Eficiencia energética en las instalaciones de calefacción y ACS en los edificios

208 Pages·2015·15.05 MB·Spanish

by  Illán Gómez

UF0565
Eficiencia energética
en las instalaciones de
calefacción y ACS en
los edificios
Evaluación de la eficiencia
energética de las instalaciones
en edificios (MF1194_3)
Certificado de profesionalidad:
Eficiencia energética de edificios
(ENAC0108)
Fernando Illán Gómez
e-mail: [email protected]
www.canopina.com
Cano Pina, SL
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autorización del editor.
© de la presente edición: Cano Pina, SL ©
© de la obra: el autor
Título: Eficiencia energética en las instalaciones en edificios
1ª edición 2015
Autor: Fernando Illán Gómez
Edita: Cano Pina, SL
ISBN: 978-84-15884-92-7
Producción: Susana Encinas Bodero

Diseño de portada: Sara Martínez Juárez
Índice
UF0565 Eficiencia energética en las
instalaciones de calefacción y ACS en los
edificios
1 Termodinámica y transmisión de calor
2 Combustión y combustibles
3 Instalaciones calefacción y producción de ACS
4 Redes de transporte
5 Equipos terminales de calefacción
6 Regulación y control de instalaciones de calor
7 Diseño eficiente de las instalaciones de
calefacción y ACS
8 Contribución solar para agua caliente sanitaria
y piscinas
9 Rendimiento y eficiencia energética de los
elementos de las instalaciones térmicas
Cuestiones de los temas
Prólogo
De acuerdo con los datos manejados por la Unión Europea, el 40 % del consumo de energía
en Europa corresponde a los edificios, siendo éste además un sector en expansión en el que
se espera que aumente su consumo de energía. La reducción del consumo de energía y el
fomento del empleo de energías renovables en la edificación se hace por tanto imprescindible
para reducir la fuerte dependencia energética de la Unión Europea en general y de España en
especial, así como sus emisiones de gases de efecto invernadero.
En este marco, el estudio de la eficiencia energética en la edificación es un ámbito del
conocimiento que está experimentando una fuerte expansión y que precisa de técnicos bien
formados y dotados de las competencias necesarias para poder acometer tareas de mejora de
la eficiencia energética de los edificios existentes o poder realizar un diseño energéticamente
eficiente para el caso de los edificios de nueva construcción.
En España este campo de estudio se ha regularizado en torno al certificado de profesionalidad
en “Eficiencia energética de edificios” (ENAC0108), cuyo objetivo global, de acuerdo
con el RD 643/2011 por el que se establecen cuatro certificados de profesionalidad de la
familia profesional “Energía y agua” incluidos en el Repertorio Nacional de certificados
de profesionalidad, es dotar al técnico de las competencias que le permitan gestionar el
uso eficiente de la energía, evaluando la eficiencia de las instalaciones de energía y agua en
edificios, colaborando en el proceso de certificación energética de edificios, determinando
la viabilidad de implantación de instalaciones solares, promocionando el uso eficiente
de la energía y realizando propuestas de mejora, con la calidad exigida, cumpliendo la
reglamentación vigente y en condiciones de seguridad.
Para alcanzar este objetivo, el certificado se ha estructurado en cinco módulos teóricos y
uno práctico. Este libro es el primero de una serie dedicada a desarrollar los contenidos
del primer módulo formativo, denominado “Evaluación de la eficiencia energética de las
instalaciones en edificios” (MF 1194_3). El objetivo general de este primer módulo es el de
dotar al profesional de las competencias que le permitan evaluar la eficiencia energética de
las instalaciones de edificios.
En concreto, en este libro se desarrollan los contenidos de la primera unidad formativa,
denominada “Eficiencia energética en las instalaciones de calefacción y ACS en los edificios”
(UF0565). Un adecuado dominio de esos contenidos debe dotar al lector de la capacidad para:
▪ Calcular la eficiencia energética de los generadores de calor, circuladores y redes de
tuberías de distribución, mediante el análisis de la constitución y el funcionamiento de
los mismos, conforme a la normativa vigente.
▪ Analizar el funcionamiento de los sistemas de control, telegestión, aparatos de medida
y comprobar que contribuyen a la eficiencia energética de la instalación de calefacción y
ACS conforme a la normativa vigente.
▪ Determinar la exigencia de utilización de energías renovables y de limitación de la
utilización de energía eléctrica en las instalaciones de calefacción y ACS según normativa
vigente.
Para ello, el libro se ha estructurado en nueve temas que desarrollan cada uno de los nueve
contenidos fundamentales de la UF0565 detallados en el RD 643/2011. Al final del
libro se ha incluido una breve selección de cuestiones de cada tema que deben ayudar al
lector a evaluar su nivel de dominio de los contenidos desarrollados así como a mejorar la
comprensión de los mismos.
