CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC Por Eduardo Lorenzo Ingeniero Industrial en Danfoss Hydronic Balancing & Control

VS

EQUILIBRADO ESTÁTICO EN UN SISTEMA DINÁMICO (CAMBIOS DE CAUDAL Y PRESIÓN)

EQUILIBRADO DINÁMICO EN UN SISTEMA DINÁMICO (CAMBIOS DE CAUDAL Y PRESIÓN)

2

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

INTRODUCCIÓN – CAUDAL VARIABLE HIDRÓNICO

CONTROL DEL CAUDAL

∆

á

Ecuación 1

Dónde: Q= caudal circulante por la válvula de control [m3/h] Kv=coeficiente de caudal de la válvula. Es función del modelo, diseño y tamaño de la válvula de control [m3/h] ΔP= caída de presión sobre la válvula de control [bar]v

El caudal circulante por una válvula de control depende de dos parámetros (Ecuación 1): • •

Coeficiente de caudal, Kv de la válvula: que es función del grado de apertura de la válvula de control Raíz cuadrada de la caída de presión sobre la válvula de control, √∆P.

Las funciones integradas de control (válvula de 2 vías) y equilibrado (reguladora de presión diferencial) de las PIBCV permite gobernar ambos parámetros de la ecuación 1, garantizando para cualquier estado de carga el caudal requerido.

3

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

¿CÓMO FUNCIONAN LAS PIBCV?

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

¿CÓMO FUNCIONAN LAS PIBCV? Las PIBCV mantienen el caudal requerido constante con autoridad total y con independencia de cualquier influencia externa, es decir, cambios de la presión disponible, lo que supone eliminar la necesidad de hacer mediciones. Sin embargo, una condición tiene que cumplirse sobre las PIBCV. El controlador de presión diferencial debe tener un mínimo, llamado "eficaz", de presión diferencial requerida para su funcionamiento, este parámetro depende del fabricante.

4

1. Siempre garantizan el caudal (variable) correcto en los puntos de consumo permitiendo el máximo ahorro energético. Sin fenómenos de sobre-caudales o subcaudales en el sistema a cargas parciales (hasta un 15% de ahorro en el consumo anual HVAC) 2. Control de la temperatura ambiente óptimo, mejor confort interior en las zonas climatizadas. Menor número de reclamaciones por falta de confort. Menores mantenimientos o asistencias técnicas. 3. Simplificación en el diseño, instalación y mantenimiento. Desde la fase de diseño hasta el usuario final. Sin cálculos de Kv ni de autoridad 4. Sistemas flexibles. La red puede modificarse o ampliarse sin necesidad de realizar nuevas puestas en marcha. 5. Salto térmico de distribución estable/diseño – Eliminación del síndrome del ΔT bajo, permitiendo un óptimo y más eficiente funcionamiento de los equipos de producción (hasta un 40% más eficientes).

5

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PRINCIPALES VENTAJAS DE LAS PIBCV

Una herramienta para comparar la tecnología tradicional y la PIBCV

6

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

FC

M

AB-QM (PIBCV)

FC

VÁLVULA DE CONTROL 2 VÍAS TRADICIONAL + EQUILIBRADO MANUAL

• Simulación de un sistema real de climatización • Comparar el control tradicional (válvula de 2 vías + válvula manual de equilibrado) y el control mediante válvula de control y equilibrado independiente de la presión (PIBCV) • Observar la reacción de estos dos modos de configuración en diversos escenarios de funcionamiento (demanda global y local) • Demostrar el valor añadido del uso de válvulas PIBCV (AB-QM)

7

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

OBJETICOS DE LA DEMOSTRACIÓN

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

• Típico edificio de varias plantas • Sistema de refrigeración/calefacción a 2 tubos

8

AB-QM

Tradicional

POSICIÓN1 ajuste a 100l/h POSITION2 ajuste a 100l/h

Válvula de control motorizadas lineal (MCV) VZL kvs=0,25 m3/h POSICIÓN1&2 dp~15kPa (ambas!!) Válvula de equilibrado manual (MBV) MSV-BD 15LF POSICIÓN1 ajuste bajo POSICIÓN2 ajuste alto

1 ud. ~ 100 l/h 1 ud. ~ 100 l/h

Simulación de carga 100 uds. ~10.000 l/h

9

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN - DIMENSIONADO

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

• El panel de demostración simula las características del sistema • Bombeo secundario

