sistemas semi-instantáneos de condensación para

Transcripción

SEMI-INSTANTANEOUS
CONDENSING SYSTEMS FOR
DHW PRODUCTION
IN SPORTS CENTRES
Las instalaciones deportivas se caracterizan por presentar
grandes consumos de agua caliente sanitaria, con puntas de
consumo muy elevadas en períodos de tiempo muy cortos. Para
cubrir estas necesidades, tradicionalmente se ha recurrido
a grandes volúmenes de acumulación para asegurar estos
momentos de consumo crítico. Sin embargo, mantener esta
gran cantidad de agua preparada para los momentos punta
supone un gasto energético elevado, requiere de gran espacio
en la sala de calderas e implica riesgos sanitarios en cuanto a
posible desarrollo de la legionella por los altos contenidos de
agua almacenados.
One of the features of sports facilities is that they are large
consumers of domestic hot water, with very high peaks in
consumption during extremely short periods of time. To
meet these needs, they have traditionally had to resort to
large volumes of accumulation to guarantee such moments
of critical consumption. However, maintaining this large
quantity of water in readiness for peak times represents
a high energy cost, requiring a large space in the boiler
room with implications for health risks as regards the
development of the Legionella bacteria due to the high
content of stored water.
Tecnología propuesta
Proposed technology
Una solución técnica y económica ideal para las instalaciones de
ACS en centros deportivos son los generadores semi-instantáneos
de condensación total HM TC (que permiten trabajar en curva de
condensación tanto para calefacción como para ACS). Estos equipos, gracias a un sistema de recuperación de la energía de los humos que precalienta al agua de red que entra al generador, alcanzan rendimientos de hasta el 105% s/PCI frente al 94-95% de una
caldera de condensación en producción de ACS.
One ideal technical and economic solution for DHW
installations in sports centres are the semi-instantaneous
total HM TC condensing system generators (that work on a
condensing curve for both heating and DHW). Thanks to an
energy recovery system based on flue gas that preheats the
mains water entering the generator, these units can achieve a
performance of up to 105% s/PCI compared to the 94-95% of a
condensing boiler producing DHW.
Además de la mejora en rendimiento instantáneo, estas tecnologías también permiten reducir las pérdidas por acumulación, intercambio y distribución, aumentando el rendimiento estacional de
la instalación. Gracias a los sistemas de intercambio “Tank in Tank”
con una altísima capacidad de transferencia de la energía generada mediante un quemador pre-mix modulante, se eliminan de la
instalación los depósitos acumuladores necesarios con un sistema
convencional para asegurar las puntas de consumo, con el consiguiente ahorro energético asociado.
In addition to improvements as regards instant
performance, these technologies reduce the losses resulting
from accumulation, exchange and distribution, thereby
increasing the seasonal performance of the facility. Thanks
to “Tank in Tank” exchange systems with an extremely high
capacity for transferring the energy generated through a
pre-mix modulating burner, there is no need to install the
accumulator tanks required by a conventional system to
cover peaks in consumption, with the consequent associated
energy saving.
Para mostrar lo anterior, se compararán dos gimnasios de igual tamaño de la cadena de centros deportivos VIVAGYM con gran crecimiento en España, que disponen tanto de instalaciones con sistemas
de producción de ACS convencional como con sistemas semi-instanFigura 1. Principio de funcionamiento del generador con tecnologías “Tank in
Tank” y “Total Condensing”. | Figure 1. Operational principle of the generator
using “Tank in Tank” and “Total Condensing” technologies.
Example of a facility. Energy savings obtained.