Unidad formativa: Eficiencia energética en las instalaciones de
calefacción y ACS en los edificios (UF0565)
La siguiente unidad formativa pertenece al certificado de profesionalidad denominado
ENAC0108_Eficiencia energética de edificios de la familia profesional Energía y agua que
se incluye en el Repertorio Nacional de certificados de profesionalidad.
Los contenidos que se desarrollan a continuación son los de la UF0565: Eficiencia energética
en las instalaciones de calefacción y ACS en los edificios del primer módulo formativo
Evaluación de la eficiencia energética de las instalaciones en edificios (MF1194_3).
En el siguiente cuadro se resumen los módulos y unidades formativas del certificado de
profesionalidad mencionado, señalándose la unidad que desarrollaremos en este libro.
CertifiCado de
Módulos forMativos unidades forMativas
profesionalidad
UF0565: Eficiencia energética en las instalaciones de
calefacción y ACS en los edificios
MF1194_3: UF0566: Eficiencia energética en las instalaciones de
Evaluación de la climatización en los edificios
eficiencia energética
de las instalaciones en UF0567: Eficiencia energética en las instalaciones de
edificios iluminación interior y alumbrado exterior
UF0568: Mantenimiento y mejora de las instalaciones
en los edificios
UF0569: Edificación y eficiencia energética en los
edificios
MF1195_3:
Eficiencia energética
Certificación energética UF0570: Calificación energética de los edificios
de edificios
de edificios
(ENAC0108) UF0571: Programas informáticos en eficiencia
energética en edificios
UF0572: Instalaciones eficientes de suministro de agua
MF1196_3: Eficiencia y saneamiento en edificios
en el uso del agua en
edificios UF0573: Mantenimiento eficiente de las instalaciones
de suministro de agua y saneamiento en edificios
MF0842_3 UF0212: Determinación del potencial solar
(Transversal): Estudios
de viabilidad de UF0213: Necesidades energéticas y propuestas de
instalaciones solares instalaciones solares
MF1197_3: Promoción del uso eficiente de la energía en edificios
Termodinámica y
1
transmisión de calor
¿Qué?
Para poder cumplir correctamente
con la eficiencia energética en
este tipo de instalaciones es
necesario entender algunos de los
conceptos básicos generales de
termodinámica y transmisión de
calor.
Contenidos
1.1 Conceptos básicos de termodinámica
1.2 Trasmisión de calor
Índice
La palabra termodinámica viene de las palabras griegas therme (calor) y dynamis (fuerza).
Termodinámica
Según el diccionario de la Real Academia
Española (RAE) es la parte de la Física en
que se estudian las relaciones entre el calor
y las restantes formas de energía, es decir,
la termodinámica es la rama de la ciencia
Por su parte el calor es la energía que
que se encarga de estudiar los procesos en
pasa de un cuerpo a otro y es causa de
los que el calor interactúa con otras formas
que se equilibren sus temperaturas,
de energía.
es decir, el calor es aquella forma
de energía que intercambian dos
cuerpos cuando se encuentran a diferente temperatura. La transmisión de calor es la
disciplina que se encarga de estudiar los distintos mecanismos por los que el calor fluye entre
dos cuerpos a distinta temperatura.
Puede considerarse que un edificio es un gran sistema termodinámico que está continuamente
intercambiado energía con el medio que le rodea. Por un lado, a través de su envolvente,
el edificio intercambia calor con su entorno a través de los tres mecanismos básicos de
transmisión de calor, es decir, conducción, convección y radiación. Por otro lado, en un
edificio existen una gran variedad de equipos e instalaciones que consumen diferentes
formas de energía -típicamente la energía química contenida en un combustible para el
caso de las calderas y energía eléctrica para el resto de los equipos- y la transforman en otras
formas de energía, principalmente calor y energía mecánica. Por tanto el conocimiento de
la termodinámica y la transmisión de calor es imprescindible para el técnico dedicado a la
evaluación, certificación y optimización de la eficiencia energética en edificios.
1.1 Conceptos básicos de termodinámica volver
1.1.1 Unidades y conversión
Entendemos por cantidad o magnitud física cualquier propiedad cuantificable de un sistema
o un fenómeno físico como, por ejemplo, masa, tiempo, temperatura, etc.
Los tres ejemplos anteriores corresponden a lo que en física se denomina magnitudes
fundamentales, que son aquellas que se consideran elementales e independientes, es decir,
no pueden expresarse en función de otras magnitudes. Para su cuantificación se precisa por
tanto de un patrón de medida, que representa una unidad de medida, de forma que el valor
de la magnitud puede ser expresado a partir de esa unidad. Además las magnitudes físicas se
organizan según un sistema de dimensiones, de forma que cada una de las siete magnitudes
básicas del Sistema Internacional (SI) tiene su propia dimensión. La Tabla 1.1 muestra un
listado de las magnitudes físicas fundamentales, sus dimensiones, símbolos y unidades en el SI.
