MINISTERIODE ECONOMIA

Calefacción en grandesedificios con biomasa Aspectos técnicos

básicos

TÍTULO DE LA PUBLICACIÓN

"Calefacción en grandes edificios con biomasa. Aspectos técnicos básicos"

CONTENIDO

La presente publicación incluye un paquete de información básica para laplanificación y desarrollo de proyectos de calefacción con biomasa en bloquesresidenciales, edificios públicos y otros grandes edificios.

AUTOR

Esta publicación se ha desarrollado dentro del proyecto BIOHEAT(4.1030/Z/00-163/2000) del Programa ALTENER de la Comisión Europea, y ha sidoelaborada por:• The Austrian Energy Agency (E.V.A.)• The Swedish Biomass Association (SVEBIO)• dK-TEKNIK ENERGI & MILJØ• Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE)

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos la colaboración técnica, producción de material e imágenes aportadasa las siguientes instituciones, organismos públicos y empresas: Ilmo. Ayuntamientode Quesada (Jaén); "Fundació Territori i Paisatge" de Caixa Catalunya; AsociaciónNacional para la Vivienda del Futuro; Trama Tecnoambiental; L.Solé, S.A.; BioEbro,S.L.; MB Carbones; Combustibles Cabello; BUYO, S.A.; Industrias de la Rosa; JoaquínPalacín, S.L.; Vulcano-Sadeca, S.A.; Talleres Laguna, S.L.; Estudios Luis de Garrido y LaColorá de Begara, S.L.

Esta publicación ha sido diseñada y producida por el IDAE dentro del marco de actividades delproyecto BIOHEAT del programa ALTENER de la Comisión Europea, y se ha incluido en el fondoeditorial de este Instituto, en la Serie "Publicaciones Técnicas IDAE".

Cualquier reproducción, parcial o total, de la presente publicación debe contar con la aproba-ción por escrito del IDAE.

Depósito Legal: M-49972-2002.

IDAE Instituto para la Diversificación y Ahorro de la EnergíaPº de la Castellana, 95 - Planta 21E - 28046 – MADRID -

comunicacion@idae.eswww.idae.es Esta publicación está disponible en : www.bioheat.info

Madrid, septiembre de 2002

prólogprólogoo

Este material presenta información técnica básica, que debe servir de ayuda en la pla-nificación de los proyectos de calefacción con biocombustibles tales como pellets,astillas de madera o residuos agroindustriales. Estos proyectos pueden realizarse enbloques residenciales o en edificios públicos como escuelas, residencias de ancianos,ayuntamientos y otros grandes edificios con una carga calefacción entre 50 kW y800 kW. Para potencias dentro de este rango los sistemas de calefacción con bioma-sa tienen considerables ventajas económicas y son, generalmente, fáciles de realizarya que la instalación se puede llevar a cabo en el mismo edificio en muchos casos.

Los destinatarios de esta información son consultores, ingenieros, arquitectos yempresas del sector energético, sin experiencia o con experiencia limitada en estecampo, interesados en realizar un proyecto de este tipo.

La producción de esta publicación se ha realizado con el apoyo del programa ALTENERde la Comisión Europea (Contrato número 4.1030/Z/00-163/2000), siendo los autoresde la misma: Christian Rakos (The Austrian Energy Agency, E.V.A.), Fredrik Lagergren(The Swedish Biomass Association, SVEBIO), Anders Evald, Jeppe Bjerg (dK-TEKNIKENERGI & MILJØ), Luis García Benedicto y Miguel González de la Torre (Instituto parala Diversificación y Ahorro de la Energía, IDAE).

Puede descargarse una versión electrónica de éste documento en la página web,www.bioheat.info

índiceíndice

1 ¿Por qué una calefacción con biomasa?

Apoyo políticoExcelente disponibilidad de tecnologíaCompetitividad económicaBeneficios medioambientalesCrecimiento del mercado

2 ¿Es la calefacción con biomasa un sistema viable?

Cuestiones generalesDisponibilidad de espacio, planificación adaptadaDisponibilidad del suministro de combustibleMantenimiento de la calderaEstimación de la potencia y necesidades de combustibleEstimaciones económicas

3 Selección del biocombustible

Propiedades de los pellets, las astillas de maderay los residuos agroindustriales Selección del combustible apropiado

4 Almacenamiento de la biomasa

Tamaño del depósitoTrazado del depósito y del cuarto de calderasCaracterísticas de la seguridad de los silos de biomasaSuministro del combustible

5 Calderas automáticas de biomasa

Selección de la calderaEstrategias para regular la carga y mejorar la seguridad de suministroSistemas de seguridad

9

9

15

19

25

31

10

10

11

12

15

16

16

16

16

19

21

26

27

27

31

33

34

28

15

6 Ruido

7 Producción de agua caliente sanitaria e integracióncon sistemas de energía solar térmica

Calefacción sin producción de agua caliente sanitariaCalefacción y producción de agua caliente sanitaria descentralizadaCalefacción y producción de agua caliente sanitaria centralizadaAspectos básicos para el diseño de un sistema combinadode energía solar térmica y biomasa

8 Operación y mantenimiento

9 Disposición de la ceniza

10 Ayudas, permisos y normativa

AyudasPermisosNormativa

11 Compra del equipo

37

41

47

51

55

59

42

42

43

43

55

56

56

1

Calefaccióncon biomasa

Hay muchas razones para considerar lainstalación de calefacciones alimentadas conbiomasa en grandes edificios. Además de usarenergías limpias y de estar tecnológicamenteprobadas, también pueden ser una solución económicamente atractiva. Por otro lado, losbiocombustibles son un recurso autóctono,que ofrece también una mayor seguridad desuministro y estabilidad de los precios.

Apoyo político

Los acuerdos de Kyoto hacen un llamamiento a lareducción de las emisiones de efecto invernadero. Eluso de biocombustibles para calefacción es una delas medidas más efectivas a la contribución de esteobjetivo. El incremento del uso de biocombustibleses apoyado explícitamente por la Comisión Europea.En su "Campaña de Despegue" ha establecido unobjetivo de 2.000 MW para los sistemas decalefacción con biocombustibles en grandes

edificios, en Europa, hasta el año 2003. Algunospaíses europeos se han unido mediante programasnacionales para la promoción del uso de biomasa afin de estimular las economías regionales y abrirnuevas oportunidades a los selvicultores yagricultores. Finalmente, la Comisión Europea hamanifestado su preocupación con respecto al decre-cimiento en los niveles de seguridad de suministroenergético (Libro Verde sobre SeguridadEnergética). La biomasa puede contribuir a mejorarla seguridad de suministro energético de formasignificante.

En España, los recursos potenciales de biomasa,calculados por "El Plan de Fomento de las EnergíasRenovables" se elevan a 16,10 Mtep de los cuales10,40 Mtep corresponden a biomasa residual y5,70 Mtep a cultivos energéticos. Las previsionesenergéticas del citado Plan para el intervalo 1999 –2010, divididas por origen y por aplicación se distri-buyen de la siguiente forma:

¿Por qué unacalefacción

con biomasa?

1

9

10Calefacción en grandes edificios con biomasa

Producción tepResiduos forestales (150.000 ha/a x 3 tep/ha.a)Residuos agrícolas leñosos (875.000 ha x 1,5 t/ha x 0,26 tep/t)Residuos agrícolas herbáceos (1.350.000 ha x 3,6 t/ha x 0,28 tep/t)Residuos de industrias forestales y agrícolasCultivos energéticosTotal

Aplicación

450.000350.000

1.350.000500.000

3.350.0006.000.000

tepAplicaciones térmicasAplicaciones eléctricasTotal

Tabla 1: Previsiones del Plan de Fomento de las Energías Renovabl

900.0005.100.0006.000.000

es en España parael área de Biomasa.

Dentro del sector doméstico se establece comoobjetivo intermedio 23.997 tep para el año 2006.

El apoyo político también puede ser significativo enel ámbito local. La estimulación de la economía locales un punto importante para la mayoría de lascomunidades. Muchas comunidades se han unidoen el proceso de la Agenda Local 21, o tienen otrosprogramas ambientales. En estos casos, losproyectos innovadores que impulsen estos objetivospueden ser bien acogidos y apoyados activamente.

Excelente disponibilidad de tecnología.

