................................21
4.2 Análisis de la vivienda ..............................................................................................................22 4.2.1 Cocina...................................................................................................................................22 4.2.2 Salón.....................................................................................................................................23 4.2.3 Dormitorio principal .............................................................................................................25 4.2.4 Baño principal ......................................................................................................................26 4.2.5 Dormitorio 1 .........................................................................................................................27 4.2.6 Dormitorio 2 .........................................................................................................................27 4.2.7 Baño 2...................................................................................................................................28 4.2.8 Estudio..................................................................................................................................28 4.2.9 Otros consumos ....................................................................................................................29 4.2.10 Demanda total ..................................................................................................................30
5 ANÁLISIS DE LA DEMANDA ENERGÉTICA DE LA VIVIENDA: Consumo térmico .......32 5.1 Instalación de agua caliente sanitaria ........................................................................................32 5.2 Calefacción ...............................................................................................................................33 5.3 Cocina .......................................................................................................................................33 5.4 Demanda térmica total ..............................................................................................................33
6 SITUACIÓN ENERGÉTICA ACTUAL .......................................................................................34 6.1 Consumo de energía..................................................................................................................34 6.2 Coste de la energía ....................................................................................................................36 6.3 Desglose de la energía consumida según usos ..........................................................................37
6.3.1 Desglose eléctrico.................................................................................................................37 6.3.2 Desglose térmico ..................................................................................................................39
7 CONCLUSIONES ...........................................................................................................................39
SEGUNDA PARTE: EFICIENCIA Y GESTIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA.................................................................................................. 41
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8 DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA ENERGÉTICO MÁS EFICIENTE PARA LA VIVIENDA 42
8.1 Definición del nuevo modelo....................................................................................................42 8.1.1 Uso de equipos eficientes .....................................................................................................43 8.1.2 Posibles actuaciones sobre la vivienda .................................................................................47
8.2 Análisis de la nueva curva de demanda ....................................................................................50 8.2.1 Iluminación...........................................................................................................................51 8.2.2 Electrodomésticos.................................................................................................................51
8.3 Consumo eléctrico ....................................................................................................................52 8.4 Consumo térmico ......................................................................................................................53 8.5 Situación obtenida.....................................................................................................................54 8.6 Coste de la energía ....................................................................................................................55 8.7 Desglose de la energía consumida según usos ..........................................................................56
8.7.1 Desglose eléctrico.................................................................................................................56 8.7.2 Desglose térmico ..................................................................................................................58 8.7.3 Análisis comparativos de los modelos estudiados ................................................................59
9 GESTIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA...........................................................................59 9.1 Automatización y programación...............................................................................................60 9.2 Aprovechamiento del horario nocturno ....................................................................................60
9.2.1 Demanda eléctrica ................................................................................................................61 9.2.2 Demanda térmica..................................................................................................................62 9.2.3 Valoración económica ..........................................................................................................63
9.3 Aprovechamiento de la energía solar........................................................................................63 9.3.1 Demanda eléctrica ................................................................................................................63 9.3.2 Demanda térmica..................................................................................................................64
TERCERA PARTE: ABASTECIMIENTO ENERGÉTICO................................ 65
10 SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA........................................................................66 10.1 Diseño de un sistema de energía solar térmica .........................................................................66 10.2 Análisis de la situación obtenida...............................................................................................68
10.2.2 Valoración económica......................................................................................................69
11 ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA....................................................................................69 11.1 Diseño de un sistema solar fotovoltaico conectado a la red eléctrica .......................................70 11.2 Estimación de la energía producida ..........................................................................................76 11.3 Valoración económica ..............................................................................................................77
12 Otras energías renovables...........................................................................................................78
13 CONCLUSIONES.......................................................................................................................79
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Primera parte: Descripción energética de una vivienda
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1 INTRODUCCIÓN El presente trabajo es un estudio técnico que pretende arrojar información sobre la cantidad de
energía que se consume en una vivienda y mostrar soluciones para que ésta sea consumida
más eficientemente y mediante fuentes de energía más limpias.
Se pretende demostrar cómo el grado de confort y bienestar no está necesariamente ligado a un
consumo energético elevado y se propondrán varias soluciones energéticas, basadas en
tecnologías diferentes, que sin modificar la calidad de vida de los miembros de la familia,
suponen ventajas económicas y medioambientales considerables.
La primera parte del trabajo, trata de estudiar cuál es la demanda de energía que existe en una
familia andaluza media, formada por 4 individuos y con un comportamiento y equipamiento
medio. En este análisis no se desprecia ninguna de las comodidades de las que se disfrutan
habitualmente dado nuestro actual nivel de desarrollo tecnológico y económico (climatización,
electrodomésticos, aparatos eléctricos de ocio, etc). Este análisis se compara con los datos que
existen publicados por otros entes dedicados al fomento del ahorro energético.
A continuación se hace un estudio de cómo usar este equipamiento de una manera más racional
desde el punto de vista del ahorro energético y se obtienen conclusiones de cómo deben
comportarse los miembros de una familia para incurrir en un consumo de energía razonable y
eficiente. De esta forma obtenemos una rectificación de las curvas de demanda anteriores.
Además de cuantificar las mejoras que sobre el consumo energético provoca el aumento de
eficiencia energética, posteriormente se analizan las ventajas de llevar a cabo una gestión
exhaustiva del consumo energético mediante programadores automáticos de consumo.
A la luz de los resultados anteriores se procede a diseñar diferentes instalaciones que sean
capaces de satisfacer la demanda energética que nuestro modelo en cuestión presenta.
Las características de las instalaciones propuestas son las siguientes:
Por un lado se usarán colectores solares capaces de calentar agua. Con ello, se satisface la
demanda de agua caliente sanitaria. Como previsiblemente la energía solar será insuficiente
para cubrir toda la demanda, también habrá una caldera. En principio se instalará una caldera
de gas natural, pero si la ubicación de la instalación lo permite, se podría recurrir a una caldera
de biogás o biomasa.
Para satisfacer la demanda de energía eléctrica, diseñará una instalación fotovoltaica conectada
a red capaz de inyectar en la misma una cantidad de energía similar a la que se consume.
La última parte del trabajo, consiste en un análisis comparativo entre el modelo actual y el que
se propone en términos que permitan contrastar ambos sistemas. Se analizan parámetros como
3
emisiones de CO2 (kg de CO2/año), consumo en energía primaria (kWh ó tep), consumo en
energía intermedia (kWh ó tep) o coste (€/año).
La metodología seguida en este trabajo, que se explica detalladamente en el apartado 2, ha sido
desarrollada para detectar cuáles son los factores más importantes sobre los que actuar a la
hora de buscar mejoras energéticas así como ideas para ello.
Es fácil encontrar argumentos que justifiquen el esfuerzo de realizar el presente trabajo:
El sistema de generación y distribución energética actual esta basado en principios que lo hacen
por definición tremendamente ineficiente.
Por un lado, la generación de energía está basada mayoritariamente (en torno al 80%) en el uso
de combustibles fósiles, que previamente han de ser extraídos, tratados y transportados, todo
ello con un consumo de energía no despreciable. Después, en el caso de la energía eléctrica,
ésta debe ser transportada desde las centrales, normalmente muy alejadas de los puntos de
consumo mediante las redes eléctricas con un rendimiento también considerablemente bajo. Las
estimaciones más pesimistas estiman el rendimiento del sistema actual en torno al 2%, lo cual,
debería ser por sí solo motivo para iniciar la búsqueda de nuevos modelos.
Además de ser ineficiente este sistema de generación centralizada es insostenible, ya que como
todos sabemos las reservas de combustibles fósiles (carbón, petróleo o gas) están aseguradas
sólo para unos pocos años. Por otro lado, estas reservas están en manos de un número de
países muy reducido, por lo que se produce una situación tremendamente insolidaria para los
países con menos desarrollo económico.
La suma de todos los puntos anteriores, hace necesaria la búsqueda de nuevos modelos
energéticos.
Parece claro, que el nuevo modelo debe romper por un lado la dependencia de la disponibilidad
o no de un combustible fósil, por otro lado, basarse en una generación distribuida y además
proponer mejoras en la eficiencia energética y en la gestión de la demanda.
En este trabajo se desarrolla una propuesta de instalación energética para una vivienda basada
en los principios que hemos comentado anteriormente, se desarrolla un modelo en el que una
familia sustenta sus necesidades energéticas mediante autogeneración de una parte de la
energía demandada mediante energías renovables.
Con este trabajo se puede apreciar hasta qué punto las energías convencionales, como la
electricidad obtenida de la red eléctrica o el gas natural, pueden convivir con las energías
renovables, como la solar térmica o la solar fotovoltaica, complementándose mutuamente. A
esta propuesta la denominamos sistema mixto.
Por último, es conveniente explicar por qué este estudio se ha centrado en el sector doméstico:
4
El sector doméstico, consume en Andalucía en torno al 13% de la energía total (incluyendo al
sector transportes). Además es un sector claramente ineficiente ya que es escasa la
sensibilización general que existe hacia estos temas. Este trabajo pretende, en la medida de lo
posible, servir de herramienta para corregir esta penosa situación.
Además la legislación europea es cada vez más exigente en temas de eficiencia energética,
como los programas de Certificación Energética de Edificios, y muchos de los temas que aquí se
tratan se pondrán de moda forzosamente en los próximos años.
2 METODOLOGÍA EMPLEADA Para la realización de este trabajo se ha buscado una metodología que fuera capaz de
proporcionar datos fiables y nos diera la posibilidad de manejar dichos datos según los intereses
de cada momento.
En primer lugar, se hizo un estudio del sector doméstico andaluz. Este estudio incluía aspectos
como equipación media de electrodomésticos y servicios, ocupación media de una vivienda,
tamaño medio, etc. Con estos datos se escoge un sistema concreto sobre el que trabajar, que
sea lo más representativo posible de la media andaluza.
Para definir el sistema de trabajo, es necesario:
• Descripción de los habitantes de la vivienda (número de personas, edad, situación
laboral, etc)
• Descripción detallada del parque de electrodomésticos y de las instalaciones de la
vivienda.
• Definición de la vivienda (número de habitaciones, tamaño, ubicación, etc)
Una vez seleccionados todos los parámetros anteriores, el resto del trabajo se centrará en este
caso, excepto cuando se especifique lo contrario.
El siguiente paso consiste en definir con la mayor exactitud posible cuáles son los hábitos de
consumo de los ocupantes. Por hábitos de consumo entendemos aspectos como frecuencia de
uso de un servicio determinado, hora de levantarse, hora de acostarse, hora del almuerzo, etc.
Para definir todos estos parámetros se realiza una encuesta entre una población de 10 familias
similares a las del ejemplo estudiado. Esta encuesta nos dará la información necesaria para
montar un patrón de comportamiento que nos llevará a obtener unas curvas de consumo.
A continuación se adjunta un modelo de la encuesta repartida:
5
ENCUESTA PARA CONOCER LOS HÁBITOS DE CONSUMO DE UNA FAMILIA TIPO ANDALUZA
Información sobre la vivienda 1. Número de personas que habitan su vivienda:____ 2. Número de estancias. Indique el número de habitaciones de cada tipo o tache el que no
proceda.
Estancias = __ dormitorios + 1 cocina + 1 salón + ___ baños + 1 sala +___ otros 3. Se trata de un edificio unifamiliar o vivienda en bloque: ____________ 4. Año de construcción aproximadamente: _______ 5. Superficie aproximada de su vivienda: _____________
Información sobre equipos1
6. Frigorífico Número de unidades que posee: _______ Potencia: _______ Año de adquisición: ______ ¿Conoce su eficiencia energética? A B C D E F G
7. Congelador
Número de unidades que posee: _______ Potencia: _______ Año de adquisición: ______ ¿Conoce su eficiencia energética? A B C D E F G
8. Lavadora
Número de unidades que posee: _______ Potencia: _______ Año de adquisición: ______ Frecuencia de uso: Número de lavados por semana: _______ ¿A qué hora suele usarla?______ ¿A qué temperatura opera normalmente?__________________ ¿Qué programa usa normalmente?
Normal con prelavado
Normal sin prelavado
Lavado corto
Económico ¿Conoce su eficiencia energética? A B C D E F G
9. Lavavajillas
Número de unidades que posee: _______ Potencia: _______ Año de adquisición: ______ Frecuencia de uso: Número de lavados por semana: _______
1 En caso de poseer más de un equipo responder sobre el que tienes más peso en su consumo eléctrico
6
¿A qué hora suele usarlo?______ ¿A qué temperatura opera normalmente?__________________ ¿Qué programa usa normalmente?
Intenso
Medio
Económico ¿Conoce su eficiencia energética? A B C D E F G
10. Secadora
Número de unidades que posee: _______ Potencia: _______ Año de adquisición: ______ Frecuencia de uso: Número de lavados por semana: _______ ¿A qué hora suele usarla?______ ¿Conoce su eficiencia energética? A B C D E F G
11. Horno
Número de unidades que posee: _____ ¿Qué tipo de energía utiliza su horno? ________ Si el horno es eléctrico ¿cuál es su potencia?_______ W ¿Con qué frecuencia lo usa? __________ veces por semana ¿Durante cuánto tiempo y en qué horario lo usa?
