Análisis termoeconómico en la instalación experimental del LCCE

Abstract

La demanda energética aumenta sin cesar repercutiendo tanto en los recursos como en la emisión de gases contaminantes. Esta preocupación por el ahorro energético ha derivado en desarrollos de diferentes técnicas para el mantenimiento de las instalaciones térmicas en los edificios, con el objetivo de garantizar el buen funcionamiento de los equipos y sistemas. Mediante la termoeconomía se combina el análisis termodinámico con el económico, calculando así el coste de los recursos utilizados, la inversión en los equipos y los costes de operación y mantenimiento. Para localizar las pérdidas en la utilidad de la energía se realiza un diagnóstico termoeconómico, que descubre el funcionamiento anormal de los equipos y los cuantifica. Aunque cada vez son más frecuentes los análisis termoeconómicos, todavía no son métodos del todo recurrentes, menos aún la termoeconomía con fines de diagnóstico y mantenimiento preventivo en el ámbito de las instalaciones de viviendas. Este trabajo diseña y ensaya experimentalmente una instalación de un edificio situado en Burgos en el Laboratorio de Control de Calidad en la Edificación del Gobierno Vasco. La instalación consta de una bomba de calor aerotérmica con una caldera de gas auxiliar para abastecer la demanda de calefacción a lo largo de dos semanas de invierno. El control se ha diseñado siguiendo las pautas definidas en el laboratorio. Tras la recolecta de datos y los correspondientes análisis energéticos y exergéticos, los resultados se han analizado por medio de la termoeconomía, para poder tener un estudio más profundo centrado en las irreversibilidades. Así, mediante el análisis termoeconómico se han calculado los costes asociados a cada punto del sistema y de los equipos de la instalación. Los resultados muestran que la instalación podría prescindir de la caldera y trabajar exclusivamente con la bomba de calor sin apenas sacrificar el confort térmico interior, ahorrando un 3% en 12 días. Asimismo, se calcula que el coste de calefacción debido exclusivamente al consumo de combustible es de 195,27 €/ (12 días) y el coste considerando la adquisición, operación y mantenimiento de los equipos es de 244,02 €/ (12 días).

Energy demand is constantly increasing, affecting both resources and the emission of pollutant gases. This concern for energy saving has led to the development of different techniques for the maintenance of thermal installations in buildings, with the aim of guaranteeing the proper functioning of equipment and systems. Thermoeconomics combines thermodynamic analysis with economic analysis, thus calculating the cost of the resources used, the investment in the equipment and the operating and maintenance costs. In order to locate the losses in energy use, a thermo-economic diagnosis is carried out, which discovers the abnormal operation of the equipment and quantifies them. Although thermo-economic analyses are becoming more and more frequent, they are not yet fully recurrent methods, let alone thermo-economics for diagnostic and preventive maintenance purposes in the field of residential installations. This work designs and experimentally tests an installation in a building located in Burgos at the Building Quality Control Laboratory of the Basque Government. The installation consists of an aerothermal heat pump with an auxiliary gas boiler to supply the heating demand for two weeks in winter. The control has been designed following the guidelines defined in the laboratory. After data collection and the corresponding energy and exergy analyses, the results have been analysed by means of thermoeconomics, in order to have a more in-depth study focused on irreversibilities. Thus, by means of the thermo-economic analysis, the costs associated with each point of the system and the equipment of the installation have been calculated. The results show that the installation could dispense with the boiler and work exclusively with the heat pump with hardly any sacrifice in indoor thermal comfort, saving 3% in 12 days. It is also calculated that the heating cost due to fuel consumption alone is 195.27 €/ (12 days) and the cost considering the purchase, operation and maintenance of the equipment is 244.02 €/ (12 days).

Energia-eskaria etengabe handitzen da, eta eragina du bai baliabideetan, bai gas kutsatzaileen isurketa. Energia aurrezteko kezka horren ondorioz, eraikinetako instalazio termikoak mantentzeko hainbat teknika garatu dira, ekipoen eta sistemen funtzionamendu egokia bermatzeko. Termoekonomiaren bidez, analisi termodinamikoa eta ekonomikoa konbinatzen dira, eta, horrela, erabilitako baliabideen kostua, ekipoetan egindako inbertsioa eta eragiketa- eta mantentze- kostuak kalkulatzen dira. Energiaren erabilgarritasunaren galerak aurkitzeko diagnostiko termoekonomiko bat egiten da, ekipoen funtzionamendu anormala aurkitu eta kuantifikatzen dituena. Analisi termoekonomikoak gero eta ohikoagoak diren arren, oraindik ez dira erabat errepikatutako metodoak, are gutxiago etxebizitza-instalazioen eremuan diagnostiko eta mantentze prebentiboa egiteko termoekonomia. Lan honek esperimentalki diseinatzen eta entseatzen du eraikin baten instalazio bat Burgosen, Eusko Jaurlaritzaren Eraikuntzaren Kalitatea Kontrolatzeko Laborategian. Instalazioak bero-ponpa aerotermiko bat du, gas-galdara osagarri batekin neguko bi astetan berokuntza-eskaria hornitzeko. Kontrola laborategian zehaztutako jarraibideen arabera diseinatu da. Datuak bildu eta dagozkien analisi energetiko eta exergetikoak egin ondoren, emaitzak termoekonomiaren bidez aztertu dira, atzeraezintasunetan oinarritutako azterketa sakonagoa izan ahal izateko. Hala, analisi termoekonomikoaren bidez, instalazioaren sistemako eta tresneriako puntu bakoitzari lotutako kostuak kalkulatu dira. Emaitzek erakusten dutenez, instalazioak galdara bazter dezake eta bero-ponparekin bakarrik lan egin dezake, barruko erosotasun termikoa ia sakrifikatu gabe, 12 egunetan %3 aurreztuz. Era berean, kalkulatzen da berokuntzaren kostua, erregaiaren kontsumoagatik soilik, 195,27€/ (12egun) dela, eta ekipamenduen erosketa, eragiketa eta mantentzea kontuan hartuta kostua 244,02€/ (12egun) dela.