Mientras el uso de la leña es común en todo elmundo, el uso de pellets, astillas u otrosbiocombustibles en calderas automáticas, quealcanzan los mejores niveles establecidosactualmente de rendimiento, disminución deemisiones y confort, es una nueva opción todavía engran parte desconocida. La tecnología de las

calderas de biomasa ha hecho enormes progresosen la última década. Las emisiones han caído en dosórdenes de magnitud y los rendimientos hanalcanzado el mismo nivel que las calderas de gasoilo de gas. Este progreso ha incluido la fiabilidad deoperación de una caldera automática. Sin embargo,hay que destacar, que hay una amplia gama decalidades disponibles en el mercado. Losconsumidores que utilizan las calderas de biomasapara aprovechar sus residuos pueden tener menosrequisitos de calidad que las aplicaciones domésti-cas. La selección cuidadosa de una caldera de altacalidad es esencial para realizar con éxito un pro-yecto en un edificio residencial o público.

Competitividad económica.

La calefacción con biomasa puede ser económicamenteviable, pues los biocombustibles son significativamentemás baratos que los combustibles fósiles.

Gráfico 1: Comparación de costes de combustibles

11

Sin embargo los costes de inversión en los sistemasde calefacción con biomasa, son significativamentemás altos, que para la calefacción con sistemasconvencionales.

El gráfico 2 muestra que los costes específicosde inversión son particularmente menores paragrandes edificios con alta demanda de energíatérmica. Los costes para las redes de calefaccióncentralizada son más altos, porque necesitangeneralmente una sala de calderas separada y unared de distribución cara.

Beneficios medioambientales

Cuando se tratan los impactos medioambientales existela creencia común de que las chimeneas de leña generanmucho humo. Esto no es verdad para la combustión debiomasa en calderas de alta tecnología. La tabla 2compara las emisiones de calderas modernas, medidasen operación real, en una muestra de escuelas públicasen Austria. En estas mediciones las calderas de biomasatenían emisiones más bajas o similares de SO2,emisiones levemente más altas de NOx y CO y emisionesmás altas, pero aceptables, de partículas.

Sin embargo, las emisiones de calderas no son las

únicas consecuencias para el medio ambiente quedeben ser consideradas. La producción y el transportedel combustible suponen unas cantidadesconsiderables de contaminación que necesitanconsiderarse para el equilibrio ambiental. Las emisionesdel ciclo de vida presentadas en el gráfico 3 han sidocalculadas con la base de datos GEMIS, desarrolladapara el análisis del ciclo de vida. Los resultados se basan

en el estado actual de la tecnología de calderas, concondiciones estándar para los combustiblesconvencionales y suponiendo que los pellets de maderason transportados en camión una distancia de 300 km.Incluso se consideran las emisiones debidas a laproducción y al reciclado de las calderas.

Gráfico 2: Costes de inversión específicos de los sistemasde calefacción con biomasa

Tabla 2: Emisiones en mg/kWh de energía suministrada

Gasóleo de calefacción

Gas Natural

Astillasde madera/Pellets

CO 10 150 250

SO2 350 20 20

NOx 350 150 350

Partículas 20 0 150

NMVOC 5 2 10

Calefacción con biomasa

La comparación muestra, que los pellets cumplen mejorlos límites de emisiones de CO2 y CO. Las emisiones deSO2 son significativamente más bajas que para lascalderas de gasóleo pero levemente más altas que en lascalderas de gas. Las emisiones de partículas sonlevemente más altas pero su cantidad no supera los30 kg al año, tres ceniceros llenos.

Crecimiento del mercado

La calefacción de edificios es un gran mercado deenergía. En algunos países como Austria, Dinamarca,

Alemania y Suecia, el uso de biomasa en estemercado ha crecido rápidamente en los últimos años.

El gráfico 4 muestra el número de bloques de vivien-das con calefacción alimentada por biomasa enAustria. En la provincia de Salzburgo en el año 2001más del 50 % de la nueva vivienda residencial cons-truida fue calentada con biomasa.

Este crecimiento también se está dando en Españaencontrando bloques de viviendas o edificios públi-cos alimentados por biomasa a lo largo de todo elterritorio nacional.

12

Gráfico 3: Comparación de las emisiones del ciclo devida para distintos combustibles

Gráfico 4: Número de bloques de viviendas con calefacciónalimentada por biomasa en Austria

2

Calefaccióncon biomasa.Un sistema viable

El proceso completo, desde la primera idea hastarealizar la instalación de biomasa, cubrediferentes aspectos. Los mismos aspectos, conformas distintas, pueden aparecer en diversasetapas del proceso. Por ello, la evaluacióneconómica del proyecto debe realizarse tanto alcomienzo como al final del proceso. A menudo esaconsejable volver atrás y reconsiderar losaspectos de fases anteriores. Uno de los pasosmás importantes del proceso es hacer unestudio de viabilidad, en las primeras fases delproyecto, que clarifique los puntos másimportantes. Este capítulo guía al lector a travésde las principales consideraciones del estudio deviabilidad. Los siguientes capítulos darán másinformación sobre los detalles relevantes quedeben ser considerados en la realización de unsistema de calefacción con biomasa.

Cuestiones Generales

Los sistemas modernos de calefacción conbiomasa trabajan del mismo modo que los sistemas de calefacción convencionales congasóleo o gas. Estos sistemas sólo son poco

corrientes, por tanto, todos los agentes involu-crados deben recibir periódicamente informa-ción detallada, ya que el escepticismo sobre estanueva tecnología es la mayor barrera para eléxito del proyecto. El grupo de agentes sectoria-les relevantes incluye los inversores, los poten-ciales usuarios del edificio, los vecinos y lasautoridades públicas. La puesta en marcha de unproyecto de calefacción con biomasa no es unatarea fácil en un medio donde nunca antes se havisto este tipo de instalaciones, y requerirá unimportante esfuerzo de comunicación. Sinembargo, también es un ejercicio gratificante,porque es la vía para que, en el futuro, muchosedificios dispongan de este sistema. Ser pioneroses este campo será una recompensa en el futuro.

Disponibilidad de espacio, planificaciónadaptada

Un sistema de calefacción con biomasa necesitaalgo más de espacio para la caldera, el silo decombustible y el acceso para el suministrode combustible. Si el espacio disponible espequeño, probablemente, no sea un buen

¿Es la calefaccióncon biomasa

un sistema viable?

2

15

16

proyecto para la demostración de esta nuevatecnología. Si el proyecto y la construcción deledificio están en una fase inicial, es una ventajaconsiderable pues permite la adaptación deldiseño. Una buena comunicación entre elarquitecto y el técnico facilitará esta tarea.

Disponibilidad de suministro del combustible

Aunque la disponibilidad de biomasa esabundante en Europa, el suministro aún no estáorganizado en muchos casos. Un biocombustibleadecuado puede proceder de la industria agroforestallocal, que produzca biomasa residual, de losresiduos forestales o de residuos de cultivos agrí-colas. La aparición de los pellets, con alta densi-dad energética que permite transportarlos gran-des distancias, ha mejorado considerablementela situación; además, el número de los producto-res de pellets está creciendo rápidamente. Encualquier caso, debe asegurarse el suministro alargo plazo de los biocombustibles, con unacalidad alta y constante, antes del establecimientode un sistema de calefacción con biomasa. En lapágina web www.bioheat.info puede obtenerseun listado de suministradores de biomasa.

Mantenimiento de la caldera

La diferencia principal entre la operación de unacaldera de biomasa y una caldera de gasóleo es,que en la caldera de biomasa las cenizas se hande retirar periódicamente. Es importanteestablecer por anticipado la identidad de lapersona que va tener la responsabilidad de estatarea y que va vigilar el almacenamiento delcombustible. Si se utiliza una caldera sinlimpieza automática del intercambiador, seránecesario realizar un trabajo considerable paralimpiar el polvo de cenizas en el mismo.

Estimación de la potencia y necesidades decombustible

Es importante establecer los cálculos correctoscon relación a la demanda térmica del edificio alinicio del diseño del proyecto, ya que estecálculo tiene una influencia considerable tantoeconómicamente como en el adecuadofuncionamiento de la planta.

Si el sistema de calefacción con biomasasustituye a un sistema de calefacción de unedificio existente, la demanda anterior decombustible es la mejor base para el cálculo dela demanda y también de la potencia requerida(que frecuentemente no se corresponde con lapotencia de las calderas existentes). El requisitode potencia real se puede calcular a partir de laenergía térmica demandada (la demanda degasóleo debe incluir el rendimiento de lacaldera) dividiéndola por el número de horasequivalentes a potencia máxima que correspondenal clima local y al uso del edificio.