10

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

Distribución de tuberías Válvula manual de equilibrado que representa la distancia entre la bomba y la primera unidad terminal (pérdidas de presión entre el bombeo y la u.t. más próxima al bombeo)

11

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

Distribución de tuberías Válvula manual de equilibrado que representa la distancia entre la bomba y el punto más alejado de la instalación (última montante)

12

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

Distribución de tuberías Válvula manual de equilibrado que representa la distancia entre la base de la montante más alejada y la unidad terminal más alejada del bombeo

13

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

Posición 1 Fan-coil Representa la primera unidad terminal del sistema (la más cercana al bombeo)

14

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

Demanda general del sistema Válvula de 2 vías que representa la variación de la demanda entre el primer fan-coil y el último

15

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

Posición 2 Fan-coil Representa la última unidad terminal del sistema (la más alejada al bombeo)

16

• Solución tradicional o Válvula manual de equilibrado o Válvula de control 2 vías + actuador o Válvula de bola

• Pressure Independent Control Valve o Válvula combinada 2 vías y equilibrado dinámico + actuador o Válvula de bola

17

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

∆p1

• Tuberías o Separa el flujo entre la solución tradicional y la solución con PIBCV o Las válvulas de bola determinan cual de las dos configuraciones están en uso durante la demostración o La ∆p indicada es la presión diferencial a través de la solución seleccionada

18

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

• Actuadores eléctricos 24V modulantes • Señal de control del actuador o Señal de posicionamiento 0-10VDC enviada al actuador o Ambos actuadores reciben la misma señal de control

19

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

CARGA DEL SISTEMA • Válvula de 2 vías que representa los requisitos de carga del edificio • Porcentaje ajustable •

El porcentaje representa la carga del sistema requerida

Carga global 63%, representa el 100% carga de diseño del sistema 100 FC 100 l/h = 10.000 l/h

20

Información disponible • Consigna de caudal • Caudal medido Posiciones 1 & 2 • ∆p’s sobre las posiciones 1 & 2 • Señal de los actuadores Parámetros ajustables • Caudales objetivo Posiciones 1 & 2 • Carga del sistema

21

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN - MONITORIZACIÓN

Control de temperatura

Control de caudal

Correlación entre el sistema real y el panel de demostración: • •

En el sistema real el parámetro controlado es la temperatura ambiente del local. En el panel de demostración el parámetro controlado es el caudal.

Sin embargo para cada demanda del local (temperatura), existe un caudal necesario correspondiente que circula a través del intercambiador de calor (batería del fan-coil).

22

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

SISTEMA REAL - PANEL DE DEMOSTRACIÓN

Valor de ajuste Sensor temperatura

Batería Local

Actuador

M Controlador

Válvula

Valor actual Valor de ajuste Caudalímetro

Actuador

M Controlador

Válvula

Valor actual

23

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN – BUCLE DE CONTROL

1.- Carga sistema cambia / Carga locales constante

M

• Sin cambios de temperatura consignada en las posiciones 1 & 2 Caudal estable = Temp. estable

• La carga del sistema se modifica Menor ocupación Descenso de la demanda

∆p- disponible cambia

24

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN - EJERCICIOS

2.- Carga sistema constante / Carga locales cambia

M

∆p-cambia

• La demanda de los locales cambia Condiciones exteriores o interiores Cambio de la consigna de caudal

Cambios de caudal = **Temp. estable

25

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

PANEL DE DEMOSTRACIÓN

26

EDUARDO LORENZO [email protected] 628 06 46 18 HEATING SOLUTIONS & DISTRICT ENERGY DIVISION

27

CONTROL Y EQUILIBRADO MODERNO DE SISTEMAS HVAC

¡GRACIAS POR SU ATENCIÓN!

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES POR MARIANO PUERTA GARCÍA RESPONSABLE DE INGENIERÍAS DE BOMBAS GRUNDFOS ESPAÑA

Por Mariano Puerta García Responsable de Ingenierías de Bombas Grundfos España 29

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

30

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

GASTOS ENERGÉTICOS

31

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

GASTOS ENERGÉTICOS

32

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

GASTOS ENERGÉTICOS

Fuente: Europump – Compromiso energético del sector industrial europeo

33

34

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

SISTEMAS DE CONTROL DE BOMBAS

2

Q2 n 2 = Q1 n 1

H 2 n2 = H 1 n1

Caudal > RPM

Altura > RPM

P2 n2 = P1 n1

3

Potencia > RPM

H

RPM

[%]

100%

Característica fija del sistema

100

50% 25

P [%]

50

100

Q [%]

