Análisis energético-medioambiental-económico de diferentes tecnología para cubrir la demanda de ACS de un complejo residencial.

Abstract

Este proyecto desarrolla la sustitución de la instalación de agua caliente sanitaria (ACS) en una comunidad de vecinos con 250 viviendas repartidas en 5 bloques, 50 viviendas por bloque, en Sevilla capital. La actual instalación consta de dos calderas de condensación con gas natural que calienta agua al paso y recircula por los 5 edificios hasta que se activa la demanda de ACS y transfiere el calor al agua de red mediante un intercambiador de placas existente en cada vivienda. La sustitución de la instalación consiste en una opción renovable como es la aerotermia, para cumplir el actual porcentaje renovable exigido por la normativa local de la ciudad de Sevilla. Se analizarán tres alternativas cuya tecnología base para generar calor es la aerotermia y se complementa con fotovoltaica para ampliar el porcentaje de renovabilidad de la instalación completa, y se variará la centralización de la instalación. En la alternativa 1 se centralizan los cinco bloques, en la alternativa 2 se centralizará bloque por bloque, y en la alternativa 3 se tratará de una instalación individual para cada vivienda. En todas las altenativas se analizará mediante simulaciones la evolución de las temperaturas en los depósitos de acumulación, ya que el almacenamiento térmico resulta imprescindible en instalaciones de aerotermia por la baja producción de agua caliente de las bombas de calor y los altos consumos de ACS en horas punta del día. Esto permite optimizar la potencia de los equipos a instalar en cada alternativa. Una vez se deciden los equipos optimos para el correcto funcionamiento de la instalación, se puede conocer la demanda térmica cubierta y el consumo eléctrico de los equipos, y con esto el rendimiento medio estacional (SCOP) de la instalación. El SCOP ofrece el porcentaje renovable de la instalación, el cual la mayoria de veces no llega al 70% por lo que hay que complementar con la implantación de módulos fotovoltaicos. Se simula la implantación con PVsyst para conocer las producciones de la instalación fotovoltaica y se demuestra que cumple con el 85% de renovabilidad exigida en la normativa local de Sevilla. Una vez conocido el consumo y producción eléctrica, se puede conocer la cantidad de energía consumida de la fotovoltaica y de la red eléctrica de distribución, y con los precios de cada kWh, se conocen los costes y ahorros generados en la explotación de las instalaciones de cada alternativa. Además, usando el programa CHEQ4 ofrecido por IDAE se diseña un sistema de referencia que cumpla la normativa actual, y usando los coeficientes de paso para pasar de energía consumida a energía primaria consumida y emisiones de CO2 emitidas. De esta forma se obtinen unos valores de referencia de energia primaria y de emisiones de CO2 que no deben superar las alternativas propuestas. Finalmente, se consigue una optimización de las instalaciones de agua caliente sanitaria y un análisis energético-económico y medioambiental de cada una de las alternativas.

This project develops the replacement of the sanitary hot water installation in a community of neighbors with 250 homes spread over 5 blocks, 50 homes per block, in the capital of Seville. The current installation consists of two natural gas condensing boilers that heat water as it passes through and recirculates through the 5 buildings until the sanitary hot water demand is activated and transfers the heat to the mains water through an existing plate exchanger in each home. The replacement of the installation consists of a renewable option such as aerothermal energy, to comply with the current renewable percentage required by the local regulations of the Sevillecity. Three alternatives will be analyzed whose base technology to generate heat is aerothermal energy and is complemented with photovoltaics to increase the percentage of renewability of the complete installation, and the centralization of the installation will be varied. In alternative 1 the five blocks are centralized, in alternative 2 it will be centralized block by block, and in alternative 3 it will be an individual installation for each dwelling. In all the alternatives, the evolution of the temperatures in the storage tanks will be analyzed through simulations, since thermal storage is essential in aerothermal installations due to the low production of hot water from the heat pumps and the high consumption of DHW in hours. tip of the day This makes it possible to optimize the power of the equipment to be installed in each alternative. Once the optimal equipment for the correct operation of the installation is decided, the thermal demand covered and the electrical consumption of the equipment can be known, and with this the Seasonal Coefficient Of Performance (SCOP) of the installation. The SCOP offers the renewable percentage of the installation, which most times does not reach 70%, so it must be complemented with the implementation of photovoltaic modules. The implementation with PVsyst is simulated to know the productions of the photovoltaic installation and it is shown that it complies with the 85% renewability required by the local regulations of Seville. Once the electricity consumption and production is known, the amount of energy consumed from photovoltaics and the electrical distribution network can be known, and with the prices of each kWh, the costs and savings generated in the operation of the installations in each alternative are known. In addition, using the CHEQ4 program offered by IDAE, a reference system is designed that complies with current regulations, and using the step coefficients to go from energy consumed to primary energy consumed and CO2 emissions emitted. In this way, reference values for primary energy and CO2 emissions are obtained that must not exceed the proposed alternatives. Finally, an optimization of the sanitary hot water installations and an energy-economic and environmental analysis of each of the alternatives are achieved.