Si el sistema va a instalarse en un edificio denueva construcción la potencia térmica y lademanda de calefacción se deben calcularconsiderando los datos de aislamiento deledificio y de la superficie de la epidermis delmismo, así como la demanda del agua caliente.El uso de estos parámetros es mejor queconsiderar los estándares de demanda ya que,a menudo, están anticuados.

Estimaciones económicas

La forma más fácil de comparar las diferenciaseconómicas entre los diferentes sistemas decalefacción es el cálculo con el modelo estándarVDI 2067. Puede descargarse una hoja decálculo con este modelo en www.bioheat.infopara estimar los costes totales de la energía ycompararlos con los costes de sistemas decalefacción convencionales.

De acuerdo con las experiencias suecas entre el20 y el 25 % de la inversión total para un sistemade calefacción de biomasa (en un edificioya existente) está relacionado con elalmacenamiento del combustible y el sistema desuministro del combustible. La caldera automáticade biomasa, incluyendo un sistema de limpiezade humos simple y otros equipos que se encuen-trán normalmente en una sala de calderas,suman cerca de 50 % de los costes. El resto,generalmente menos del 30%, puede dividirseequitativamente entre la chimenea y el coste deejecución, así como el diseño, gastosadministrativos, dirección de obra, permisos,etc.

Seleccióndel biocombustible

3

19

Propiedades de los pellets, las astillas demadera y los residuos agroindustriales

Los tipos de combustible más convenientes paralos sistemas de calefacción de biomasa engrandes edificios son los pellets, las astillas demadera y los residuos agroindustriales como losorujillos, las pepitas de uva o las cáscaras dealmendra. Los pellets son un biocombustibleestandarizado, cilíndrico, hecho por lacompresión de virutas y astillas molturadas ysecas, procedentes de residuos de maderalimpios, de serrerías o de otras industriasforestales o agroforestales. En el proceso deproducción no son utilizados pegamentos oproductos químicos, solo alta presión y vapor. Enalgunos países se usan añadidos biológicoscomo patata, harina de maíz o el licor negro de laindustria de la pulpa hasta un máximo entre el1 % y el 3%.

El poder calorífico inferior de los pellets esaproximadamente 4,7 kWh/kg (4.000 kcal/kg).Dos kilogramos de pellets equivalenaproximadamente a un litro de gasóleo.

Es importante señalar que los pellets nocontengan otras sustancias o contaminantes quepuedan aumentar la cantidad de cenizaconsiderablemente, lo que puede generarproblemas en la caldera. También es necesarioque los pellets posean cierta resistenciamecánica y no se desintegren fácilmente enpolvo, ya que éste tiene unas propiedadesdiferentes.

Seleccióndel biocombustible

3

Se han establecido estándares para la calidadde los pellets en Suecia, Austria, Alemania yEstados Unidos. En Europa se está preparando unestándar CEN para biocombustibles y en Españadentro de AENOR existe un grupo de trabajo con losmismos objetivos.

Las astillas de madera son trozos pequeños delongitudes entre 5 y 50 milímetros en la dirección dela fibra. A menudo también contienen ramitas largasy una fracción fina (denominada "finos"). La calidadde las astillas de madera depende de la materiaprima y de la tecnología de producción. En Europason comunes tres tipos distintos de astillas demadera:

1. Las astillas de madera de residuos de monte comoramas y copas de arboles procedentes de podas.Son más abundantes en los países nórdicos. Estasastillas tienen un contenido de agua de alrededordel 50%, su tamaño varía desde polvo a astillas, ycontienen hojas y cortezas. Estas astillas sólo sonadecuadas para grandes calderas en redes centrali-zadas de calefacción.

2. Las astillas producidas en la industria delaserrado, con un contenido de agua entre 40 - 50%,

que se usan en industrias de la pulpa y del papel.Tienen unas propiedades mejores de combustión,pero son demasiado húmedas para pequeñascalderas, a menos que los residuos de la industria sedejen secar antes de astillarlos, o las astillasse sequen (por ejemplo, almacenadas en uncontenedor con ventilación de aire caliente).

3. Las astillas de las podas sin ramillas ni hojas,dejando que se sequen durante unos seis mesesantes de astillarlas (esto varía según la especie y laclimatología del lugar). Estas astillas contienenalrededor de un 30 % de agua y deben ser uniformesen calidad y tamaño (mediante el uso de una buenaastilladora, con un buen mantenimiento). Estasastillas son apropiadas para calderas como lasusadas en grandes edificios. Trozos largos demadera, no astillados, pueden causar fallos deoperación y deberían eliminarse durante laproducción de astillas.

Los residuos agroindustriales pueden tener muchosy muy distintos orígenes. Suelen ser de tamañoreducido (menores de 10 mm) lo que supone unaventaja para su uso en calderas de edificios. Elgrado de humedad varía de forma significativasegún el tipo de residuo existiendo un intervalo devariación muy amplio, entre el 10 y el 40 %Generalmente los proveedores de este tipo decombustibles disminuyen estos valores mediantesecado. Su composición varía mucho según el tipode residuo siendo necesario poner especial atencióna las emisiones en algunos casos. Su poder caloríficoinferior se sitúa en el rango de los 4,0 – 4,7 kWh/kg(3.500 kcal/kg – 4.000 kcal/kg) siendo unos com-bustibles baratos y de gran calidad.

La tabla 3 proporciona los datos básicos de unbiocombustible apropiado para su uso en lacalefacción de grandes edificios. Las astillas de

20

Tabla 3 : Datos básicos de los biocombustibles para calefacción

Pellets Astillas Residuos de madera de madera seca agroindustriales

Poder calorífico inferior 17,0 GJ/t 13,4 GJ/t 14,6 - 16,7 GJ/t- por kg 4,7 kWh/kg 3,7 kWh/kg 4,0 – 4,7 kWh/kg

3- por m 33.077 kWh/ m 3744 kWh/ m 3744 – 2.500 kWh/ mHumedad (b.s.) 8 % 25 % 10 - 40 %Densidad 650 kg/m3 200 kg/m3 200 - 500 kg/m3

Contenido de cenizas 0,5 % 1 % 1 - 2 %

Calefacción en grandes edificios con biomasa

madera húmedas no deberán ser usadas en estossistemas de calefacción. Los datos de densidadestán referidos a volumen de apilado de la biomasa,denominado estéreo o m3 de volumen suelto, m3 lv("loose volumen").

En cualquier caso, es esencial para el adecuadofuncionamiento del sistema de calefacción conbiomasa que la calidad del combustible secorresponda con los requerimientos de la caldera.

Selección del combustible apropiado

Tanto los pellets como las astillas o los residuosagroindustriales tienen ventajas y desventajas. Esimportante considerarlas cuando hay que tomar unadecisión sobre la elección del combustible.

Astillas de madera

+ pueden estar disponibles localmente

+ la producción fomenta el empleo local

+ más baratas que los pellets

- requieren un mayor espacio para elalmacenamiento

- alta calidad y uniformidad son importantes,pero difíciles de asegurar

- mayor demanda de personal parala operación y mantenimiento de la planta

Pellets

+ combustible estandarizado con alta fiabilidad deoperación

+ requieren menor espacio para el almacenamiento

+ menor esfuerzo para la operación y mantenimientode la planta

- alto coste del combustible

- menores beneficios para la economía local

Residuos Agroindustriales

+ pueden estar disponibles localmente

+ más baratos que los pellets y las astillas

+ menor esfuerzo para la operacióny mantenimiento de la planta que las astillas

- requieren un mayor espacio parael almacenamiento

- pueden dar problemas de emisioneso corrosión de la caldera

- mayor demanda de personal para la operacióny mantenimiento de la planta que los pellets

Un m3 de pellets tiene cuatro veces la energía delcontenido de un m3 de astillas secas, por ello, elalmacenamiento necesario es menor. Algunascalderas en el mercado tienen dos sistemas incorporados, uno para pellets y otro para astillas,con un sistema electrónico de control que adapta losparámetros de combustión según la selección delcombustible. Esta flexibilidad en el combustiblepuede ser útil y económica. En este caso, elalmacenamiento y el sistema de recuperación delcombustible debe diseñarse para la operación conambos combustibles.

21Selección del biocombustible

4

Almacenamientode la biomasa

Almacenamientode la biomasa

4

Los biocombustibles pueden almacenarse en undepósito dentro del edificio, en una habitacióncerrada cerca de la caldera o en un almacénseparado fuera del edificio. Este puede ser unsilo, en superficie o subterráneo, en unahabitación desde donde el combustible estransportado hasta la caldera por un tornillo sinfin. Otra solución es un contenedor situado allado del edificio, con rampas de descarga,que transporte la biomasa de uno a otromediante de un vehículo de intercambio decarga.

