chaffoteaux instalaciones eficientes de calefacción

para edificios de viviendas y del sector terciario

EDICIÓN ENEro 2011

InstalacIones efIcIentes de calefaccIón

CATALOGO CALEFACCIÓN v.final.indd 1 16/06/11 10:08

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ÍNDICE

1. ENErgía y CoNsumo Definición de eficiencia energética. Directiva 2002/91/ce

2. CoNsumo EN EDIfICIos DE vIvIENDas y EN El sECtor tErCIarIo 2.1 Instalaciones de calefacción en viviendas 2.2 Instalaciones de calefacción en edificios terciarios 3. DImENsIoNaDo DE la INstalaCIÓN DE CalEfaCCIÓN 3.1 Condiciones de proyecto 3.2 Pérdidas de calor por ventilación 3.3 Pérdidas de calor por aire de infiltraciones 3.4 Pérdidas de calor por transmisión en los cerramientos 3.5 Pérdidas energéticas por suplementos

4. gENEraDorEs 4.1 Combustión 4.2 tipología de calderas y características 4.3 rendimiento de los equipos generadores 4.4 Dimensionado de la caldera 4.5 Cálculo del consumo de combustible

5. rEDEs DE CoNDuCtos y DIstrIbuCIÓN 5.1 Cálculo del ahorro en función del aislamiento

6. EmIsorEs 6.1 sistemas de calefacción por radiadores 6.2 sistemas de calefacción con suelo radiante

7. bombas 7.1 Dimensionado de la bomba 7.2 separador hidráulico

8. rEgulaCIÓN y CoNtrol 8.1 regulación calderas Chaffoteaux

9. CoNtrol DE las INstalaCIoNEs 9.1 Contadores de agua caliente 9.2 Contadores de energía térmica

10. rENDImIENto DE uNa INstalaCIÓN DE CalEfaCCIÓN

11. EsquEmas. soluCIoNEs Para INstalaCIoNEs DE CalEfaCCIÓN

........................................................................................................................4

......................................5

............................................................8

..................................................................................................................................15

.....................................................................................21

...........................................................................................................................................24

..............................................................................................................................................33

................................................................................................................36

................................................................................................42

........................................................43

....................................46


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1. ENERGÍA Y CONSUMO

la energía es una de las principales bases del desarrollo humano, económico y de bienestar. la sociedad utiliza cada vez más energía para la industria, transporte, servicios y consumo doméstico.El origen de la energía para la generación de electricidad y calor ha sido, principalmente, providente de la quema de combustibles fósiles, como sería el caso del petróleo, el carbón mineral o el gas natural. sin embargo, son fuentes limitadas y el gran crecimiento del consumo energético mundial exige un control de la situación energética. En las últimas décadas, la tendencia de crecimiento del consumo energético mundial ha obligado a replantear y a tomar medidas para estabilizar o disminuir el crecimiento de un consumo energético insostenible. según la agencia Internacional de la Energía (IaE) se prevé que el año 2030 el consumo de energía crecerá un 60% respecto al año 2002. Debido al inicio del período de cómputo de emisiones del Protocolo de Kioto, se han ido intensificando las acciones para la reducción de las emisiones contaminantes y para la mejora de la eficiencia energética, poniendo especial hincapié en los edificios de viviendas y del sector terciario. El uso de la energía en edificios residenciales y comerciales es responsable de 40% del consumo de energía final en la unión Europea. Estudios recientes indican que las oportunidades de ahorro energético son muy significativas para este sector, pudiendo llegar a obtener ahorros en viviendas y edificios de hasta un 30% para el año 2020.Desde el año 2007 el objetivo de reducir el consumo energético en edificios un 30%, está cogiendo cada vez más fuerza. En España, este objetivo se refleja en el Proyecto ley de Eficiencia Energética y Energías renovables del 11 de febrero de 2011.

DEFINICIÓN DE EFICIENCIA ENERGÉTICA. DIRECTIVA 2002/91/CELa directiva 2002/91/CE fue el primer paso, a nivel europeo, que marcó la pauta de desarrollo de las normativas sobre edificación de todos los estados miembros. Su objetivo principal es el de fomentar la mejora de la eficiencia energética de los edificios de la Comunidad, teniendo en cuenta las condiciones climáticas exteriores, los requisitos ambientales interiores y la relación coste-eficacia. Estableció también la obligatoriedad de adoptar metodologías para el cálculo de la eficiencia energética así como los requisitos básicos de eficiencia para conseguir la reducción del consumo de energías primarias no renovables. La directiva 2002/91/CE ha sido refundida en el año 2010 por la directiva 2010/31/UE relativa a la eficiencia energética de edificios, ampliando los objetivos con el fin de aumentar la eficiencia energética en la Unión Europea y alcanzar así el objetivo de reducir su consumo global en un 20% para el 2020.En el marco de esta directiva, en España se han desarrollado y actualizado leyes, normativas y reglamentos con el objetivo marcado de reducir las pérdidas energéticas de los edificios y obligando a realizar instalaciones con mayores prestaciones de rendimiento. La directiva 2002/91/CE define el concepto de eficiencia energética de un edificio como la cantidad de energía consumida o que se estima necesaria para satisfacer las distintas necesidades asociadas al uso estándar de un edificio.Un edificio es más eficiente que otro cuando, para alcanzar los mismos parámetros de confort, consume menos energía primaria procedente de fuentes no renovables. Este matiz es debido a que un mismo edificio puede generar su propia energía mediante energías renovables, con la instalación de paneles solares térmicos, fotovoltaicos, etc.