______________ horas
al mediodía
por la noche
12. Cocina
¿Cuántos puntos de cocina posee, qué energía usan en cada caso y aproximadamente el uso que hace de cada uno de ellos?
Número de unidades Funcionamiento (horas/día)
eléctricos (vitrocerámica)
eléctricos (inducción)
eléctricos (resistencia eléctrica)
Butano, propano u otros GLP
Gas Natural
13. Agua caliente
¿Qué tipo de energía consumo para producir agua caliente? ___________ Indique el número de duchas o baños diario de su vivienda: _________ Indique la duración aproximada de dicha actividad: __________
7
14. Iluminación ¿Qué tipo de luminarias posee en su vivienda y qué cantidad (aproximadamente)?
Incandescentes de menos de 60 W: _________
Incandescentes de más de 60 W: ___________
Fluorescentes: ____________
Lámparas de bajo consumo: ____________
Lámparas de vapor de mercurio: _____________ Indique aproximadamente el horario en que usa la iluminación artificial en su vivienda:
Verano: de ____ h a _____ h
Invierno: de ____ h a _____ h
8
Con el sistema ya perfectamente definido, solo nos falta conocer los consumos específicos de
los equipos que la vivienda estudiada posee. Para ello se procede a medir directamente en
bornas de cada uno de éstos mediante un polímetro capaz de indicar la potencia eléctrica
instantánea, la energía consumida y la potencia máxima registrada durante su funcionamiento.
Trabajamos con un equipo de medida de la marca VOLTCRAFT como el que si ilustra en la
siguiente fotografía:
Figura 2.1 : Aparato de medida eléctrica
El objetivo de esta metodología es poder obtener las curvas de demanda energética horarias
para un día de verano y otro de invierno. Además obtenemos una distribución de consumos para
un año completo. Para ello, almacenamos toda la información obtenida en las mediciones en
formato electrónico. Toda esta información está desglosada por usos, por estancias de la
vivienda donde se consume y por horas.
Finalmente, una vez planteado el modelo de la forma anteriormente explicada, es sencillo
compararlo con las opciones aquí propuestas, basadas en eficiencia energética, gestión de la
demanda y uso de energías renovables.
3 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ESTUDIADO
3.1 Habitantes y equipamiento de una vivienda Se considerará una familia media española, formada por un matrimonio y dos hijos en edad
escolar. La familia media española está formada por 4 individuos.
Tanto el padre como la madre trabajan fuera de casa en un horario normal de oficina, es decir:
Mañana 8:00 h a 14:00 h
Tarde 17:00 h a 20:00 h
Los niños tienen un horario de colegio y actividades extraescolares de:
Mañana 8:00 h a 14:00 h
9
Tarde 16:00 h a 20:00 h
En fines de semana suponemos que:
Invierno: Tanto el sábado como el domingo la familia suele pasar bastante tiempo en
casa implicando ello altos consumos energéticos.
Primavera/ verano: la familia suele realizar algún tipo de salida al exterior, sobre todo en
domingos para pasar el día.
Todas estas hipótesis nos servirán en su momento para crear las curvas de consumo de la
vivienda estimando con qué frecuencia se usan elementos como calefacción, iluminación,
electrodomésticos, etc.
Para definir el equipamiento existente en la vivienda consultamos cuál es equipamiento medio
de bienes duraderos según el Instituto Nacional de Estadística. Estos son los resultados para
Andalucía y España (en % sobre el número total de hogares):
Electrodomésticos y otros servicios:
Año 2.000 Año 2.001
Año 2000 Andalucía España Andalucía España
Cocina eléctrica 23,49 23,23 26,55 26,2
Cocina no eléctrica 73,87 62,7 71,45 60,69
Cocina mixta 3,3 15,68 2,97 14,87
Frigorífico 99,41 99,46 99,7 99,51
Congelador 22,23 28,11 22,38 28,31
Lavadora automática 98,12 97,69 98,1 97,81
Lavavajillas 22,44 24,5 24,79 25,82
Microondas 47,42 54,15 53,78 60,02
Teléfono fijo 82,4 90,49 84,28 90,36
Televisor color 99,58 99,15 99,4 99,23
Cadena hi-fi 54 59,67 57,52 60,89
Video 72,05 72,07 75,36 73,24
Ordenador personal 25,65 30,43 25,98 33,37
Coche nuevo 49,33 56,43 52,65 57,81
10
Coche segunda mano 26,87 24,79 26,4 24,42
Motocicleta 14,04 12,64 13,69 11,54
Tabla 3.1: Equipamiento medio según el Instituto Nacional de Estadística
Instalaciones de climatización, calefacción y ACS
Agua caliente sanitaria
Casi todas las viviendas disponen ya de ACS (el 98,71% en Andalucía), y las diferentes
tipologías son:
Andalucía España
Con agua caliente 98,97 98,77
Central 1,14 6,41
Individual 97,83 92,36
Tabla 3.2: Tipología del sistema de ACS según el Instituto Nacional de Estadística
Cuando se calienta agua por medio de energías convencionales, las diferentes posibilidades
son:
Andalucía España
Electricidad 7,93 12,79
Gas natural 4,54 23,75
Gas licuado 85,55 52,56
Otros combustibles líquidos 1,98 10
Combustibles sólidos 0 0,9
Tabla 3.3: Fuentes de energía usada para ACS según el Instituto Nacional de Estadística (%)
Calefacción
En el caso de la calefacción el número de hogares que disponen de este servicio es menor. En
el siguiente cuadro se recoge dicho valor así como las posibles tipologías:
Andalucía España
Con calefacción 8,05 44,46
Colectiva 1,7 9,51
Individual 6,35 34,95
11
Tabla 3.4: Tipología del sistema de calefacción según el Instituto Nacional de Estadística (%)
Cuando la demanda de calefacción se satisface mediante energías convencionales, estas son
las distintas posibilidades:
Andalucía España
Electricidad 23,82 12,53
Gas natural 6,94 40,99
Gas licuado 9,18 6,22
Otros combustibles líquidos 52,44 34,61
Combustibles sólidos 7,62 5,65
Tabla 3.5: Fuentes de energía usada para ACS según el Instituto Nacional de Estadística (%)
Refrigeración
La refrigeración para climatización está presente en el 34,03% de los hogares españoles.
FACTORES QUE AFECTAN A LA DEMANDA DE ENERGÍA
• Influencia de la temperatura ambiente. Localidad Granada, inviernos fríos y veranos
calurosos y secos.
• Clase económica de la familia: media-alta
• Edad del cabeza de familia: entre 35 y 60 años
• Edad de los hijos: mayores de 14 años.
3.2 Equipamiento de instalaciones y servicios de la vivienda En función de todo lo estudiado anteriormente definimos el equipamiento de la vivienda, con la
que trabajaremos en el desarrollo de este proyecto, de la siguiente forma:
Equipamiento doméstico
Cocina:
Frigorífico
Congelador
Cocina no eléctrica
Microondas
Lavadora
Lavavajillas
Luminarias
Salón:
12
Televisión en color
Video
Cadena hi-fi
Luminarias
Dormitorio principal
Luminarias
Dormitorios
Luminarias
Estudio
Luminarias
Ordenador personal
Baño principal
Luminarias
Máquina de afeitar eléctrica
Secador
Otros elementos de consumo de energía
Luminarias (pasillos e iluminación exterior)
Plancha
Aspiradora
ACS y calefacción:
ACS
Caldera individual alimentada por gas licuado.
Calefacción
Caldera centralizada alimentada por gasóleo.
Refrigeración
En nuestro modeló existirán 2 equipos split, instalados en salón y estudio.
3.3 Descripción de la vivienda La vivienda donde habita esta familia y sobre la que desarrollaremos nuestro estudio es una
vivienda unifamiliar de las siguientes características:
Se trata de un edificio de una sola planta, con una superficie total construida de 181,7 m2, de los
cuales 30,2 m2 pertenecen a la terraza.
Distribución de la vivienda
13
Salón: 35 m2
Cocina: 14,2 m2
Dormitorio principal: 15,8 m2
Baño 1: 6,3 m2
Dormitorio secundario (1): 14,5 m2
Dormitorio secundario (2): 14,5 m2
Baño 2: 4,5 m2
Estudio: 11,5 m2
La planta del edificio se representa en el siguiente dibujo:
Figura 3.1 : Plano general de la vivienda
La vivienda ha sido construida recientemente (año 2.003) y se encuentra localizada en Granada.
4 ANÁLISIS DE LA DEMANDA ENERGÉTICA DE LA VIVIENDA: consumo eléctrico
En este apartado representamos las curvas de demanda tanto en verano como en invierno para
cada uno de los equipos domésticos de los que se disponen y para todas las estancias de la
vivienda, así como la potencia eléctrica máxima que cada una puede llegar a reclamar:
4.1 Análisis de los equipos
4.1.1 Frigorífico El frigorífico estudiado es un equipo de menos de 35 l de capacidad.
El comportamiento de un frigorífico se caracteriza por la presencia de fuertes picos de arranque
y constantes paradas de su compresor, como puede verse en el siguiente gráfico en el que se
14
ha representado una hora de funcionamiento. El consumo diaria que se ha medido es de 0,96
kWh.
0
20
40
60
80
100
120
140
12:00 12:05 12:10 12:15 12:20 12:25 12:30 12:35 12:40 12:45 12:50 h
W
Gráfico 4.1: Consumo real de un frigorífico
Se compara el valor medido con el proporcionado por el fabricante de un modelo parecido, en
concreto el modelo FAGOR FI-330, tiene un consumo nominal de 1 kWh/día.
4.1.2 Lavadora En este apartado analizamos el funcionamiento de la lavadora. Suponemos que el secado de la
ropa se hace de forma natural, ya que el uso de secadoras no está muy extendido en las
viviendas de características similares a la nuestra.
El consumo de la lavadora en un ciclo de lavado depende mucho del programa seleccionado y
sobre todo de la temperatura de lavado. En un lavado con agua caliente el 90% de la energía
consumido se destina a realizar dicho calentamiento.
Si el lavado se produce con agua fría, el momento de mayor consumo es al final del proceso,
coincidiendo con el centrifugado.
La siguiente gráfica representa el proceso de lavado cuando se realiza a 60 ºC de temperatura::
15
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
11:40 12:45 13:50
Gráfico 4.2: Consumo real de un ciclo de lavado a 60ºC
El consumo medido a esta temperatura es de por 1,44 kWh por ciclo de lavado. Este valor
difiere con el consultado en catálogo para el modelo MIELE W-736 que es de 1,8 kWh..
4.1.3 Plancha Por su parte la plancha es convencional con vapor. Su potencia máxima es de 1.200 W.
Su comportamiento durante su uso se refleja en la siguiente gráfica:
16
0
200
400
600
800
1000
1200
10:36 10:42 10:48 10:54 11:00 11:06h
W
Gráfico 4.3: Consumo de una plancha
El consumo de energía medido en el planchado, es de 0,186 kWh y la duración de dicha tarea
es de 30’.
4.1.4 Lavavajillas Al igual que la lavadora la mayor parte de la energía consumida por el lavavajillas se destinada
al calentamiento del agua. El consumo por ciclo de lavado es, según las mediciones realizadas
de 1,086 kWh/ciclo.
Para un ciclo de lavado a 60 ºC la curva real de consumo medida es la siguiente:
17
0
500
1000
1500
2000
2500
18:15 18:55 19:35h
W
Gráfico 4.4: Consumo real en un ciclo de lavado a 60 ºC
El valor consultado en catálogo para esta misma operación es, para el modelo AEG Eco Favorit
875, 1,6 kWh.
4.1.5 Microondas El microondas es un electrodoméstico que empleado de forma correcta, puede ayudar a reducir
el consumo de energía y de tiempo en algunas tareas como calentar, hervir y cocinar alimentos.
Su consumo se estima en 0,124 kWh/día.
Se representa a continuación el consumo de energía medido en un hogar:
0
100
200
300
400
500
600
700
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 h
W
18
Gráfico 4.5: Consumo real de un microondas en un día tipo
4.1.6 Televisión El consumo del televisor a lo largo de un día presenta la siguiente forma:
0
10
20
30
40
50
60
0:00 2:15 4:30 6:45 9:00 11:15 13:30 15:45 18:00 20:15 22:30 h
W
Gráfico 4.6: Consumo real de un televisor a lo largo de un día tipo
La energía consumida por este equipo es de 0,367 kWh/día.
Observamos que durante las horas en las que el televisor está apagado, su consumo es mayor
a 0, debido al led que permanece encendido consumiendo una potencia de 4 W durante todo el
día.
El consumo que corresponde al led, y que se podría evitar fácilmente es de 0,108 kWh/día.
4.1.7 Ordenador personal En este caso analizamos el uso de un ordenador sin ningunos de los periféricos habituales
(impresoras, escáners, etc) Se pude decir que casi todo el consumo se debe al monitor y a la
CPU.