50

100

Q [%]

100 12.5

35

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

LEY DE AFINIDAD

EUROPUMPS

Caudal en %

100

75

Caudal [%]

Horas [%]

100

5

75

10

50

35

25

50

50

25

0 0 5

15

50

100

Horas de funcionamiento en %

= Variación de caudal = Perfil de cálculo

Las horas de funcionamiento al año dependen del sistema, un año completo tiene 8,760 horas

36

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

PERFIL DE CARGA

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

PERFIL DE CARGA ASHRAE

37

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

PERFIL DE CARGA EUROVENT

38

39

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

CONTROL CURVA CONSTANTE CONTROLADA

40

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

CONTROL DE PRESIÓN DIFERENCIAL CONSTANTE

41

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

CONTROL DE PRESIÓN PROPORCIONAL INTEGRADA EN BOMBA

42

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

PRESION PROPORCIONAL MEDIDA EN EL SISTEMA

43

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

CONTROL DE TEMPERATURA DIFERENCIAL CONSTANTE

44

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

En sistemas con caudal variable se puede realizar ahorros significativos. El ahorro total depende del modo de control. El gráfico muestra los ahorros según los diferentes modos de control.

GRADO DE EFICIENCIA DEL MOTOR: IE3

PERFIL

HORAS AÑO

% CAUDAL

7200

CAUDAL

PERDIDA DE CARGA

m3/h

mca

RENDIMIENTO MECANICO

P2

RENDIMIENTO MOTOR

KW

IE3

RENDIMIENTO TOTAL

P1

TOTAL POR Nº DE HORAS

PRECIO KWH

KW

KW

0,14 €

3%

216,00

100%

100

20

75,10%

7,26

90,10%

67,67%

8,05

1.740

243,55 €

33%

2376,00

75%

75

23,9

73,50%

6,65

90,10%

66,22%

7,38

17.524

2.453,33 €

41%

2952,00

50%

50

25,6

62,00%

5,63

90,10%

55,86%

6,24

18.431

2.580,31 €

23%

1656,00

25%

25

26,3

39,50%

4,54

90,10%

35,59%

5,03

8.336

1.167,07 €

100%

6984,00

44.291

6.200,70 €

45

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

CONTROL DE CURVA CONSTANTE

GRADO DE EFICIENCIA DEL MOTOR: IE3

PERFIL

HORAS AÑO

% CAUDAL

7200

CAUDAL

PERDIDA DE CARGA

m3/h

mca

RENDIMIENTO MECANICO

P2

RENDIMIENTO MOTOR

KW

IE3

RENDIMIENTO TOTAL

P1

TOTAL POR Nº DE HORAS

PRECIO KWH

KW

KW

0,14 €

3%

216,00

100%

100

20

75,10%

7,26

90,10%

67,67%

8,05

1.740

243,55 €

33%

2376,00

75%

75

23,9

73,50%

6,65

90,10%

66,22%

7,38

17.524

2.453,33 €

41%

2952,00

50%

50

25,6

62,00%

5,63

90,10%

55,86%

6,24

18.431

2.580,31 €

23%

1656,00

25%

25

26,3

39,50%

4,54

90,10%

35,59%

5,03

8.336

1.167,07 €

100%

6984,00

44.291

6.200,70 €

46

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

CONTROL DE CURVA CONSTANTE

GRADO DE EFICIENCIA DEL MOTOR: IE3

PERFIL

HORAS AÑO

% CAUDAL

CAUDAL

PERDIDA DE CARGA

RENDIMIENTO MECANICO

P2

3%

216,00

100%

m3/h

mca

100

KW

IE3

20

75,10%

7,26

33%

2376,00

75%

75

20

74,80%

41%

2952,00

50%

50

20

23%

1656,00

25%

25

20

100%

6984,00

7200

RENDIMIENTO TOTAL

P1

TOTAL POR Nº DE HORAS

PRECIO KWH

KW

KW

0,14 €

90,10%

67,67%

8,05

1.740

243,55 €

5,44

90,10%

67,39%

6,04

14.346

2.008,39 €

65,60%

4,15

90,10%

59,11%

4,61

13.609

1.905,24 €

42,90%

3,18

90,10%

38,65%

3,52

5.837

817,17 €

33.791

4.730,80 €

47

RENDIMIENTO MOTOR