Figura 1: Depósito en el edificio Figura 3: Depósito cercano al edificio

Figura 2: Depósito fuera del edificio

25

26Calefacción en grandes edificios con biomasa

Ejemplos de almacenamiento de combustible

El combustible puede ser transportado desde elalmacén hasta la caldera de distintas formas:

– Suelo llano con rascadores horizontaleshidráulicos - caro pero optimiza el volumen debiomasa disponible (se utiliza principalmentecon astillas, no con pellets).

– Rascadores giratorios (como en las dosprimeras figuras) - más baratos, pueden usarsetanto con astillas como con pellets, el almacéndeberá ser redondo o cuadrado para evitarespacios muertos.

– Suelo inclinado con un tornillo sin fin.

– Suelo inclinado con un sistema de alimenta-ción del combustible neumático - el sistema másbarato, sólo admite pellets, la alimentación neu-mática permite el almacenaje de pellets en unahabitación hasta 15 m de distancia del cuarto decalderas. El sitio de almacenaje debe ser largo y estrecho para evitar demasiadosespacios muertos.

La selección del sistema de almacenamientotiene implicaciones para el transporte y lossistemas de suministro que deben serconsideradas. Los silos sobre el terrenonecesitan vehículos de suministro que puedandescargar lanzando el combustible sobre la pila.Los silos subterráneos se pueden llenar concualquier vehículo con volquete. Esta es lasolución más común. Si la compuerta dedescarga no se puede situar en el centro del

almacén, dispositivos como tornillos sin finpueden mover el combustible dentro del silopara evitar grandes espacios vacíos. Encualquier caso, esto es más caro. Es muyimportante asegurar la impermeabilización delalmacén para evitar la entrada de agua delsubsuelo. El almacenamiento de astillas debeestar bien ventilado para permitir el secado delas astillas y evitar la aparición de moho.

Tamaño del depósito

El volumen de almacenamiento depende devarios factores: Expectativa de la demanda decombustible, tipo de combustible, fiabilidad desuministro del combustible, espacio disponible,tamaño del vehículo de suministro, etc. Paraedificios existentes la solución más eficienteeconómicamente es, a menudo, adaptar elsuministro de combustible al silo dealmacenamiento existente, en lugar de construiruno nuevo.

Llenar más del 70 por ciento del espacio deldepósito es una tarea difícil y es importantepoder descargar un camión completo sin tenerque esperar a que se vacíe por completo elalmacén. Por ello, cuando se proyecta un edificionuevo el tamaño mínimo del depósito debe seraproximadamente un 50 % mayor que un camiónlleno de combustible o que la demanda decombustible para dos semanas. Si el suministrocontinuo de biomasa parece inseguro, puedetener más sentido el uso de una calderaconvencional, para los picos de demanday como sistema auxiliar, que un volumen dealmacenamiento mayor.

Figura 4: Almacén con un ángulo de inclinación de por lo menos 40°- las esquinas debajo del piso son espacios muertos

27Almacenamiento de la biomasa

Dado que los pellets son generalmente másbaratos en verano que en invierno, puede sermás viable económicamente en proyectos máspequeños, almacenar la demanda anual depellets, pero esto debe verificarse en cada caso.

Esto mismo sucede con los residuosagroindustriales. Dependiendo del tipo deresiduo, la actividad de las industrias que logeneran puede desarrollarse a lo largo de todo elaño, o puede ser una actividad centrada en unaépoca determinada (este es el caso de losorujillos de aceite), siendo necesario elalmacenamiento del combustible para el restodel año. En este caso puede ser útil un parqueexterior de almacenamiento centralizado quealimente varios silos de distintos edificios.

Debe considerarse cómo se puede vaciar elalmacén en caso de ocurrir un fallo técnico delequipo o para realizar construcciones en el almacén.

Hay que buscar contactos con las empresasconstructoras en las primeras etapas paraconsiderar las normativas de edificación localesy otras especificaciones locales en el proceso dediseño del proyecto.

Puede descargarse un programa de cálculo de lademanda de biomasa en www.bioheat.info

Trazado del depósito y del cuarto de calderas

El cuarto de calderas y el almacén deben estarsiempre separados por razones de proteccióncontra incendios. Hay que asegurase de tenersuficiente espacio alrededor del equipo parapermitir su mantenimiento y reparación. Eldiseño del cuarto de calderas debe incluir unlugar para las labores diarias de operación,

mantenimiento y reparación en la instalación.Una de las actividades que necesita más espacioes el cambio de los sistemas de alimentación ytornillos sin fin para pellets y residuosagroindustriales. También debe garantizarsesuficiente espacio para la limpieza de los tubosdel intercambiador de calor (a menos que sea unsistema automático).

Un cuarto de calderas típico para una caldera pordebajo de 350 kW, necesita 20 m2 de espacio.Para otras disposiciones ver por ejemplo,h t t p : / / w w w. p e l l e t s h e i z u n g . a t / e i n b a u /beispiel.htm

Características de la seguridad de los silos debiomasa

El almacenamiento de biomasa tiene unascaracterísticas específicas de seguridad paraprevenir problemas como, el daño del silo,autocombustiones, explosiones o la degradacióndel combustible. Un cuarto de almacenamientode biomasa debe cumplir:

– Estar completamente seco.

– Tener una capa de goma que proteja la paredde los golpes de los pellets durante su manipulación.

– Las puertas del almacén deben ser compactasy resistentes al fuego, y unos tablones de made-ra deben proteger las puertas contra la presiónde la biomasa.

– Las instalaciones eléctricas dentro del almacénno están permitidas.

– El sistema neumático de las tuberías debetener una toma de tierra para prevenir chispaselectrostáticas durante la carga.

– Las paredes deben ser suficientemente fuertespara soportar la presión de la biomasa.

– Las paredes deben ser resistentes al fuegodurante 90 minutos.

Una vez al año debe limpiarse el polvo acumula-do y deben ser engrasados los cojinetes del tor-nillo sin fin.

Figura 5: Descarga de biomasa en silo

28

Suministro del combustible

Los biocombustibles forestales o agrícolas sonsuministrados usualmente en camiones otractores con volquetes que ese inclinan sobrelas compuertas del almacén, o mediantecamiones con sistemas neumáticos de descargadel combustible. Para las astillas es más comúnel uso de un volquete y para los pellets lossistemas neumáticos. En el caso de losagroindustriales pueden darse las dos formas.

Puesto que un m3 de pellets tiene cuatro veces elcontenido energético de un m3 de astillas fores-tales secas, su suministro es menosfrecuente que para las astillas. Por esta razón,entre otras, las instalaciones de pellets son másfácilmente aceptadas que las de astillas encentros de ciudades muy poblados. Lo mismoocurre en el caso de residuos agroindustriales,ya que además de necesitar menos espaciotienen un precio menor.

Otras implicaciones relacionan la seguridad vialy el espacio. Debe haber sitio suficiente para quelos vehículos den la vuelta. Un punto delicado esla discusión sobre si la zona de aparcamiento olos espacios verdes abiertos pueden utilizarsepara las maniobras de carga y descarga de lainstalación.

Cuando se utiliza un sistema de descarganeumático, deben tomarse las siguientesmedidas de seguridad:

– El conductor debe comprobar si el cuarto dealmacenaje cumple con los estándares deseguridad antes de la descarga.

– Debe también controlar que la caldera no estéen operación (ya que la depresión en el silopuede provocar un reflujo de la llama de lacaldera hacia el almacén).

– Se debe aspirar el aire fuera del almacéndurante la carga para evitar que el polvo seaimpulsado al interior de la casa

– La presión de suministro se debe limitar paraprevenir el daño del almacén y la desintegraciónde los pellets durante la carga.

Cuando los biocombustibles se suministranmediante volquete en el almacén tienen queconsiderarse otros temas como:

– La entrega debe realizarse cuando menos semoleste a los residentes (ejemplo: última horade la mañana).

– Deben tomarse medidas de seguridad para quenadie caiga en la apertura del almacén. Unarejilla de acero es la mejor protección pero debeser suficientemente amplia para prevenirproblemas de obstrucción con el combustible(por lo menos aperturas de 20 x 20 centímetros).

