Recuperar la inversión en equipos eficientes gracias al ahorro energético: caso práctico de Samsung

La inversión adicional en equipos más eficientes puede recuperarse de forma rápida gracias al ahorro en el coste de la energía. ¿Cómo? En este caso práctico de uso se analiza la forma en que las diferencias de eficiencia energética entre sistemas permiten ahorrar energía  (en kilovatios hora efectivos y en euros) y reducir las emisiones de CO₂ (en equivalentes de CO₂). Además, muestra cuánto se tarda en recuperar la inversión adicional (en años).

 

Jev Utrobins, ingeniero superior de ventas en Samsung Electronics Air Conditioner Europe

 

 

Samsung ha lanzado recientemente la nueva gama DVM S2 para usos comerciales, la sexta generación del producto VRF: Multi Variable Digital (DVM). La gama está compuesta por tres nuevos grupos de modelos, Alta eficiencia, Estándar y Esencial, y cada modelo DVM incorpora características innovadoras que fomentan la eficiencia energética y, al mismo tiempo, garantizan una climatización óptima en interiores. Dado que la UE se ha marcado el objetivo de crear una economía climáticamente neutra para el año 2050¹ y que los precios de la energía están aumentando en toda Europa, la importancia de dotar a los edificios de sistemas de climatización energéticamente eficientes es cada vez mayor.

 

En este caso práctico de uso, se ilustran cómo las diferencias de eficiencia energética entre sistemas permiten ahorrar energía y recuperar la inversión en equipos eficientes gracias al ahorro energético.

 

Caso práctico de uso: edificio de oficinas de tamaño medio

Para realizar los cálculos e ilustrar las diferencias, se va a comparar la eficiencia energética de los modelos de Alta eficiencia y Estándar de la gama DVM S2. Además, se empleará un caso práctico de uso de un edificio de oficinas de tamaño medio². Este edificio dispone de varios tipos de salas que requieren frío y calor, en concreto: una zona común, una recepción, salas de reuniones u oficinas, una zona abierta de oficina y una zona de descanso con cafetería. Para este ejemplo, se ha seleccionado una bomba de calor DVM S2 de 18 HP (50 kW), junto con varias unidades interiores Cassette WindFree™, de acuerdo con las dimensiones y la carga de enfriamiento de cada sala. Todo ello supone aproximadamente 50 kilovatios para la oficina, por lo que la unidad exterior debe ser de 18 HP.

 

 

Para calcular cuánta energía se consume al año en este proyecto orientativo, se consultará la Directiva de Ecodiseño (Reglamento de la Comisión 2016/2281³). El reglamento define los perfiles de frío y calor en términos de horas de funcionamiento a diferentes temperaturas exteriores para un clima europeo medio. En la siguiente gráfica, se muestra el número de horas para un clima medio en Estrasburgo. Aproximadamente, el 65% corresponde al calentamiento y el 35%, al enfriamiento.

 

 

Si se observa la demanda de frío en horas, se puede establecer una carga de enfriamiento hipotética para una temporada de enfriamiento típica en Europa, que comienza a plena carga (100%) y se reduce gradualmente con el descenso de la temperatura. Es decir, la bomba de calor no funcionará a plena carga todo el rato; solo el 8% del tiempo funcionará con cargas parciales superiores al 74%, mientras que la mayor parte del tiempo funcionará con una carga parcialmente baja. Se puede calcular el ratio de eficiencia energética estacional (SEER) realizando un muestreo y midiendo el rendimiento de la bomba de calor en los puntos A, B, C y D.

 

 

 

A continuación, se indica la fórmula para calcular el SEER, que consiste en la proporción de la demanda de enfriamiento total anual sobre el consumo de energía total neto en el modo de enfriamiento. También tiene en cuenta el consumo de energía auxiliar cuando el compresor no está conectado, como ocurre con los modos de reposo, calentamiento del cárter, etc. La eficiencia estacional y el enfriamiento del modelo DVM S2 Alta eficiencia seleccionado es de 7,5⁴. En la siguiente tabla, se establece la demanda de enfriamiento total anual para el edificio de oficinas; representa la suma de los productos, las horas totales de frío y la carga de enfriamiento. Al dividir este número entre la eficiencia del modelo, se puede calcular el consumo energético total anual para frío en kilovatios hora, el cual equivale a 6,4 MWh.