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

CONTROL CON PRESIÓN DIFERENCIAL CONSTANTE

GRADO DE EFICIENCIA DEL MOTOR: IE3

PERFIL

HORAS AÑO

% CAUDAL

CAUDAL

PERDIDA DE CARGA

RENDIMIENTO MECANICO

P2

3%

216,00

100%

m3/h

mca

100

KW

IE3

20

75,10%

7,26

33%

2376,00

75%

75

20

74,80%

41%

2952,00

50%

50

20

23%

1656,00

25%

25

20

100%

6984,00

7200

RENDIMIENTO TOTAL

P1

TOTAL POR Nº DE HORAS

PRECIO KWH

KW

KW

0,14 €

90,10%

67,67%

8,05

1.740

243,55 €

5,44

90,10%

67,39%

6,04

14.346

2.008,39 €

65,60%

4,15

90,10%

59,11%

4,61

13.609

1.905,24 €

42,90%

3,18

90,10%

38,65%

3,52

5.837

817,17 €

33.791

4.730,80 €

48

RENDIMIENTO MOTOR

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

CONTROL CON PRESIÓN DIFERENCIAL CONSTANTE

GRADO DE EFICIENCIA DEL MOTOR: IE3

PERFIL

HORAS AÑO

% CAUDAL

7200

CAUDAL

PERDIDA DE CARGA

m3/h

mca

RENDIMIENTO MECANICO

P2

RENDIMIENTO MOTOR

KW

IE3

RENDIMIENTO TOTAL

P1

TOTAL POR Nº DE HORAS

PRECIO KWH

KW

KW

0,14 €

3%

216,00

100%

100

20

75,10%

7,26

90,10%

67,67%

8,05

1.740

243,55 €

33%

2376,00

75%

75

17,5

73,50%

4,87

90,10%

66,22%

5,40

12.831

1.796,37 €

41%

2952,00

50%

50

15

62,00%

3,30

90,10%

55,86%

3,66

10.799

1.511,90 €

23%

1656,00

25%

25

12,6

39,50%

2,17

90,10%

35,59%

2,41

3.994

559,13 €

100%

6984,00

27.624

3.867,40 €

49

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

CONTROL CON PRESION PROPORCIONAL (INTEGRADA EN BOMBA)

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

CONTROL PRESION PROPORCIONAL MEDIDA EN EL SISTEMA GRADO DE EFICIENCIA DEL MOTOR: IE3

PERFIL

HORAS AÑO

% CAUDAL

7200

CAUDAL

PERDIDA DE CARGA

m3/h

mca

RENDIMIENTO MECANICO

P2

RENDIMIENTO MOTOR

KW

IE3

RENDIMIENTO TOTAL

P1

TOTAL POR Nº DE HORAS

PRECIO KWH

KW

KW

0,14 €

3%

216,00

100%

100

20

75,10%

7,26

90,10%

67,67%

8,05

1.740

243,55 €

33%

2376,00

75%

75

13,5

75,90%

3,63

90,10%

68,39%

4,03

9.585

1.341,95 €

41%

2952,00

50%

50

8

75,20%

1,45

90,10%

67,76%

1,61

4.749

664,81 €

23%

1656,00

25%

25

6

63,30%

0,65

90,10%

57,03%

0,72

1.187

166,14 €

100%

6984,00

15.521

2.172,90 €

50

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

CONTROL TEMPERATURA DIFERENCIAL CONSTANTE

GRADO DE EFICIENCIA DEL MOTOR: IE3

PERFIL

HORAS AÑO

3% 33% 41% 23%

216,00 2376,00 2952,00 1656,00

100%

6984,00

% CAUDAL

7200

100% 75% 50% 25%

CAUDAL

PERDIDA DE CARGA

m3/h

mca

100 75 50 25

20 11,1 5 2,5

RENDIMIENTO MECANICO

P2

KW

IE3

75,10% 75,95% 75,85% 75,80%

7,26 2,99 0,90 0,22

90,10% 90,10% 90,10% 90,10%

51

RENDIMIENTO MOTOR

RENDIMIENTO TOTAL

P1

TOTAL POR Nº DE HORAS

PRECIO KWH

KW

KW

0,14 €

67,67% 68,43% 68,34% 68,30%

8,05 3,31 1,00 0,25

1.740 7.876 2.942 413

243,55 € 1.102,66 € 411,94 € 57,81 €

11.232

1.572,41 €

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

52

PUNTO DE RENDIMIENTO ÓPTIMO PUNTO DE SELEC. ÓPTIMO - CARGA DEL 3%

• •

Máximo rendimiento a plena carga y mejora del este a cargas parciales, según perfil de carga. Incremento de rendimiento a lo largo de vida útil (al envejecer tuberías)

53

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

SELECCIÓN DE UNA BOMBA

MAYOR EFICIENCIA: RECOMENDABLE TRABAJAR ENTRE FRECUENCIAS DEL 50% Y 100% RESPECTO A LA FRECUENCIA NOMINAL DE 50 Hz.

