ingeniería
HERRAMIENTAS DE INGENIERIA DE LOS SERVICIOS ENERGÉTICOS EN EDIFICIOS SOBRE UN CASO PRACTICO
SIMPOSIO DE EFICIENCIA ENERGETICAMADRID 2012
ingeniería
I. METODOLOGIA1. Planteamiento General en Edificios.2. Evaluación Energética.3. Herramientas de Evaluación
II. TOMA DE DATOSIII. EVALUACION ENERGETICA
1. Análisis Climatológico2. Evaluación de las mediciones.3. Modelo de simulación.
IV. EVALUACION DE MEJORAS• Resumen de las Medidas
V. VALORACION DE LAS MEDIDAS• Mapa Económico de Medidas
VI. ESTUDIO ECONOMICO‐FINANCIERO DE LAS MAEsVII. CONCLUSIONES
ÍNDICE
ingenieríaI. METODOLOGÍA
1. Planteamiento General en EdificiosPartiendo de los datos de la envolvente, los sistemas y las características
ocupacionales y funcionales, se desarrolla un modelo energético del edificio Mediante la simulación del comportamiento a lo largo de las 8760 horas de un año tipo con la climatología se calculan tanto la demanda (Calefacción, Refrigeración (para climatización), Iluminación y Equipos eléctricos) como los consumos energéticos (Electricidad). Los datos del modelo se calibran de modo que con estos se puedan explicar los consumos reflejados en las mediciones.
Con los consumos discriminados se calculan los costos energéticos debidos a:• Climatización• Calefacción• Ventilación• Iluminación
ingenieríaI. METODOLOGÍA
1. Planteamiento GeneralSobre el modelo calibrado se proponen distintas medidas de ahorro y eficiencia
energética (MAE):• Medidas de la envolvente.• Ventilación natural, free cooling.• Recuperación de calor.• Estrategias de funcionamiento de los equipos y luminarias• Sistemas de movimiento de fluidos, agua y aire. Caudal constante o
variable.• Sustitución de equipos dentro del ámbito de la EE.• Cogeneración.• Fuentes de EERR.• Otras.
ingenieríaI. METODOLOGÍA
2. Evaluación EnergéticaDe acuerdo a la definición de ASHRAE aplica el modelo clásico de estimación
directa “Forward clasic approach” que utiliza una metodología de definición del modelo considerando el diagrama de flujo de la siguiente pagina
En particular existirán dos situaciones que podrán o no convivir en un mismo modelo:
• Dimensionar los equipos de HVAC.• Calcular el consumo de energía.
En general se simplificarán, en la manera del lo posible, los modelos agrupando edificios, espacios y sistemas si estos elementos se comportan de forma y funcionalidad similar. Cuando se empieza a plantear el estudio es fundamental realizar este análisis y documentarlo ya que en la fase de introducción de datos es frecuente tender a complicar nuevamente el modelo.
ingenieríaI. METODOLOGÍA
Definición del edificio
LocalizaciónDatos de diseñoDatos de los materialesZonas térmicasCargas internasPerfiles de usoInfiltraciones
Climatología
Temperatura de b. secoTemperatura de b. húmedoNubosidad Velocidad del vientoPresión atmosférica
ESTIMACIÓN DE CARGAS
TÉRMICAS
Definición de los sistemas
Tipo de sistemasPotencias, caudales, eficiencia , temperaturas de trabajoHorarios de funcionamiento
ANÁLISIS DE LOS SISTEMAS
ANÁLISIS DE LAS CENTRALES DE PRODUCCIÓN
TÉRMICA
ESTIMACIONES ENERGÉTICAS Y
ECONÓMICAS
Cargas de calefacción , aire acondicionado y
ventilación
Cagas horarias en los equipos
Demanda horaria de calefacción aire acondicionado y
ventilación
Demanda horaria total y consumo
de energía
Costos de explotación
Definición de las centrales térmicas
Tipo de equipos de producciónPotencias, caudales, eficiencia , temperaturas de trabajoHorarios de funcionamiento Suministros energéticos
Parámetros económicos
Factores de dinamización económicaTiempo de vida del proyectoInversionesCostos de operación y mantenimiento
ingenieríaI. METODOLOGÍA
3. Herramientas de EvaluaciónClimatologíaPrograma Meteonorm. Los datos obtenidos se procesan mediante TRNSYS
para calcular los distintos parámetros del aire (principalmente la humedad absoluta y la entalpía) así como para evaluar procesos psicométricos
Envolvente: Energy Plus del DOEAnálisis de Sistemas: Energy Plus. Sin embargo, cuando estos sistemas no
puedan ser evaluados directamente en la herramienta del modelo energético, se realizarán cálculos aislados utilizando los siguientes programas:
∙ HAP. Hourly análisis Program de Carrier∙ TRNSYS. Se pueden definir todos los sistemas.∙ Herramientas desarrolladas o a desarrollarse. Consistentes en la
automatización de cálculos en Excel.