To demonstrate the above, a comparison is made of two
gymnasiums of the same size owned by the sports centre chain
VIVAGYM. This chain is experiencing huge growth in Spain
and offers facilities with both conventional DHW production
systems and semi-instantaneous HEAT MASTER TC condensing
systems. Table 1 sets out the main characteristics of both gyms,
analysing the DHW production systems of each (in
both cases there is a solar power circuit):
Although the behaviour of both facilities is very
similar as regards the occupancy distribution
over the months, they differ in terms of peak
consumption period and the distribution and total
number of people throughout the day. While the
Madrid facility is located in a business centre in
which most of the daily consumption takes place
over the midday period, in Valencia, the facility
offers a less critical daily consumption distribution
with peaks that are more spread out over the day.
Graph 1 shows the monthly client distribution for
the period January to June 2014 in each sports
centre:
Table 2 analyses the gas consumption based on bills
for the period January-June 2014 for each facility.
www.futurenergyweb.es
FuturEnergy | Abril April 2015
Ejemplo de instalación. Ahorros energéticos obtenidos.
Eficiencia Energética: Centros Deportivos | Energy Efficiency: Sports Centres
SISTEMAS SEMI-INSTANTÁNEOS
DE CONDENSACIÓN PARA
PRODUCCIÓN DE ACS
EN CENTROS DEPORTIVOS
73
Tabla 1. Características de los dos gimnasios analizados.
Table 1. Characteristics of the two gymnasiums analysed
Madrid
Número de duchas | Number of showers
Afluencia media diaria | Average daily inflow
Sistema de producción | Production system
22
24
1.190 personas | 1,190 people
2 calderas de 70 kW/c.u. | 2 70 kW/c.u. boilers
15 captadores Kaplan S 2.6V, con sistema autovaciado
Drain Back ACV
2 Kaplan S 2.6V collectors with the ACV self-draining Drain Back system
12 captadores superficie 2.9, con sistema de
disipación por aerotermo
12 collectors with a 2.9 surface area and
aerothermal dissipation system
380 litros (interna a los HM TC) | 380 litres (inside the HM TCs)
Acumulación solar | Solar accumulation
LCA 2.000 litros ACV | ACV LCA 2,000 litres
Instalación solar
Solar installation
Tabla 2. Consumo y coste de gas natural mensual para cada gimnasio.
Table 2. Monthly consumption and cost of natural gas for each gymnasium.
Enero | January
Valencia kWh E
Madrid
kWh
8.195 | 8,195
605
14.259 | 14,259
Marzo | March
6.403 | 6,403
514
14.342 | 14,342
Mayo | May
6.205 | 6,205
481
11.453 | 11,453
Febrero | February
Abril | April
Junio | June
8.549 | 8,549
626
5.777 | 5,777
464
5.212 | 5,212
414
40.342 | 40,342 3102
770 personas | 770 people
2 HEAT MASTER 85 TC ACV | 2 ACV HEAT MASTER 85 TCs
Acumulación ACS | DHW accumulation
Total
15.723 | 15,723
11.959 | 11,959
9.392 | 9,392
77.128 | 77,128
E
1.309 | 1,309
1.067 | 1,067
992
840
811
681
5.700 | 5,700
táneos de condensación HEAT MASTER TC. En la Tabla 1 se presentan
las características principales de los dos gimnasios analizados con
cada uno de los sistemas de producción de agua caliente sanitaria
(en ambos casos existe circuito de energía solar).
Hay que indicar que el comportamiento en ambas instalaciones
es muy similar en cuanto a distribución de ocupación a lo largo de
los meses. Sí que es diferente el período punta y la distribución y
número total de personas a lo largo del día ya que la instalación
de Madrid está en un centro de negocios en el que gran parte del
consumo diario se produce en la franja de mediodía, mientras que
la instalación de Valencia presenta una distribución de consumos
diaria menos crítica con puntas de consumo más repartidas a lo
largo de la jornada. En la Gráfica 1 se puede observar la distribución
de clientes mensual para los meses de enero a junio 2014 en cada
centro deportivo.
Analizando los consumos de gas a partir de facturas de Enero a Junio 2014 para cada instalación obtenemos los datos de la Tabla 2.