 

 

Se puede repetir esta operación para el calor. Se conoce la demanda de calor para cada temperatura, por lo que se puede determinar la carga hipotética de calor en kilovatios en este rango de temperaturas para calcular la carga de calor en kilovatios. Al igual que con el frío, la bomba de calor pasa la mayor parte del tiempo con cargas parciales de calor, funcionando a una carga cercana al máximo tan solo el 1,5% del tiempo, con una temperatura bivalente de -10ºC.

 

 

A continuación, se indica la fórmula para calcular el coeficiente de rendimiento estacional (SCOP) y los valores de los puntos medidos A, B, C y D. La cantidad de productos de horas de calor multiplicados por la carga de calor da como resultado la demanda total anual de calor en kilovatios hora. Al dividir este número entre la eficiencia estacional del producto, se puede calcular el consumo energético total anual para calor en kilovatios hora, que equivale a 12 MWh. Por tanto, se puede calcular, en kilovatios hora, el consumo de energía total anual previsto de la unidad exterior de 18 HP para este edificio de oficinas, que equivale a 18,4 MWh, al combinar 6,4 MWh/año para enfriar (35%) y 12 MWh/año para el calentar (65%).

 

 

Ajuste de resultados por el coste local de la electricidad y el clima

Para entender las consecuencias de las diferencias en la energía que consumen en total cada año los modelos DVM S2 Alta eficiencia y Estándar, es necesario ajustar los cálculos anteriores en función del clima local y el coste local de la electricidad por kWh y país. Como se observa en las siguientes tablas, los precios de la electricidad (2019) por kilovatio varían ampliamente en los distintos países de la Unión Europea, desde los 10 céntimos de euro por kilovatio hora en Bulgaria a los casi 31 céntimos de euro por kilovatio hora en Alemania, lo que supone un precio medio de 20 céntimos en la Unión Europea. En los últimos 10 años, los precios han aumentado drásticamente y se prevé que continúen haciéndolo en el futuro próximo.

 

 

Además, para el cálculo, se puede tener en cuenta la intensidad de las emisiones de gases invernadero por kilovatio hora, que se muestra en la siguiente gráfica⁴.

 

 

Por último, es necesario ajustar los resultados en función de los diversos climas medios de cada país. El proyecto Ecoheatcool⁵ refleja los índices de frío y calor de diferentes países, tomando en consideración la captación solar e interna, así como la mayor instalación en edificios de países del norte de Europa en comparación con los del sur. La demanda de frío y calor del consumo de energía del edificio de oficinas debería ser proporcional a estos índices.

 

 

 

La directiva de ecodiseño menciona tres localizaciones de referencia: Estrasburgo para un clima medio, Atenas para un clima cálido y Helsinki para un clima frío. Estas ubicaciones se utilizarán como referencia con otros ejemplos de países que quedan entre estos climas de referencia. Se mostrarán los resultados de las grandes ciudades de los países europeos de mayor tamaño con sus respectivos índices de calor y frío. De acuerdo con el consumo total de energía en kilovatios hora que se ha calculado (18,4 megavatios), se puede calcular en kilovatios el consumo energético para calor y frío de cada localización correspondientes, tal y como se observa en la siguiente tabla. En general, los resultados varían entre 18,4 megavatios y 19 megavatios en Atenas, con la excepción del Reino Unido, que tiene un clima muy suave. Resulta interesante destacar los niveles de consumo neto total de energía en todas estas ubicaciones debido al índice de frío, que crece mucho más rápido que el índice de calor. Los precios de la electricidad y la intensidad del CO₂ por kilovatio hora también figuran en las siguientes tablas y se utilizarán en la comparación definitiva entre los dos modelos.