ingenieríaI. METODOLOGÍA
3. Herramientas de EvaluaciónModelo energéticoEnergy Plus. El método empleado para los cálculos es el de “Funciones de
Transferencia”. Este método fue desarrollado por ASHRAE y considera los siguientes efectos:
• Envolvente• Demanda Energética• Inercia Térmica • Evaluación del SistemaTemperaturas de los locales, de los fluidos, del aire de impulsión.Condiciones exteriores.Funcionamiento de compresores, condensadores, ventiladores, variadores de frecuencia, horarios de funcionamiento)
• Horarios de funcionamiento.• El método de cálculo es dinámico ya que considera el comportamiento a lo largo
de las 8760 horas del año climatológico y la interacción de todos los sistemas
ingenieríaII. TOMA DE DATOS
Situación y descripción del complejo, Datos aportados por el cliente: Planos, Horarios, Equipos, características.
Datos de Campo: Consumos energéticos, descripción de los sistemas actuales, comprobación de los datos aportados por el cliente.
ingenieríaIII. EVALUACION ENERGETICA
1‐ Análisis Climatológico: Situación , Psicometrías, Soleamiento, Vientos, Potencial de medidas pasivas, Sombras entre edificios
2‐ Evaluación de las mediciones: Descripción de las medidasEl perfil diario, por ejemplo el del jueves, denota los horarios de
funcionamiento y ocupación del edificio:
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0:01:2
20:3
1:22
1:01:2
21:3
1:22
2:01:2
22:3
1:22
3:01:2
23:3
1:22
4:01:2
24:3
1:22
5:01:2
25:3
1:22
6:01:2
26:3
1:22
7:01:2
27:3
1:22
8:01:2
28:3
1:22
9:01:2
29:3
1:22
10:01
:2210
:31:22
11:01
:2211
:31:22
12:01
:2212
:31:22
13:01
:2213
:31:22
14:01
:2214
:31:22
15:01
:2215
:31:22
16:01
:2216
:31:22
17:01
:2217
:31:22
18:01
:2218
:31:22
19:01
:2219
:31:22
20:01
:2220
:31:22
21:01
:2221
:31:22
22:01
:2222
:31:22
23:01
:2223
:31:22
TKW
TKW
A las 6:30 arrancan los servicios comunes y la iluminación. La iluminación de oficinas, Los servicios comunes, Los equipos ofimáticos. El consumo base 45kW iluminación de seguridad
ingenieríaIII. EVALUACION ENERGETICA
Día TipoDe las mediciones tomadas en las dos acometidas, se calcula la potencia media para cada hora y se construye un día tipo del que se obtiene la siguiente curva horaria de todo el edificio
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
1:00
:00
2:00
:00
3:00
:00
4:00
:00
5:00
:00
6:00
:00
7:00
:00
8:00
:00
9:00
:00
10:00:00
11:00:00
12:00:00
13:00:00
14:00:00
15:00:00
16:00:00
17:00:00
18:00:00
19:00:00
20:00:00
21:00:00
22:00:00
23:00:00
Curva horaria kW día tipo MED1+MED2
MED 1 + MED 2
ingenieríaIII. EVALUACION ENERGETICA
3‐Modelo de Simulación
Definición del modeloCalibración del modelo con las medicionesPara la calibración se construye una tabla de 8760 datos con los distintos consumos y demandas del edificio. De esta tabla se obtiene el consumo parcial de electricidad debido a la iluminación, la climatización y los equipos de ofimática a los que se les añaden los consumos base de la iluminación de seguridad, en este caso. La calibración se realiza modificando los horarios, datos de iluminación, equipos considerando un día típico de mediados de octubre, en este caso. Debido a que los datos medidos solo representan una semana de septiembre la varianza entre la simulación y los consumos puede ser del orden del 20%.