A partir de los consumos de gas para cada instalación y teniendo en
cuenta las correspondientes correcciones por volumen y distribución de afluencia de clientes a lo largo del día, así como temperaturas de agua de red y radiación solar según zona climática, tenemos
el ratio energético y económico por cliente para cada gimnasio y
mes, según Tabla 3 y Gráfica 2
Se observa que el coste energético por usuario para la instalación
con HEAT MASTER TC es del orden del 22% inferior respecto al sistema convencional (4,4 céntimos de € por usuario para la instalación
de Valencia frente a 3,4 céntimos de € para los de Madrid). Esta diferencia es aún mayor para los meses con menor radiación solar,
en los que aumenta el número de horas de funcionamiento de la
caldera en relación a los meses más cálidos.
Valencia
Para el período de 6 meses analizado supone un ahorro en gas de
unos 1.600 € respecto a esa misma instalación resuelta con sistemas convencionales de producción de ACS.
Estos sistemas, además de la reducción en el consumo energético,
también se caracterizan por tener una rápida y eficaz respuesta a la
demanda de agua caliente en la instalación sin tener que recurrir a
2.000 litros | 2,000 litres
2.000 litros | 2,000 litres
Based on the gas consumption for each facility and taking
into account the corresponding corrections by client volume
and distribution of inflow during the day, as well as grid
water temperatures and solar radiation according to the
climatic zone, Table 3 and Graph 2 show the energy and
economic ratio per client for each gym by month.
It can be seen that the energy cost per user for the facility
with the HEAT MASTER TC is around 22% lower compared to
the conventional system (4.4 cent€ per user for the Valencia
facility compared to 3.4 cent€ for Madrid). This difference is
yet greater in months with lower solar radiation and during
50000
periods
in which the number of boiler operating hours
increases
40000 compared to the warmer months.
Valencia
The30000
6-month period analysed represents a gas saving
of around
20000 1,600 € compared to that same facility usingMadrid
conventional DHW production systems.
10000
In addition to reducing energy consumption, these systems
0
also feature ay fast yand effective
eto the demand
y
il response
h
r
c
a
ar
ar
un
ar
M
Ap
ru
|J
nu
o|
il |
|M
eb
io
Ja
r
y
F
|
n
o
a
b
|
z
Gráficaro1. Curvas
deA afluencia
en cada centro deportivo
Ju
M de personas
ar
ro mensuales
e
M
re
de enero
En
eabjunio 2014. | Graph 1. Monthly inflow curves of people in each sports
F
centre from January to June 2014.
50000
40000
Valencia
30000
20000
Madrid
10000
0
y
y
ril
ch
ne
ay
ar
ar
ar
M
Ju
Ap
ru
nu
M
l|
o|
o|
i
|
eb
i
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y
F
|
n
a
zo
o
Ab
Ju
M
o|
ar
er
er
M
En
br
Fe
Gráfica 2. Curvas mensuales de ratios céntimos €/usuario en cada centro
deportivo. | Graph 2. Monthly ratio curves in cent€/user for each sports centre.
7,00
6,00
5,00
Valencia
4,00
3,00
Madrid
2,00
1,00
0
e
il
ry
ch
ay
pr
un
ar
ua
|M
|J
|A
M
br
l
o
o
i
|
e
i
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y
F
n
a
zo
o
Ab
Ju
M
o|
ar
er
er
M
En
br
e
F
ar
nu
a
|J
y
7,00
74
6,00
5,00
4,00
Valencia
for hot water at the facility
without having to resort to
storing large quantities of water.
Valencia
Madrid
kWh/pax
cent€/pax
kWh/pax
cent€/pax
Their extremely high generation
capacity also allows for a rapid
Enero | January
0.830 | 0,830
6.12 | 6,12
0.531 | 0,531
4.87 | 4,87
response during consumption
Febrero | February
0.762 | 0,762
5.58 | 5,58
0.542 | 0,542
3.68 | 3,68
peaks occurring close together.