– Deben considerarse las emisiones de polvodurante el suministro cuando la puerta delalmacén está abierta.

– Todos los restos del combustible deben serlimpiados después del suministro para evitarproblemas con los vecinos.

Figura 6: Ejemplo de la situación del almacén en un edificio pequeñoy su suministro de pellets a granel mediante un sistema neumático

5

Calderas automáticasde biomasa

Calderas automáticasde biomasa

5

Se han hecho grandes avances respecto alaumento del rendimiento y en la reducción delas emisiones de partículas y monóxido decarbono CO. Los avances se han alcanzado particularmente en el diseño de la cámara decombustión, en el suministro del aire decombustión y en los sistemas de controlautomático del proceso de la combustión. Elestado actual de la tecnología de las calderasautomáticas parece haber aumentado surendimiento de un 60 % a un 85 – 92 % durantela década pasada y se ha logrado unadisminución de las emisiones del CO desdevalores del rango de 5.000 mg/m3 hasta valoresde 50 mg/m3 y menores. El rendimiento anual, larelación entre el contenido en energía del combustible utilizado y la energía suministradarealmente a la casa, fue medido en un estudiodanés, resultando como valor medio el 78 %para las instalaciones de calefacción de biomasaen grandes edificios.

Sin embargo, existen diferencias significativasen la calidad de los productos entre los distintospaíses que componen el mercado europeo. Es

muy importante seleccionar, para la calefacciónen el sector doméstico, las calderas cuyatecnología sea más avanzada y que se adapten alos requisitos del alto rendimiento. Las calderasde biomasa convencionales, diseñadas para eluso en la industria de madera o en usosagroindustriales, pueden generar emisionessignificativas, tener un rendimiento más bajo,necesitar un mayor mantenimiento y sufuncionamiento tiene menos fiabilidad de lanecesaria en el sector doméstico. La manera mássegura es pedir referencias de proyectos encalefacción residencial y visitar estasinstalaciones para evaluar las experiencias quese han tenido con la caldera.

Selección de la caldera

Se pueden distinguir varios tipos de quemadoresautomáticos en el rango de potencias entre 50 y500 kW. Los tipos más comunes son:

– Equipos compactos. Estas calderas sonversiones agrandadas de las calderas domésticasde pellets. Son comparativamente baratos

31

y bien aceptados pues se han diseñado paracalefacción doméstica y no para uso industrial.Eso significa que incluyen sistemas para lacomodidad del usuario como la limpiezaautomática, el encendido eléctrico y una altafiabilidad.

– Calderas con alimentador inferior. Estas calde-ras están bien adaptadas para biomasas conbajo contenido de cenizas como las astillas, lospellets y algunos residuos agroindustriales. Hayque asegurarse que el modelo elegido puede serutilizado para calefacción doméstica.

– Calderas con parrilla móvil. Estas calderas sonmás caras pero pueden utilizar biomasa con con-tenidos altos en humedad y cenizas. Este diseñose utiliza generalmente en calderas con unapotencia superior a 1.000 kW.

– Calderas de gasoil con un quemador de pellets.Esta solución es común en Escandinavia. Unavieja caldera de gasoil existente se adapta conun quemador de pellets. Esto es una soluciónperceptiblemente más barata con algunasdesventajas: la potencia obtenida se reducealrededor del 30 % por la conversión y lalimpieza de la caldera no puede ser automatizadasiendo más laboriosa su operación.

– Calderas adaptadas con quemador en cascada.El quemador en cascada se está utilizando enEspaña para la conversión de calderas decombustibles convencionales o su uso encalderas de biomasa. Básicamente, la parrilla seestructura igual que una parrilla móvil, pero elquemador se sitúa fuera de la caldera.

Figura 8: Caldera con alimentador inferior1. Tornillo de alimentación. 2. Biomasa. 3. Aire primario. 4. Aire secundario.

5 Hogar. 6. Intercambiador. 7. Ciclón. 8 Cenicero.

Figura 9: Caldera con parrilla móvil1. Tornillo de alimentación. 2. Parrilla. 3. Aire primario. 4. Aire secundario.

5 Intercambiador. 6. Tubos de intercambio. 7 Ciclón. 8. Cenicero.

Figura 7: Equipo compacto1. Caldera. 2. Alimentador inferior. 3. Cenicero. 4. Protector contra desbor-

damiento. 5. Limpieza de partículas. 6. Intercambiador de calor.7. Rascadores. 8 Chimenea. 9. Sonda.

32Calefacción en grandes edificios con biomasa

La impulsión de aire se hace con un dobleobjetivo; introducir aire en el quemador para quese produzca la combustión en la primera parrillay empujar el aire resultante de la combustiónhacia las parrillas siguientes y hacia el interior dela caldera para conseguir su completa combustióny la obtención del máximo rendimiento posible.El resultado del proceso es la aparición de unallama semejante a la de combustibles tradicionalescomo el carbón o el gas natural dentro de lacaldera.

Hay también otros diseños. La clave para laselección de la caldera es el tipo de combustibleque se utilizará. La caldera se debe seleccionarpara compaginar con las calidades disponibles

del combustible. Otros puntos importantes aconsiderar cuando se selecciona una caldera son:

– Alto rendimiento (más del 85%) probado pormediciones certificadas.

– Bajas emisiones de CO (por debajo de200 mg/m3), bajas emisiones de polvo (pordebajo de 150 mg/m3 a plena carga).

– Variación continua de la potencia de salida (nosolo regulación por conexión/desconexión, yaque esto causa emisiones y pérdidas altas).

– Alto grado de automatización para reducir eltrabajo del mantenimiento.

– Posibilidad de telecontrol de los parámetros dela caldera por el suministrador de la misma.

– Referencias que prueben que la caldera se hautilizado en aplicaciones domésticas decalefacción con éxito.

Estrategias para regular la carga y mejorar laseguridad de suministro

Durante la estación de invierno cualquiersistema de calefacción está sujeto a muchasvariaciones de carga de calefacción, según lameteorología, el comportamiento del usuario,etc. La curva de carga muestra la demanda quese puede esperar para un periodo de tiempodeterminado. Esto puede calcularse deacuerdo a la fórmula de Sochinsky.

Es difícil controlar una caldera de biomasa, concondiciones de operación muy distintas, sinexceder los límites de emisión y otrosproblemas. Hay diversas opciones para regularla flexibilidad del sistema de calefacción encorrespondencia con las distintas cargas:

1) Se puede complementar la caldera debiomasa con una caldera convencional (de gasoilo de gas) que cubra los picos de demanda y sirvacomo sistema auxiliar. La potencia de la calderade biomasa se reduce hasta el 60 ó 70% de lapotencia térmica máxima. En este caso podráabastecer entre el 90 y el 95% de las necesidadesenergéticas de calefacción ya que la demanda

Figura 10: Caldera de biomasa con quemador en cascada

33Calderas automáticas de biomasa

máxima de carga sólo aparece durante períodoscortos (esto depende del clima local, sinembargo, es necesario calcular la curva local deduración de carga para su dimensionamientoapropiado). La potencia de la caldera convencionaldebe abastecer la demanda máxima para tenerel 100 % de seguridad de abastecimiento. Estasolución es particularmente ventajosa cuandoexiste un viejo sistema de calefacción de gasoil ogas y puede ser utilizado en periodos de tiempocortos.

2) La caldera de biomasa puede cubrir la demandamáxima, ayudada por un depósito de inercia(depósito de agua caliente) para gestionar losperiodos cortos de variación de carga y asegurarque la caldera pueda operar con cargas bajas deforma razonable. El depósito de inercia se utiliza,en algunos países, como acumulador de aguacaliente de un sistema energía solar térmica,durante el verano. Esta solución tiene comoventaja que sólo se necesita una chimenea. Sepuede instalar una caldera auxiliar de gasoil consalida a la misma chimenea, pero sólo podráoperar cuando la caldera de la biomasa no estéen funcionamiento.

3) Combinación de dos calderas de biomasa. Lasegunda caldera aumenta la seguridad desuministro (por esta razón debe tener su propiosistema de alimentación de combustible) y seasegura que las calderas operen de formaóptima para cualquier carga. Puede ser másbarato instalar una segunda caldera de biomasaque una caldera convencional más un depósitode gasoil o una conexión de gas.

Debe observarse en este punto, que un sistemade gestión de la demanda correctamentedimensionado depende de una correctaestimación de la carga real de calor. En edificiosexistentes la carga de calor puede ser calculadadividiendo la demanda energética anual por elnúmero de las horas de operación a potenciamáxima que corresponden al clima local y al usoconcreto del edificio.