El consumo medido es de 1,065 kWh para 4h30’ de funcionamiento.
La curva de consumo es la siguiente:
19
0
50
100
150
200
250
300
350
17:40 18:10 18:40 19:10 19:40 20:10 20:40 21:10 21:40 22:10 23:30h
W
Gráfico 4.7: Consumo real de un ordenador personal
Destacamos también que cuando no se apaga el monitor, se incurre en un gasto de 0,132
kWh/día.
4.1.8 Iluminación Para el análisis del consumo en iluminación se analizan dos días tipo, uno para invierno y otro
para verano. La situación inicial de la que se parte, se caracteriza por el siguiente inventario de
luminarias donde se indica el tipo de las mismas y su potencia:
Salón
1 lámpara tipo incandescente de 60 W
1 lámpara con 3 bombillas tipo incandescente de 40 W= 3*40=120 W
1 lámpara incandescente de 40 W
Cocina
1 lámpara tipo fluorescente de 18 W
Dormitorio principal
1 lámpara incandescente de 60 W
2 lámparas incandescentes de 40 W: 2*40=80 W
Baño principal
1 lámpara de bajo consumo de 18 W
2 lámparas halógenas de 40 W: 2*40=80 W
Dormitorio 1
1 lámpara tipo incandescente de 60 W
20
1 lámpara tipo incandescente de 40 W
Dormitorio 2
1 lámpara tipo incandescente de 60 W
1 lámpara tipo incandescente de 40 W
Baño 2
1 lámpara tipo fluorescente de 18 W
2 lámparas halógenas de 40 W: 2*40=80 W
Estudio
1 lámpara tipo incandescente de 60 W
1 lámpara tipo incandescente de 40 W
Pasillos
1 lámpara tipo incandescente de 40 W
5 lámparas tipo incandescente de 60 W
Exterior
2 lámparas tipo incandescente de 120 W: 2*120= 240 W
Las curvas de consumo en verano e invierno son las siguientes:
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 h
W
InviernoVerano
Gráfico 4.8: Consumo real de iluminación en invierno y verano
Observamos que en verano hay una demanda de potencia mayor que en invierno, debido a la
iluminación exterior, que no es usada en invierno.
Los consumos medidos para dos días tipo son respectivamente 2,19 kWh (verano) y 1,92 kWh
(invierno).
21
También se representa el reparto de la potencia eléctrica instalada en iluminación según
habitaciones, con el objeto de analizar qué luces son las que más pesan en el cómputo general
de la factura y en consecuencia sobre cuáles deberemos actuar para disminuir su consumo:
100 W 196 W
340 W
18 W220 W
580 Wsaloncocinadormitoriosbañosestudiootros
Gráfico 4.9: Potencia instalada para iluminación según habitaciones
4.1.9 Refrigeración para climatización Los 2 equipos de refrigeración instalados en el salón y el estudio tienen respectivamente
potencias de 2.000 y 1.500 W.
Su uso se limita solamente a los meses de más calor, esto es junio, julio, agosto y los primeros
días de septiembre.
En el día de diseño con el que se diseña la curva de demanda los equipos funcionan 7 horas en
el salón y 2 en el estudio.
A continuación se muestra la curva típica de funcionamiento de un equipo de aire
acondicionado. Esta curva se refiere al consumo eléctrico total, es decir, compresor y
ventiladores.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00h
W
Gráfico 4.10: Consumo real de un split de 2 kW de potencia
El consumo medido para estos equipos en un día de funcionamiento es de 12 kWh/día.
22
4.2 Análisis de la vivienda
4.2.1 Cocina Los aparatos que tenemos instalados en la cocina, y su comportamiento en un día tipo de
verano e invierno son los siguientes:
-Frigorífico: 250 W
-Lavadora: 2.100 W
-Lavavajillas: 2.100 W
-Microondas: 1.340 W
-Miscelánea: Formada por exprimidor, batidora y otros electrodomésticos de pequeña potencia.
Suponemos que lo potencia máxima demandada será de 700 W.
-Horno: 2.500W
-Iluminación: 18 W en total.
La cocina no está refrigerada pero sí calefactada mediante radiadores murales de agua caliente.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 h
W
VeranoInvierno
Gráfico 4.11: Demanda eléctrica de la cocina en 2 días tipo
23
Frigorífi
co
Lava
dora
Lava
vajilla
s
Microon
das
Miscelan
ea
Horno
luminaria
s
0
0,5
1
1,5
2kWh
VeranoInvierno
Gráfico 4.12: Desglose de los consumos eléctricos en la cocina
En este caso se contempla la posibilidad de que funcionen simultáneamente el frigorífico, el
horno y el microondas, en torno a las 14 y 15 h, siendo así la potencia máxima de 3.690 W.
4.2.2 Salón Los elementos consumidores de energía que existen en el salón son:
-Televisión y video: Sus potencias son 120 y 20 W respectivamente.
-Cadena musical: 120 W
-Iluminación: 220 W distribuidos en varios puntos de luz (lámparas incandescentes y halógenas)
-Refrigeración: Equipo independiente de 2.000 W
-Calefacción: Radiadores murales
24
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 h
W
VeranoInvierno
Gráfico 4.13: Demanda eléctrica del salón en 2 días tipo
T.V.
Video
Caden
a Hi-F
i
lumina
rias
Refrige
ración
0123456789
10kWh
VeranoInvierno
Gráfico 4.14: Desglose de los consumos eléctricos en el salón
La potencia máxima que se puede demandar del salón es de 2.480 W en verano, a partir de las
18 h debido fundamentalmente al uso del aire acondicionado. En invierno la potencia eléctrica
demandada es sólo de 480 W.
25
4.2.3 Dormitorio principal La energía eléctrica que se usa en esta estancia está destinada al funcionamiento de un
Televisor de 95 W.
La potencia en iluminación es de 140 W.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 h
W
Verano
Invierno
Gráfico 4.15: Demanda eléctrica del dormitorio principal en 2 días tipo
TelevisiónLámparas
Luminarias
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35kWh
Veranoinvierno
Gráfico 4.16: Desglose de los consumos eléctricos en el dormitorio principal
La potencia máxima que así se puede demandar desde el dormitorio principal es de 190 W.
26
4.2.4 Baño principal En este caso se poseen un secador de pelo de 1.200 W, una máquina de afeitar de 30 W. La
potencia instalada en iluminación es de 98 W. También existe un pequeño radiador eléctrico de
500 W que se usa en invierno para calentar aun más la habitación a la hora de ducharse.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 h
W
VeranoInvierno
Gráfico 4.17: Demanda eléctrica en el baño principal en 2 días tipo
Secad
or
Máq. A
feitar
Estufa
eléctr
ica
Lumina
rias
00,020,040,060,080,1
0,120,140,160,18
kWh
VeranoInvierno
Gráfico 4.18: Desglose de los consumos eléctricos en el baño principal
El pico de demanda se produce a primeras horas de la mañana y puede ser como máximo de
1.328 W en verano y 1.828 W en invierno.
27
4.2.5 Dormitorio 1 El único aparato eléctrico que aquí se considera es una pequeña cadena de música de 90 W.
La iluminación instalada asciende a 100 W.
020406080
100120140160180
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 h
W
VeranoInvierno
Gráfico 4.19: Demanda eléctrica en el dormitorio 1 en 2 días tipo
Caden
a mus
ical
Lumina
rias
Flexo
00,050,1
0,150,2
0,250,3
0,350,4
kWh
VeranoInvierno
Gráfico 4.20: Desglose de los consumos eléctricos en el dormitorio 1
Desde esta estancia se pueden demandar hasta 190 W coincidiendo con la hora de acostarse.
4.2.6 Dormitorio 2 Presenta las mismas características que el dormitorio 1, tanto en consumo como en potencia.
28
4.2.7 Baño 2 Tenemos sólo 98 W de potencia para iluminación.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 h
W
VeranoInvierno
Gráfico 4.21: Demanda eléctrica del baño 2 en 2 días tipo
Toda la energía que se consume en el baño se destina a iluminación.
La potencia máxima asignada a esta estancia será de 98 W cuando se enciendan todos los
puntos de luz.
4.2.8 Estudio En el estudio existen varios aparatos que son importantes consumidores de energía.
El ordenador personal, con 250 W, consume mucha energía cuando pasa muchas horas
encendido. Además existe un pequeño equipo de refrigeración de 1.500 W y por último una
cadena musical de 80 W.
29
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 h
W
VeranoInvierno
Gráfico 4.22: Demanda eléctrica del estudio en 2 días tipo
Ordena
dor
Caden
a mus
ical
Flexo
Lumina
rias
Refrige
ración
0
0,5
1
1,5
2
2,5kWh
VeranoInvierno
Gráfico 4.23: Desglose de los consumos eléctricos en el estudio
La potencia máxima que en este caso se puede llegar a demandar es de 1.870 W en verano y
430 W en invierno. La gran diferencia existente es debida al uso del equipo de aire
acondicionado.
4.2.9 Otros consumos Se incluyen en este apartado elementos que no están necesariamente ubicados en una estancia
concreta:
Iluminación (exterior y pasillos), plancha y aspiradora.
30
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 h
W
VeranoInvierno
Gráfico 4.24: Demanda eléctricos de consumos varios en 2 días tipo
aspir
adora
planc
ha
ilumin.
pasill
os
ilumin.
exter
ior
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6kWh
VeranoInvierno
Gráfico 4.25: Desglose de los consumos eléctricos de otros usos
De estos aparatos la mayor demanda de potencia la provocan la aspiradora y la plancha. Siendo
esta como máximo de 1.300 W
4.2.10 Demanda total A continuación se representan las curvas de demanda total en un día tipo de verano y otro de
inviernos. En dichas curvas se puede observar cuál es la aportación que cada estancia hace al
total de la misma.
31
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 h
W
SalónCocinadormitorio principalbaño 1dormitorio 1dormitorio 2baño 2estudiovarios
Gráfico 4.26: Energía total demandada en un día tipo de verano
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 h
W
SalónCocinadormitorio principalbaño 1dormitorio 1dormitorio 2baño 2estudiovarios
Gráfico 4.27: Energía total demandada en un día tipo de invierno
Si calculamos la potencia a instalar como la máxima obtenida de sumar en cada hora todos los
sistemas que en ese momento están funcionando, tenemos que la Pmáx es de 4,89 kW tanto en
verano como en invierno.
Así mismo, la energía consumida en un día tipo de verano y de invierno es respectivamente de
23,63 kW·h/día y 11,75 kW·h/día.
Estos valores obtenidos se darían en un día tipo en el que todos los elementos consumidores de
energía se usan, por tanto es posible que no se corresponda con ningún día real.
32
5 ANÁLISIS DE LA DEMANDA ENERGÉTICA DE LA VIVIENDA: Consumo térmico
Los únicos sistemas que cubren sus necesidades energéticas mediante algún combustible son
los de ACS, calefacción y cocina.
Suponemos que exisate una caldera de gasóleo que cubre las necesidades de ACS y
calefacción, mientas que en la cocina se consume un GLP.
5.1 Instalación de agua caliente sanitaria Se calculará la instalación mediante la DTIE, que fija como referencia para el cálculo una
vivienda estándar (VE), entendiendo como tal la que cumple los siguientes requisitos:
Ocupación de 3,5 personas
Los cuartos húmedos son el cuarto de baño, con bañera de 150 l y la cocina, con un fregadero.
Se trata de un sistema de acumulación pura con un depósito de acumulación de 500 l.
Para los edificios destinados a viviendas y sistemas de acumulación se preparará agua a una
temperatura de 60 ºC, como dice la norma UNE 100.030 (también se puede preparar el agua a
45 ó 50 ºC si ésta se somete a un tratamiento térmico adecuado contra la legionela).
Consideramos también que la temperatura mínima de entrada de agua al sistema es de 10 ºC.
En la norma DTIE, se considera por razonamientos estadísticos un consumo, para las
condiciones mencionadas de la VE, de 43 l/persona·día, que es el que tomaremos nosotros en
nuestros cálculos.
Las horas de máxima demanda de ACS son entre las 6 y las 8 h, entre las 11 y las 13 h y entre
las 17 y las 20 h.
Diseñaremos la instalación como una instalación de acumulación:
Sistema de acumulación El consumo punta para el que te tienen que estar dimensionadas las instalaciones Qp es aquel
que coincide con el 75% del caudal de diseño (43 l/persona·día)
Qp=0,75·Qd.
Como nuestra vivienda está habitada por 4 personas, su consumo punta será:
Qp=0,75x4x43=129 l lo que equivale a un caudal de Qp=0,0355 l/s de ACS.
El consumo en términos energéticos se calcula como sigue:
CCkgkJdiapersonalpersonasTTCpmE rednpreparació )º1060·(·º/18,4··/43·4)·(· −=−=
33
Con los oportunos cambios de unidades, tenemos que le energía consumida para la preparación
de ACS es de 9,59 kWh/día. Este valor es un valor medio anual.
