Banner de consentimiento

10 de mayo de 2021

Rendimiento de los equipos de climatización y ACS

Si en un artículo anterior analizábamos la relación que existe entre la energía primaria necesaria para producir la energía final, de cada uno de los vectores energéticos, y las emisiones de CO2 derivadas de su uso, en este caso queremos estudiar el rendimiento que conseguimos al aplicar cada uno de estos vectores en las distintas tecnologías que subyacen en los equipos de climatización y ACS.

Y es que aunque no sea una relación directa, cada vector está limitado a unas pocas tecnologías, como por ejemplo puede ser los combustibles fósiles con las calderas de combustión o la electricidad con el efecto Joule o el ciclo de Carnot.

Imagen de Peter H en Pixabay

Existe un número limitado de tecnologías para producir calor, tanto para calefacción como Agua Caliente Sanitaria (ACS), así como producir frío para refrigeración, por lo menos de uso común en edificios residenciales, y excluyendo las energías renovables.

Vamos entonces a hacer un análisis del rendimiento de estas tecnologías y ponerlo en relación con los datos obtenidos en el caso de estudio anterior que relacionaba la energía primaria necesaria para producir la energía final, de cada uno de los vectores energéticos, y las emisiones de CO2 derivadas de su uso, para ver si dicha relación se mantiene o los valores de rendimiento de las distintas tecnologías son lo suficientemente notables como para influir en esta relación.

Los principales equipos para producir calor son las calderas, que podemos dividir en tres bloques: convencionales, de baja temperatura y de condensación. A su vez, dependiendo del tipo de vector empleado pueden tener un mayor o menor rendimiento.

Por otro lado, los equipos eléctricos funcionan mediante resistencias (efecto Joule) o como bombas de calor (ciclo de Carnot). Estas últimas pueden generar tanto calor como frío.

Presentaremos a continuación una serie de valores de referencia para tener una horquilla del orden de magnitud en relación a los rendimientos comunes con respecto a cada sistema y combustible empleado:

Cuadro comparativo de suministro energético y rendimiento. Fuente: ACA

Para concretar estas horquillas y de cara a ordenar esta información, la hemos cruzado con otros estudios (ver fuentes al pie del artículo) y hemos tomado los valores más comunes, que serán con los que trabajaremos, y son:

Combustibles líquidos y gaseosos (Gas natural, GLP, Gasoil o Biomasa)
  • Caldera estándar 90%
  • Baja temperatura 95%
  • Caldera de condensación 105%

Electricidad

  • Termo eléctrico 100%
  • Radiador eléctrico 100%
  • Aerotermia 350%
  • Geotermia 520%

Evidentemente estos rendimientos pueden ser mayores o menores dependiendo de cada casa comercial y modelo, pero nos pueden servir para tener una referencia genérica.

También hay que aclarar que todos estos rendimientos están referidos únicamente al equipo generados de calor o frío, por lo que el rendimiento del sistema total va a estar condicionado por los subsistemas de distribución e intercambio, aunque los valores obtenidos son suficientemente representativos para el nivel de estudio que estamos realizando.

Una vez que hemos seleccionados unos rendimientos de referencia tenemos que cruzarlos con los factores de conversión de energía final a energía primaria para poner en relación el rendimiento de los equipos con la eficiencia de los vectores energéticos:

COMBUSTIBLE
FACTOR DE CONVERSIÓN
Electricidad peninsular        
2,368 kWh
Electricidad extrapeninsular
3,011 kWh
Gas natural
1,195 kWh
Gasóleo
1,182 kWh
GLP
1,204 kWh
Carbón
1,084 kWh
Biomasa
1,037 kWh 
Pellets
1,113 kWh

Si partimos con una demanda de comparación de 1000 kWh y ponemos en relación los rendimientos arriba indicados con la energía final suministrada y la energía primaria necesaria de los vectores energéticos ya estudiados, obtenemos la energía primaria que precisamos para cubrir dicha demanda, por cada tipo de equipo y vector estudiado:

  • Caldera estándar Gas natural: 1000 / 0,90 · 1,195 = 1327,8 kWh
  • Caldera estándar Gasóleo: 1000 / 0,90 · 1,182 = 1313,3 kWh
  • Caldera estándar GLP: 1000 / 0,90 · 1,204 = 1337,8 kWh
  • Caldera estándar Biomasa: 1000 / 0,90 · 1,037  = 1152,2 kWh
  • Caldera estándar Pellets: 1000 / 0,90 · 1,113  = 1236,7 kWh
  • Caldera Baja temp Gas natural: 1000 / 0,95 · 1,195 = 1257,9 kWh
  • Caldera Baja temp Gasóleo: 1000 / 0,95 · 1,182 = 1244,2 kWh
  • Caldera Baja temp GLP: 1000 / 0,95 · 1,204 = 1267,4 kWh
  • Caldera de condensación Gas natural: 1000 / 1,05 · 1,195 = 1138,1 kWh
  • Caldera de condensación Gasóleo: 1000 / 1,05 · 1,182 = 1125,7 kWh
  • Caldera de condensación GLP: 1000 / 1,05 · 1,204 = 1146,7 kWh
  • Termo eléctrico península: 1000 / 1,00 · 2,368 = 2368,0 kWh
  • Termo eléctrico fuera península: 1000 / 1,00 · 3,011 = 3011,0 kWh
  • Aerotermia península: 1000 / 3,50 · 2,368 = 676,6 kWh 
  • Aerotermia fuera península: 1000 / 3,50 · 3,011 = 860,3 kWh
  • Geotermia península: 1000 / 5,20 · 2,368 = 455,4 kWh
  • Geotermia fuera península: 1000 / 5,20 · 3,011 = 579,0 kWh