Sistemas de la seguridad

Una caldera de biomasa tiene mayor inerciapara producir calor que una caldera de gasoil ode gas. Si hay un corte eléctrico, el combustibleen la caldera continuará quemándose yproduciendo calor adicional que debe sereliminado. Una opción para solucionar esto esun recipiente de expansión abierto que puedaliberar el vapor si la temperatura del agua en lacaldera alcanza 100 ºC. Otra opción es unintercambiador de calor de seguridad en lacaldera, que esté refrigerado por una corrientede agua tan pronto como la temperatura de lacaldera se eleve demasiado. Un depósito deacumulación también proporciona seguridad, sila circulación natural puede enfriar la caldera.

Dado que los controles electrónicos de lacaldera se pueden desprogramar por apagones,es importante, que las bombas que mueven elagua de la calefacción a través de la casa noestén controladas por estos componentes, deforma que continúen trabajando después de uncorte eléctrico.

Otro sistema importante de seguridad debeevitar el reflujo de la llama de la caldera hacia elalmacén de combustible. Se requieren, por lomenos, dos sistemas para asegurar esto: uno deinterrupción del sistema de transporte delcombustible (ejm. por un elemento derealimentación o una tubería, a través de loscuales el combustible cae dentro de la caldera) yun sistema de riego que pueda inundar el tubodel transporte del combustible si se da el reflujo.

Otro sistema de seguridad diseñado paraproteger la caldera contra la corrosión es eldenominado "shunt", que mezcla el agua fría deretorno del sistema de calefacción con el aguacaliente que sale de la caldera, antes de entraren la misma. Esto asegura que los humos nuncase condensen en la caldera.

Las normativas de seguridad están documentadasen la norma EN 303-5.

34

6

Ruido

Ruido

6

El ruido de los sistemas de producción energéticacon biomasa puede causar problemas con los veci-nos y debe considerarse durante la fase de proyec-to, porque unas medidas simples y baratas puedenprevenir problemas posteriores. Las principalesfuentes de ruido son los ventiladores del aire y delos gases de salida y los tornillos de alimentaciónsin fin o los sistemas neumáticos de transporte.Para eliminar los problemas de ruido deben consi-derarse los siguientes puntos.

1. Adaptar el diseño arquitectónico. Los dormitoriosno deben situarse directamente encima del cuartode calderas. Las chimeneas no deben pasar a tra-vés de los dormitorios si es posible.2. Si el edificio es de nueva construcción, una medi-da barata y muy efectiva es independizar el suelo,del cuarto de calderas y del silo de biomasa, de lasparedes mediante la inserción de rellenos elásticosentre el suelo y las paredes, de forma que no hayaconexiones de hormigón o acero entre ambos.3. Cualquier punto de contacto entre las partesmecánicas y las paredes o el suelo debe tener ais-lamiento acústico (ejm. donde un tornillo sin finatraviesa una pared desde el silo al cuarto de cal-

deras, el alimentador de la caldera, etc.).4. Preguntar al fabricante de la caldera que han hechopara limitar los ruidos (ejm. selección cuidadosa delos motores, proyectos de I+D para reducir ruidos, laspartes de aislamiento acústico, como los tacos degoma, deben formar parte de la entrega de la caldera).5. Visitar plantas de referencia para escuchar ycomparar los ruidos emitidos durante el funciona-miento. A día de hoy, no se ha definido una norma-tiva sobre niveles de emisiones de ruido por ser elruido dependiente de las condiciones ambientales.6. Las chimeneas de acero son más ruidosas quelas de hormigón. 7. En algunos casos, por razones de ruido y porotras razones técnicas y de organización, puede serpreferible construir un edificio (subterráneo) sepa-rado para la caldera y el almacenamiento.

El ruido puede darse también durante el suministroy descarga del combustible. Esto puede tratarse enla elección del lugar, pero también en el contrato desuministro de combustible, por ejemplo medianteun contrato de suministro de combustible en unmomento del día y de la semana en que los vecinosno estén en sus casas.

37

7

Producción de aguacaliente sanitariae integracióncon sistemasde energía solar térmica

41

Producción de aguacaliente sanitaria

e integración con sistemasde energía solar térmica

7

La combinación de una caldera de biomasa conun sistema de energía solar térmica para calefaccióny agua caliente sanitaria es una opciónparticularmente atractiva. El sistema solarpermite parar la instalación de biomasaen verano, reduciendo su mantenimiento,emisiones y perdidas de energía por usointermitente debido al bajo consumo de energíatérmica. El acumulador del sistema de energíasolar puede utilizarse para equilibrar lasvariaciones de carga de la caldera de biomasa eninvierno, lo que supone una ventaja considerable

tanto para los picos de carga como para losvalles (atenúa las variaciones de carga de lacaldera). Si se utiliza el diseño apropiado, elsistema de energía solar puede aportar energíatanto a la generación de agua caliente como a lacalefacción. Además el sistema de energía solarpuede utilizarse para otros usos como son elcalentamiento de piscinas o la climatizaciónmediante la generación de frío por medio de unamáquina de absorción. Por último un sistema deenergía solar supone un valor añadido al edificiodebido a la "imagen verde" que se deriva de lavisión de los captadores solares.

Los posibles diseños de instalaciones combinadasde energía solar y biomasa varían en los distintospaíses de Europa según sus normativas yconcepciones del uso de la energía solar térmica.

En España estas aplicaciones deben cumplirunas reglas básicas como son:

- Consumir prioritariamente la energía solarevitando las pérdidas por acumulación.

42Calefacción en grandes edificios con biomasa

- Asegurar la correcta complementariedad entrela energía solar y la energía auxiliar (biomasa).- No juntar la energía solar con la energía auxiliar(biomasa) menos en casos justificados.- Nunca debe mezclarse el agua calientesanitaria con el agua para calefacción.

De acuerdo con estos postulados, los esquemaspara la conexión de los sistemas de energía solartérmica y biomasa deben incluir un acumuladorde agua caliente producida por los captadoressolares que no deben estar conectados a lacaldera de biomasa. El aporte de energía delsistema de biomasa se realizará en un segundodepósito que dependerá del uso final de lainstalación.

Calefacción sin producción de agua calientesanitaria

El sistema de energía solar precalienta el aguaprocedente del retorno de la calefacción y laalmacena en el acumulador del sistema solar.Si el agua de retorno tiene una temperaturademasiado elevada se evita su paso por esteacumulador mediante una válvula de tres vías.

De esta forma no se calentará el sistema solarcon la energía procedente de la calefacción.

Una vez precalentada el agua pasa a undepósito de inercia donde volverá a sercalentada por la caldera de biomasa. Estedepósito ayuda a equilibrar la demandaenergética y evita la unión directa de la calderade biomasa y el sistema solar. Las figuras 11 y 12esquematizan este proceso.

Calefacción y producción de agua calientesanitaria descentralizada

El sistema sigue el mismo esquema que elanterior. Se diferencian en la distribución de laenergía térmica por el edificio.

Para la distribución de calefacción y generaciónde agua caliente sanitaria se disponenintercambiadores que cederán calor a lossistemas individuales de ACS. Estosintercambiadores pueden instalarse en paralelo(ver figura 13) o en serie con los radiadores. Ladisposición en paralelo asegura una distribucióncorrecta de la energía y de la temperatura delACS, siendo más adecuada cuando la temperaturade la red de calefacción no debe ser alta (sueloradiante). La conexión en serie radiador –intercambiador supone optimizar el consumo deenergía, disminuyendo al máximo la temperaturade retorno de la calefacción, lo que significa unadisminución de las pérdidas en la red de distri-bución y un mayor rendimiento del sistema solar(ya que el agua llega a menor temperatura). Estesistema es más adecuado para calefacciones conradiadores que necesitan temperaturassuperiores en el agua de distribución.

Figura 12: Sistema de energía solar térmica indirecto para calefacción

Figura 11: Sistema de energía solar térmica directo para calefacción

43

Producción de agua caliente sanitaria e integracióncon sistemas de energía solar térmica

Calefacción y producción de agua caliente sani-taria centralizada

En este caso el agua de retorno de la calefacciónno se almacena en el acumulador del sistemasolar ya que éste contendrá agua calientesanitaria. Para evitar la mezcla del agua calientesanitaria y el agua del circuito de calefacción enel acumulador solar se dispone, dentro de éste,de un intercambiador. Por el intercambiadorpasa el agua de retorno de calefacción precalen-tándose y almacenándose posteriormente en eldepósito de inercia.