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1. ENERGÍA Y CONSUMO

El uso de la energía en edificios residenciales y comerciales es responsable de 40% del consumo de energía final en la unión Europea, con un potencial de ahorro de un 30%. En España el consumo doméstico y residencial significa un 24% del consumo total de energía. Debido al crecimiento de equipamientos familiares y de la mejora del nivel de vida el consumo ha aumentado considerablemente en los últimos años. El objetivo del CtE* y de la normativa referente a la eficiencia energética es el de reducir la demanda de los edificios manteniendo siempre el confort para el usuario.Cabe destacar que, para la elección y diseño de una nueva instalación, no nos podemos basar únicamente en parámetros de ahorro energético y eficiencia. se deben tener en cuenta factores como la rentabilidad de la nueva instalación y también el impacto social y medioambiental que pueda tener. Es el equilibrio entre estos tres factores el que determinará la viabilidad de una instalación.

2.1. INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN EN VIVIENDASSegún estadísticas de consumo energético en una vivienda tipo, podemos afirmar que el consumo se distribuye de la siguiente forma:

Observamos que prácticamente la mitad de la energía que se consume en una vivienda es para el calentamiento de sus estancias. De aquí gran parte del potencial de ahorro energético en edificios de viviendas. Es por este motivo que es importante la decisión de utilizar un tipo u otro de generadores de calor, la elección de los sistemas de emisión, la regulación de la instalación, en definitiva de todos los parámetros referentes a calefacción especificados en el RITE.

Instalaciones individuales y centralizadas. Características diferencialesExisten múltiples clasificaciones para las instalaciones de calefacción. En este caso distinguiremos entre instalaciones individuales o centralizadas. En las instalaciones individuales el equipo generador suele ser una caldera de gas que aporta el suministro de calefacción y de agua caliente sanitaria. Las unidades terminales o emisores son radiadores o bien sistemas de calefacción por suelo radiante. En el caso que exista campo solar para la producción de ACS suele ser común para todos los vecinos pero, cada uno de ellos dispone de un interacumulador en el interior de la vivienda dónde se acumula la energía que captan los colectores solares. En las instalaciones centralizadas colectivas la generación de calor se realiza a partir de un conjunto de calderas ubicado en una sala técnica. De esta forma, no ocupamos espacio habitable en la misma vivienda. Por otro lado, el aprovechamiento de la instalación de solar centralizada para producción de ACS es mayor, ya que únicamente tenemos un interacumulador de solar para todo el conjunto de vecinos y no uno por vecino, aprovechando de esta forma en mayor grado la estratificación del acumulador.

2. CONSUMO EN EDIFICIOS DE VIVIENDAS Y EN EL SECTOR TERCIARIO

* Código técnico de edificación

41% para la calefacción

26% para agua caliente sanitaria

33% otros


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A nivel de generación de calor con las fuentes convencionales es importante considerar que en los sistemas individuales tenemos muchos puntos de generación de calor y el uso de la energía es mayor ya que no se pueden considerar factores de simultaneidad. Con sistemas centralizados sí que podemos considerar factores de simultaneidad pero se debe tener en cuenta un diseño que garantice el confort de las instalaciones y una correcta gestión y distribución individual de los consumos energéticos de cada usuario con el objetivo de que los costes sean repercutidos equitativamente. La regulación en sistemas individuales la realiza el mismo usuario implicando, en la mayoría de los casos, pérdidas en la optimización de los recursos. En cambio en un sistema centralizado, todos los servicios se concentran en un mismo espacio y el sistema de regulación y control de la instalación es realizado siempre por personal cualificado.A la hora de introducir mejoras de eficiencia también es más sencillo en un sistema centralizado que en uno individual.Viendo estas características podemos determinar que a nivel de eficiencia energética un sistema centralizado tiene más ventajas que un sistema individual pero, tal y cómo se ha comentado inicialmente, los parámetros de decisión no son únicamente los de ahorro energético. Para poder tomar la decisión más adecuada siempre será necesario realizar un estudio detallado de la rentabilidad y del impacto social y ambiental.

Características de una instalación centralizada: Se deberán ubicar subestaciones energéticas para el control y medición de la energía

que se entrega a cada uno de los usuarios. No es necesario ocupar espacio habitable en la vivienda para ubicar la caldera, el

acumulador de solar o el acumulador de agua caliente sanitaria. No es necesaria una toma de gas ni una chimenea en cada una de las viviendas.

Características de una instalación individual: Son instalaciones con menos longitud que las centralizadas. En consecuencia, las

pérdidas térmicas también son menores. Se precisa un espacio en el interior de la vivienda para la instalación de los equipos. No se precisa la medición de la energía entregada a cada usuario ya que cada uno tiene

sus propios contadores de combustible y agua fría.

2.2. INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN EN EDIFICIOS TERCIARIOSEs complejo establecer un consumo medio de energía en este sector ya que las demandas energéticas son muy variables. La demanda dependerá del uso del edificio y de su ubicación. Podemos incluir como grandes consumidores de energía térmica para producción de calefacción a hoteles, hospitales, centros deportivos, etc. Tomaremos como ejemplo las instalaciones de un hotel (grandes demandas para la producción de calefacción y también para la producción de ACS). En primer lugar se considera que el consumo de un hotel va relacionado directamente con la ocupación, que suele ser máxima en los meses de verano, cuando la calefacción no es necesaria. Aún así, según un estudio realizado por la Agencia Valenciana de la Energía, el 70% de la energía consumida en el hotel se destina a la climatización y preparación de ACS, proporción similar a la de una vivienda.