 

 

 

Comparación de los modelos DVM S2 Alta eficiencia y DVM S2 Estándar

De acuerdo con el consumo total de energía en kilovatios hora para frío y calor y los precios de la electricidad de cada país, se pueden calcular los costes de energía al año de cada localización. Los resultados, como se muestran en la siguiente tabla, muestran que en el caso del modelo DVM S2 Alta eficiencia, los costes de la energía varían ampliamente, siendo Múnich el lugar donde el coste energético anual es más alto: 5871 euros. Los costes energéticos anuales más bajos con el modelo de Alta eficiencia se observan en Varsovia, lo cual se debe en gran medida a la diferencia de precios de la electricidad entre Alemania y Polonia. Sin embargo, las emisiones de CO₂ son relativamente superiores. En cuanto al modelo DVM S2 Estándar, de media, los costes energéticos anuales son un 18% más altos que los del modelo DVM S2 Alta eficiencia, tal y como se observa en las localizaciones que figuran a continuación.

 

 

Todos los resultados se han resumido en la siguiente tabla. En Alemania se obtiene el mayor ahorro en el coste de la energía al elegir el modelo DVM S2 Alta eficiencia por encima del DVM S2 Estándar. Esto se debe al alto precio de la electricidad, por lo que el ahorro generado alcanza los 1000 euros al año. En Polonia es donde el ahorro es menor, con solo algo más de 400 euros al año. No obstante, se pueden evitar el equivalente a 2,6 toneladas de CO₂ emisiones.

 

La última pregunta que queda por responder es: ¿Cuánto se tarda en recuperar la inversión adicional? En la siguiente tabla, se calcula el retorno de la inversión (ROI) en años y por país. Este cálculo se basa en el precio medio de compra del modelo DVM S2, incluido el margen bruto del instalador. Los resultados concluyen que el ROI tan solo oscila desde menos de un año en España y Alemania a más de dos años en la República Checa y Polonia. Cabe destacar que estos plazos estimados de ROI se basan en un DVM S2 en un solo año. Si se afronta un proyecto de cinco o incluso diez plantas a cinco años vista, las cifras pueden aumentar rápidamente hasta suponer una cantidad sustancial de dinero. Por ejemplo, en Alemania, si se compara el modelo de Alta Eficiencia con el Estándar, se puede esperar un ahorro de hasta 4000 euros por DVM, junto con otros ahorros en términos de equivalentes de CO₂.

 

Todos estos cálculos continúan reflejando el impacto significativo que se puede lograr si se opta por alternativas más eficientes en nuestra vida diaria. A pesar de que es fácil elegir las opciones más baratas disponibles en el mercado, una toma de decisión consciente por parte del consumidor puede contribuir enormemente al aumento del ahorro, ya sea en términos de dinero, energía o de recorte de emisiones de CO₂. Además, algo que resulta aún más alentador es ver lo rápido que se puede recuperar la inversión adicional en solo un par de años.

 

 

 

Notas:

1. Fuente: «2020. Powering A Climate-Neutral Economy: An EU Strategy For Energy System Integration». [ebook] Bruselas: Comisión Europea, pp. 4-17. Disponible AQUÍ. [Consultado el 7 de octubre de 2020]
2. Fuente: Room Sketcher 2020, «Planos de plantas de oficina, Room Sketcher», consultado el 11 de enero de 2021, y Room Sketcher 2020, «Distribución de oficinas, Room Sketcher», consultado el 11 de enero de 2021.
3. Fuente: EUR-Lex 2016, «Reglamento (UE) 2016/2281 de la Comisión, de 30 de noviembre de 2016, que aplica la Directiva 2009/125/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, por la que se instaura un marco para el establecimiento de requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos relacionados con la energía, en lo relativo a los requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos de calentamiento de aire, los productos de refrigeración, las enfriadoras de procesos de alta temperatura y los ventiloconvectores», consultado el 11 de enero de 2021 (Ver AQUÍ).
4. Fuente: Agencia Europea de Medio Ambiente 2020, «Greenhouse gas emission intensity of electricity generation in Europe», Agencia Europea de Medio Ambiente, consultado el 11 de enero de 2021, (ver AQUÍ).
5. Fuente: Ecoheatcool 2006, «Ecoheatcool Work package 2», consultado el 11 de enero de 2021.