El agua caliente sanitaria pasa del acumulador

solar al depósito de inercia donde se calentará através de un intercambiador para evitar sumezcla con el agua de calefacción allí contenida.En la figura 15 puede verse el esquema de estainstalación para un sistema de energía solartérmica indirecto.

Aspectos básicos para el diseño de un sistemacombinado de energía solar térmica y biomasa

1. Diseño: Es importante considerar laintegración de un sistema solar térmico en losprimeros pasos del diseño del proyecto, paraadaptarlo adecuadamente. Es más elegante ybarato integrar los captadores solares en eltejado que montar una instalación encima deltejado. Los captadores deberían formar uncampo no interrumpido por chimeneas, etc.,para disminuir los costes.

2. Temperatura de retorno: Cuanto más fría estéel agua de retorno que pasa al sistema solarmayor será su rendimiento. Así mismo, cuantomás baja sea la temperatura de uso también serámayor el rendimiento y menor será la necesidadde la caldera de biomasa. Por tanto, es preferibleinstalar sistemas de calefacción a bajatemperatura (ejm. suelo radiante).

3. Conexión hidráulica de los captadores: Loscaptadores deben conectarse de acuerdo con el

Figura 13: Sistema de energía solar térmica para calefaccióny ACS descentralizada

Los sistemas individuales de ACS pueden incluirun acumulador de agua caliente o no (con o sinun sistema de energía auxiliar: resistenciaeléctrica, calentador de gas, etc.) de acuerdocon los esquemas de la figura 14. Se recomiendael uso de acumuladores en los sistemasindividuales a fin de equilibrar la demandatérmica, mejorando el rendimiento del sistemasolar e impedir variaciones de carga importantesen la caldera de biomasa.

Figura 14: Sistema de distribución de calefaccióny ACS descentralizada

Figura 15: Sistema de energía solar térmica para calefaccióny ACS centralizada

La distribución de calefacción y ACS se realiza deforma independiente siendo conveniente laexistencia de acumuladores individuales deagua caliente sanitaria o de un acumuladorcentralizado de ACS que esté conectado a lacaldera de biomasa.

caudal principal (consultar el Pliego deCondiciones Técnicas de IDAE para las ayudas deEnergía Solar Térmica). Un buen diseño permitirámayores incrementos de temperatura en elcaptador, menores pérdidas, menor energíarequerida para bombeo, menor recorridode tuberías y una mejor temperatura deacumulación.

4. Gestión de la acumulación de calor: Debeutilizarse un único acumulador para el sistemade energía solar térmica (que será complementadopor otro del sistema auxiliar). El uso de más deun acumulador en el sistema solar implicamayores costes. El acumulador debe estar bienaislado y lo más cerca posible del campo decaptadores solares.

5. La inclinación de los captadores solares sesitúa en torno a los 35 – 45 grados para España,dependiendo de la zona y el uso principal. Suorientación debe ser Sur. Estas condicionespueden tener cierto margen de variación cuandolas circunstancias lo justifiquen (ver Pliego deCondiciones Técnicas de IDAE).

6. Dimensionamiento del sistema solar: Esnecesario estimar detalladamente la demandade calor. Para evitar pérdidas importantesde rendimiento de la instalación, así comosobrecalentamientos en verano, no debesobredimensionarse la instalación aunque estosignifique una menor cobertura con energíasolar. Debe procurarse no aportar más del 110 %de la energía necesaria en ningún mes. Paraevitar estos sobrecalentamientos en los mesesde finales de primavera, verano y principios deotoño puede conectarse la instalación a otrosusos como son: calentamiento de piscinas,climatización, etc.

7. Para una mayor información sobre eldimensionamiento e instalación del sistema deenergía solar, consultar las EspecificacionesTécnicas de IDAE para las ayudas de EnergíaSolar Térmica (www.idae.es). Con el apoyo de laComisión Europea se ha desarrollado un nuevoprograma informático para el diseño yevaluación económica de los sistemas combinadosde biomasa y energía solar. Contactar conAndreas Helbl: a.helbl@ic-vienna.at, teléfono:+43 15 216 92 26.

44

8

Operacióny mantenimiento

Operacióny mantenimiento

Una condición previa para optimizar la operacióny el mantenimiento de la instalación es laelección correcta de la potencia de la caldera. Uncorrecto dimensionamiento da las condicionesóptimas de operación y reduce la exigencia degestión de las cenizas, limpieza de la caldera y elnúmero de averías debidas a demandas depotencia demasiado bajas.

El tiempo de trabajo requerido depende devarios factores, por ejemplo, si la recepción delcombustible se puede realizar sin necesidad depersonal, si el combustible causa interrupcionesen sistema de alimentación, si parte de lasupervisión se puede efectuar por telecontrol,si se usan astillas, pellets o residuos agroindus-triales. Las actividades incluyen:

– Control visual de la caldera. Dos veces cadasemana.

– Ajustes, mantenimiento y cuidado deproblemas de operación de menor importancia.

– Compra de combustibles.

– Gestión de las cenizas.

Un estudio danés sobre el tiempo dedicado a laoperación y el mantenimiento de la calefacciónen grandes edificios con calderas de biomasa,obtuvo los siguientes tiempos medios dededicación del personal de la instalación:

Plantas de pellets: 3,0 horas por semana.

Plantas de astillasde madera: 4,4 horas por semana.

El tiempo dedicado depende, por supuesto,del tamaño de la planta y del consumo de

8

47

48

combustible, menos horas para plantas máspequeñas. Conociendo estos dos parámetros secalcularon los datos básicos de demanda detiempo según el tamaño de la planta, reflejadosen la tabla 4:

Es importante recordar que un vigilante tambiéndedica tiempo en la operación y mantenimientode una calefacción de gasóleo. Por tanto, lascantidades mencionadas no son tiempo netoadicional comparado con los sistemas decalefacción convencionales.

Hay varias oportunidades para reducir lademanda de trabajo. Algunas de ellas son:

– Subcontratar la operación y el mantenimiento auna compañía de servicios energéticos.

– Sistemas de retirada automática de la ceniza.

– Limpieza automática de los intercambiadoresde calor.

– Dejando al proveedor de biomasa la gestióndel suministro de combustible de acuerdo conlas cantidades reales de producción de energía,controladas y remitidas electrónicamente (portelegestión).

– Dejar al deshollinador de la chimenea elcuidado de la limpieza regular de la planta.

Según un fabricante de calderas compactasautomatizadas para grandes edificios, con el

actual estado tecnológico de las calderas yutilizando biomasa de calidad, el mantenimientono debería exceder de 30 minutos a la semana.

Se pueden evitar muchos problemas si lapersona responsable de la caldera recibe lasinstrucciones apropiadas del distribuidor de la planta, el instalador o el consultor, en la puestaen marcha de la planta. Estas instruccionesdeben cubrir:

– Rutinas diarias.

– Errores típicos.

– Investigación de averías.

– Personas de contacto para asesoramiento.

– Acuerdos sobre el encendido de la planta.

– Reglaje de la combustión.

Tabla 4: Tiempo medio dedicado a operación y mantenimiento según tipo de planta

Tiempo dedicado según consumo de combustible

Tiempo dedicado segúnpotencia instalada de la caldera

Planta de pellets 4 minutos/GJ 70 minutos/por semana 100 kW

Planta de astillas 5 minutos/GJ 110 minutos/`por semana 100 kW

9

Disposiciónde la ceniza

Disposiciónde la ceniza

Las cenizas de madera no son peligrosas yfrecuentemente se utilizan como fertilizantes.En ambientes urbanos pueden tirarse a labasura. En cualquier caso, debe cumplirse lanormativa local al respecto.

La tabla 5 muestra los principales componentesde las cenizas de astillas de madera(Obernberger, 1997).

Los contenidos en Zinc pueden variar entre 260 y500 mg/kg y los contenidos en Cadmio puedenhacerlo entre 3,0 y 6,6 mg/kg.

En el caso de los residuos agroindustriales lavariedad de orígenes y tipos de residuos hace

imposible dar unos valores medios para loscomponentes de sus cenizas. En la mayoríade los casos estas podrán ser utilizadascomo fertilizantes o tiradas a la basura juntocon el resto de residuos orgánicos. Se reco-mienda que, antes de tomar una decisión seconsulte al proveedor de biomasa y se pidanlos datos referentes a la composición de lamisma.