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Fig. 2.1. Distribución de la demanda energética de un hotel

Esta repartición confirma el potencial de ahorro que tiene esta tipología de edificios.Dejando de lado las medidas constructivas para reducir la demanda del edificio en su fase de diseño referidas a orientación, forma, aislamientos, etc. nos centraremos sobretodo en qué medidas podemos tomar en edificios ya construidos para la mejora de la eficiencia y la reducción de costes.

Otros5%

Lavandería y Cocinas12%

Iluminación15%

Agua caliente sanitaria 23%

Calefacción yAire acondicionado

45%


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El primer paso para el diseño de la instalación es el de determinar la carga térmica de calefacción del edificio. la carga térmica viene definida por las pérdidas de calor que se producirán en el mismo. se entiende que la compensación de las pérdidas que tiene el edificio las mantendremos mediante el generador de calor, pero se deberá aportar una cantidad de calor inicial para alcanzar las condiciones iniciales. las pérdidas se deben principalmente a la transmisión del calor a través de los cerramientos del edificio y por ventilación e infiltraciones de aire.

3.1. CONDICIONES DE PROYECTOAntes de determinar las pérdidas, debemos definir las condiciones del proyecto, los datos constructivos del local así como, su ubicación geográfica y orientación, las condiciones térmicas interiores y las condiciones térmicas exteriores.El primer paso es fijar las hipótesis de partida, que incluyen las temperaturas de diseño interior y exterior y las características del edificio o de los locales a calentar:

Determinación de la temperatura interior:La temperatura interior depende del grado de confort que se quiera conseguir y también de la actividad que se realice en el mismo local. La temperatura no será la misma en un local en el que se realice una actividad física intensa que en un local donde se realice una actividad física leve. En la tabla siguiente se muestran varias temperaturas de confort en función del uso del local:

Determinación de la temperatura exterior:La temperatura exterior debe ser una temperatura de equilibrio. Si consideramos una temperatura excesivamente baja sobredimensionaremos la instalación. Por el contrario si consideramos una temperatura exterior muy elevada, el generador dimensionado será demasiado pequeño para conseguir la temperatura de diseño de la instalación. Una vez están fijadas la temperatura exterior e interior, se evaluarán las pérdidas térmicas que tiene el edificio.

3.2. PÉRDIDAS DE CALOR POR VENTILACIÓNEl Código Técnico de la edificación establece la obligatoriedad de renovar el aire de los locales cerrados para mantener la calidad del aire interior adecuada al uso del local. Esta aportación de aire exterior genera pérdidas de calor ya que estamos introduciendo aire a una temperatura y humedad diferentes a la de la zona climatizada.El caudal de aire de renovación depende del uso del local y está tabulado en el documento HS3 y en el Reglamento de instalaciones térmicas en edificios.

3. DIMENSIONADO DE LA INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN

Tipo de local Temperatura ºC

Viviendas

Salón 20

Comedor 20

Dormitorios 18

Baños 20

Tipo de local Temperatura ºC

Otros edificios

Oficinas 20

Aulas 18

Fábricas 17

Gimnasios 13


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3. DIMENSIONADO DE LA INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN

Las pérdidas de calor las determinaremos mediante la siguiente fórmula: Qv = Va · cv · ( Ti - Te )

Qv : Pérdidas por ventilación (kW/h)Va : Caudal de ventilación (m3/h)cv : Calor específico volumétrico de aire (kW/m3ºC)Ti : Temperatura interior de proyecto (ºC)Te : Temperatura exterior (ºC)

El caudal de aire de renovación mínimo exigido está tabulado en el Código Técnico de la Edificación. Para viviendas, trasteros aparcamientos, garajes y almacenes de residuos se deberán considerar los siguientes:

Ejemplo:Se determinarán las pérdidas del calor por ventilación para una vivienda formada por: un dormitorio doble, un dormitorio individual, un cuarto de baño, una cocina de 9 m2 y un comedor. Cálculo del caudal de ventilación mínimo exigido en el conjunto de la vivienda.Dormitorio doble: V1 = 2 ocupantes · 5 l/s = 10 l/s = 36 m3/h

Dormitorio individual: V2 = 1 ocupante · 5 l/s = 5 l/s = 18 m3/h

Comedor: V3 = 3 ocupantes · 3 l/s = 9 l/s = 32,4 m3/h

Cuarto de baño: V4 = 15 l/s = 254 m3/h

Cocina: V5 = 50 l/s + 2·9 m2 = 244,8 m3/h

Considerando una temperatura exterior de proyecto de 8 ºC y la temperatura interior de diseño de 22 ºC en todos los locales y conociendo el calor específico volumétrico del aire (0,349W/m3 ºC) podemos calcular las pérdidas por ventilación de cada una de las estancias:Dormitorio doble: Q1 = 36 · 0,349 · (22-8) = 175,89 W

Dormitorio individual: Q2 = 18 · 0,349 · (22-8) = 87,95 W

Comedor: Q3 = 32,4 · 0,349 · (22-8) = 158,30 W

Cuarto de baño: Q4 = 54 · 0,349 · (22-8) = 263,84 W

LocalCaudal de ventilación mínimo exigido (l/s)

Por ocupante Por m2 útil Otros parámetrosDormitorios 5Salas de estar y comedores 3Aseos y cuartos de baño 15 por localCocinas 2 50 por local1

Trasteros y sus zonas comunes 0,7Aparcamientos y garajes 120 por plazaAlmacenes de residuos 10(1) Es el caudal correspondiente a la ventilación adicional específica de la cocina.