Mientras que cada magnitud física tiene una única dimensión, las unidades en las que se
expresa esa dimensión dependen del sistema de unidades que se adopte. Así, la longitud de
una circunferencia proporciona información sobre una dimensión de la circunferencia que
es única, independientemente del sistema de medida elegido. Sin embargo las unidades
que se elijan para expresar esa dimensión dependerán del sistema de medida y, por tanto,
el valor numérico final con el que se exprese esa longitud también dependerá del sistema
de medida. Así, para una circunferencia podemos expresar su longitud en unidades del
sistema internacional, diciendo que su valor es de 2 metros, o en unidades del sistema inglés,
diciendo que su longitud es de 6,5617 pies, pero en realidad estamos haciendo referencia a
una dimensión (su longitud) que es única. Es preciso por tanto disponer de información que
permita realizar el cambio de unidades entre distintos sistemas de medición.
síMbolo de la síMbolo de la unidades si
Magnitud físiCa
Magnitud diMensión noMbre síMbolo
Longitud l, x, r, etc. L metro M
Masa m M kilogramo kg
Tiempo t T segundo S
Temperatura T Θ kelvin K
Intensidad de corriente eléctrica I, i I amperio A
Intensidad luminosa I J candela cd
v
Cantidad de sustancia n N mol mol
Tabla 1.1 Magnitudes básicas, dimensiones y unidades en el SI
Además de las magnitudes fundamentales, en la física existen las denominadas magnitudes
derivadas, que son todas aquellas que se definen a partir de las siete magnitudes fundamentales
y que por tanto no precisan de ningún patrón para su medición. El número de magnitudes
derivadas es prácticamente ilimitado y por tanto no tiene sentido establecer una lista
completa de magnitudes derivadas, sin embargo en la Tabla 1.2 se han recogido algunos
ejemplos de magnitudes derivadas y sus unidades SI.
Magnitud derivada unidad si derivada
expresión en expresión
noMbre síMbolo unidades si Mediante otras
básiCas unidades si
Área, superficie metro cuadrado m2 m2
Volumen metro cúbico m3 m3
Velocidad metro por segundo m/s m s-1
Aceleración metro por segundo cuadrado m/s2 m s-2
Fuerza newton N m kg s-2
Presión, tensión pascal Pa m-1 kg s-2 N/m2
Energía, trabajo, cantidad
julio J m2 kg s-2 N m2
de calor
Potencia, flujo energético vatio W m2 kg s-3 J/s
Tabla 1.2 Ejemplos de magnitudes derivadas y sus unidades en el SI
La Tabla 1.3 recoge los nombres y símbolos de los prefijos que se emplean para formar los
nombres y símbolos de los múltiplos y submúltiplos decimales de las unidades SI desde 10-24
hasta 1024.
faCtor noMbre síMbolo faCtor noMbre síMbolo
101 deca da 10-1 deci d
102 hecto h 10-2 centi c
103 kilo k 10-3 mili m
106 mega M 10-6 micro µ
109 giga G 10-9 nano n
1012 tera T 10-12 pico p
1015 peta P 10-15 femto f
1018 exa E 10-18 atto a
1021 zetta Z 10-21 zepto z
1024 yotta Y 10-24 yocto y
Tabla 1.3 Prefijos para la formación de múltiplos y submúltiplos en unidades SI
Muchos de estos prefijos son de uso habitual y es muy importante manejarlos con soltura. Así,
en aplicaciones de laboratorio, en las que se manejan volúmenes muy pequeños, es habitual
medir el volumen en centímetros cúbicos (cm3), mientras que al hablar de la capacidad de
un embalse es habitual expresarla en hectómetros cúbicos (hm3), pero en ambos casos se
está haciendo uso de una unidad de medida derivada de la unidad básica para la medida del
volumen que, en el SI, es el metro cúbico (m3).
.
Ejemplo
Algunos ejemplos para familiarizar al lector con el cambio de unidades:
5 cm3= 5$^cmh3= 5$^^10-2hmh3= 5$10-6 m3
47 mm2= 47$^mmh2= 5$^^10-3hmh2= 47$10-6 m2= 4,7$10-5m2
g 10-3 kg 1,2$10-3 kg
1,2 = 1,2 = = 1,2$103 kg/m3
cm3 ^cmh3 10-6 m3
500 MW= 500$106 W
Es interesante destacar aquí que los prefijos incluidos en la Tabla 1.3 representan estrictamente
potencias de 10 y que por tanto no deberían ser utilizados para expresar potencias de