12 septiembre 2009

Hablando de eficiencia energética en hospitales

En este artículo hablamos monográficamente del potencial de eficiencia energética en hospitales.

El objetivo de este tipo de proyectos es mejorar la eficiencia energética en los hospitales identificando los puntos de mayor consumo energético en el hospital, y proponiendo mejoras alternativas que minimicen el consumo energético.

Flujo de energía en el interior del hospital

La gran mayoría de la energía usada dentro del hospital es comprada del exterior en forma de gas natural y electricidad. Una pequeña proporción se compra como diesel. La energía comprada se convierte mediante diversos sistemas de conversión en los flujos internos más importantes de energía, que son calor, frío, electricidad y aire comprimido. Este flujo de energía se usa entre otras cosas para las siguientes aplicaciones;

Calor: Se usa en forma de vapor en forma de agua caliente. El vapor se usa entre otras dependencias en cocinas, humidificación en calefacción y aire acondicionado y esterilización. El vapor se usa también para transportar calor sobre largas distancias.

Electricidad: Se usan para una gran variedad de propósitos, incluyendo iluminación, enfriamiento, compresores de aire, circulación de bombas, ventiladores de calefacción y aire acondicionado, equipos médicos y de oficina.

Aire comprimido: Se utiliza para aplicaciones médicas o técnicas.

Frío: Principalmente toma la forma de agua helada y se usa para una gran mayoría de sistemas de control, enfriando y secando el aire de ventilación. En muchos casos el frío se genera centralizado por medio de enfriadores de compresión. En combinación con máquinas de enfriamiento por absorción, cogeneración o una combinación de ambas.

El calor requerido en los hospitales supone un consumo energético del 43 %, mientras que el uso de iluminación supone un 21 %. Más lejos queda el frío (5%), agua caliente (5%) y cocinas (4 %).

En los apartados siguientes veremos cuáles son las instalaciones más susceptibles de ser mejoradas:

1. Optimización de la calefacción y aire acondicionado.

Las medidas de ahorro energético más comunes para estos sistemas (excluyendo consideraciones de diseño de edificios) son: instalar controladores de frecuencia en los ventiladores, recuperar calor a del aire de extracción, optimizar las horas de funcionamiento y optimizar la temperatura y la humedad. Aplicando unas medidas sencillas y sin realizar inversiones pueden obtenerse ahorros significativos. Por ejemplo, con un suministro de aire de 3.800 m3/h un ahorro de 1190 euros al año.

Recuperación de calor: En un hospital de tamaño medio puede recuperarse calor del sistema de calor y aire acondicionado. Un sistema de recuperación de calor de serpentines gemelos puede recuperar alrededor del 50 % del calor en el aire de extracción. Un sistema de serpentines gemelos es apropiado por su facilidad de instalación en los conductos de aire existentes. El ahorro que se consigue en términos de consumo de gas, porque se necesita calentar menos aire puesto que en el aire se calienta usando el calor del aire de salida. Por otra parte, aplicando esta medida se incrementa el consumo eléctrico debido a la resistencia adicional que creará el conducto de aire que tiene que ser superado por los ventiladores. Como ejemplo diremos que en una instalación con un suministro de aire de ventilación de 10.500 m3/h pueden ahorrarse 2.230 euros al año. La inversión comprende la instalación de una unidad de recuperación de serpentines gemelos en los conductos de aire principales. La inversión total puede ascender a unos 15.000 euros y el retorno de la inversión se conseguirá en 6,7 años.

2. Aire comprimido.

El aire comprimido se utiliza en los hospitales para aplicaciones médicas y técnicas. Normalmente los compresores producen todo el aire comprimido para aplicaciones tanto médicas como técnicas. Los instrumentos quirúrgicos requieren una presión de 11 bares, así que todo el aire comprimido – tanto médico como técnico – se produce a esta presión. El aire se seca mediante secado por absorción. Los compresores hacen uso de regulación ON/OFF, sin regulación de la frecuencia. El porcentaje de tiempo en carga cero es del 45 % en promedio. En carga cero los compresores no producen aire comprimido, pero continúan consumiendo hasta el 25 % de la energía de su potencia nominal.

División de la red de aire comprimido: Dividiendo la red de aire comprimido en técnica y médica la parte técnica puede producirse a una presión más baja de 6 bares, con requerimientos de calidad más bajos. Es preferible instalar un segundo compresor adicional (uno para cada red), con regulación de frecuencia, y así reduciendo el consumo de carga cero al mínimo.

El ahorro disminuyendo la presión, reduciendo el consumo de energía en carga cero y ahorrando energía limpiando y secando el aire comprimido técnico. Veamos los ahorros que pueden conseguirse para un consumo anual de aire técnico estimado en 820.000 m3/año aplicando diferentes medidas.

Bajando la presión del aire técnico de 11 bares a 6 bares se obtiene un ahorro de 42 MWh/año.

Instalando compresores con regulación de frecuencia obtendríamos un ahorro de 27 MWh/año.