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Cocina: Q5 = 244,8 · 0,349 · (22-8) = 1.196,09 W

Las pérdidas totales de la vivienda debidas a la ventilación serán: Qv= Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 1.882,07 W

3.3. PÉRDIDAS DE CALOR POR AIRE DE INFILTRACIONESSe entiende como aire de infiltraciones aquel que se introduce en el local a calefactar a través de cerramientos permeables y de rendijas de puertas y ventanas cerradas o abiertas.En primer lugar se determina el caudal de aire infiltrado a través de puertas y ventanas, únicamente consideraremos los cerramientos exteriores. El caudal de aire infiltrado es producto de la longitud de la fisura y de un coeficiente que relaciona la velocidad del viento con la tipología de cerramiento: Vi = f · L

Vi : Caudal de aire infiltrado (m3/h)f: Coeficiente de infiltración (m3/h·m)L: Longitud de las fisuras

Una vez determinado el volumen de aire infiltrado calculamos las pérdidas de calor por infiltraciones: Qi = Vi · cv · ( Ti - Te )

Qi : Pérdidas por infiltraciones (kWh)Vi : Caudal de aire de infiltraciones (m3/h)cv : Calor específico volumétrico de aire (kW/m3ºC)Ti : Temperatura interior de proyecto (ºC)Te : Temperatura exterior (ºC)

Ejemplo comparativo:Se calcula el ahorro energético que se obtiene sustituyendo una ventana de madera con cristal simple por una ventana de madera con doble cristal.Consideramos una velocidad del viento de 30 km/h, el coeficiente será el inmediatamente superior es decir, 5,40 para la ventana simple y 2,70 para la ventana doble. La longitud total de la fisura es de 4,5 m. La temperatura exterior es de 8 ºC y la interior de 22 ºC

Tabla de valores del coeficiente de infiltración f:

CerramientoVelocidad media del viento (km/h)

8 16 24 32 40 48

Ventana madera 0,65 1,95 3 5,40 7,40 9,60

Doble ventana madera 0,15 0,70 1,70 2,70 3,40 4,10

Doble ventana metálica 0,35 0,90 1,80 3 4 5

Puerta madera 9 10 15 20 25 30

Puerta metálica 15 30 40 50 55 60


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Caso 1. Ventana de madera con cristal simple.Consultando la tabla anterior obtenemos el coeficiente de infiltración para este caso que será de 5,40 m3/h·m y calculamos el caudal de aire de infiltraciones: Vi = 5,40 · 4,5 = 24,3 m3/h

Calculamos ahora las pérdidas debidas al aire de infiltraciones: Qi = 24,3 · 0,349 · (22-8) = 118,73 W

Caso 2. Ventana de madera con cristal doble.El coeficiente de infiltración para este caso que será de 2,70 m3/h·m, calculamos el volumen de aire de infiltraciones: Vi = 2,70 · 4,5 = 12,15 m3/h

Y las pérdidas para este caso: Qi = 12,15 · 0,349 · (22-8) = 59,36 W

El ahorro de energía lo obtenemos de la expresión:

3.4. PÉRDIDAS DE CALOR POR TRANSMISIÓN EN LOS CERRAMIENTOS Esta carga es debida a la transferencia de calor a través de los cerramientos del edificio, provocada por la diferencia entre la temperatura interior y exterior del local. La carga térmica debida a las pérdidas por transmisión en los cerramientos la determinaremos con la siguiente expresión: QC = S · kG · ( ti - te )

Qc: Transferencia de calor en los cerramientos (W)S: Superficie del cerramiento (m2)kG: Coeficiente global de transmisión de calor por los cerramientos (W/m2•K)ti : Temperatura interior de proyecto (ºC)te: Temperatura del medio exterior (ºC)

Se debe considerar la carga entre dos locales contiguos climatizados con diferentes temperaturas interiores de diseño así como la transmisión de calor a través de paredes y techos.Para poder determinar esta carga se debe conocer el coeficiente global de transmisión (KG) de los muros o paredes que forman el edificio.El coeficiente de transmisión del cerramiento se determina en función del material y del espesor del muro o pared. Son parámetros que suelen estar tabulados o bien son suministrados por el mismo fabricante, como sería en el caso de cristales tratados. El coeficiente de transmisión se puede calcu-lar mediante las resistencias térmicas de los materiales utilizados. En la tabla siguiente se muestran las resistencias térmicas de algunos materiales.

A = Q1 - Q2 · 100 =

118,73 - 59,36 · 100 = 50%Q1 118,73


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Cálculo del coeficiente global del cerramientoConsideramos un muro con la configuración mostrada en la figura:

Fig 3.1. Sección del muro

Para calcular el coeficiente global del muro debemos tener en cuenta la resistencia térmica super-ficial del muro y la resistencia térmica del cerramiento.La resistencia térmica superficial del medio exterior y del medio interior se determina mediante las expresiones:

Dónde he es el coeficiente de convección exterior, y hi es el coeficiente de convección interior. Estos coeficientes dependen del fluido, de su dirección y de la superficie del cerramiento.