54

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

FLUCTUACIÓN DE FRECUENCIAS DISPONIBLES EN EL MOTOR

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

55

INVERSION

25 KW

75 KW

+

+

+ 25 KW +

25 KW

VENTAJAS: • Menor coste de inversión inicial • Menor coste de explotación • Menores costes de mantenimiento

75 KW

TOTAL : 150 KW

25 KW

• • • •

56

TOTAL : 100 KW

Mayor acercamiento al perfil de carga del sistema Menor riesgo de dejar de dar servicio al sistema Mayor rango de caudales ofrecidos al sistema Mayor eficiencia estacional del sistema de bombeo

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

FRACCIONAMIENTO DE POTENCIA

Ahorro de Energía • Reduce el coste del ciclo de vida y la emisión de CO2 Más confort • Reduce el ruido producido en la instalación • Presión constante • Sin golpe de ariete Hace que el proceso funcione en armonía • Se adapta automáticamente a los cambios del sistema Reduce el coste total del sistema • Las bombas con control de velocidad, reducen considerablemente el número de válvulas en la instalación, con respecto a sistemas de caudal constante Protección de la bomba, motor y electrónica Mayor durabilidad • Reduce el estrés del motor, la bomba y el sistema • Protección total del motor electrónicamente

57

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

¿POR QUÉ BOMBAS CON CONTROL DE VELOCIDAD? BENEFICIOS:

•

No bajar mas del 20% frecuencia nominal – Problemas de refrigeración de los cierres mecánicos de la bomba – Problemas de refrigeración del motor en bajas frecuencias

•

Instalar en los variadores filtros contra armónicos para evitar posibles interferencias a otros elementos del sistema – Problemas de interferencias con otros elementos de control electrónico

•

Importante controlar y sincronizar apertura y cierre de válvulas motorizadas en impulsión bombas con el arranque y parada de bombas con variador frecuencia (a partir de 4” según RITE) – Problemas de retroceso del flujo por el desequilibrado de presiones, aguas arriba con aguas debajo, de la válvula motorizada (Revisado y anulado por el nuevo RITE)

58

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

PRECAUCIONES EN LA EXPLOTACIÓN DE BOMBAS CON VARIADOR DE FRECUENCIA

59

SISTEMAS Y SOLUCIONES DE BOMBEO EFICIENTES

¡Gracias por su atención!

INTERACCIÓN DEL CONSUMO / TRANSPORTE / PRODUCCIÓN DE ENERGÍA TÉRMICA EN HVAC Josep Thomas Rosell / Responsable de Prescripción de Carrier / [email protected]

Circuito primario a caudal variable/secundario a caudal variable o Con bombas dedicadas o comunes en enfriadoras / Ideal para reformas o Control de caudal del primario: • •

por caudal casi nulo en el colector (con caudalímetro si el colector es partido o por comparación de temperaturas ¡¡Ojo!! Diseño del colector) por señal de capacidad de la enfriadora Circuito primario de agua fría

Circuito secundario

Bombas secundarias velocidad variable

Desacoplador hidráulico

Bombas primarias velocidad variable

61

P

Climatizador o fancoil

Bypass caudal mínimo

Diseño del colector-desacoplador. a. Retorno e impulsión de enfriadoras por el exterior Exceso de caudal en primario

Temp impulsión 7ºC

CHILLER No 8

CHILLER No 2

CHILLER No 1

A las cargas

De las cargas Temp retorno

62

a. Retorno e impulsión de enfriadoras por el exterior Defecto de caudal en primario

Temp impulsión > 7ºC ???

CHILLER No 8

CHILLER No 2

CHILLER No 1

A las cargas

De las cargas Temp retorno

63

b. Retorno e impulsión de las enfriadoras por el interior Exceso de caudal en primario

Temp impulsión 7ºC

A las cargas

CHILLER No 8

CHILLER No 2

CHILLER No 1

De las cargas Temp. retorno ???