5.2 Calefacción Las necesidades de calefacción de la vivienda se cubren mediante una caldera de 30 kW de
potencia nominal, que calienta el agua de un circuito. Las unidades terminales de distribución de
calor de este sistema son ocho radiadores, uno en cada habitación.
El servicio de calefacción se demanda exclusivamente en los meses de invierno más fríos, esto
es: diciembre, enero y algunos días de noviembre y febrero.
Es consumo de combustible asociado a este uso se calcula de la siguiente forma:
La caldera trabaja siempre a plena carga.
Su horario de funcionamiento es entre 7 y 8 horas diarias. En el arranque el consumo es más
alto y posteriormente se estaciona en un consumo medio.
El consumo medio diario estimado en términos de energía será de 72 kWh/día.
5.3 Cocina La cocina de la que disponemos, usa como combustible GLP: butano. Se trata de una cocina
con 4 fogones, 2 grandes y 2 pequeños.
Su frecuencia de uso es alta, al igual que el ACS, se usa prácticamente a diario.
La estimación de la energía consumida para cocinar es muy difícil ya que varía mucho en
función de las costumbres y hábitos de consumo.
Una forma de estimar dicho consumo es mediante la hipótesis siguiente:
El consumo energético en la cocina es el 47% del consumo energético para ACS. Este dato se
ha obtenido como media de otros ratios sacados de bibliografía diversa.
Por tanto estimamos el consumo para cocina será de 4,5 kWh/día.
5.4 Demanda térmica total Representamos aquí cómo se reparte la demanda térmica para un día tipo de verano y otro de
invierno en el que funciona la calefacción:
34
68%
32%
ACSCocina
Gráfico 5.1: Demanda térmica en un día de verano
84%
11% 5%
CalefacciónACSCocina
Gráfico 5.2: Demanda térmica en un día de invierno tipo
6 SITUACIÓN ENERGÉTICA ACTUAL Con la información recopilada hasta ahora vamos a hacer un análisis de la situación actual
analizando cuál es el consumo energético de la vivienda, cuáles son las fuentes de energía y
qué repercusión tiene este consumo en el medio ambiente.
6.1 Consumo de energía En este apartado analizamos, no solo la cantidad de energía consumida en la vivienda, sino
también el uso que se hace de ella y las fuentes de energía primaria usadas.
El consumo total de energía intermedia en un año se ha estimado en 11.485 kWh (0,987 tep).
Hay que tener en cuenta el valor del rendimiento del actual sistema eléctrico, que se estima en
el 33%. Es decir, por cada kWh consumido mediante el sistema actual español, son necesarios
3 kWh de energía primaria.
Según esto, el consumo en energía primaria es considerablemente mayor: 17.030 kWh (1,464
tep).
Las repercusiones medioambientales de esta situación pueden medirse como kg de CO2
emitidos a la atmósfera, aunque este no sea la única consecuencia del sistema de distribución
energética centralizado. En concreto la situación actual supone una emisión de 3.042 kg de CO2/año.
35
En el siguiente gráfico se puede comprobar cómo se reparten estos consumos entre la demanda
eléctrica y térmica:
24%49%
37%
76%51%
63%
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
Energíaintermedia
consummida
Energía primariaconsumida
Emisiones deCO2
Gasto térmicoGasto eléctrico
Gráfico 6.1: Análisis de consumos y emisiones
Energía intermediakWh/año
Energía primaria kWh/año
Emisiones de CO2
Kg CO2/año
Consumo eléctrico 2.731 8.227 1.120
Consumo térmico 8.754 8.754 1.922
Tabla 6.1: Análisis de consumos y emisiones
También es importante destacar que el consumo de energía hecho de forma arbitraria y sin
control provoca grandes picos de demanda en las horas en las que más cara es la energía. Si
analizamos cómo se reparte la demanda eléctrica entre horas valle de facturación (de 0:00h a
8:00h) y en horas llano (de 8:00h a 0:00h) comprobamos que más del 99% de la energía se
factura en horas llano:
36
8,29%
99,96% 91,71% 99,93%
0,04% 0,07%0%
10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
verano invierno media anual
consumo en horas llanoconsumo en horas valle
Gráfico 6.2: Reparto del consumo eléctrico en horas valle y llano
6.2 Coste de la energía Incluimos en este apartado información sobre el coste que tiene asociado la energía consumida.
Esta información es orientativa, ya que el coste de la energía es muy variable y difícil de
conocer. No obstante trabajamos con las siguientes hipótesis:
• Coste de la energía eléctrica: El término €/kWh es variable en cada factura eléctrica aun
sin cambiar los términos del contrato con que se factura. Esto es debido a la diferente
importancia que el término de potencia tiene en cada caso. Nosotros tomaremos como
referencia 0,11 €/kWh.
• Coste de la energía térmica: En este caso el coste varía mucho según el combustible
usado. En la siguiente tabla mostramos los pecios unitarios de referencia en cada caso:
Tipo de combustible Unidad Precio
Gasóleo €/l 0,865
Gas natural €/kWh 0,01375
GLP €/kWh 0,06
Tabla 6.2: Costes unitarios de los combustibles empleados
Una vez estudiados los costes unitarios de cada tipo de energía, pasamos a cuantificar la
situación actual:
37
43%
57%
Costes eléctricosCostes térmicos
Gráfico 6.3: Valoración económica de la energía consumida (€/año)
El coste de la situación actual es de 528 €/año.
€/año
Coste eléctrico 299
Coste térmico 229
Tabla 6.3: Reaparto de costes
6.3 Desglose de la energía consumida según usos El desglose del consumo energético nos puede dar información acerca de dónde se emplea la
energía que se factura. Con esta información se pueden detectar los equipos que más engrosan
la factura energética y es más fácil plantear estrategias de ahorro y de mejora de la eficiencia
energética.
6.3.1 Desglose eléctrico A continuación se representan gráficamente el desglose de la factura eléctrica según usos y
según estancias de la vivienda dónde se consume:
38
14%
9%
8%
11%22%
18%
18%
frigoríficolavadoralavavajillastviluminaciónrefrigeraciónotros
Gráfico 6.4: Desglose eléctrico por usos para el año estudiado
23%
35%3%
15%
24%SALÓNCOCINABAÑOSDORMITORIOSOTROS
Gráfico 6.5: Desglose eléctrico por estancias: Verano
23%
33%5%
16%
23%SALÓNCOCINABAÑOSDORMITORIOSOTROS
Gráfico 6.6: Desglose eléctrico por estancias: Invierno
39
6.3.2 Desglose térmico El mayor gasto es para calefacción, aunque éste se concentra sólo en los días más fríos del
invierno, mientras que el gasto en ACS y cocina se reparten a lo largo del año.
La demanda térmica anual se descompone de la siguiente manera:
50%
34%
16%
CalefacciónACSCocina
Gráfico 6.7: Desglose térmico anual
7 CONCLUSIONES Finalmente comparamos el modelo que estamos estudiando con la media nacional según el
Boletín de “Eficiencia Energética y Energías Renovables” publicado por el IDAE:
35,45%46,80%
30,90%20,50%
15,17% 9,60%7,30%1,51%15,60%11,83%0,20%5,14%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Sistema estudiado Media española
Aire acondicionadoElectrodomésticosIluminaciónCocinaACSCalefacción
Gráfico 7.1: Comparación entre el modelo estudiado y la media española. Fuente: IDAE
Vemos que las mayores diferencias estriban el uso del aire acondicionado y la iluminación.
Estas diferencias se pueden justificar en parte por las características climatológicas de la zona
40
donde se realiza el proyecto y simplemente por las características particulares de los habitantes
de la vivienda que difieren de las de la media española.
A la luz de los resultados anteriores comprobamos que la calefacción es el servicio que más
energía consume en la vivienda. Destacamos que precisamente este uso es uno de los que más
potencial de mejora presenta, ya que por un lado, cada vez aparecen en el mercado calderas de
mayor rendimiento, como las calderas de condensación y por otro el aislamiento térmico de los
edificios en Andalucía es muy mejorable.
En cuanto a las consecuencias medioambientales, vemos que la actividad normal de la vivienda
provoca la emisión de 2.725 kg de CO2 al año.
Se estima que algo menos del 30 % de las emisiones de CO2 es España corresponden a la
producción y distribución de energía eléctrica y una cantidad no despreciable se debe a las
calefacciones y otros orígenes difusos, (el resto se lo reparten los sectores de la industria, el
transporte, la agricultura y la ganadería). Estas dos fuentes de emisiones pueden optimizarse
con ciertas mejoras como las que se proponen en este trabajo.
41
Segunda parte: Eficiencia y gestión de la demanda energética
42
8 DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA ENERGÉTICO MÁS EFICIENTE PARA LA VIVIENDA
El paso previo a la obtención de una solución basada en Energías Renovables, consiste en
proponer un modelo de comportamiento más responsable y eficiente.
Actualmente, el sector residencial consume el 13% de la energía total de Andalucía, energía que
normalmente proviene de fuentes no renovables y que supone un enorme foco de emisiones
contaminantes que provocan efectos perniciosos para el medio ambiente.
En este sentido, en el año 1.993 se promulgó la directiva SAVE 76/93 que intentaba limitar las
emisiones de CO2 y, por lo tanto, el consumo energético en el sector doméstico. En dicha
directiva se plantea implantar un sistema de certificación de edificios, establecer una
financiación pública de inversiones en eficiencia energética, realizar inspecciones periódicas de
calderas, informar al usuario de una facturación real del consumo, implantar un sistema de
auditorias energéticas de edificios de alto consumo y aplicar la nueva normativa referente a la
instalación de un aislamiento térmico eficaz.
Por otro lado, desde la Unión Europea y los distintos Estados miembros se presiona para que se
cumplan los compromisos de limitación de las emisiones a la atmósfera de gases de efecto
invernadero adquiridos con la firma del Protocolo de Kyoto. Los objetivos de consumo de
energías renovables se fijan por el Libro Blanco de la Comisión Europea en el 12% del total del
consumo en el año 2.010.
También en España, el Código Técnico de la Edificación, que sustituirá a la norma básica,
establecerá un mayor nivel de exigencias en cuestiones como aislamiento, iluminación,
instalaciones de calefacción y aire acondicionado, así como un programa de fomento de las
Energías Renovables.
Finalmente la Junta de Andalucía mediante el Plan Energético Andaluz (PLEAN), va a
desarrollar una política basada en el fomento de las energías renovables, la promoción efectiva
de medidas a favor del ahorro y de la eficiencia energética, la extensión y mejora de las
infraestructuras y la creación de líneas de investigación, desarrollo e innovación de tecnologías
energéticas.
8.1 Definición del nuevo modelo Se sustituirán todas las aplicaciones de generación de calor que usaban energía eléctrica por
sistemas que obtienen el calor mediante energía solar. Aplicaciones como la lavadora o el
lavavajillas tienen la posibilidad de recibir el agua a la temperatura de la red y calentarla
43
mediante resistencias eléctricas, o bien recibirla del acumulador de agua caliente a una
temperatura adecuada para su uso directo.
8.1.1 Uso de equipos eficientes Comprobamos que el parque de electrodomésticos del que se dispone sea el adecuado desde
el punto de vista de la eficiencia energética.
Frigorífico
Elegimos el tamaño adecuado siguiendo la tabla que a continuación se muestra:
Número de personas Capacidad media
1 persona 100-150 l
2-4 personas 220-280 l
Más de 4 personas Mayor de 300 l
Tabla 8.1: Criterio para seleccionar la capacidad de un frigorífico
Nuestra vivienda es de 4 personas, luego tendremos un equipo de 220 a 280 l
Además buscaremos que éste sea de la categoría energética A. En este caso los consumos son
los siguientes:
Clase Consumo de
energía en 15 años (kW·h)
Coste económico en 15 años (€)
Ahorro al sustituirlo por uno de clase A
(€)
A 5.420 542 -
B 6.406 641 158
C 8.130 813 330
D 9.855 986 503
E 10.348 1.035 552
F 11.580 1.158 675
G 12.319 1.232 749
Tabla 8.2: Análisis de costes y eficiencia energética
El coste anual del mantenimiento del frigorífico es de 361 kWh/año.
Lavadora Una lavadora convencional emplea entre el 80 y el 85% de la energía que consume para
calentar agua. Por eso aquí proponemos una lavadora bitérmica que tenga una entrada de ACS
que a su vez habrá sido obtenida por energía solar. Esta opción conlleva además del
mencionado ahorro energético, un notable ahorro en el tiempo de lavado.
Así mismo, seleccionamos una lavadora de alta eficiencia energética (clase A) que, como se
muestra en la siguiente tabla, presenta un considerable ahorro:
44
Clase Consumo de
energía en 15 años (kW·h)
Coste económico en 15 años (€)
Ahorro al sustituirlo por uno de clase A
(€)
A 2.508 251 -
B 2.964 296 46
C 3.762 376 125
D 4.560 456 205
E 4.788 479 228
F 5.358 536 285
G 5.700 570 319
Tabla 8.3: Análisis de costes y eficiencia energética
También existen lavadoras con sonda de agua, que miden la suciedad del agua y no la cambian
hasta que sea necesario. Con ello se reduce notablemente el consumo de agua y energía.