Marzo | March
0.536 | 0,536
4.30 | 4,30
0.458 | 0,458
3.17 | 3,17
This comparative study involves
Abril | April
0.493 | 0,493
3.96 | 3,96
0.451 | 0,451
3.17 | 3,17
a facility that has a higher daily
Mayo | May
0.465 | 0,465
3.60 | 3,60
0.435 | 0,435
3.08 | 3,08
consumption of hot water due
Junio | June
0.369 | 0,369
2.93 | 2,93
0.367 | 0,367
2.66 | 2,66
to a greater inflow of clients, as
Media | Average
0.576 | 0,576
4.41 | 4,41
0.446 | 0,446
3.44 | 3,44
well as more critical behaviour
as regards the distribution of
grandes cantidades de agua almacenada. Su altísima capacidad de
consumption, working with a very reduced accumulation
generación también le permite una rápida respuesta ante puntas
(380 litres) and an output that is practically the same
de consumo muy próximas en el tiempo. Indicar que se está comcompared to the conventional system. At no time does
parando una instalación con un consumo diario de agua caliente
this result in any deficiency in the production of hot water
más elevado por la mayor afluencia de clientes, así como con un
for the clients of the facility.
comportamiento más crítico en cuanto a distribución de consumos,
trabajando con una acumulación muy reducida (380 litros) y una
The use of these technologies at the Madrid facility
potencia prácticamente igual en relación al sistema convencional,
has also resulted in a considerable simplification of the
sin que ello suponga en ningún momento un defecto de produchydraulic installation as well as a reduction in the space
ción de agua caliente para los clientes de la instalación.
occupied in the boiler room (for the two generators this
amounts to around 1 m2). Figure 2 shows the hydraulic
El uso de estas tecnologías en la instalación de Madrid, también
schematic of the DHW installation for the Madrid
ha permitido una notable simplificación de la instalación hidráulica
gymnasium:
así como una reducción del espacio ocupado en la sala de calderas
(para los dos generadores es de en torno a 1 m2). En la Figura 2 se
Figura 2. Esquema hidráulico de la instalación de Madrid. | Figure 2. Hydraulic
schematic of the Madrid facility.
muestra el esquema hidráulico de la instalación de ACS
para el gimnasio de Madrid:
Tabla 3. Ratios energéticos y económicos mensuales por usuario para cada gimnasio
Table 3. Monthly energy and economic ratios by user and for each gymnasium
En la instalación de Madrid realizada por ACV se instaló
un sistema de energía solar por autovaciado Drain Back.
Esta tecnología supone tanto un aumento en la seguridad de la instalación ante temperaturas extremas (ya
sea por congelación o por sobretemperatura), como un
ahorro en energía eléctrica consumida por el hecho de
no necesitar sistema de disipación por aerotermo. Estos
sistemas también reducen notablemente las necesidades y costes de mantenimiento asociados a una instalación solar.
El principio de funcionamiento se basa en el vaciado del
campo de captadores en caso de detectar una temperatura extrema en el sistema (parando la bomba y ubicando por gravedad el líquido en el vaso de drenaje y
llenando de aire al campo de captadores según Figura
4), volviéndolo a llenar de forma automática cuando la
situación vuelve a la normalidad (activando la bomba y
realizando el ciclo inverso al antes descrito).
Figura 3. Ejemplo de instalación con dos generadores HEAT MASTER 85 TC.
Figure 3. Example of a facility with two HEAT MASTER 85 TC generators.
El sistema semi-instantáneo “Total Condensing” de
producción de ACS supone un avance y una mejora
importante frente al tradicional sistema con grandes
volúmenes de acumulación, ya que permite conseguir
unos interesantes ahorros de combustible, simplificando también el diseño de las salas de calderas donde se
instalan los equipos de producción de ACS, y asegurando
en todo momento la producción de agua requerida.