Ahorrando en el tratamiento de aire comprimido (para un consumo total de 125 MWh/año) obtendríamos un ahorro en energía de 20,5 MW/año. El ahorro energético total conseguido sería 90 MWh/año, o un ahorro financiero de 7.200 euros por año.

La inversión comprendería la compra de dos compresores de frecuencia regulada de 12,5 y 37 kW, comprar un secador para el aire comprimido y hacer modificaciones en la red en la red de aire comprimido. La inversión estimada sería de 40.000 euros, y el tiempo de recuperación de 5,5 años.

3. Vapor.

El vapor se usa bastante en los hospitales. Se genera con agua en unas instalaciones bastante fáciles de regular. Las medidas más importantes a observar en la distribución del vapor son las siguientes:

  • Asegurar un buen aislamiento de las tuberías. Las pérdidas por las tuberías no aisladas son enormes como consecuencia de la gran superficie de transferencia de calor. Los accesorios como válvulas y bridas también deben estar bien asilados. Para estimar los ahorros pensemos que una válvula DN125 a una temperatura de 175 ºC tiene unas pérdidas de 670 W, lo que supone unas pérdidas de energía anuales de 5,9 MWh.
  • Tuberías de retorno del condensado: También deben estar aisladas. El agua caliente del condensado debe retornara a la caldera, disminuyendo el consumo energético. Cada 6 ºC de incremento en la temperatura de la producción de condensado produciría un ahorro energético del 1 %.
  • Pérdidas de vapor: Deben limitarse todo lo que sea posible. Una pérdida de vapor con un diámetro de 6 mm en un sistema a presión de 10 bares pierde 36 kg de vapor por hora.
  • Pérdidas del gas de los humos: Deben mantenerse lo más bajas posibles. Esto se hace bajando la temperatura del gas de los humos lo más baja posible mediante recuperadores de calor.
  • Humidificación en sistemas de aire acondicionado: Estos sistemas son grandes consumidores de vapor. Es importante garantizar que la humidificación de vapor no opere innecesariamente, por ejemplo cuando un departamento está cerrado o cuando hay suficiente humedad en el aire del exterior. El ahorro que puede conseguirse cortando la humidificación cuando hay humedad exterior es de 9 a 150 euros al año en un hospital medio.
  • Agua caliente: La forma más eficiente de producir el agua caliente es de la caldera, ya que la caldera es más eficiente que un circuito de vapor. Un consumo promedio de agua caliente en un hospital puede ser de 100 m3 por semana. Si la producimos directamente en la caldera. El ahorro estimado sería de 2.340 euros al año, y la inversión requerida unos 10.500 euros. El periodo de retorno de la inversión será de 4,5 años.
  • Calentamiento de espacios: También es preferible hacerlo usando el calor de la caldera en vez de usar vapor.
  • Esterilización: En este proceso se consume mucho vapor pues la temperatura alta y el poder de penetración del vapor son métodos efectivos de esterilización. Para algunas aplicaciones es posible la esterilización eléctrica, que también es más eficiente desde el punto de vista energético.

4. Iluminación.

La iluminación consume aproximadamente el 20 % de la energía de un hospital. El principal consejo es utilizar equipos de regulación de iluminación automáticos: sensores de luz día, sensores de presencia, conexión al sistema de gestión del edificio y temporizadores.

Otra consideración importante es la sustitución de fluorescentes de balasto magnético por los fluorescentes de balasto electrónico. En los balastos magnéticos el balasto en sí mismo tiene un consumo del 20 %, mientras que en los electrónicos estas pérdidas son solamente del 1-2 %.

Otro factor importante a tener en cuenta es la óptica utilizada. Una óptica con mayor reflexividad conseguirá que la emisión de luz sea mayor y más eficiente.

Un hospital puede tener fácilmente 4.000 tubos fluorescentes. Siguiendo las medidas indicadas podríamos conseguir un ahorro anual de 37.000 euros. La inversión no obstante es alta, y el periodo de recuperación de la inversión estará entre 6 y 9 años.

5. Cogeneración.

Los hospitales son especialmente convenientes para proyectos de cogeneración. El método más común es utilizar un motor de combustión interna y el calor liberado usarlo para producir vapor y/o agua caliente. La constante demanda de vapor en el hospital es un efecto favorable que permite al equipo de cogeneración operar a plena carga.

En la práctica la unidad de cogeneración es frecuentemente combinada con una máquina de absorción en orden de elevar el número de horas que estará trabajando a plena carga durante el verano.

Otra ventaja importante de las unidades de cogeneración es que actúa como suministro de energía de apoyo, contribuyendo al menos a parte de la continuidad necesaria de operación en caso de un fallo en la red de distribución. Una unidad de cogeneración puede hacer parte del trabajo de un generador de emergencia.

El ahorro que puede conseguirse con la cogeneración hay que calcularlo muy bien y depende en gran medida de los precios de la energía y del buen uso que pueda hacerse del calor.

Bibliografía: Energy Efficiency. European Copper Institute.