Equipos altamente eficientes para calefacción y ACS en el sector terciario

Las tecnologías presentadas en esta comunicación son las calderas de condensación así como la microcogeneración. Una de las principales características que presentan las calderas de condensación es que aprovechan el calor latente, cosa que no ocurre en las calderas convencionales, con el consiguiente incremento de rendimiento que ello supone. Por su parte, la microcogeneración tiene el valor añadido de producir a la vez calor y electricidad, de una manera sencilla, fiable y económica. Así pues, estas tecnologías aportan un grado elevado de eficiencia energética. Se presenta también un caso práctico de estudio, concretamente se trata de la rehabilitación de un hotel balneario donde se han empleado equipos de microcogeneración que aportan un porcentaje considerable de la demanda energética existente.

1. Introducción

En el consumo de energía, donde los edificios representan el 40 % de la demanda total final, sepuede destacar:

• Unos precios energéticos crecientes, y ya no sólo debido a las situaciones geopolíticas sinotambién al aumento de la demanda mundial de combustibles fósiles, que son limitados en eltiempo.

• Por otro lado cabe destacar una mayor conciencia ambiental, tanto a nivel público comoprivado.

• Y consecuentemente, una legislación cada vez más exigente.

En esta situación actual, y en general, los edificios de nueva construcción obtienen una calificación energética E, D o a lo sumo C. Solo edificios de nueva construcción, con un proyecto claramente orientado a ello obtienen hoy en día una calificación energética A o B. Se les podría llamar edificios singulares.

Los edificios existentes tendrían una calificación energética F o G, calificación que está pendiente de aprobarse el RD de certificación por el Mº de Industria. Así, el Código Técnico de la Edificación ha cambiado ya la forma de proyectar instalaciones térmicas en edificios desde el año 2007, destacando la incorporación de tecnologías como la solar térmica o la microcogeneración en todo tipo de edificios de nueva planta, y la certificación energética de edificios, un examen que debe pasar el edificio en términos de emisiones de CO2, apoyado con herramientas como el Calener.

La transposición de la directiva de la Unión Europea sobre el fomento de renovables en España se espera a principios del año 2012, donde la participación de equipos como paneles solares, bombas de calor, calderas de biomasa y equipos de microcogeneración serán protagonistas indiscutibles junto a las calderas de condensación.

¿Cuál es la nueva y próxima situación?

La nueva directiva impondrá en dos fechas ?2018 para los edificios públicos y 2020 para todos losedificios? la obligatoriedad de considerar el edificio como un consumidor a la vez que generador de energía para el abastecimiento de sus necesidades, con un objetivo de reducir al máximo la dependencia energética de las actuales redes de suministro. La manera de conseguir que un edificio tenga un balance energético nulo se consigue con la combinación de 3 factores decisivos:

1. La mejora de los aislamientos de la envolvente del edificio (junto a la reducción de lademanda).

2. El uso de equipos eficientes (condensación, microcogeneración).

3. Y el uso de energías renovables (solar térmica, solar fotovoltaica, bombas de calor, etc.)

Pero además también entrará en vigor la directiva de diseño ecoeficiente sobre productos que usan energía con un análisis completo del ciclo de vida de los mismos, es decir, se valorará incluso el impacto medioambiental del desguace del equipo al final de su vida útil.Y finalmente, se tendrá que cumplir también el etiquetado energético de equipos, donde sede berá informar no sólo del consumo del equipo sino de las prestaciones de una instalación completa formada por diferentes tipos de circuitos.

En esta comunicación veremos las tecnologías de producción de calefacción y ACS, que ayudan aconseguir los objetivos presentes y futuros. Las tecnologías presentadas son las calderas de condensación así como la microcogeneración, las cuales aportan un grado elevado de eficiencia energética.

2. Calderas de CONDENSACIÓN

2.1. Principios básicos de la condensación

En una caldera clásica de tipo atmosférico los productos de la combustión salen a una temperatura muy elevada, del orden de 130 a 150 ºC. Esta elevada temperatura implica que se desperdicia una gran cantidad de energía. Las calderas de condensación utilizan el principio físico de la condensación. Gracias a una serie de componentes específicos, como es un intercambiador sobredimensionado, estas calderas son capaces de enfriar los productos de la combustión hasta valores de unos 50 ºC, propiciando que el vapor de agua que se genera en la combustión condense y se convierta en agua líquida. Lo importante de este proceso es que la reducción de la temperatura y el consecuente cambio de estado (de vapor a líquido) implica la recuperación de una energía denominada calor latente. La recuperación de gran parte del calor latente con lleva un incremento en el rendimiento útil dela caldera que puede ser de hasta 108 % para el gas natural.

El valor superior al 100 % se justifica porque está tomado en base al PCI (poder calorífico inferior) del combustible. El PCI es la energía que se desprende de la combustión de un combustible sin tener en cuenta el calor de condensación del vapor de agua que se genera. Por otro lado, el poder calorífico superior (PCS) es la energía total que se desprende de la combustión incluyendo el calor de condensación extraído del vapor de agua que se genera. La diferencia entre el PCS y el PCI es el calor latente.

Cuanto mayor es el cociente entre el PCS y el PCI más ventajosa resulta la condensación. En estesentido, el gas natural, con un cociente de 1,11 es el combustible con el que se puede obtener unmayor rendimiento (rendimiento teórico máximo sobre PCI del 111 %).El cociente para el propano sería 1,09 y para el gasóleo 1,07, resultando este último el combustible menos ventajoso.

La reducción de la temperatura de los humos se consigue al hacer circular agua por el circuito primario con un retorno lo más bajo posible. Trabajar con bajas temperaturas medias de caldera conlleva la ventaja adicional de reducir las pérdidas de calor al ambiente, aumentando la eficiencia de la caldera.

