Evaluación y diseño de una instalación de climatización para un bloque de viviendas basada en bomba de calor, fotovoltaica y almacenamiento térmico

Abstract

[ES] En el presente documento se compararán en términos energéticos, económicos y de impacto ambiental dos estrategias de renovación de un edificio residencial de vivienda colectiva existente, respecto a un caso base consistente en instalaciones individuales con consumos eléctricos y de gas natural. La primera estará basada en medidas pasivas de mejora de la envolvente térmica del edifico, y la segunda, basada en la renovación de los sistemas técnicos del edificio, centrada en la electrificación de los consumos a través de una instalación centralizada de bombas de calor para la producción de agua caliente sanitaria y el servicio de climatización y la producción de energía eléctrica de origen renovable in situ. Dicho escenario también plantea la instalación de un generador fotovoltaico en la cubierta del edificio, destinado al autoconsumo. Por último, se diseñará un sistema de almacenamiento térmico para aumentar el autoconsumo fotovoltaico, acondicionando agua para el servicio de climatización, que será almacenada durante horas de sobreproducción fotovoltaica, para satisfacer la demanda de climatización en horas posteriores en las que la producción fotovoltaica no sea suficiente. Obtenidos los resultados en base a las simulaciones energéticas anuales del caso base, como de los diferentes escenarios de mejora, se concluye que los escenarios de renovación centrados en medidas activas alcanzan mejores resultados en cuanto a reducción del impacto ambiental, reducción del consumo energético y rentabilidad económica que el escenario que contempla medidas pasivas. Sin embargo, la reducción del consumo de energía eléctrica de red, alcanzado gracias a la instalación del sistema de almacenamiento térmico, no supone una mejora de su rentabilidad económica suficiente para su implantación. Además, si se contempla en el análisis económico la compensación percibida debido a la inyección a red del excedente fotovoltaico producido, la medida activa sin la instalación de dicho sistema de almacenamiento resulta más atractiva en términos económicos.

[CA] En el present document es compararan en termes energètics, econòmics i d'impacte ambiental, dues estratègies de renovació d'edificis existents, respecte a un cas base consistent en instal·lacions individuals amb consums elèctrics i de gas natural. La primera estarà basada en mesures passives de millora de l'envolupant tèrmica de l'edifique, i una segona, basada en la renovació dels sistemes tècnics de l'edifici, centrada en l'electrificació dels consums i la producció d'energia elèctrica d'origen renovable in situ, a través d'una instal·lació centralitzada de bombes de calor, per a la producció d'aigua calenta sanitària i el servei de climatització. Aquest escenari també planteja la instal·lació d'un generador fotovoltaic en la coberta de l'edifici, destinat a l'autoconsum. Finalment, es dissenyarà un sistema d'emmagatzematge tèrmic per a augmentar l'autoconsum fotovoltaic, convertint-lo en energia tèrmica, condicionant aigua per al servei de climatització, que serà emmagatzemada durant hores de sobreproducció fotovoltaica, per a satisfer la demanda de climatització en hores posteriors en les quals la producció fotovoltaica no siga suficient. Obtinguts els resultats sobre la base de les simulacions energètiques anuals del cas base, com dels diferents escenaris de millora, es conclou que els escenaris de renovació centrats en mesures actives aconsegueixen millors resultats quant a reducció de l'impacte ambiental, reducció del consum energètic i rendibilitat econòmica que l'escenari que contempla mesures passives. No obstant això, la reducció del consum d'energia elèctrica de xarxa, aconseguit gràcies a la instal·lació del sistema d'emmagatzematge tèrmic, no suposa una millora de la seua rendibilitat econòmica suficient per a la seua implantació. A més, si es contempla en l'anàlisi econòmica la compensació percebuda a causa de la injecció a xarxa de l'excedent fotovoltaic produït, la mesura activa sense la instal·lació d'aquest sistema d'emmagatzematge resulta més atractiva en termes econòmics.

[EN] In this document, two renovation strategies for existing buildings will be compared in terms of energy, economic and environmental impact, concerning a base case consisting of individual installations with electrical and natural gas consumption. The first will be based on passive measures to improve the thermal envelope of the building, and a second, based on the renovation of the building's technical systems, centred on the electrification of consumption and the production of electricity from renewable sources on-site, through a centralised installation of heat pumps, for the production of domestic hot water and air-conditioning service. This scenario also includes the installation of a photovoltaic generator on the roof of the building for self-consumption. Finally, a thermal storage system will be designed to increase photovoltaic self-consumption, converting it into thermal energy, and conditioning water for the air-conditioning service, which will be stored during hours of photovoltaic overproduction, to meet the demand for air-conditioning in later hours when photovoltaic production is not sufficient. Based on the results obtained from the annual energy simulations of the base case and the different improvement scenarios, it is concluded that the renovation scenarios focused on active measures achieve better results in terms of environmental impact reduction, energy consumption reduction and economic profitability than the scenario that contemplates passive measures. However, the reduction in grid electricity consumption, achieved by the installation of the thermal storage system, does not lead to a sufficient improvement in economic profitability for its implementation. Furthermore, if the compensation received due to the grid feed-in of the produced PV surplus is taken into account in the economic analysis, the active measure without the installation of the storage system is more attractive in economic terms.