Son sistemas que también minimizan el riesgo de proliferación de la bacteria de la legionella en las instalaciones de ACS, tanto por el hecho de utilizar acumulaciones
muy reducidas con menor posibilidad de estancamiento
del agua, como por la posibilidad de trabajar en régimen
de pasteurización de forma continua (con temperaturas
Conclusiones
75
ACV installed a self-draining Drain
Back solar power system at the
Madrid facility. This technology
involves both an increase in
the safety of the facility in the
case of extreme temperatures
(whether due to freezing or
overheating), in addition to a
saving in the electrical power
consumed due to the fact
that there is no need for an
aerothermal dissipation system.
These systems also significantly
reduce the maintenance costs and
requirements associated with a
solar thermal unit.
The operational principle is
based on the self-draining of
the collectors field in the event
extreme temperature is detected in the system (stopping the
pump and using gravity to empty fluid into the drainage tank
and allowing air to fill the collector field, as shown in Figure 4),
then automatically refilling the collectors when the situation
returns to normal (activating the pump and performing the
above cycle in reverse).
Figura 4. Sistema Drain Back en ciclo de reposo con la bomba de carga parada
Figure 4. Drain Back system in rest cycle with the charging pump stopped
Figura 5. Elementos de un sistema
Drain Back
Figure 5. Drain
Back system
elements
Conclusions
The semi-instantaneous “Total Condensing” system for DHW
production represents an advance and an improvement
compared with the traditional system with large volumes
of accumulation. This allows for significant fuel savings
to be achieved, also simplifying the design of the boiler
rooms in which the DHW production units are installed and
guaranteeing at all times the required production of hot water.
homogéneas por encima de 70 ºC en toda la acumulación). Además, la tecnología “Tank in Tank” integrada en el equipo genera una
turbulencia constante en la base del tanque interior, que mantiene
las partículas en suspensión y previene la formación de sedimentos
en su base.
Estas tecnologías semi-instantáneas de producción de ACS pueden
combinarse con sistemas de energía solar Drain Back, consiguiendo
también un funcionamiento fiable y energéticamente eficiente en
esta parte de la instalación en comparación con sistemas convencionales con disipación por aerotermo.
Todo ello permite conseguir instalaciones de ACS eficientes, rentables y seguras para mantener el confort de los usuarios de centros
deportivos, independientemente del tamaño y distribución de consumos de los mismos.
Agradecimientos
76
Agradecer a la propiedad VIVAGYM, y en particular a Andrés Zambrana Facilities Manager de la misma, los datos
facilitados para la realización
del presente estudio así como
la colaboración y paciencia
mostrada en todo momento.
These systems also minimise the risk of the proliferation of
Legionella bacteria in the DHW units, both due to the fact
they use very low accumulations with less possibility of water
stagnating and because of the possibility of working on the
basis of continuous pasteurisation (with uniform temperatures
of over 70ºC for the entire accumulated volume). Furthermore,
the “Tank in Tank” technology integrated into the unit
generates a constant turbulence in the lower part of the inner
tank, maintaining particles in suspension and preventing the
formation of sediment on the bottom of the tank.
These semi-instantaneous DHW production technologies can
be combined with solar power Drain Back systems, thereby
also achieving a reliable and energy efficient operation in that
part of the facility compared with conventional systems with
aerothermal dissipation.
All this leads to achieving efficient, profitable and safe DHW
installations to maintain the comfort of the users of the sports
centres, independently of the size and distribution of their
consumption.
Acknowledgements
Gaspar Martín
Director Técnico ACV
ACV, Technical Director
Our thanks to the owners of
VIVAGYM and in particular to
Andrés Zambrana, the Facilities
Manager for providing the data
to carry out this study as well as
the collaboration and patience
shown at all times.

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Briefing Note #:26 Author(s): Date of Publication:May 2014