En el post anterior Instalación centralizada de calefacción y ACS para comunidades de vecinos, vimos las ventajas que ofrece un equipo centralizado frente a los equipos individuales, desde el punto de vista funcional y de ahorro para los usuarios, así como una relación de los elementos que componen una instalación de este tipo. La potencia y el rendimiento son datos necesarios en el procedimiento de certificación energética de edificios. En este post nos centramos en el diseño y cálculo de una instalación de calefacción centralizada, y aspectos que hay que considerar desde le punto de vista del ahorro energético y la viabilidad económica.
12-03-14
El consumo energético en la edificación, tanto residencial como terciaria, alcanza el 40% del total de energía final consumida en toda la Unión Europea (DIR 2010/31/UE), y puede seguir creciendo. Sin embargo el porcentaje de ahorro potencial, alcanzable mediante instalaciones de alta eficiencia y el aprovechamiento de fuentes de energía renovable, puede hacer que estos índices puedan reducirse. El reto de edificios de consumo casi nulo es un objetivo no tan lejano: 31 de Diciembre de 2020.
Dimensionado de la instalación de calefacción
Los edificios interactúan con el exterior, y los usuarios de los mismos demandan el uso de las instalaciones térmicas de calefacción y ACS para alcanzar el confort deseado. Según zonas climáticas y uso del edificio, dicha demanda puede representar un porcentaje importante (hasta un 41% del consumo total sólo para calefacción, y un 26% para agua caliente sanitaria en viviendas), y por lo tanto un potencial ahorro energético, si se cuenta con aprovechamiento de energía renovable y de instalaciones de alta eficiencia.
A continuación os mostramos la demanda de calefacción de un edificio exento de cuatro alturas (superficie útil habitable 1293 m²), de viviendas del año 1960, zona climática D3, orientación fachadas principales este y oeste, con cerramientos sin aislamiento térmico , e instalaciones de calefacción y ACS individuales, que utilizan como combustible electricidad o bien gas.
Para el diseño de la instalación de calefacción hay que determinar en primer lugar la carga térmica de calefacción del edificio, que depende de las perdidas de calor a través de la envolvente y de las infiltraciones. Una vez alcanzada la temperatura de confort, habrá que generar calor para compensar dichas pérdidas. Por lo tanto habrá que definir:
1. La temperatura interior: dependerá del uso del edificio y de la hora del día.
2. La temperatura exterior: hay que considerar una temperatura que no sea demasiado baja para no sobredimensionar el equipo, ni demasiado alta, y que impida alcanzar el confort deseado.
3. Pérdidas de calor por ventilación: la aportación de aire exterior genera pérdidas (W).
4. Pérdidas de calor por infiltraciones: una vez conocido el caudal de aire infiltrado en el edificio, se puede determinar las pérdidas (W) a partir del volumen de aire infiltrado calculado, y la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior.
5. Pérdidas de calor por transmisión en los elementos constructivos de la envolvente térmica, y que dependerá de la superficie de cada uno de ellos, su transmitancia térmica U (W/m²K), y la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior.
6. Suplemento pérdidas por orientación expresado mediante un porcentaje, y que compensan la exposición solar del local dependiendo de la orientación. Por ejemplo, a una fachada orientada a Norte, le corresponde un 20% más de aporte de calor, mientas que a una fachada orientada a Sur, le corresponde un 0%.
7. Suplemento de pérdidas por interrupción del servicio y por pared fría: que hay que aportar, y que depende de la permeabilidad media del edificio, y del régimen de utilización de la caldera:
– Funcionamiento continuo. Potencia reducida por la noche.
– Interrupción de 9 a 12 horas diarias.
– Interrupción de 12 a 16 horas diarias.
El equipo generador de calor: la caldera
Una vez conocida la carga térmica necesaria (Q), se calcula la potencia de la caldera. En ésta se produce la combustión, y por lo tanto la transmisión de energía calorífica al agua que circulará por la instalación. Durante la combustión se generan gases y otros residuos que se evacuan hacia el exterior de la caldera.
Las calderas se clasifican según el combustible que utilicen (combustible líquido, gaseoso o sólido), por la potencia, por el rendimiento, por el tipo de cámara de combustión, etc. Para calderas centralizadas una buena opción consiste en instalar calderas de condensación (rendimiento superior al 100%) con funcionamiento en cascada, ya que permite obtener elevados rangos de modulación y así ajustar mejor la potencia suministrada a la demanda real.
El consumo energético de la caldera
El consumo energético del generador de calor dependerá:
– De la potencia y el rendimiento de la caldera.
– Del combustible utilizado y su poder calorífico inferior (PCI)
– De si funciona a alta temperatura o a baja temperatura. El rendimiento de la caldera es distinto.
Se calcula con la siguiente fórmula:
Ce = Q/ (PCI * η)
donde,
Ce= consumo energético de combustible por hora (m³/h)
PCI= poder calorífico inferior del combustible (kWh/h)
η= rendimiento de la caldera (valores respecto del 1)
Q= potencia de la caldera
Otros aspectos a tener en cuenta
Las redes de conductos y distribución
Deberán estar equilibradas, y se diseñarán teniendo en cuenta el horario de funcionamiento y la longitud del circuito. Se facilitará las tareas de mantenimiento incluyendo válvulas de aislamiento, y todos los conductos y tuberías estarán correctamente aisladas e insonorizadas. El aislamiento térmico del circuito por el que circula el agua es fundamental para garantizar el ahorro energético.
Los emisores
Los emisores transmiten el calor mediante radiación y convección, y lo deben hacer de manera gradual y uniforme. Se deben de poder regular desde cada uno de ellos (válvulas que gestione el usuario) y su mantenimiento debe ser fácil y económico. Los emisores más comunes son los radiadores y el suelo radiante.
Bomba de circulación y separador hidráulico
Si la circulación es forzada será necesario instalar una bomba que garantice la circulación del agua por todo el circuito. En grandes instalaciones puede ser necesaria la instalación de más de una bomba, y de un separador hidráulico para garantizar el correcto funcionamiento de cada una de ellas separando los circuitos.
Regulación y control
La regulación y el control son conceptos básicos para garantizar el ahorro energético y el confort deseado, ya que permiten ajustar la instalación a la demanda real y a las variaciones durante el funcionamiento de la instalación: gestión de la temperatura, del consumo de combustible, control de arranque y parada de las calderas, etc.
El rendimiento estacional de la caldera
Para evaluar la viabilidad económica de la caldera es necesario considerar el rendimiento estacional del equipo, y no el instantáneo, ya que éste tiene que ver con el comportamiento durante las horas de funcionamiento, y considera las pérdidas en los circuitos, en la propia caldera, en los humos producto de la combustión, y las horas de parada de la caldera.
Para finalizar os dejamos un ejemplo de cómo mejora la calificación energética del edificio de viviendas que os hemos mostrado al inicio de este post, respecto de la calificación G inicial, al proponer la instalación centralizada de calefacción y en este caso, también para la producción de ACS (caldera condensación, gas natural, 108% y 97% de rendimiento estacional respectivamente):
El objetivo de este post es aportar información útil respecto de los datos más importantes de instalaciones de calefacción centralizadas, y que pueden ser útiles en el procedimiento de certificación energética. No es un estudio exhaustivo, ya que el diseño de estos equipos es complejo y debe ser realizado por un profesional especializado.
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Buenas me gustaría saber donde hacer curso de instalaciones de caldera o calefacción centralizada… Muchas gracias