64

b. Retorno e impulsión de las enfriadoras por el interior Defecto de caudal en primario

Temp impulsión > 7ºC

A las cargas

CHILLER No 8

CHILLER No 2

CHILLER No 1

De las cargas Temp retorno

65

c. Retorno de enfriadoras por el interior e impulsión por el exterior Exceso de caudal en primario Temp impulsión 7ºC

CHILLER No 8

CHILLER No 2

CHILLER No 1

A las cargas

De las cargas

Temp retorno ???

66

c. Retorno de enfriadoras por el interior e impulsión por el exterior Defecto de caudal en primario Temp impulsión > 7ºC ???

CHILLER No 8

CHILLER No 2

CHILLER No 1

A las cargas

De las cargas Temp retorno

67

d. Retorno de las enfriadoras por el exterior e impulsión por el interior Exceso de caudal en primario – DISEÑO ÓPTIMO

Temp impulsión 7ºC

A las cargas

CHILLER No 8

CHILLER No 2

CHILLER No 1

De las cargas Temp retorno

68

d. Retorno de las enfriadoras por el exterior e impulsión por el interior Defecto de caudal en primario

Temp impulsión > 7ºC

A las cargas

CHILLER No 8

CHILLER No 2

CHILLER No 1

De las cargas Temp retorno

69

GESTIÓN DE LA EFICIENCIA EN LA PRODUCCIÓN Debido a la amplia variabilidad de cargas térmicas a lo largo del día y del año, habrá funcionamiento en cargas parciales necesidad de optimización del rendimiento Necesidad de seguridad en la producción

redundancia

sistemas de varias enfriadoras en paralelo Método de Secuenciación Optimización del diseño de la central de frío

70

Temp seca aire exterior

71

Temp entrada agua al condensador

72

Indicadores de la Eficiencia

IPLV AhRI standard 550/590

vs.

Integrated Part Load Value, IPLV 1998 STANDARD for

WATER CHILLING PACKAGES USING THE VAPOR COMPRESSION CYCLE

External ambient

35°C

26,7°C

18,3°C

12,8°C

Hours

1%

42%

45%

12%

Load

100%

75%

50%

25%

ARI

AIR-CONDITIONING & REFRIGERATION INSTITUTE

Standard 550/590

4301 NORTH FAIRFAX DRIVE ARLINGTON, VIRGINIA 22203

ESEER Eurovent 2006

European Seasonal Energy Efficiency Ratio, ESEER External ambient

35°C

30°C

25°C

20°C

Hours

3%

33%

41%

23%

100%

75%

50%

25%

Load

MEDIA PONDERADA BASADA EN 4 CONDICIONES

73

AHRI 550/590, apéndice D dice: “La ecuación (IPLV) se establece para proporcionar una representación de la eficiencia media en carga parcial para una sola enfriadora. Sin embargo, cuando se calcula la eficiencia de la enfriadora y del sistema, lo mejor es utilizar un análisis integral que refleje los datos meteorológicos reales, las características de carga del edificio, horas de funcionamiento, comportamiento de los economizadores y energía consumida por los equipos auxiliares tales como bombas y torres de enfriamiento. Esto adquiere mayor importancia en sistemas de múltiples enfriadoras porque las enfriadoras individuales que operan en sistemas de múltiples enfriadoras lo hacen mucho más cargadas que enfriadoras individuales funcionando en sistemas de enfriadora simple”.

74

Optimización de la central de frío-calor Factores a tener en cuenta: Clima típico de la ciudad Perfil de cargas de la central: cómo varía la carga a lo largo del año Horario de funcionamiento Cantidad de enfriadoras y tamaño Tecnología de las enfriadoras: nº circuitos nº etapas capacidad mínima tipo de compresor (scroll, tornillo, centrífugo) algoritmo de control de condensación optimizado con EXV variador de velocidad Consumo de equipos auxiliares: bombas agua fría/bombas agua torre/ventilad.torre Freecooling de aire Freecooling de agua Compensación de la temperatura de consigna con temperatura ambiente exterior o temperatura de retorno o por carga Estrategias de secuenciación de enfriadoras: En cascada ¿Recoge el ESEER En carga equilibrada todos estos factores? Enfriadora para cargas bajas

75

76

Sistema

Tipo Sistema Refrigerante E.E.R. (Eficiencia a plena carga s/Eurovent) ESEER (Eficiencia estacional s/Eurovent)

Consumo Enfriadoras kWh para 3132 horas/año Consumo Enfriadoras €, a 0,14 €/kWh Inversión Retorno simple inversión años