Lavavajillas Al igual que en el caso anterior, buscamos un equipo con entrada bitérmica y eliminamos el
calentamiento de agua mediante resistencia eléctrica. En este caso, podemos decir que calentar
el agua, supone el 90% del consumo eléctrico de este aparato.
El ahorro que podemos obtener instalando un lavavajillas de alta eficiencia es:
Clase Consumo de energía en 15 años (kWh)
Coste económico en 15 años (€)
Ahorro al sustituirlo por uno
de clase A (€)
A 5.021 502 -
B 5.935 593 91
C 7.532 753 251
D 9.130 913 411
E 9.587 959 457
F 10.728 1.073 571
G 11.413 1.141 639
Tabla 8.4: Análisis de costes y eficiencia energética
Iluminación La iluminación artificial, supone aproximadamente un 15% de nuestra factura eléctrica.
Un buen uso de la iluminación pasa, en primer lugar por el buen aprovechamiento del sol, que
es lógicamente la fuente luminosa más barata y más limpia.
En segundo lugar, la medida más inmediata es la sustitución de lámparas convencionales por
lámparas de alta eficiencia.
45
La cantidad de luz que da una lámpara, se mide en “lúmenes”. Lámparas de diferente potencia
eléctrica (Watios) pueden dar la misma cantidad de luz teniendo entonces diferente eficiencias.
Para tener una idea de la equivalencia entre lámparas convencionales y de alta eficiencia, se
adjunta la siguiente tabla:
Incandescente Bajo consumo
40 W 7 ó 9 W
60 W 11 W
75 W 15 W
100 W 20 W
Tabla 8.5: Equivalencia entre lámparas eficientes y convencionales
Además, la luz del sol es la que mejor reproduce todos los calores del espectro. No todas las
lámparas artificiales trabajan en toda la gama, y existen lámparas que solo permiten reproducir 1
ó 2 colores. Para medir esta propiedad se define el Índice de rendimiento de color (IRC) que
es un parámetro que oscila entre 1 y 100 y que se obtiene por comparación con la luz solar.
Actualmente en el mercado se pueden encontrar los siguientes tipos de lámparas:
Lámparas incandescentes:
Son las de mayor consumo eléctrico y las de menor duración, porque la mayor parte de la
energía que consumen se pierde en calor. Para una bombilla de 60 W, su eficacia luminosa es
de 12 lm/W.
No obstante, son las más utilizadas en el sector doméstico dada su sencillez de instalación y su
bajo costo.
También destacamos que producen una luz no parpadeante y que IRC es muy bueno.
Se recomienda su uso para lugares poco frecuentados como despensas, trasteros, baños, etc.
Lámparas halógenas:
Presentan un mejor comportamiento que las anteriores porque no disminuyen su rendimiento
con el tiempo. Además, la calidad de la luz que emiten es mayor.
Su eficiencia luminosa es de 14 lm/W para una lámpara de 60 W y su aspecto cromático es
similar al de la luz solar.
También son más duraderas que las lámparas incandescentes, aproximadamente su vida media
es el doble.
Tubos fluorescentes:
46
Su funcionamiento es radicalmente distinto a los dos casos anteriores, se basan en un
fenómeno llamado electroluminiscencia, que es propio de todas las lámparas de descarga.
Presentan una eficacia luminosa mucho mayor que las lámparas incandescentes
convencionales. Son más caros que las bombillas corrientes pero menos que las halógenas.
Consumen hasta un 80% menos de energía que las lámparas convencionales y tienen una
duración entre 8 y 10 veces superior.
Existen variantes, que son los llamados tubos trifósforo o multifósforo que dan entre un 15 y un
20% más de iluminación con la misma potencia. La eficiencia luminosa es aproximadamente de
80 lm/W para una lámpara de 36 W.
Esta tecnología tiene la particularidad de que no se puede conectar directamente a la red y
necesitan disponer de dispositivos especiales de arranque
Lámpara de bajo consumo:
También son lámparas de descarga. Su tecnología es la misma que la de los tubos
fluorescentes.
Debido al ahorro que producen y a su larga vida, su adquisición se amortiza muy rápidamente.
Duran 8 veces más que las convencionales y consumen un 25% menos.
Las lámparas más frecuentes de este tipo son las lámparas de vapor de mercurio, lámparas de
halogenuros metálicos, lámparas de vapor de sodio de alta presión y lámparas de vapor de
sodio de baja presión.
En la siguiente gráfica se puede calcular el ahorro que supone sustituir una lámpara
convencional por otra de bajo consumo según su potencia:
Bombilla convencional a
sustituir
Lámpara equivalente de bajo consumo
Ahorro en kWh durante la vida de la
lámpara
Ahorro en € durante la vida de la lámpara
40W 9W 248 25
60W 11W 392 39
75W 15W 480 48
100W 20W 640 64
150W 32W 944 94
Tabla 8.6: Análisis de costes y eficiencia energética
Lámparas de inducción:
47
Eficiencia similar a las de bajo consumo pero con una vida útil mucho mayor. Su adquisición es
muy cara, pero se recomienda para situaciones en las que la reposición sea difícil (patios,
farolas, etc.)
A continuación se dan algunos consejos útiles para el buen uso de su instalación de iluminación:
• Limpiar periódicamente las lámparas y luminarias.
• Sustituir las lámparas fluorescentes antes de que dejen de funcionar porque su flujo
luminoso se reduce al final de su vida útil.
• Ajustar los niveles de iluminación a los necesarios porque es perjudicial una iluminación
excesiva.
• La colocación de los puntos de luz no debe de hacerse de forma aleatoria y se deben de
tener en cuenta estos criterios: evitar deslumbramientos, evitar reflejos, evitar sombras,
no crear una luz excesivamente difusa, evitar altos contrates en los niveles de
iluminación o evitar parpadeos.
8.1.2 Posibles actuaciones sobre la vivienda Cuando compramos una vivienda que está en fase de proyecto o construcción podemos exigirle
una calidad apropiada en términos de materiales de construcción e instalaciones, pero en una
vivienda existente es difícil modificar estas propiedades.
No obstante, el usuario puede reducir la demanda de energía del edificio mediante ciertas
mejoras que no son demasiado complicadas, y que fundamentalmente están destinadas a la
disminución del gasto en iluminación, refrigeración y calefacción.
Cerramientos horizontales y verticales Las características arquitectónicas del edificio, afectan a la demanda energética del mismo a
través de su epidermis, ya que ésta define las condiciones de estanqueidad y aislamiento
térmico.
El aislamiento térmico de un edificio, es la resistencia que oponen sus cerramientos exteriores al
paso de energía térmica a través de ellos.
Así mismo, definimos estanqueidad como la dificultad que oponen los cerramientos del edificio
al paso de materia (aire) a través de ellos.
Unos buenos niveles de aislamiento y estanqueidad, reducirán notablemente el gasto en
climatización del edificio y aumentarán el nivel de confort dentro de él.
El aislamiento térmico de un cerramiento, depende de su coeficiente de conductividad térmica,
que a su vez depende del material con que está hecho dicho cerramiento y de su espesor.
48
En la siguiente tabla se pueden observar cómo diferentes materiales, pueden tener el mismo
aislamiento con diferentes espesores:
Material Espesor (cm)
Material aislante 1
Madera 3
Ladrillo hueco 12
Yeso normal 12
Hormigón (2.400kg/m3) 40
Tabla 8.7: Aislamiento térmico según el material usado
Llamamos materiales aislantes a aquellos que tienen una conductividad menor a 0,1 W/m·ºC.
Los materiales aislantes más usados son:
Fibra de vidrio
Poliuretano
Poliestireno expandido
Poliestireno extruido
Lana de vidrio
Muros y cubiertas Se pueden mejorar las propiedades térmicas de los cerramientos aunque su vivienda esté ya
construida. Si sus reformas se realizan sobre muros verticales, puede acometerlas como sigue:
• Por el exterior de la fachada: Se realiza mediante técnicas especiales que fijan el
aislamiento al muro y lo revisten con una protección decorativa. Esta técnica no se usa
mucho por su elevado costo.
• Por el interior de la fachada: Se adhiere el material aislante rígido especial al muro,
dejando visible un enlucido de terminación listo para ser pintado.
• Por el interior del muro: Se realiza inyectando a presión en la cámara de aire (siempre
que ésta exista) un producto aislante fluido.
Si las mejoras se realizan sobre las cubiertas, se puede proceder de las siguientes formas:
• Cubiertas transitables: Mediante rollos o placas de lana de vidrio impermeable o
mediante cubierta invertida. Después se instalan placas cerámicas o gravas de sujeción.
• Cubiertas a dos aguas: El aislamiento se instalará sobre el suelo del camarote bajo
cubierta, a no ser que queramos acondicionar este espacio, en cuyo caso se colocará
bajo el forjado de la cubierta.
49
Las mejoras en los aislamientos de los cerramientos presenta además de las ya mencionadas,
otras ventajas:
• Aumenta el confort, suprimiendo el efecto de pared fría que se produce sobre las
paredes exteriores
• Reduce el peligro de aparición de condensaciones sobre superficies frías.
• Mejora el aislamiento acústico.
• Protege a las estructuras frente a los cambios bruscos de temperatura.
• Reduce la inercia térmica
Es importante que los materiales aislantes que se instalen sean incombustibles o en su defecto,
autoextinguibles. Además no deben producir gases tóxicos.
Otro factor importante a la hora de tomar la decisión de reformar el aislamiento de su vivienda,
es que las propiedades higrométricas también variarán y hay que tener especial cuidado en
zonas de elevada humedad para no provocar situaciones de desconfort.
Cerramientos transparentes
Las ventanas son las responsables de una parte importante de las pérdidas o ganancias de un local por los siguientes motivos:
• La conducción térmica del vidrio y del metal con el que están fabricadas es alta, y no
ofrecen mucha resistencia al paso del calor.
• Su nivel de estanqueidad es bajo, debido a las rendijas de la carpintería.
• No ofrecen ninguna resistencia a la transmisión por radiaciones térmicas infrarrojas.
Para atenuar estos efectos negativos que las ventanas provocan sobre el aislamiento, se puede
proceder como sigue:
• Instalar doble acristalamiento en las ventanas. Consta de dos vidrios sellados en sus
bordes con una cámara de aire estanca intermedia. Existen incluso vidrios triples con
doble cámara intermedia.
• Instalar vidrios de baja emisividad que reduce las pérdidas por radiación. Este sistema se
llama doble acristalamiento mejorado. También existen otros tratamientos que consisten
en vidrios absorbentes y vidrios reflectantes.
• Se puede instalar el sistema de doble ventana, que consiste en colocar dos hojas en
cada hueco, dejando una cámara de aire entre ambas.
50
• En la carpintería de la ventana, se deben evitar materiales como el hierro o el aluminio,
de elevada conductividad térmica. En su lugar, se aconseja usar materiales como
madera, PVC y poliuretano o aluminio con rotura de puente térmico.
Además de las actuaciones que realicemos sobre la conductividad de las ventanas, también es
importante reducir las infiltraciones de aire no deseadas, porque el aire exterior introduce cargas
que nuestros sistemas de climatización deben eliminar. Algunas de las alternativas para actuar
en este sentido son:
• Colocar burletes autoadhesivos de goma en puertas y ventanas.
• Instalar juntas de estanqueidad, que pueden ser rígidas o flexibles.
• Sellar con silicona las grietas de carpintería y los huecos entre la fachada y los marcos.
Si se adquieren nuevas ventanas, exigir que hayan sido ensayadas respecto a la permeabilidad
del aire.
No podemos olvidar que una permeabilidad excesiva provocaría que la ventilación de la
vivienda, es decir, la renovación del aire interior sea insuficiente. Ello, además de no cumplir con
la legislación vigente, provocaría unas condiciones perjudiciales para la salud, aparición de
condensaciones sobre las paredes y otras molestias para los ocupantes (síndrome del edificio
enfermo).
Finalmente, es importante recordar que las ganancias externas que se producen en los
cerramientos acristalados, pueden ser perjudiciales en una época del año y beneficiosos en otro.
Por eso el usuario debe ser consecuente y responsable con sus actos, y mediante el uso de
persianas, cortinas o persianas venecianas, reducir en la medida de lo posible las demandas de
calefacción o refrigeración.
La persiana tradicional, gracias a la cámara de aire que posee, se convierte en un excelente
aislante que evita pérdidas hacia el exterior, por eso es importante usarlas en verano, siempre y
cuando tengamos el cuidado de abrirlas cuando la temperatura es más suave (durante la noche
y a primeras horas de la mañana) para permitir la ventilación de la vivienda. Sin embargo
debemos mantenerlas abiertas cuando recibamos a través de ellas radiación solar y en la
vivienda haya una demanda de calefacción.
