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La calefacción y la refrigeración de los edificios representan aproximadamente un tercio del consumo total de energía de la Unión Europea, y casi tres cuartas partes de la calefacción siguen procediendo de combustibles fósiles. En otras palabras, para cumplir el objetivo de la UE de que el parque de edificios tenga un impacto nulo en las emisiones para 2050, está claro que tenemos que cambiar a una tecnología más sostenible. Pero, ¿cómo podemos comparar diferentes tecnologías para tomar las decisiones más acertadas y sostenibles? En este caso, el concepto de TEWI es muy útil, ya que permite comparar el impacto medioambiental de los distintos productos.
El concepto de TEWI
Para evaluar la sostenibilidad de una bomba de calor, comparando diferentes modelos que se basan en diferentes tecnologías y, a continuación, hacer la elección correcta, tenemos que ver y entender el concepto de TEWI.
TEWI son las siglas de Total Equivalent Warming Impact: un índice que mide el comportamiento global de una unidad termo-refrigerante, durante su ciclo de vida, en términos de contribución a las emisiones de efecto invernadero. En efecto, el impacto medioambiental de una bomba de calor depende de varios factores:
- La tecnología utilizada, que se traduce en
una mayor o menor eficiencia - El tipo y la cantidad de gas refrigerante utilizado
- Las condiciones de funcionamiento y el perfil de carga de la bomba de calor
- El uso de energía procedente de fuentes renovables para alimentar la bomba de calor
- Las emisiones de CO2 relacionadas con la producción, el mantenimiento y la eliminación de la unidad
El índice TEWI está representado por la siguiente relación, que consiste en la suma de dos componentes principales:
DGW = Calentamiento Global Directo, que mide la emisión directa de CO2 debida a la liberación de gases de efecto invernadero (fugas de refrigerantes).
IGW = Calentamiento global indirecto, que mide las emisiones de CO2 para producir electricidad o para producir energía térmica mediante un generador que utiliza otros combustibles.
Como veremos a continuación:
- el GWP del refrigerante contribuye al valor DGW;
- en la vida útil de una bomba de calor, el índice IGW es un orden de magnitud superior al DGW
- la eficiencia de una bomba de calor es más importante que su valor de GWP
DGW – Emisiones directas
DGW=(GWP*L*M*n)+(GWP*M(1-a)) (1)
Donde:
GWP =Potencial de calentamiento global (específico del gas refrigerante)
L = Tasa de pérdida anual
M = Carga de gas refrigerante [kg]
n = Vida útil [años]
a = Factor de recuperación (cantidad de refrigerante extraído y reciclado antes de la retirada de la unidad)
- El primer término, (GWP*L*M*n), evalúa el efecto de las emisiones atribuibles a las pérdidas de refrigerante durante el ciclo de funcionamiento de la unidad;
- El segundo término, (GWP*M(1-a)), tiene en cuenta las emisiones atribuibles al refrigerante que queda en la unidad y no se recupera después de su retirada.
De la relación (1) se desprende que el efecto de las emisiones directas depende principalmente del PCA del refrigerante utilizado: cuanto menor sea el PCA, menores serán las emisiones (directas) de CO2.
Ejemplo 1 - Emisiones directas
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Bomba de calor A/W con eficiencia energética estándar
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Bomba de calor A/W de alta eficiencia |
IGW - Emisiones indirectas
IGW=(n*E*B)+(C*Ms)+(n*G*U) (2)
Where:
n = Vida útil [años]
E = Consumo total de electricidad al año [kWh]
B = ntensidad de las emisiones de CO2 (CO2 liberado para la producción de 1 kWh de electricidad) [kgCO2]
C = Factor de conversión para las emisiones de CO2 atribuibles a producción, mantenimiento y eliminación. [kgCO2/kg]
MS = Masa de la unidad completa [kg]
G = Consumo anual de energía fósil [kWh]
U = Factor de conversión de combustibles fósiles [kgCO2]
- El primer término, (n*E*B), evalúa las emisiones atribuibles al consumo eléctrico (funcionamiento de la unidad y sus componentes auxiliares). El consumo total anual de electricidad puede obtenerse utilizando herramientas de análisis energético, teniendo en cuenta los datos climáticos del lugar donde se instala la unidad, el perfil de temperatura BIN, las condiciones de funcionamiento para calefacción/refrigeración o utilizando el perfil de carga según la norma EN14825 y los valores de eficiencia estacional de la unidad (SCOP, SEER).