La resistencia de cada material depende de sus características y del espesor. Si conocemos las resistencias del material por metro de longitud la resistencia total del muro será: Rc = Rc1 · e1 + Rc2 · e2

Material Densidad Resistencia por m de espesorYeso o cemento 800 kg/m3 2,33 m2 • ºC/WMadera de pino 512 kg/m3 11,63 m2 • ºC/WHormigón ligero 1.900 kg/m3 1,74 m2 • ºC/WHormigón de arena y grava (no secado) 2.240 kg/m3 0,76 m2 • ºC/WLadrillo ordinario 1.920 kg/m3 19,07 m2 • ºC/WLadrillo de paramento 2.080 kg/m3 10,46 m2 • ºC/WParquet de madera dura 720 kg/m3 8,60 m2 • ºC/WLana de roca 24-64 kg/m3 34,65 m2 • ºC/W

POS. DEL CERRAMIENTO Y SENTIDO FLUjO DE CALOR

Desde exterior Desde local o cámara de aireCoeficiente de convección (m2 K/kW)

Cerramiento vertical y flujo horizontal1/hi 1/he 1/hi 1/he0,13 0,04 0,13 0,13

Cerramiento horizontal y flujo ascendente1/hi 1/he 1/hi 1/he0,10 0,04 0,10 0,10

Cerramiento horizontal y flujo descendente1/hi 1/he 1/hi 1/he0,17 0,04 0,17 0,17

Re = 1 he

Ri = 1 hi


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El coeficiente global de transmisión de calor para el cerramiento será:

El punto 2 del documento básico HE1 del Código Técnico de la Edificación establece los coeficientes mínimos que deben tener los cerramientos de los edificios en función de la zona climática en la que están ubicados, con el objetivo de limitar la demanda energética de los edificios.

3.5. PÉRDIDAS ENERGÉTICAS POR SUPLEMENTOS Hasta el momento hemos analizado las pérdidas energéticas del edificio y la carga térmica que debemos aportar para compensarlas. Esta carga térmica calculada es con un régimen de funcio-namiento. Deberemos tener en cuenta unos suplementos energéticos que serán necesarios para alcanzar dicho régimen de trabajo. Distinguimos 3 tipos de suplementos principales:

Suplemento de pérdidas por orientación: Compensan la exposición solar del local dependiendo de su orientación.

Elegiremos un factor u otro en función de: - Si el local tiene una sola pared, se toma la orientación de esta. - Si el local está expuesto en dos paredes, se toma la orientación de la esquina - Si tiene tres o más paredes, cogemos como referencia la que tenga un coeficiente mayor. - Si es un local interior, no aplicamos este suplemento.

Suplementos de pérdidas por interrupción del servicio y por pared fría: Son los suplementos que deberemos aportar por el hecho de interrumpir el servicio de la instalación y que están relacionadas con la permeabilidad del edificio.Para conocer el factor de suplemento deberemos calcular la permeabilidad media del edificio:

U : Coeficiente de transmisión global del cerramiento (W/m2·K)S : Superficie total del cerramiento (m2)Ti : Temperatura interior (ºC)T’e : Temperatura exterior de cálculo (ºC)Te : Temperatura del otro lado del cerramiento (ºC)

RÉGIMEN DE UTILIzACIÓNPermeabilidad térmica media

0,1 a 0,33 0,3 a 0,7 0,7 a 1,5 > 1,5Funcionamiento continuo. Potencia reducida noche 7 % 7 % 7 % 7 %Interrupción de 9 a 12 horas diarias 20 % 15 % 15 % 15 %Interrupción de 12 a 16 horas diarias 30 % 25 % 20 % 15 %

Re + Rc + RiRt

Kg = 1

= 1

(S · (ti - te ))Pm =

S (U · S · (ti-t’e))

Orientación S SO O NO N NE E SE

Factor suplemento (%) 0 7 15 18 20 15 10 3


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CáLCuLo dE La Carga térmiCa dE CaLEfaCCión

Condiciones de proyecto Tinterior Texterior (Ti - Te)

transmisión en superficies

Cerramiento Superficie(m2)

Coef. Trans(W/m2k)

Tmedio 1(ºC)

Tmedio 2(ºC)

Tm2 - Tm1(ºC)

total pérdidas (kW)

Pérdidas por suplementos

Ventilación

Estancia Ocupantes Caudal(m3/h)

Superficie(m3/h)

Caudal(m3/h)

Otros(m3/h)

Tmedio 1(ºC)

Tmedio 2(ºC)

Tm2 - Tm1(ºC)


infiltraciones

HuecoCoeficiente

de infiltraciónLong. de fisura

(m)Cv aire

(kW / m3 ºC)Tmedio 1

(ºC)Tmedio 2

(ºC)Tm2 - Tm1

(ºC)total

pérdidas (kW)


Las ´perdidas por suplementos se calcularán mediante la expresión: Qs = FS + QT

Qs : Pérdidas por suplementos (W)QT : Pérdidas por transmisiónFs : Factor suplementos (Factor orientación+factor servicio y pared fría)


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la caldera es la fuente calorífica de la instalación de calefacción. En la caldera se produce la quema del combustible para transmitir su energía calorífica al agua que posteriormente circulará por la instalación.Existen múltiples clasificaciones de las calderas: por tipo de combustible, por tipo de cámara de combustión, por potencia, etc. En este apartado nos basaremos en la clasificación según el tipo de cámara de combustión.