8.2 Análisis de la nueva curva de demanda Introduciendo las mejoras arriba mencionadas conseguiremos obtener una reducción de la
demanda energética que ahora pasamos a analizar:
Vamos a analizar la nueva situación creada explicando qué mejoras se han introducido en cada
servicio:
51
8.2.1 Iluminación En esta situación inicial la potencia instalada en iluminación asciende a 1.454 W, repartidos de
la siguiente manera:
100 W 196 W
340 W
18 W220 W
580 Wsaloncocinadormitoriosbañosestudiootros
Gráfico 8.1: Reparto de la potencia instalada (W). Situación I
Casi todas las lámparas instaladas son incandescentes (salón, dormitorios, estudio, pasillos y
exteriores) y halógenas (baños y cocina).
Se propone reemplear las lámparas de peor rendimiento por lámparas de bajo consumo. La
situación quedaría de esta forma:
20 W
104 W32 W 18 W
68 W
136 W
saloncocinadormitoriosbañosestudiootros
Gráfico 8.2: Reparto de potencia instalada en iluminación (W) Situación II
Se consigue así una notable mejora de la potencia instalada quedando ésta reducida a 378 W.
La energía consumida en este caso es obviamente menor y se estima en 0,50 kWh/día tanto en
verano como en invierno.
8.2.2 Electrodomésticos Para reducir tanto la energía como la potencia máxima demandada, Los electrodomésticos
instalados deben ser de alta eficiencia energética y en ningún caso calentar agua mediante
resistencias eléctricas.
52
A continuación se enumeran los nuevos equipos instalados así como su consumo estimado
según el catálogo proporcionado por el fabricante:
Lavadora
Una lavadora convencional, pero de alta eficiencia, supone un gasto aproximado de 1,2 kWh por
cada ciclo de lavado. De esta energía, el 80% se destina a calentar agua. Mediante el empleo
de una lavadora bitérmica el consumo se reducirá a 0,24 kWh.
Lavavajillas
Al igual que con la lavadora, se sustituye el actual equipo por una de alta eficiencia que además
tenga toma bitérmica. Si el consumo normal de un lavavajillas de alta eficiencia es de 1,2 kWh,
con la toma bitérmica se reduce a 0,18 kWh.
Frigorífico
El consumo de un frigorífico de alta eficiencia, que además sea usado de forma responsable,
está en torno a 1 kWh/día.
Horno
Se instalará un horno de gas natural, por tanto su consumo eléctrico es nulo. El consumo de
combustible (medido en kWh) es igual en ambos casos. Es decir, en torno a 1 kWh (como
media, ya que depende mucho del tipo de uso que se haga).
Miscelánea
Algunos aparatos, que son grandes consumidores de energía como secadoras, aspiradoras,
etc.. No tienen cabida en este nuevo modelo energético, ya que en la mayoría de los casos los
servicios que prestan pueden realizarse de forma tradicional sin consumir nada de energía.
Existen otros aparatos como tostadoras o planchas que deberán sustituir sus resistencias
eléctricas por otro tipo de sistema de calentamiento de agua.
Los pequeños electrodomésticos de baja potencia no tienen por qué suponer un problema para
este modelo.
8.3 Consumo eléctrico Mediante las mejoras introducidas tanto en el equipamiento de la vivienda como en los hábitos
de uso de los habitantes, hemos conseguido obtener una notable reducción de la potencia
máxima demandada y de la energía consumida.
Por un lado la potencia máxima se ha reducido desde 4,89 kW del modelo original, hasta los
4,42 kW en verano y 3,53 kW en invierno del modelo propuesto. Esta reducción de potencia es
importante pues permitirá que la dimensión de los equipos eléctricos sea menor.
53
Por otro lado las curvas de demanda eléctrica quedan como sigue:
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
VERANO INEFICIENTEVERANO EFICIENTE
Gráfico 8.3: Comparación de la demanda eléctrica: verano
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
INVIERNO INEFICIENTEINVIERNO EFICIENTE
Gráfico 8.4: Comparación de la demanda eléctrica: invierno
La reducción del consumo eléctrico es para el día tipo de verano, de 23,63 kWh/día a 17,78
kWh/día, y para el día tipo de invierno, de 11,75 kWh/día a 5,87 kWh/día.
8.4 Consumo térmico La reducción del consumo eléctrico se debe, en parte a que algunos de los usos que antes se
hacían mediante electricidad ahora pasan a ser consumos térmicos. Luego en este caso, la
energía consumida ha aumentado.
54
Por un lado analizamos cuál es la demanda de agua caliente a 50 ºC que se usará tanto para
ACS como para los electrodomésticos con toma bitérmica (lavadora, lavavajillas), y por otro la
demanda de agua caliente a 80 ºC que se usará para calefacción en invierno y refrigeración en
verano mediante un equipo de absorción.
Consumo de Agua caliente a 50 ºC
ACS: Se mantiene el mismo valor que en el modelo anterior, es decir 9,6 kWh/día.
ELECTRODOMÉSTICOS: Para la lavadora y el lavavajillas, se suponen que su régimen de uso
es de 3 lavados por semana. El consumo específico por lavado de agua a 50 ºC es de 30
l/lavado para la lavadora y 20 l/lavado para el lavavajillas.
Por tanto, se calcula el consumo diario como sigue:
díasemanassemanalavadoslavadollavadolG /7/1*/5*)/20/30( +=
díalG /7,35=
Lo que supone 1,58 kWh/día.
Consumo de agua caliente a 80 ºC
CALEFACCIÓN: La demanda de calefacción no varía de un modelo a otro pero si podemos
contabilizar la mejora que supone introducir una caldera de mayor rendimiento.
Si instalamos una caldera de condensación, para la misma demanda de energía se demandará
menos potencia. Por tanto la energía consumida se pude reducir de los 72 kWh/día originales
hasta 55,2 kWh/día.
Cocina y horno
Al consumo de la cocina hay que sumarle ahora el del horno, que ha sido reemplazado por uno
de gas natural. Se ha estimado el consumo del horno en 1 kWh/día pero su uso, al contrario que
la cocina, es muy intermitente y no afecta mucho al panorama global de consumo.
Por tanto, podemos decir que el consumo de cocina y horno es de 5,5 kWh/día.
8.5 Situación obtenida Resumimos a continuación las mejoras obtenidas en comparación a la situación inicial.
Por un lado vemos en el siguiente gráfico cómo queda el reparto entre gasto eléctrico y térmico
según energía intermedia demandada, energía primaria consumida y emisiones de CO2.
55
17%39%
28%
83%61%
72%
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
energíaintermediaconsumida
energíaprimaria
emisiones deCO2
%
Gasto térmicoGasto eléctrico
Gráfico 8.5: Análisis de consumos y emisiones en la situación obtenida
Si comparamos este gráfico con en correspondiente a la situación inicial (gráfico 6.1), podemos
comprobar cómo eL consumo eléctrico pierde fuerza ante el térmico. Este es un efecto positivo
de la mejora de la eficiencia energética ya que el consumo térmico tiene un mejor rendimiento
referente al consumo de energía primaria y un menor índice de emisiones de CO2.
En la siguiente tabla se cuantifican estas mejoras:
Energía intermediaconsumida kWh (tep)
Energía primariaconsumida kWh (tep)
Emisiones de CO2
kg de CO2/año
Situación eficiente 9.972 (0,86) 13.478 (1,16) 2.518
Situación inicial 11.485 (0,99) 17.030 (1,46) 3.042
Reducción (%) 13,2 20,9 17,2
Tabla 8.8: Consumo y emisiones de la situación obtenida
8.6 Coste de la energía Analizamos ahora las mejoras que desde el punto de vista económico supone la nueva situación
y la comparamos con la anterior.
Recordamos que además de trabajar con un modelo de más rendimiento, se han sustituido los
combustibles originales (gasóleo y GLP) por gas natural.
Por tanto los costes actuales serán:
56
Modelo eficiente€/año
Situación inicial €/año
Ahorro %
Coste eléctrico 190 299 37
Coste térmico 105 229 54
Gráfico 8.6: Reparto de costes en el nuevo modelo
64%
36%
Costes eléctricosCostes térmicos
Gráfico 8.7: Reparto de los costes energéticos
El importante ahorro conseguido en el coste de la energía térmica, se debe a que el combustible
usado, gas natural, es más barato que el gasóleo, no obstante es importante destacar que no
todo el territorio andaluz dispone actualmente de abastecimiento de dicha fuente energética.
8.7 Desglose de la energía consumida según usos La nueva situación a la que hemos llegado no sólo supone una reducción del consumo de
energía y de la potencia demandada sino que además supone una reestructuración en el
desglose de consumos de energía que analizamos para la situación anterior.
8.7.1 Desglose eléctrico Los siguientes gráficos representan como se reparte la demanda de energía eléctrica en la
nueva situación:
57
0%3% 1% 4%5%
33%36%
14%4% 0% frigorífico
lavadoralavavajillastviluminaciónotrosrefrigeracióncalefacciónAC a 50ºCCocina
Gráfico 8.8: Desglose del consumo eléctrico por usos según del modelo propuesto
63%10%
1%
26%
SALÓNCOCINABAÑOSOTROS
Gráfico 8.9: Desglose eléctrico por estancias: verano
30%
28%3%
39%SALÓNCOCINABAÑOSOTROS
Gráfico 8.10: Desglose eléctrico por estancias: invierno
58
8.7.2 Desglose térmico El consumo de energía térmica se desglosa en consumo de ACS y agua para los
electrodomésticos con toma de agua bitérmica (agua a 50 ºC), consumo para calefacción y
cocina y horno.
El desglose para un día tipo de verano y otro de invierno en los meses de invierno queda como
sigue:
61%10%
29%
ACSEquiposCocina y horno
Gráfico 8.11: Desglose de energía térmica un día de verano
78%
14%2% 6%
CalefacciónACSEquiposCocina y horno
Gráfico 8.12: Desglose de energía térmica un día de invierno
El reparto de consumos para un año completo será el siguiente:
38%
4%40%
18%
ACSEquiposCalefacciónCocina y horno
Gráfico 8.13: Desglose de energía térmica para un año tipo
59
kWh/año
ACS 3.020
Equipos 291
Cocina 1.418
Calefacción 3.312
Tabla 8.9: Demanda térmica anual
8.7.3 Análisis comparativos de los modelos estudiados A continuación comparamos nuestro modelo de consumo eficiente, con el modelo anterior y con
otro obtenido de una media a nivel nacional.
33,21% 37,65%46,80%
35,26% 26,31%20,50%
7,30%5,13%1,42%
15,60%14,38%11,08%
0,20%4,18%4,81%
9,60%12,35%14,21%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Eficiente No eficiente Mediaespañola
CocinaAire acondicionadoElectrodomésticosIluminaciónACSCalefacción
Gráfico 8.14: Análisis comparativos de los modelos estudiados
Observamos que las mayores diferencias entre nuestra vivienda y la media española se
encuentran el la climatización, debido a que la media de equipos de aire acondicionado es
mayor en Andalucía que en España, además en Andalucía las demandas de calefacción suelen
ser menores.
También observamos cómo en ámbitos como la iluminación o la energía para
electrodomésticos, al ahorro al que se ha llegado con el modelo eficiente es bastante alto.
9 GESTIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA Una vez planteada la nueva curva de demanda energética, exploraremos las ventajas de utilizar
una herramienta de gestión de la demanda energética que nos llevará a conseguir curvas de
consumo adaptadas a las características particulares que presente la fuente que estemos
60
usando. Si la vivienda funciona con energía eléctrica de la red, se fomentará el uso nocturno, si
funciona con energía solar, se concentrarán las picos de demanda en las horas de mayor
radiación, etc.
Además estos sistemas de gestión y control pueden evitar que se produzcan demandas de
potencia más altas de un nivel previamente fijado, esto es muy útil para instalaciones
fotovoltaicas, o cortar el suministro cuando se demanda una potencia inferior a un umbral fijado
previamente, y con ello se evitan consumos innecesarios como el que provocan los LEDs de
algunos aparatos.
9.1 Automatización y programación Actualmente se pueden encontrar en el mercado dispositivos que sirven para programar de
antemano la manera en que se consume energía. Estos dispositivos hacen que de forma fácil y
sin suponer molestias a los usuarios se pueda llevar a cabo una gestión eficaz de la demanda
de energía en aras de reducir tanto el consumo como el coste que éste tiene asociado.
Para instalar un dispositivo de este tipo es necesario adquirir un autómata programable como los
que ya se distribuyen comercialmente. Por ejemplo el que mostramos a continuación:
Figura 9.1 : Autómata programable SIMATIC C7 de Siemens
Una vez adquirido este dispositivo es necesario programarlo para proceder así a un control
automático de la curva de consumo.
9.2 Aprovechamiento del horario nocturno Para reducir el coste de la factura eléctrica se hace que algunos de los usos existentes se
desplacen al horario nocturno. Esto es, la lavadora, el lavavajillas y la refrigeración para
climatización.