Tamaño Instalación de Referencia: 1700 KW Sistema 1 Sistema 2 EER: 5,89 ESEER: 6,77 EER: 5,66 ESEER: 9,03 3 Enfriadoras agua/agua 3 Enfriadoras agua/agua con compresor de con compresor de tornillo con variador de tornillo frecuencia R-134a R-134a 5,89

5,66

6,77

9,03

Coste energético anual basado en el ESEER Sistema 1 Sistema 2 424.694 kWh 318.403 kWh 59.457 € 44.576 € 190.000 € 220.000 €

77

Ahorro 106.291 kWh 14.881 € -30.000 € 2,0 años

% Ahorro 25% 25% -16%

CH-1

100

CH-2

CH-3

90

Carga enfriadora (%)

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40 50 60 Carga del edificio (%)

70

80

90

100

¿Representa el comportamiento de las enfriadoras en mi edificio real? ¿y el consumo de bombas y torres? ¿y la secuenciación? ¿y el perfil de cargas? Con el cálculo de los consumos basados en el ESEER sólo he tenido en cuenta el número de horas de funcionamiento y un indicador de eficiencia nominal para todas las enfriadoras de cada sistema comparado.

78

Coste energético anual basado en el funcionamiento real optimizado Sistema 1 EER: 5,89 ESEER: 6,77

Sistema 2 EER: 5,66 ESEER: 9,03

Ahorro

% Ahorro

306.459 kWh

287.539 kWh

18.920 kWh

6%

Consumo Enfriadoras kWh/año) Disipación de calor (kWh/año)

67.232 kWh

68.400 kWh

-1.168 kWh

-2%

Bombas de agua fría (kWh/año)

15.753 kWh

15.907 kWh

-154 kWh

-1%

Bombas agua condensación (kWh/año)

28.780 kWh

29.779 kWh

-999 kWh

-3%

418.225 kWh

401.625 kWh

16.600 kWh

4%

58.552 €

56.228 €

2.324 €

4%

190.000 €

220.000 €

-30.000 €

-16%

Total Eléctrico (kWh/año) Consumo Total €, a 0,14 €/kWh inversión Retorno simple inversión años

12,9 años CH-1

CH-2

CH-3

100 90

Carga enfriadora (%)

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40 50 60 Carga del edificio (%)

79

70

80

90

100

CH-1

CH-2

CH-3

100 90

Condiciones de funcionamiento sistema enfriadoras

Carga enfriadora (%)

80 70

Temp. Bin (°C)

60

Bin MCWB (°C)

50 40

36,4 33,6 30,8 28,1 25,3 22,5 19,7 16,9 14,2 11,4 8,6 5,8 3,1 0,3 -2,5 -5,3

30 20 10 0 0

10

20

30

40 50 60 Carga del edificio (%)

70

80

90

100

21,4 19,9 19,3 18,4 17,2 15,6 14,3 12,5 10,5 8,4 6,6 4,4 1,9 -0,5 -2,8 -5,3

SPLV vs ESEER Valor de carga parcial del sistema: 3 x tornillos sin variador en secuencia ESEER 30XW-P0562 30XW-P0562 30XW-P0562

Carga del edificio Carga del edificio (%) (kW) 100 1.700 91 1.550 82 1.400 73 1.249 65 1.099 56 949 47 799 38 648 29 500 28 471 26 443 24 414 23 386 21 357 19 329 18 300

Valor de carga parcial del sistema: 3 x tornillos con variador en secuencia ESEER 30XW-V0580 30XW-V0580 30XW-V0580

7,61 SPLV 6,77 ESEER 6,77 ESEER 6,77 ESEER

Enfriadoras Activas 3 3 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1

Carga enfriadora (%) 98 89 81 72 95 82 69 56 86 81 77 72 67 62 57 52

8,16 SPLV 9,03 ESEER 9,03 ESEER 9,03 ESEER

Resumen de ECWT y fact. de ponderación Factores de ponderación personalizados 25% 50% 75% 100% 0,000 0,100 0,704 0,196 0,000 0,100 0,704 0,196 0,000 0,100 0,704 0,196

Enfriadora CH-1 - 30XW-P0562 CH-2 - 30XW-P0562 CH-3 - 30XW-P0562

80

Temp. entrada condensador personalizadas (°C) 25% 50% 75% 100% n/d 19,8 22,5 27,2 n/d 19,8 22,5 27,2 n/d 19,8 22,5 27,2

System Efficiency vs. Outdoor Air Temperature Cooling Load

ALT1 - 3 x 30XW-P0562 en secuencia

250000

7,0

200000

6,5

150000

6,0

100000

5,5

50000

System Efficiency (EER)