4.1 COMBUSTIÓNEn el proceso de combustión existe un elemento que arde, el combustible, que suele ser un material orgánico que contiene carbono e hidrógeno y otro que produce la combustión, el comburente, que suele ser oxígeno. Cuando se produce una reacción completa todos los elementos tienen su mayor estado de oxidación y producto de este proceso se produce dióxido de carbono (CO2), dióxido de azufre (SO2) y Óxidos de nitrógeno (NOx) entre otros. Si el comburente y el combustible no están en una proporción adecuada, los elementos no reaccionan en su mayor estado de oxidación y se generan productos de la combustión como el monóxido de carbono (CO).Un combustible se caracteriza por su poder calorífico. El poder calorífico se define como la cantidad de energía por unidad de masa que se desprende del proceso de combustión. El carbono e hidrógeno del combustible reaccionan con el oxígeno en el proceso de combustión formando dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Estos gases junto con otros residuos de la combustión son evacuados al exterior de la caldera a temperaturas superiores a los 100 ºC. Estos humos tienen un alto contenido de agua en forma de vapor y por tanto tienen un alto contenido de energía en forma de calor latente que es expulsada al ambiente exterior junto con los otros residuos de la combustión. A partir de aquí definimos el concepto de poder calorífico superior (PCS) y poder calorífico inferior (PCI). El poder calorífico superior (PCS) engloba la totalidad del calor cedido en el proceso de combustión. El poder calorífico inferior es el calor desprendido en el proceso de combustión sin tener en cuenta la energía en forma de calor latente contenido en el vapor de agua que es evacuado junto con otros componentes producto de la combustión.

4.2 TIPOLOGÍA DE CALDERAS Y CARACTERÍSTICAS

4.2.1 Generadores de cámara abierta o atmosféricos de tiro naturalSon equipos que toman el aire necesario para la combustión desde el mismo espacio donde está ubicada la caldera. Por este motivo se debe ubicar en un espacio suficientemente ventilado para garantizar la aportación necesaria de oxígeno para la correcta combustión. La evacuación de humos se realiza al exterior de manera que se provocan depresiones y corrientes de aire en el local donde está ubicada.Actualmente está prohibida la instalación de estas calderas con potencias inferiores a 70 kW debido a sus bajos rendimientos y su peligrosidad si es instalada en espacios con poca ventilación.

4. GENERADORES


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4.2.2 Generadores de cámara estanca de tiro forzado

Fig. 4.1 Caldera atmosférica

A diferencia de los generadores atmosféricos, los generadores con cámara de combustión estanca toman el aire para la combustión desde el exterior del habitáculo dónde están ubicados mediante un ventilador. Este ventilador junto con una válvula de gas de premezcla (para las calderas Chaffoteaux), mantienen la entrada de comburente en la proporción adecuada para la correcta combustión, hecho que produce una mejora del rendimiento de la caldera. En las calderas estancas la aspiración del aire para la combustión y la evacuación de los humos se realiza mediante dos conductos independientes que pueden ser concéntricos, de manera que se consigue calentar el aire de aspiración y mejorar el rendimiento. También son calderas que ofrecen una mayor seguridad debido a que la cámara de combustión no está comunicada con el local dónde está instalada.

Fig. 4.2. Caldera estanca

4.2.3 Generadores de cámara estanca de tiro forzado con recuperaciónTambién llamadas calderas de condensación, son generadores que funcionan como los descritos anteriormente que, mediante un intercambiador, recuperan la energía en forma de calor latente contenida en los humos producto de la combustión. La caldera de condensación incorpora un recuperador de calor que tiene como finalidad recuperar la energía contenida en el vapor de agua de los humos. Por un lado, tenemos un serpentín por el que circula el agua del circuito de calefacción y por su exterior se hacen circular los humos producto de la combustión antes de ser expulsados. Cuando el vapor de agua contenido en los humos condensa


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cede el calor al serpentín que contiene el agua del circuito de calefacción precalentándola antes de pasar por el quemador. De esta forma se pueden conseguir ahorros de energía de hasta un 15%, siendo calderas consideradas de alta eficiencia.Las calderas de condensación se caracterizan por tener rendimientos superiores al 100%, el motivo es que el cálculo del rendimiento se realiza en base al Poder Calorífico Inferior pero en este caso estamos aprovechando parte de la energía de pérdidas por calor latente.Para que se produzca la condensación y conseguir así rendimientos superiores al 100% sobre el PCI el agua de retorno del circuito de calefacción debe tener una temperatura máxima de 55 ºC, hecho que las hace ideales para sistemas que funcionan a baja temperatura como el suelo radiante pero que no las hace desaconsejables para sistemas que funcionan con alta temperatura ya que con una correcta regulación e impulsando el agua de calefacción a temperaturas variables se pueden llegar a conseguir elevados ahorros energéticos incluso rendimientos superiores a los ofrecidos con las calderas estancas sin recuperador.

Fig. 4.3 Caldera de condensación

4.3 RENDIMIENTO DE LOS EQUIPOS GENERADORESLas calderas con potencias mayores a 400 kW tendrán un rendimiento igual o mayor que el exigido para las calderas de 400 kW según el cuadro siguiente incluido en el Real Decreto 275/1995. Para las calderas de 4 a 400 kW los rendimientos mínimos a potencia nominal y a carga parcial del 30% son los indicados en la tabla 4.5.