Desplazar los consumos al horario nocturno tiene como ventaja una notable reducción del coste
de la factura si disponemos del contrato adecuado, porque por un lado, consumimos más en
horas donde el kWh es más barato y además podemos reducir la potencia contratada.
61
9.2.1 Demanda eléctrica Para poder desplazar el consumo en refrigeración al horario nocturno será necesario instalar un
sistema de acumulación térmica para refrigeración, este sistema pertenece al grupo de Sistemas
Estáticos de Acumulación de Hielo del tipo denominado Transferencia Exterior, también
conocido como “Hielo Encapsulado (Encapsulated Ice)”.
Las ventajas obtenidas con esta medida son las siguientes:
• Reduce la potencia eléctrica de los equipos y su coste de adquisición.
• Reduce los costes de explotación mediante:
a) La disminución de las potencias eléctricas contratadas y el traslado de consumos
eléctricos a horario de precio reducido (reducción de la factura eléctrica)
b) La disminución de los costes de mantenimiento (máquinas más pequeñas,
funcionamiento regular).
A continuación se representan las curvas que describen la nueva situación obtenida:
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 h
W
VeranoInvierno
Gráfico 9.1: Curvas de demanda eléctrica
En esta nueva situación, hemos conseguido reducir la potencia máxima demandada a 3,53 kW
desde los 4,89 kW iniciales.
Además se conseguirá una reducción del coste de la factura eléctrica ya que actualmente, la
discriminación horaria tipo 0, que es la que se aplica mayoritariamente en el sector doméstico
considera un recargo del 2,73% para la energía consumida durante las 16 h del día y un
descuento del 53,41% para la energía consumida durante las 8 horas de la noche, es decir, de
0:00 h a las 8:00 h.
62
El reparto de la energía eléctrica consumida en horas llano y valle es el siguiente:
41,14%18,49%
52,05%
47,95%58,86%
81,51%
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
verano invierno total
consumo en horas llanoconsumo en horas valle
Gráfico 9.2: Reparto del consumo eléctrico en horas llano y valle
Se ha calculado que el ahorro económico que supondría modificar los hábitos de consumo,
favoreciendo el consumo nocturno es del 25% de la factura inicial.
9.2.2 Demanda térmica Como se vio anteriormente, la demanda térmica que provoca la situación descrita se caracteriza
por suponer un aumento desde la situación inicial debido a las cargas que suponen los
electrodomésticos con toma de agua caliente (lavadora y lavavajillas) y una gran demanda
térmica debido a la calefacción.
La caldera existente para calefacción consume diariamente 3.312 kWh. A continuación se
muestra cómo se reparte la demanda térmica a lo largo de un año:
38%
41%
3%
18%
ACSCalefacciónEquiposCocina y horno
Gráfico 9.3: Demanda térmica a lo largo de un año
63
Vemos que el 41% de esta demanda es para ACS y electrodomésticos. El agua destinada a
tales fines debe ser preparada a 50 ºC, por lo que para ello nos podemos plantear instalar un
sistema de captadores solares que mediante energía solar, realicen tal cometido.
9.2.3 Valoración económica El ahorro económico conseguido con esta medida se puede cuantificar como sigue:
Modelo eficiente€/año
Situación conseguida €/año
Ahorro%
Coste eléctrico 190 143 25
Coste térmico 105 105 0
Tabla 9.1: Reparto de costes obtenido
9.3 Aprovechamiento de la energía solar Otro criterio que nos podría valer igualmente como función objetivo para llevar a cabo la gestión
energética de la vivienda sería la de concentrar en la medida de lo posible los consumos que
sean susceptibles de poder moverse en el tiempo a las horas donde más radiación solar se
recibe.
Esta idea se argumenta porque se podría disponer de una instalación que mediante
transformación fotovoltaica o calentamiento en colectores solares abastezca las necesidades
energéticas con la menor acumulación posible.
9.3.1 Demanda eléctrica Las curvas de consumo tipo que obtendríamos siguiendo estas pautas son las siguientes:
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 h
W
VeranoInvierno
64
Gráfico 9.4: Curvas de demanda eléctrica
9.3.2 Demanda térmica La demanda térmica que se presenta en esta nueva situación es la misma que la anterior pues
las necesidades de agua caliente no han variado.
Se asegura además la disponibilidad de agua caliente para aquellos usos como lavadora y
lavavajillas que se realizan en las horas de mayor radiación solar.
38%
40%
4%
18%
ACScalefacciónEquiposCocina y horno
Gráfico 9.5: Demanda térmica anual medida en kWh
Mediante colectores solares, se podrían abastecer parcialmente las necesidades de ACS y agua
caliente para equipos.
65
Tercera parte: Abastecimiento energético
66
Además de introducir mejoras tanto en la eficiencia energética de la vivienda y sus instalaciones
como en la gestión que sobre la demanda energética se realiza, es importante analizar las
posibles fuentes de energía primaria. Es prioritario utilizar fuentes por un lado más limpias y
baratas pero que también supongan un modelo de generación distribuida, para romper con el
actual sistema de generación y distribución de energía que presenta un rendimiento muy bajo.
10 SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA El sector de la energía solar térmica, es especialmente fuerte en Andalucía, debido a las
favorables condiciones metereológicas que poseemos y al apoyo que desde las instituciones
públicas se ha hecho hacia esta actividad. Prueba de ello es que de los 50.000 m2 de colectores
solares que se instalaron durante en año 2.001 en el territorio español, a Andalucía le
corresponden aproximadamente la mitad. Además la superficie instalada en nuestra región
supone un 45% de la de todo el país.
A continuación se describe la instalación propuesta, que está destinada a satisfacer las
necesidades de ACS y de agua caliente para los electrodomésticos que la necesiten.
Este sistema tendrá un equipo de apoyo consistente en una caldera alimentada por gas natural.
10.1 Diseño de un sistema de energía solar térmica El diseño y dimensionado del sistema de energía solar térmica se hará siguiendo las
indicaciones del Manual para Instalaciones Solares Térmicas.
En primer lugar se calculará la demanda a satisfacer, que se debe al ACS y a la demanda de
lavadora y lavavajillas. Dicha demanda se calcula como sigue:
ACS
4 personas
50 l/persona·día
45 ºC
Lavadora
3 lavados por semana
30 l/lavado
50 ºC
Lavavajillas
3 lavados/semana
30 l/lavado
50 ºC
67
Si imponemos que la temperatura de preparación del agua sea 45 ºC, la demanda de agua a
esa temperatura es de 225 l/día.
Superficie de captador solar
Existen 2 criterios para calcular la superficie de captadores:
1 m2 de captador prepara 80 l/día de agua a 45 ºC
0,75 m2 de captador preparan agua para 1 persona
Las superficies a instalar por cada uno de los criterios son de 2,8 y 3 m2 respectivamente, por
tanto nos quedamos con 3 m2 de colectores solares.
Acumulador solar
La acumulación debe ser del orden del consumo diario. Como tenemos un consumo de 225
l/día, fijamos el volumen de acumulación en 250 l.
Tuberías del circuito primario, bomba de circulación y vaso de expansión
El caudal de circulación se calcula como 50 l/h·m2 de captador. Se ha medido la longitud de las
tuberías en 20 m y el diámetro de las mismas de fija en 15 mm.
La pérdida de carga (mm caa) se calculará tomando como pérdida de carga unitaria 20 mm
ca/m. Por tanto en todo el circuito tendremos 400 mmca de pérdida. Además habrá que sumar
las pérdidas debidas al intercambiador y a los accesorios. El intercambiador es de tipo serpentín
y según tablas provoca una pérdida de 250 mm ca, y según el manual consultado, la pérdida de
carga en accesorios se fija en 700 mmca.
Por tanto la pérdida de carga total será de 1,36 mca.
Vaso de expansión
Se calcula mediante tablas, en función de la superficie de captadores solares, del contenido de
fluido de trabajo en el circuito y de de la diferencia de alturas entre captadores y vaso de
expansión. En este casó será de 12 l.
Fracción solar
La instalación de energía solar térmica que hemos diseñado será capaz de abastecer el 70% de
la energía térmica demandada a lo largo de un año. Ha esto se le llama fracción solar.
En este caso el criterio de diseño ha sido seleccionar aquella instalación que en verano cubre
toda la demanda. En invierno, la energía necesaria que no seamos capaces de obtener desde el
sol, será obtenida por gas natural mediante la caldera de apoyo, que es también la caldera para
calefacción.
68
10.2 Análisis de la situación obtenida En este apartado analizamos la situación a la que hemos llegado y la comparamos con la que
teníamos en origen.
Por un lado, recogemos en el siguiente gráfico cómo se reparten los consumos en energía final
y primaria, así como emisiones de CO2 entre los consumos eléctricos y térmicos:
17%
47% 46%
83%
53% 54%
0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%
100%
energíaintermediaconsumida
energía primariaconsumida
kg CO2emitidos
%
Gasto térmicoGasto eléctrico
Gráfico 10.1: Análisis de consumos y emisiones
Por otro lado comparamos en cuánto hemos mejorado con los cambios realizados la situación
inicial desde el punto de vista de consumo de energía primaria y emisiones de CO2:
Consumo de energía primaria
(kWh)
Emisiones de CO2 (kg de CO2)
Situación inicial (eficiente) 13.478 2.518
Situación actual 11.017 1.538
Reducción (%) 18,3 38,9
Tabla 10.1: Comparación en energía primaria y emisiones de CO2
69
ener
gía
inte
rmed
iakW
h/añ
o
ener
gía
prim
aria
kWh/
año
emis
ione
s kg
CO
2/añ
o
9.97213.478
2.518
9.972 11.017
1.538
Situación actualSituación inicial
Gráfico 10.2: Comparación en energía final, energía primaria y emisiones de CO2 (kWh anuales)
Además de las mejoras energéticas y medioambientales, recordamos que las modificaciones
realizadas en la forma en que facturamos la electricidad, supondrán un notable ahorro
económico.
10.2.2 Valoración económica Además de las evidentes mejoras medioambientales, la instalación diseñada supone unas
mejoras en términos económicos que pasamos ahora a cuantificar:
Modelo eficiente
€/año
Situación con solar térmica
€/año
Ahorro %
Coste eléctrico 190 190 0
Coste térmico 105 73 30
Gráfico 10.3: Reparto de costes
11 ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA Los sistemas de conexión a red constituyen la aplicación que mayor expansión ha
experimentado en el campo de la fotovoltaica en los últimos años.
El Real Decreto 2818/1998 de 23 de diciembre, permite a quien lo desee convertirse en
productor de electricidad generada con energía solar. La energía generada se venderá a la
empresa distribuidora según las tarifas que se recogen en dicho decreto que son actualmente de
0,4 €/kWh para instalaciones de potencia nominal inferior o igual a 5 kW.
70
El periodo de amortización de estas instalaciones suele estar en torno a 7 años mientras que su
vida útil llega a 20 años.
11.1 Diseño de un sistema solar fotovoltaico conectado a la red eléctrica
El criterio para dimensionar el sistema a instalar será el de ajustar la energía inyectada a la red a
la energía consumida de la misma.
Así nos fijamos en un día tipo de verano y otro de invierno:
En verano la demanda eléctrica es de 17,78 kWh/día, 12 de los cuales corresponden al sistema
de climatización.
Por otro lado la demanda del día tipo de invierno es de 5,87 kWh/día.
La inclinación del campo solar será aquella que permita una mayor generación a lo largo del
año. Se puede comprobar que esta inclinación es la que coincide con la latitud del lugar. En
nuestro caso, en torno a 30 º.
Así pues la radiación recibida sobre una superficie inclinada 30 º es la representada en la
siguiente gráfica:
0
1
2
3
4
5
6
7
ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic
kWh/m2·diaValores mediosdiariosValor medio
Gráfico 11.1: Radiación recibida sobre superficie inclinada a 30º
La radiación solar recibida sobre superficie horizontal medida en una localidad de las mismas
características que la del presente estudio, es de 8,2 kWh/m2, medido el 12 de julio de 2.001 y
de 2,9 kWh/m2 medido el 27 de diciembre de 2.001, lo que supone 8,2 y 2,9 HSP (Horas Sol
Pico) para los días de verano e invierno respectivamente.
Por tanto calculamos la potencia nominal para la instalación como sigue:
71
• Verano: kWpdíaHSPdíakWh 17,2
/2,8/78,17
=
• Invierno: kWpdíaHSPdíakWh 02,2
/9,2/87,5
=
Si seguimos este criterio podríamos fijar la dimensión de la instalación en 2 kWp.
Otra forma de dimensionar el campo solar es haciendo coincidir la energía anual consumida con
la energía anual inyectada a la red.
Para ello contamos con la estimación hecha anteriormente de que la vivienda consume 1.726
kWh/año.
La energía que puede producir una instalación se calcula como sigue:
Primero de calcula una cantidad llamada energía ideal, que no es más que el producto de la
radiación recibida, por el rendimiento de los paneles y por la superficie de campo solar.