Tras estos cruces, podemos obtener unas primeras conclusiones:

  1. Mejor las calderas de condensación que las de baja temperatura y se deben evitar las calderas tradicionales.
  2. Aunque el rendimiento de la misma caldera con diferentes vectores energéticos varía ligeramente, la biomasa (tanto densificada como no densificada) es la que menos energía primaria requiere.
  3. Las diferencias entre los distintos combustibles líquidos y gaseosos (salvo la biomasa) son pocos significativos y su preferencia van a estar muy condicionada pro el rendimiento real del equipo a instalar.
  4. Los sistemas que funcionan con resistencias eléctricas (Termo eléctrico y Radiador eléctrico) son los más demandantes de energía primaria, dada su baja eficiencia y el alto coeficiente de paso de la electricidad.
  5. La aerotermia y, sobre todo, la geotermia son los sistemas que menos energía primaria demandan, a pesar del alto coeficiente de paso de la electricidad.

Y ahora que sabemos la demanda de energía primaria de cada vector energético en relación al equipo donde se emplee, también podemos obtener otro dato muy importante: las emisiones asociadas de CO2, multiplicando los valores anteriores por su correspondiente coeficiente de paso.

  • Caldera estándar Gas natural:                             334,6 kg·CO2
  • Caldera estándar Gasóleo:                                  408,4 kg·CO2
  • Caldera estándar GLP:                                        339,8 kg·CO2
  • Caldera estándar Biomasa:                                   20,7 kg·CO2
  • Caldera estándar Pellets:                                     22,3 kg·CO2
  • Caldera Baja temp Gas natural:                           317,0 kg·CO2
  • Caldera Baja temp Gasóleo:                                386,9 kg·CO2
  • Caldera Baja temp GLP:                                      321,9 kg·CO2
  • Caldera de condensación Gas natural:                   286,8 kg·CO2
  • Caldera de condensación Gasóleo:                        350,1 kg·CO2
  • Caldera de condensación GLP:                              291,3 kg·CO2
  • Termo eléctrico península:                                   783,8 kg·CO2
  • Termo eléctrico fuera península:                         2508,2 kg·CO2
  • Aerotermia península:                                        224,0 kg·CO2 
  • Aerotermia fuera península:                                716,6 kg·CO2
  • Geotermia península:                                         150,7 kg·CO2
  • Geotermia fuera península:                                 482,3 kg·CO2

Conclusiones finales

  1. La biomasa el el vector energético menos contaminante, a pesar de que se emplee en calderas convencionales. Aunque cabe recordar en este caso, que el coeficiente de paso tan bajo se debe a una estimación de compensación entre el CO2 producido en la combustión y el absorbido en su período de vida previa, del elemento natural origen de esa biomasa. Esto significa que si llenamos nuestras ciudades de calderas de biomasa tendremos nuestros edificios llenos de chimeneas emitiendo gases contaminantes, aunque en un bosque lejano esos gases sean absorbidos, por lo que, a nuestro parecer, es una solución mejor que los derivados del petróleo, pero cuestionable para ser empleada de forma generalizada o en un sistema descarbonizado.
  2. El efecto Joule es el sistema más contaminante, especialmente si es usado fuera de la península. Por desgracia, el empleo de equipos de ACS individuales con esta tecnología es el sistema más habitual en Canarias, algo que, a la luz de estos datos, habría que cambiar de forma URGENTE.
  3. El resto de equipos eléctricos, aerotermia y geotermia, gracias a su alta eficiencia energética, a pesar de los malos valores de coeficiente de paso de la electricidad, tienen valores muy recomendables de emisiones de  kg·CO2 en la península, lo que no ocurre del mismo modo en los territorios extrapeninsulares.
Con todo esto, además del fomento por el empleo de tecnologías que no emitan CO2 como solar -tanto térmica como fotovoltaico- o eólica, se recomienda el empleo de la aerotermia y/o geotermia en los territorios peninsulares así como en los insulares con condiciones climáticas muy suaves (clima alfa 3) donde los rendimientos de las bombas de calor aerotérmicas se multiplican.

No hay comentarios:

Publicar un comentario