5,0 0 0

5

10 15 20 Outdoor Air Temperature (°C)

25

30

35

Consumo Enfriadoras kWh/año) Disipación de calor (kWh/año) Bombas de agua fría (kWh/año) Bombas agua condensación (kWh/año) Total Eléctrico (kWh/año) Consumo Total €, a 0,14 €/kWh inversión Retorno simple inversión años CH-1

Coste energético anual basado en el funcionamiento real optimizado Sistema 1 Sistema 2 EER: 5,89 ESEER: 6,77 EER: 5,66 ESEER: 9,03 Ahorro % Ahorro 305.615 kWh 252.720 kWh 52.895 kWh 17% 67.214 kWh 74.192 kWh -6.978 kWh -10% 11.351 kWh 11.385 kWh -34 kWh 0% 28.780 kWh 54.132 kWh -25.352 kWh -88% 412.961 kWh 392.429 kWh 20.532 kWh 5% 57.815 € 54.940 € 2.874 € 5% 190.000 € 220.000 € -30.000 € -16% 10,4 años

CH-2

CH-3

CH-1

100

100

CH-2

CH-3

90

90

80

80 Carga enfriadora (%)

-5

Carga enfriadora (%)

Cooling Load (kWh)

ALT2 - 3 x 30XW-V0580 en equilibrado

70 60 50 40 30

70 60 50 40 30 20

20

10

10

0

0 0

10

20

30

40 50 60 Carga del edificio (%)

70

80

90

0

100

81

10

20

30

40 50 60 Carga del edificio (%)

70

80

90

100

Producción de agua fría y caliente con máquinas frigoríficas o Enfriadoras con Recuperación de calor vs Máquinas de calor: Control de capacidad por el lado de frío o por el lado de calor Alta condensación > 50ºC salida agua: compresores y componentes eléctricos Aislamiento térmico condensador y compresor o Recuperación parcial (desrecalentador) / Recuperación total o

Temperatura máxima de salida de agua caliente

o

Consideraciones de diseño: • separar los circuitos por temperatura para optimizar eficiencia • optimizar el tamaño de la máquina de calor • carga mínima de funcionamiento de la máquina de calor • control de temperatura de agua fría con bomba de caudal variable Protección por baja evaporación: descarga cuando la demanda de calor supera a la de frío

o

82

Recuperación de calor ¿Estropeamos la eficiencia de la producción de frío?

83

Recuperación de calor - Configuración optimizada

84

OPTIMIZACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE CALOR o

Máquina de calor controlando su capacidad por el lado de calor: 1ª etapa de frío y de calor.

o

Colocada antes de las calderas para evitar su pérdida de carga y conservar el control existente.

o

Bomba de agua fría de caudal variable en la máquina de calor para controlar la temperatra de impulsión de agua fría (comporbar caudal mínimo admisible).

o

Si la carga de frío es muy baja, la máquina de calor descarga capacidad para evitar parada por antihielo.

85

Recuperación de calor con enfriadoras aire-agua

86

86

Instalación de un equipo agua-agua “máquina de calor” para producción de ACS 3 Ud Enfriadoras 30GX082, con compresor de tornillo y refrigerante R134A Cap. Nom.: 282 kW EER: 2,95 Temp. Imp.: 6ºC

Disipación de calor a Torre de refrigeración existente

Caldera de condensación Comb: Gas natural Cap. Nom.: 500 kW Rend. Nom.: 90% Temp. Imp.: 70 ºC

Demanda de frío para dar servicio a todo el hotel: habitaciones y zonas nobles.

Demanda de agua caliente para generación de ACS para habitaciones y para cocina.

87

Configuración de enfriadoras en serie y a contraflujo Configuración convencional en paralelo:

6,7ºC

35ºC 35ºC

6,7ºC

88

28,3ºC 28,3ºC

Configuración de enfriadoras en serie y a contraflujo

23,9ºC 11,1ºC 6,7ºC

35ºC 32,2ºC

Consumo 5-10% menor que la configuración en paralelo 89

25,6ºC

Configuración de enfriadoras en serie y a contraflujo Bombas del condensador de caudal constante

Torre de refirgeración

Ideal para aplicaciones de caudal de agua variable en primario o caudal constante con alto salto de temperatura (bajo caudal) Circuito primario de agua fría a caudal variable

Enfriadoras en serie

Bomba de agua caliente

Enfriadoramáquina de calor

90

¡Muchas gracias por su atención!

91