Como ejemplo se muestra el análisis de lascenizas de orujillos procedentes de la extracciónde aceite: 30 gr/l de fósforo, 78 gr/l de potasio,82 gr/l de calcio, 22 partes por millón (ppm) deplomo, 80 ppm de cromo, 136 ppm de níquel,8.540 ppm de sodio y 252 ppm de zinc.

9

Tabla 5: Composición de las cenizas de astillas de madera

Componente SiO2 CaO MgO K2O Na2O P2O

(% sobre peso) 24,6 46,6 4,8 6,9 0,5 3,8

51

10

Ayudas, permisosy normativa

Ayudas, permisosy normativa

Ayudas

Actualmente la promoción de la biomasa seconsidera un punto prioritario en el fomento delas energías renovables en España. Como ya seha comentado en puntos anteriores, esta fuentede energía renovable es el principal pilar del Plande Fomento de las Energías Renovables enEspaña.

Dentro de las ayudas a la inversión hay quemencionar que cada comunidad autónomapublica, anual o bianulamente, una serie deayudas para instalaciones de energíasrenovables, entre las que se incluye normalmentela aplicación térmica de la biomasa, y enconcreto su aplicación en edificios.

La cuantía de estas ayudas varía según la zonadentro del intervalo del 10 al 40 % de lainversión.

A parte de estas ayudas, el Instituto para la

Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE)ha firmado en los últimos años un convenio conel Instituto de Crédito Oficial (ICO) para lafinanciación preferente de instalaciones deenergías renovables entre las que se encuentrala aplicación térmica de la biomasa en edificios.Este convenio tiene carácter anual, renovándosecada año.

En algunas Comunidades Autónomas laimportancia de las aplicaciones térmicas de labiomasa ha llevado al desarrollo de programasespecíficos de actuación para la promoción deestas instalaciones. En este sentido destacan lasComunidades Autónomas de Andalucía y Castilla– La Mancha.

Además de estos programas también existen líneasespecíficas de ayudas en muchos municipiosespañoles, destacando aquellas que se dirigenal cambio de antiguas calderas de carbón porenergías más limpias y donde las instalacionesde biomasa tienen un importante mercado.

10

55

Permisos

Los permisos necesarios para la instalación ylegalización de un sistema de calefacción conbiomasa son iguales que los necesarios paracualquier otro tipo de calefacción convencional,siendo otorgados por la autoridad competentede la Comunidad Autónoma (generalmente den-tro de la Dirección General de Industria) y cum-pliendo siempre toda aquella normativa local onacional que sea de aplicación.

Normativa

En general deberán cumplir lo especificado en elReglamento de Instalaciones Térmicas en losEdificios y en la Normativa Básica de laEdificación.

Cuando el citado Reglamento habla de elemen-tos auxiliares deben entenderse la instalación deun sistema de detección de incendios para elcuarto de calderas, mediante centralita electró-nica, con alimentación independiente, cargadorde baterías automático y unidades detectoras.Todo ello interconexionado con conductoresapantallados bajo tubo de acero. Se instalaránextintores de descarga manual y automática decapacidad y tipo adecuados.

La entrada a la sala de calderas, se realiza a tra-vés de puertas metálicas homologadas pararesistencia al fuego y estancas al paso dehumos, instalándose formando un vestíbuloestanco, en caso de ser necesario. El sentido deapertura de las puertas es hacia el exterior de lasala de calderas.

Para las aplicaciones con agua caliente sanitariadebe instalarse una segunda caldera de acuerdocon la ITE 02.6.2 del Reglamento deInstalaciones Térmicas en los Edificios.

Los fabricantes de equipos y elementos, o susrepresentantes legales, serán responsables delos equipos y elementos de acuerdo a lo expues-to en el capítulo 5º del anexo 1 del Reglamentode Instalaciones Térmicas en los Edificios.

Tanto las chimeneas como los conductos dehumos cumplirán la ITE 0.2.14 y la ITE 04.5. Losmateriales con que se construyen los conductosde humos para la evacuación al exterior de losproductos de la combustión de los generadoresde calor, cumplirán lo indicado en UNE 123001.

La red distribución de calefacción deberá, engeneral, cumplir lo especificado en elReglamento de Instalaciones Térmicas en losEdificios en la ITE 02.8. Las tuberías y accesoriosdeben seguir lo dispuesto en la ITE 04.2, siendopor tanto necesario, que las tuberías y sus acce-sorios cumplan los requisitos de las normas UNEcorrespondientes, en relación con el uso al quevayan a ser destinadas. El cálculo de las redes detuberías cumplirá lo establecido en la ITE 03.7

Las instalaciones cuya potencia instalada superelos 100 kW térmicos, deberán cumplir lo dis-puesto en la ITE 8 del Reglamento deInstalaciones Térmicas en los Edificios. Lasinstalaciones con una potencia inferior a 100 kWtérmicos deberán ser mantenidas de acuerdocon las instrucciones del fabricante de losequipos.

56

11

Compradel equipo

Compradel equipo

La compra del equipo debe plantearse preferi-blemente en las primeras fases del proyecto,pero nunca antes de estar seguro de la viabilidadde la instalación. No se deben hacer contactoscon los proveedores hasta que el proyecto hayapasado un primer análisis y exista una reaccióninicial positiva por parte cliente. Los primeroscontactos no deben ser muy formales, perohasta cierto punto, es necesario para saber quese va a hacer después. La información más bási-ca que se podría presentar se puede obtenermostrando el posible negocio al proveedor, einvitándole a preparar una oferta preliminar queincluya una primera estimación de costes.

La demanda mínima en la primera petición esuna presentación de:

– La demanda energética. – El combustible, tipo y humedad del mismo. – Tamaño necesario para el almacén de combus-tible, dentro o fuera del edificio.– Espacio disponible para el cuarto de calderas y

el silo de combustible, en el edificio o fuera de él.– Límites de emisiones de acuerdo con la norma-tiva local (cuando no exista normativa al respec-to, las emisiones de partículas no deberán exce-der 150 mg/Nm3 y las de CO no deberán superar200 mg/Nm3 a plena carga)

Las demandas mínimas de información quedeben cubrir las respuestas presentadas son:

– Límites de responsabilidad. – Trazado de un borrador de los esquemas delproyecto. – Precio preliminar y condiciones de entrega dela instalación.– Referencias incluyendo nombres y números deteléfono de clientes con instalaciones similares.

Una idea interesante es entrar en contacto con,al menos, tres proveedores al principio para faci-litar la compra frente a posibles futuros competi-dores.

11

59

60

La información de interés obtenida en las prime-ras respuestas permitirá reconducir los siguientescontactos para conseguir información adicional.Es importante mantener al corriente, de formaobjetiva, a los posibles proveedores sobre eldesarrollo del proyecto, informándoles de la exis-tencia de contactos paralelos con otros proveedo-res.

Generalmente las calderas se describen comosinónimo de las plantas de calefacción de bio-masa, pudiendo llevar a equívocos. La calderaes, de hecho, un componente importante. Sinembargo hay gran cantidad componentes adicio-nales como son: el almacén de combustible, eldispositivo de descarga del combustible, lostransportadores del combustible, el sistema dealimentación del combustible, las bombas y lastuberías de circulación, el sistema de presuriza-ción, el sistema de limpieza de humos, el siste-ma de aspiración del humo, los conductos y lachimenea para la extracción de los humos, elequipo de limpieza de partículas, los contenedo-res de la ceniza y de las partículas, la fuente deenergía eléctrica, el equipo de control, la sala decalderas y el contador de calor.

Por lo tanto, es necesario un gran número decomponentes para realizar una planta de estascaracterísticas. Para que esto sea posible serequiere un proyecto. La primera pregunta quese debería hacer es: ¿Cómo deben ser las parti-das de compra, y quién es la persona ideal paracoordinar y tomar la responsabilidad práctica delas distintas entregas?.

Respecto a la compra se debe considerar el con-cepto de "llave en mano". En principio, un"llave en mano" significa comprar una plantalista para operar. Esta operación cuesta, amenudo, más que comprar los distintos compo-nentes por separado, pero tiene como ventajarealizar una sola operación en vez de comprarun número componentes técnicos distintos avarios proveedores. De esta manera es más fácilllegar a un acuerdo con un solo proveedor. Si seelige comprar componente por componente secorre el riesgo de llegar a una situación dondevarias partes no encajan, siendo responsabili-dad del comprador su funcionamiento puestoque los proveedores pueden diluir su responsa-bilidad.