Rendimiento a potencia nominal Rendimiento con carga parcial

Tipo de caldera

Intervalos de potencia

kW

Temp. media del agua en

la caldera (ºC)

Expresión del rendimiento

(%)

Temp. media del agua en

la caldera (ºC)

Expresión del rendimiento

(%)

Caldera estándar 4 a 400 kW 70 84 + 2log Pn 50 80 + 3log Pn

Caldera de gas de condensación

4 a 400 kW 70 91 + 1log Pn 30** 97 + 1log Pn

Tabla 4.4 Rendimientos mínimos exigidos


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Los rendimientos mínimos de las calderas aceptados por la normativa son los que se visualizan los siguientes gráficos.

Calderas de condensaciónCalderas de baja temperaturaCalderas estándar

Fig. 4.5. Rendimientos mínimos de las calderas al 100% de la carga

Calderas de condensaciónCalderas de baja temperaturaCalderas estándar

Fig. 4.6. Rendimientos mínimos de las calderas al 30% de la carga

Cabe destacar la importancia del rendimiento a carga parcial (30%) ya que es determinante en el rendimiento medio estacional. El RD275/1995 exige que las calderas estándar tengan un rendimiento mayor a carga total que a carga parcial. Las calderas de baja temperatura deberán tener el mismo rendimiento a plena carga que a carga parcial y las calderas de condensación tendrán más rendimiento a carga parcial que a plena carga.

4.4 DIMENSIONADO DE LA CALDERALa potencia de una caldera viene definida por las necesidades de calefacción del edificio, es decir, por las pérdidas térmicas que tiene el edificio. El dimensionado se realiza mediante el cálculo de la carga térmica de calefacción detallado en el capítulo 3. Se aplica un factor de seguridad que suele ser un 10% o un 15% del valor obtenido en el cálculo de carga térmica de calefacción.Para instalaciones centralizadas y basándonos en los rendimientos de las calderas comentados con anterioridad, se recomienda instalar calderas de condensación con funcionamiento en cascada. La principal ventaja de una instalación de calderas en cascada es que se obtienen elevados rangos de modulación pudiendo ajustar mejor la potencia suministrada a las necesidades reales de la instalación.


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4.5 CÁLCULO DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLEEl consumo horario del combustible de una caldera depende de la potencia de la caldera, del poder calorífico inferior del combustible y del rendimiento de la caldera y se obtiene mediante la siguiente expresión:

C: Consumo de combustible por hora (m3/h)PCI: Poder calorífico inferior del combustible (kWh/m3)h: Rendimiento de la calderaQ0: Potencia caldera

Calculando el consumo de cada uno de los generadores se puede comparar y obtener los ahorros energéticos teniendo en cuenta únicamente el equipo generador de calor.El ahorro de combustible lo calcularemos mediante la expresión siguiente:

A: Ahorro de combustible en %C0: Consumo de combustible del generador de referencia (m3/h)C1: Consumo de combustible del segundo generador (m3/h)

Ejemplo:Calcularemos el consumo de combustible de una caldera de condensación modelo URBIA GREEN de la gama de calderas de condensación de Chaffoteaux.Las características de la caldera son: Potencia nominal máxima 22 kW, rendimiento a potencia nominal a alta temperatura 98%, rendimiento a potencia nominal a baja temperatura 107% y el PCI del combustible, en este caso Gas Natural es de 12,91 kWh/m3.

Consumo de combustible a alta temperatura:

Consumo de combustible a baja temperatura:

PODER CALORÍFICO INFERIOR COMBUSTIBLES GASEOSOS

Gas Ciudad 4,88 kWh/m3

Gas Natural 12,91 kWh/m3

Gas Propano 27,91 kWh/m3

Gas Butano 32,56 kWh/m3

C = 22

= 1,74 m3 / h12,91 · 0,98

Ce = Q0

PCI · h

A = C0 - C1

· 100

C0

C = 22

= 1,59 m3 / h12,91 · 1,07


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Calculamos ahora el consumo para una caldera del tipo convencional, es decir sin intercambiador de condensación y con un rendimiento del 93%.

C = 22

= 1,83 m3 / h12,91 · 0,93


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las redes de conductos deberán estar equilibradas mediante la realización de retornos invertidos o bien mediante reguladores de caudal. los trazados de los circuitos de tuberías de los fluidos caloportadores se diseñarán teniendo en cuenta el horario de funcionamiento y la longitud hidráulica del circuito. los circuitos deberán ser equilibrados hidráulicamente y si es necesario, se deberán utilizar válvulas de equilibrado.las columnas y los ramales de las instalaciones incluirán válvulas de aislamiento para facilitar las tareas de mantenimiento. Dentro de las redes de conductos y tuberías, el aislamiento es uno de los factores más importantes para conseguir un ahorro energético, evita las pérdidas energéticas, previene de las heladas e insonoriza la instalación.