Partiendo de esta cantidad, obtenemos la energía real imputándole a la primera las siguientes
pérdidas:
Pérdidas por tolerancia respecto a los valores nominales
4,5%
Pérdidas por polvo 2,5%
Párdidas por temperatura 3,5%
Pérdidas por sombras 2,0%
Pérdidas en parte cc 3,5%
Pérdidas en seguidor PMP 1,5%
Pérdidas en inversor 7,5%
Pérdidas en parte ca 3,0%
Tabla 11.1: Valores medios de las pérdidas en una instalación fotovoltaica
En la siguiente gráfica se representa la energía producida según el número de paneles
instalados.
72
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
21 18 16 15 14 12 nº de paneles
kWh/año
energía anualproducidademanda anual
Gráfico 11.2: Energía anual generada según el nº de paneles
A la luz de los resultados anteriores fijamos un campo solar de 15 paneles, lo que implica una
potencia de 1,5 kWp y una superficie de 13,05 m2.
Módulos fotovoltaicos
Se trabajará con módulos de silicio monocristalino de elevado rendimiento. Sus características
principales se recogen en la siguiente tabla:
Modelo I-100
Potencia (Wp) 100
Vnom (V) 12
Icc (A) 6,54
Voc (V) 21,6
Imax (A) 5,74
Vmax (V) 17,4
Dimensiones (mm) 1310x654
Peso (kg) 11,5
Ns 36
Np 2
TONC (ºC) 47
Área (m2) 0,87
Tolerancia (%) 10
Tabla 11.2: Características de los módulos fotovoltaicos
73
Figura 11.1 : Módulo I 100
Configuración de la instalación
Como la potencia a instalar es de 1,5 kWp serán necesarios 15 módulos de este tipo. La
superficie necesaria será entonces de 13,05 m2.
Optamos por una configuración de inversor centralizado, con ramales de 3 módulos cada uno.
Estos ramales se asocian entre sí en paralelo como se muestra en el siguiente esquema:
Figura 11.2 : Configuración de la instalación
Con esta configuración se consigue que la tensión de salida esté dentro del rango de bajas
tensiones (Ucc =3 x 12 V < 120 V). Las ventajas de esta configuración son las siguientes:
• Mayor seguridad eléctrica
• Bajas pérdidas por sombreado
Por el contrario su inconveniente principal es que debido a las altas intensidades las secciones
de cable requeridas son mayores.
Inversores
74
El inversor debe ser capaz de actuar como fuente sincronizada con la red, transformando en
corriente alterna la energía producida en los módulos e inyectándola en la red.
Se trabaja por un lado conectado en DC con un generador fotovoltaico, y por otro lado en AC
con un transformador que adapta la tensión de salida del inversor a la de la red. Este
transformador permite además el aislamiento galvánico entre DC y AC.
Existen modelos que además permiten llevar un control muy preciso mediante
microprocesadores de control y comunicaciones.
Las características principales del inversor a instalar son:
• Se asegura que la curva producida es senoidal, con algunas mínimas distorsiones
mediante un microprocesador incorporado.
• La lógica de control permite que de forma automática en primer lugar se siga al punto de
máxima potencia y en segundo se eviten las posibles pérdidas durante periodos de
reposo (Stand-by).
• Se permite también trabajar desde un umbral mínimo de radiación solar.
• Se puede proceder a la desconexión-conexión automática de la instalación fotovoltaica
en caso de pérdida de tensión o frecuencia de la red, evitando así el funcionamiento en
isla.
• Actúa como controlador permanente de aislamiento para la conexión-desconexión
automática de la instalación en caso de pérdida de resistencia del aislamiento. Esta
característica garantiza la protección de las personas.
En la siguiente tabla se recogen las características técnicas más importantes del inversor
seleccionado:
Modelo Sunnyboy 2.500
Corriente máxima de entrada 10,5 A
Potencia nominal 2.200 W
Potencia máxima de salida 2.500 W
Mínima y máxima tensión de continua 250 – 600 Vdc
Mínima y máxima tensión de alterna 0,85·Un – 1,1·Un
Autoconsumo < 7 W (<0,1W nocturno)
Rendimiento 0,93
Distorsión armónica (%) < 4%
Factor de potencia >0,95
Umbral mínimo de arranque 7 W
75
Umbral de tensión mínima de arranque 300 V
Tabla 11.3: Características principales del inversor
Contadores, protecciones y cableado Para cumplir con las especificaciones del Real Decreto 1.663/2.000 tanto de seguridad como de
especificaciones técnicas, la instalación debe contar con los siguientes elementos:
• Interruptor general manual: Interruptor magnetotérmico con intensidad de cortocircuito
superior a la indicada por la empresa distribuidora en el punto de conexión. Este
interruptor será accesible a la empresa distribuidora en todo momento, con objeto de
poder realizar la desconexión manual.
• Interruptor automático diferencial
• Interruptor automático de interconexión controlado por software, controlador permanente
de aislamiento, aislamiento galvánico, y protección frente a funcionamiento en isla.
Todas estas funciones las incorpora el inversor, como se comentó anteriormente.
• Puesta a tierra del marco de los módulos y de la estructura: mediante cable de cobre
desnudo y pica de tierra y sin alterar las condiciones de puesta a tierra de la red de la
empresa distribuidora.
• Aislamiento clase II en todos los componentes.
Todas estas protecciones pueden ir en un cuadro de protecciones común situado a la salida del
inversor.
Además se debe cumplir que todos los conductores sean de cobre y de sección suficiente para
asegurar que las pérdidas de tensión en cables y cajas de tensión sea inferior al 1% de Un.
Todos los cables deben ser adecuados para uso en intemperie, al aire o enterrados.
La red de distribución de DC discurrirá de forma aérea hasta la caja de conexiones y medidas y
desde este punto irá grapeada hasta el inversor.
Finalmente se deberá instalar un equipo de medida de energía eléctrica de las siguientes
características:
• Los consumos eléctricos que tienen lugar en la vivienda se situarán en circuitos
independientes al de la instalación fotovoltaica y al de sus equipos de medida. La medida
de estos consumos se hará con equipos propios de la vivienda e independientes de la
instalación fotovoltaica.
Los elementos de medida se ubicarán en módulos de salida y entrada.
76
• El módulo de salida medirá la energía producida en la instalación y se situará lo más
cerca posible de la acometida y deberá ser capaz de medir en ambas direcciones.
• Medirá el consumo de energía que se produce en la propia instalación, distinto al de los
equipos auxiliares de la propia instalación.
11.2 Estimación de la energía producida La energía inyectada en la red se calcula finalmente de la siguiente manera:
La radiación total recibida en un año es de
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic
kWh/mes
Gráfico 11.3: Radiación mensual recibida por 15 paneles tipo I 100
La radiación total a lo largo del año es de 25.193,3 kWh. Debido a las ineficiencias y pérdidas
esta radiación se traduce en términos de energía inyectada en red en 1.934,8 kWh.
Toda esta generación incluida en el balance energético del consumo eléctrico de la vivienda
arroja resultados negativos o nulos en el consumo de energía primaria y emisiones de CO2.
Los resultados se presentan a continuación en la siguiente tabla:
Sin fotovoltaica Con fotovoltaica
Consumo en energía final (kWh) 1.727 - 208
Consumo en energía primaria (kWh) 5.232 - 631
Emisiones de CO2 (kg de CO2) 708 - 85
Gráfico 11.4: Ahorro de consumos y emisiones eléctricas mediante instalación fotovoltaica
Si comparamos las dos situaciones incluyendo consumos eléctricos y térmicos la situación es la
siguiente:
77
energíaintermediakWh/año
energíaprimariakWh/año
emisioneskg
CO2/año
9.972
13.478
2.518
9.972
7.615
1.725
Situación actualSituación inicial
Gráfico 11.5: Reducción de consumo y emisiones total, mediante instalación fotovoltaica
Se observa que la energía primaria consumida es menor a la energía intermedia. Además es
muy importante el descenso en las emisiones de CO2.
11.3 Valoración económica Otro análisis importante para los usuarios y consumidores de energía es el análisis comparativo
en términos económicos.
Como ya se comentó antes, la energía eléctrica inyectada a la red debe ser comprada
obligatoriamente por la red a un precio bastante mayor al que se paga la energía consumida.
Aunque el precio al que pagamos la energía consumida (€/kWh) es variable en cada mes, ya
que depende del tipo de contrato y del peso que tenga el término de potencia, para las
siguientes comparaciones, fijaremos un precio de 0,11 €/kWh. Sin embargo el precio de venta,
que está regulado por Real Decreto es de 0,4 €/kWh.
Por tanto las dos situaciones estudiadas quedan resumidas en términos económicos de la
siguiente forma:
78
Modelo eficiente
€/año
Situación con solar fotovoltaica
€/año
Coste eléctrico 190 - 536
Coste térmico 105 105
Tabla 11.4: Reparto de costes * un valor negativo en el coste de la energía, significa que se produce un ingreso de dinero.
12 Otras energías renovables En este trabajo se ha hecho hincapié en el uso de la combinación eficiencia energética y energía
solar. El por qué de esta elección es entre otros que se trata de las materias en las que más
desarrolladas en el mercado actual, al menos a nivel doméstico.
Otras opciones en cuanto al uso de energías renovables podrían ser:
1. Biomasa: La biomasa es una alternativa cada vez más rentable en el territorio andaluz.
Dicha rentabilidad depende de la disponibilidad o no de combustible. Actualmente el
número de empresas que se introducen en este sector está creciendo, y combustibles
como “pellets” se pueden encontrar ya en muchas de las ciudades de Andalucía.
Una caldera de biomasa puede satisfacer las necesidades de calefacción y ACS.
2. Ciclos de absorción: La energía térmica que obtenemos mediante aporte solar, mediante
una caldera de biomasa o por energías convencionales puede servir de fuente de
energía a un ciclo de absorción.
Una máquina de absorción puede satisfacer las necesidades de refrigeración para
climatización si bien las potencias que actualmente existen comercializadas superan sol
40 kW, que es un tamaño excesivo para una vivienda como la nuestra.
3. Pilas de combustible: El uso del hidrógeno puede ser la forma más eficiente de resolver
el problema de la acumulación de energía eléctrica. Problema que es especialmente
importante cuando hablamos de generación fotovoltaica, ya que como se ha visto, la
producción y la demanda están normalmente desfasados.
Actualmente existen en el mercado electrolizadores capaces de transformar en
hidrógeno la energía eléctrica producida por una planta fotovoltaica. Este hidrógeno es
nuevamente transformado en energía eléctrica en las células de las pilas de combustible.
79
13 CONCLUSIONES En este proyecto se ha intentado abrir el camino para actuar sobre una vivienda en pos de
mejorar su eficiencia y consumo energético.
Para ello hemos obtenido y analizado los siguientes resultados:
• Demanda energética de cada servicio.
• Consumo de energía asociado a cada uno de estos servicios.
• Impacto medioambiental evaluado en emisiones de CO2.
• Coste de la energía.
Todos estos análisis se estudian para el periodo de un año.
• Finalmente se compara el sistema de producción de energía actual con otros alternativos
que sean viables técnica, medioambiental y económicamente, en función de las
características específicas del edificio, de sus ocupantes y de su entorno:
1. Basado en la programación y automatización del consumo.
2. Basados en energías renovables, en particular la energía solar térmica y solar
fotovoltaica.
A la luz de los resultados obtenidos podemos decir que la actual tecnología nos permite aspirar
a ahorros en torno al 30% de la energía primaria consumida en el funcionamiento de nuestra
vivienda y reducciones de hasta el 24% en las emisiones de CO2 que dichos consumos
producen.
80
2.731 3.042
8.041
2.518
5.723 5.154
1.185
17.030
8.754
1.931
13.478
energíaeléctrica
finalkWh/año
energíatérmica final
kWh/año
energíaprimariakWh/año
emisioneskg CO2/año
Situacuón inicialEficiencia energéticaEnergías renovables
Gráfico 13.1: Comparación entre las distintas situaciones obtenidas
La acción conjunta de una gestión energética adecuada y una utilización de fuentes de energía
renovables tiene unos beneficios medioambientales y económicos más que evidentes.
En el modelo que aquí se ha propuesto hay una convivencia armónica entre fuentes de energía
tradicionales como la electricidad de la red y el gas natural con fuentes de energías renovables
como el sol, aunque siempre dando prioridad a la segunda.
Esta convivencia es un ejemplo de cómo puede funcionar un sistema mixto, que sería
exportable a la situación energética nacional, y que podría compensar las grandes faltas que
presenta el actual modelo, en cuanto a eficiencia energética y respeto al medioambiente.
Si sumamos todos los efectos que hemos conseguido desde la situación de partida hasta ahora
las mejoras son más que evidentes.
Este trabajo está basado en una metodología que puede aplicarse a cualquier otra tipología de
edificios, ya sea oficinas, hoteles, etc. Es esta quizá una de las mayores aportaciones que se
hacen con este proyecto.
Como desventaja destacamos que los resultados obtenidos son los correspondientes a un caso
muy particular, aunque como se ha visto en su momento, no está demasiado alejado de un caso
medio.