- Por otro lado, el parámetro B (Intensidad de las emisiones de CO2), se refiere al CO2 liberado para la producción de electricidad. Por tanto, este último varía considerablemente de un país a otro, en función de la combinación de fuentes de generación utilizadas: cuanto mejor sea la combinación de fuentes, con una mayor proporción de FER (fuentes de energía renovables), menor será el índice de intensidad de las emisiones (véanse los diagramas siguientes).
- El segundo término, (C*Ms), evalúa las emisiones atribuibles a la producción, el mantenimiento y la eliminación de la unidad. Se trata de un término que no es fácil de estimar, aunque se pueden encontrar modelos de referencia en la literatura.
- El tercer término, (n*G*U) , evalúa el impacto de las emisiones atribuibles al consumo de combustibles fósiles. Evidentemente, no se debe tener en cuenta ninguna contribución de las emisiones si no se utilizan combustibles fósiles y, por tanto, sólo se utiliza la bomba de calor eléctrica.
Ejemplo 2 - Emisiones indirectas
| Bomba de calor A/W con eficiencia energética estándar (R410A) Capacidad nominal de refrigeración: 200 Kw 4 compresores / 2 circuitos independientes n =10 E = 152000 [kWh] B = 0,25 [kgCO2] C = 31.2 MS =1800 [kg] Emisiones indirectas = 455 tCO2e |
Bomba de calor A/W de alta eficiencia (marca "BlueBox", modelo Zeta Sky HP R7 20.4) (R32) Potencia frigorífica nominal: 200 Kw 4 compresores / 2 circuitos independientes n =10 E = 138000 [kWh] B = 0,25 [kgCO2] C = 31.2 MS =1800 [kg] Emisiones indirectas = 418 tCO2e |
Un caso práctico de evaluación: tres tipos diferentes de bombas de calor eléctricas aire-agua
Condiciones límite:
- Condiciones climáticas "medias", para una aplicación de confort según la norma EN14825;
- Vida útil: 10 años;
- Tasa de pérdida anual del 3%, factor de recuperación del 80%, intensidad de emisión de 0,25 kgCO2 / kWh.
| Bomba de calor estándar (R410A) |
Bomba de calor de alta eficiencia (R32) |
Bomba de calor de alta eficiencia (R290) |
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| • Gas HFC con alto GWP 2088) • Eficiencia energética estándar • Compresores herméticos scroll TEWI = 507 tCO2e |
• Gas HFC con un promedio de GWP (675) • Alta eficiencia energética • Compresores herméticos scroll TEWI = 431 tCO2e |
• Fluido natural: propano, GWP = 3 • Alta eficiencia energéticay •Compresores alternativos TEWI = 405 tCO2e |
La unidad con menor impacto en las emisiones de CO2 es la bomba de calor que utiliza fluido natural (R290) como refrigerante (ver "BlueBox" Titan Sky HP 20.2), con un TEWI = 405 tCO2e.
En comparación con las otras dos unidades, se produjo una reducción específica del TEWI igual a
- 21% en comparación con la bomba de calor estándar (R410A);
- 7% en comparación con la bomba de calor de gas R32.
Podemos ampliar la comparación del TEWI teniendo en cuenta también las diferentes intensidades de emisión de CO2 para la producción de electricidad que, como hemos mencionado anteriormente, varía de un país a otro y depende de la proporción de fuentes de energía renovables.
Hay que tener en cuenta que -dada la misma bomba de calor y otras condiciones- cuanto menor sea el índice de intensidad de las emisiones para la producción de electricidad en un país determinado, menor será el valor del TEWI y menor será el efecto invernadero de una unidad de refrigeración.
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Estimación media para la UE 2020 |
Suecia |