El proceso de la condensación es progresivo y será más importante cuanto más cercana esté la temperatura de retorno a la temperatura de rocío. Dicha temperatura es la que marca el paso del estado gaseoso (vapor de agua) a líquido (condensados).

La temperatura de rocío varía según el contenido de CO2 de los productos de la combustión y según el combustible utilizado. Para el gas natural se sitúa alrededor de los 53 ºC y para el gasóleo alrededor de los 47 ºC. Esto implica que la condensación se iniciará antes en una caldera que funcione con gas natural que con gasóleo.

Con este tipo de calderas se logra una importante reducción en la emisión de contaminantes a la atmósfera. Por un lado, se reduce la emisión de CO2 debido al elevado rendimiento estacional (hasta un 109,8 % respecto el PCI según DIN 4702?8), que implica un menor consumo de combustible. Por otro lado, también se reduce sustancialmente la emisión de NOx ?hasta en un 80%? y de CO ?hasta en un 90 %? gracias a la premezcla aire?gas y al diseño especial del quemador.

El amplio rango de modulación que tienen estas calderas (hasta 1:6) permite ajustar de forma óptima el encendido de la caldera según la temperatura a la que entre el agua, reduciendo de esta forma el consumo de gas al mínimo necesario.

La posibilidad de instalación en cascada es otra de las grandes ventajas de las calderas decondensación. Las calderas reguladas en cascada van arrancando y parando de manera secuencial en función de las necesidades de cada instante. La modularidad de la instalación es una garantía de servicio. La posible avería de una caldera de la instalación en cascada no impide el funcionamiento del resto, evitándose una pérdida total de servicio.

2.2. Componentes especiales de una caldera de condensación

La forma más simple de tener una caldera de condensación es partiendo de una caldera tradicional de baja temperatura a la que se le añade un recuperador de calor en serie, de tal forma que el retorno de agua de la instalación se conduzca a la zona inferior del condensador, tal y como puede apreciarse en la figura 3.

Dicho condensador puede estar integrado en la envolvente o ser externo. Esta última disposición es habitual en calderas de grandes dimensiones o de gasóleo.

3. Equipos de MICROCOGENERACIÓN

3.1. Principios básicos de la microcogeneración

El principio de la microcogeneración (CHP) es extremadamente simple. Con esta tecnología un equipo crea simultáneamente energía térmica y eléctrica, que puede aprovecharse en el mismo edificio. Como ya se ha explicado, mediante la producción combinada de calor y electricidad a partir de la transformación del generador de energía primaria, se crea energía eléctrica y el calor generado en este proceso se capta y conduce a un sistema de calefacción o de agua de servicio. A fin de diferenciar entre una instalación de cogeneración accionada por turbinas y otra accionada por un motor se introdujo el término central de producción combinada de electricidad y calor a motor, para definir una relación clara del proceso de cogeneración.

Como motores de accionamiento se utilizan motores de combustión interna para el funcionamiento con gas, motores diésel para el funcionamiento con gasoil y, menos frecuentemente, también motores de reacción para el funcionamiento combinado con gas y gasoil. Estos motores son fijos o están unidos mediante un acoplamiento al generador e instalados juntos en un bastidor. Por lo general, en el caso de módulos más pequeños las centrales se integran de forma compacta en la carcasa de protección acústica de manera que la central de cogeneración se fabrica lista para la conexión como una unidad. También se integran los intercambiadores de calor ?que enfrían los gases de escape?, el motor, el aceite lubricante y a menudo también el generador, y que permiten aprovechar el calor generado gracias a un circuito de agua independiente.

Como la transformación de la energía primaria mediante la combustión es un proceso térmico intensivo, por lo general sólo el 25 – 30 % de la energía utilizada se transforma en movimiento mecánico. El 70 – 75 % restante se transforma en calor, que entonces es captado por elcorrespondiente sistema de intercambio térmico y conducido a un proceso de calefacción o agua de servicio. Así el rendimiento total aumenta a aproximadamente un 90%, el aprovechamiento efectivo de la energía primaria se maximiza y, en comparación con la generación de electricidad y calor por separado, se obtiene un ahorro de energía primaria de aproximadamente el 30%. A ésto se une también una reducción en la emisión de sustancias nocivas, que suponen cerca de un 47 % de las emisiones de CO2 y un 25 % de las emisiones de NOx.

Así pues, se observa como en comparación con la obtención de energía estándar, en el caso de la generación combinada de electricidad y calor, el consumo de combustible es aproximadamenteun 30 % más bajo y la emisión de CO2 anual hasta 20 toneladas inferior.

3.2. Componentes de un equipo de microcogeneración mediante motor alternativo

Un equipo de microcogeneración con motor de combustión interna es una máquina completa, compacta y lista que genera, en el caso concreto del equipo Dachs (BAXIROCA), 5,5 kW de potencia eléctrica y 12,5 kW de potencia térmica. Este tipo de equipos tienen unas dimensiones de alrededor de 100 x 70 x 100 cm (Alto x Ancho xProfundidad) y un peso aproximado de 500 kg. Requiere una superficie de instalación de aproximadamente 1m2, al incluir el espacio libre necesario para los trabajos de mantenimiento esnecesario un espacio de 3,5 m2 por módulo. Cabe la posibilidad de conectar varios módulos enuna misma instalación, en cascada.

La regulación por microprocesador con supervisión de red contiene todas las funciones de control y regulación para la instalación, el registro interno de los valores de medición, la técnica de seguridad del lado de salida de gases así como todas las supervisiones requeridas para un funcionamiento seguro en paralelo de la central conectada a la red de baja tensión. Estos equipos deben poseer un distintivo CE y el certificado de prueba del tipo CE de conformidad con ladirectiva CE para dispositivos de gas.