ingenieríaIII. EVALUACION ENERGETICA
Comparando la simulación y la medición tenemos para el día tipo de septiembre:
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
1:00
:00
2:00
:00
3:00
:00
4:00
:00
5:00
:00
6:00
:00
7:00
:00
8:00
:00
9:00
:00
10:00:00
11:00:00
12:00:00
13:00:00
14:00:00
15:00:00
16:00:00
17:00:00
18:00:00
19:00:00
20:00:00
21:00:00
22:00:00
23:00:00
Curva horaria kW
MED 1 + MED 2
SIMULACIÓN
ingenieríaIII. EVALUACION ENERGETICA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
10:45:22
11:45:22
12:45:22
13:45:22
14:45:22
15:45:22
16:45:22
17:45:22
18:45:22
19:45:22
20:45:22
21:45:22
22:45:22
23:45:22
0:45:22
1:45:22
2:45:22
3:45:22
4:45:22
5:45:22
6:45:22
7:45:22
8:45:22
9:45:22
10:45:22
11:45:22
12:45:22
13:45:22
14:45:22
15:45:22
16:45:22
17:45:22
18:45:22
19:45:22
20:45:22
21:45:22
22:45:22
23:45:22
0:45:22
1:45:22
2:45:22
3:45:22
4:45:22
5:45:22
6:45:22
7:45:22
8:45:22
9:45:22
10:45:22
11:45:22
12:45:22
13:45:22
14:45:22
15:45:22
16:45:22
17:45:22
18:45:22
19:45:22
20:45:22
21:45:22
22:45:22
23:45:22
0:45:22
1:45:22
2:45:22
3:45:22
4:45:22
5:45:22
6:45:22
7:45:22
8:45:22
9:45:22
10:45:22
11:45:22
12:45:22
13:45:22
14:45:22
15:45:22
16:45:22
17:45:22
18:45:22
19:45:22
20:45:22
21:45:22
22:45:22
23:45:22
0:45:22
1:45:22
2:45:22
3:45:22
4:45:22
5:45:22
6:45:22
7:45:22
8:45:22
9:45:22
10:45:22
11:45:22
12:45:22
13:45:22
14:45:22
15:45:22
16:45:22
17:45:22
18:45:22
19:45:22
20:45:22
21:45:22
22:45:22
23:45:22
0:45:22
1:45:22
2:45:22
3:45:22
4:45:22
5:45:22
6:45:22
7:45:22
8:45:22
9:45:22
10:45:22
11:45:22
12:45:22
13:45:22
14:45:22
15:45:22
16:45:22
17:45:22
18:45:22
19:45:22
20:45:22
21:45:22
22:45:22
23:45:22
0:45:22
1:45:22
2:45:22
3:45:22
4:45:22
5:45:22
6:45:22
7:45:22
8:45:22
9:45:22
10:45:22
11:45:22
12:45:22
13:45:22
14:45:22
15:45:22
16:45:22
17:45:22
18:45:22
19:45:22
20:45:22
21:45:22
22:45:22
23:45:22
0:45:22
1:45:22
2:45:22
3:45:22
4:45:22
5:45:22
6:45:22
7:45:22
8:45:22
9:45:22
10:45:22
11:45:22
12:45:22
13:45:22
14:45:22
15:45:22
16:45:22
17:45:22
18:45:22
19:45:22
20:45:22
21:45:22
22:45:22
23:45:22
0:45:22
1:45:22
2:45:22
3:45:22
4:45:22
5:45:22
6:45:22
7:45:22
8:45:22
9:45:22
10:45:22
11:45:22
TKW
TKW
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1 2 3 4 5 6 7 8 910
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
ingenieríaIII. EVALUACION ENERGETICA
Consumo estimadoCon el modelo calibrado, simulamos y calibramos los consumos mensuales y anuales
0
200.000
400.000
600.000
800.000
1.000.000
1.200.000
1.400.000
Lighting HVAC Equipment Base security ligthing
Total electric power
Consumo kWh/año
ingenieríaIII. EVALUACION ENERGETICA
Humidifier Input0%
Ventilation Fan3%
Exhaust Fan2%
Terminal Fan7%
Vent. Reclaim Device0%
Lighting33%
Electric Equipment10%
Chiller Input9%
Primary Chilled Water Pump2%
Hot WaterPump1%
Heat pump Input1%
Base security ligthing32%
Reparto de consumos
ingenieríaIV. EVALUACION DE MEJORAS
Medidas PropuestasMedidas sobre el sistema de iluminación.Free Cooling con la ventilación.Horarios de Iluminación y Ventilación.
Resumen y mapa de las medidas.
ingenieríaV. VALORACION DE LAS MEDIDAS
Descripción general de la valoración.
Medida 1: iluminación (M1)Medida 2: Free Cooling
ingenieríaVI. ESTUDIO ECONOMICO‐FINANCIERO DE LAS MAEs
•Análisis de los parámetros económico‐financieros de cada una de las MAEs.•Determinación de la varianza o desviación típica.
ingenieríaVII. CONCLUSIONES
•Metodología•Toma de Datos•Herramientas y construcción de modelo energético•Calibración•Propuesta y evaluación de las MAEs•Mapa de MAEs•σ de cada MAE•Estudio económico‐financiero de las MAEs.
ingeniería
CONTACTO
C/ General Diaz Porlier, 34 – 1º28001 MADRIDTél. : +34 917 812 100Fax : +34 917 812 101E-mail: [email protected]
www.3i-ingenieria.com