5.1 CÁLCULO DEL AHORRO EN FUNCIÓN DEL AISLAMIENTOPara el cálculo del ahorro, en primer lugar se debe estudiar el coeficiente global de transmisión de calor (KL) de la tubería.El cálculo del coeficiente global se realiza a partir de las resistencias térmicas al flujo transversal de calor, que en el caso de una tubería con aislamiento son las siguientes (considerando 1 metro de tubería):

Fig. 5.1. Sección de una tubería de cobre con aislamiento.

resistencia interior ri : Radio interior de la tubería (m) hi: Coeficiente de convección interior (W/m2•K)

resistencia debida a la pared metálica rt: Radio exterior de la tubería (m) ri : Radio interior de la tubería (m) ki: Conductividad de la pared de la tubería (m2•K/W)

resistencia debida al aislamiento ra: Radio exterior del aislamiento (m) ka: Conductividad del aislamiento (m2•K/W)

5. REDES DE CONDUCTOS Y DISTRIBUCIÓN

ri = 1

2πrihi( )

rt = Ln (rt/ri)

2πki

ra = Ln (ra/rt)

2πka


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resistencia exterior he: Coeficiente convección-radiación (W/m2•K) de la superficie exterior del aislamiento ra : Radio exterior de aislamiento (m) El coeficiente global de transmisión de calor por unidad de longitud será:

A partir del coeficiente global de transmisión de calor podemos encontrar la tasa de transferencia de calor de la tubería con el aislamiento:

Q: Tasa de transferencia de calor (W) L: Longitud de la tubería (m) KL: Coeficiente global referido a una unidad de longitud (W/m2•K) ti : Temperatura del fluido interior (ºC) te: Temperatura del medio exterior (ºC)

Ejemplo comparativo:Se determina el ahorro energético para una tubería con las siguientes características:Diámetro interior de 20 mm, diámetro exterior de 22 mm la conductividad térmica de la tubería es de 350 W/m·K, la temperatura exterior es de 15 ºC y la temperatura del fluido es de 70 ºC. Consideramos un coeficiente de convección interior de 1.895 W/m2·K y un coeficiente de convección-radiación exterior de 8,5 W/m2·K.Procedimiento de cálculo de la tasa de transferencia de calor sin aislamiento:

resistencia interior:

resistencia debida a la tubería:

resistencia exterior:

Coeficiente lineal sin aislamiento:

re = 1

2πrahe( )

KL = 1

Q = L · KL · ( ti -te )

ri + rt+ ra+ re

ri = 1

=

1

= 8,4 · 10 -2 W/mK

2πrihi 2π · 0,01 · 1.895( () )

re = 1

=

1

= 1,7 W/mK

2πrahe 2π0,011 · 8,5( () )

KL = 1

= 0,58 W/mK

8,4 · 10 -2+4,34 · 10 -5 + 1,7

rt = In(rt/ri) =

ln(0,011/0,01) = 4,34 · 10 -5 W/mK

2πki 2π350( () )


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Cálculo de la tasa transferencia de calor sin el aislamiento:

Para el cálculo del ahorro consideraremos las características del aislamiento especificadas en el RITE para una tubería que discurre por el interior de un edificio con una temperatura comprendida entre 60 y 100 ºC. Espesor del aislamiento deberá ser de 25 mm con una conductividad de 0,040 W/m·K

Procedimiento de cálculo de la tasa de transferencia de calor con aislamiento.

resistencia interior:

resistencia debida a la tubería:

resistencia debida al aislamiento: resistencia exterior:

Coeficiente lineal con aislamiento: Cálculo de la tasa transferencia de calor con el aislamiento:

Una vez obtenida la tasa de transferencia de calor con y sin aislamiento realizamos el cálculo de ahorro energético.

Observamos que aislando la instalación ahorramos un 67% de la energía que se disiparía si ésta no estuviese aislada.

Q = L · KL · ( ti - te ) = 1 · 0,58 · (70 -15) = 31,9 W

Qa = L · KL · ( ti - te ) = 1 · 0,19 · (70 -15) = 10,45W

ri = 1

=

1

= 8,4 · 10 -2 W/mK

2πrihi 2π · 0,01 · 1.895( () )

re = 1

=

1

= 0,52 W/mK

2πrahe 2π0,036 · 8,5( () )

KL = 1

= 0,19 W/mK

8,4 · 10 -2+4,34 · 10 -5 + 4,72 + 0,52

A = Q - Qa · 100 =

31,9 - 10,45 · 100 = 67,2%

Q 31,9

rt = In(rt/ri) =

ln(0,011/0,01) = 4,34 · 10 -5 W/mK

2πki 2π350( () )

rt = In(rt/ri) =

ln(0,036/0,01) = 4,72 W/mK

2πki 2π · 0,04( () )


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El calor que se produce en la caldera se transmite al local a calentar mediante unos elementos que actúan por radiación y convección. los emisores deben transmitir el calor de una manera eficaz suave y uniforme, además se debe poder regular el calor a nivel local (mediante válvulas manuales o automáticas), el mantenimiento debe ser fácil y económico.analizamos dos tipologías de emisores, los radiadores y el suelo radiante. El radiador es el emisor más común en las instalaciones de calefacción, por su sencilla instalación y mantenimiento. Por otro lado, los sistemas con suelo radiante tienen más complejidad técnica en la instalación pero son más eficientes y ofrecen un mayor confort para el usuario.

Si representamos en el gradiente de temperatura las curvas características de cada uno de los emisores podemos observar la distribución del calor. El gradiente ideal, por el que obtenemos el máximo confort, lo vemos representado en la primera figura, si se compara con el gradiente obtenido con el suelo radiante como emisor observamos que la curva es la más similar a la curva ideal con la temperatura más elevada en el suelo y una disminución de aproximadamente 4ºC en el techo. Referente a la curva de los radiadores podemos distinguir entre la instalación de radiadores en paredes interiores o la instalación recomendada, que consiste en ubicarlos en paredes exteriores y debajo de las ventanas. Como se aprecia en los gráficos el hecho de instalar los radiadores en paredes interiores provoca menos confort para el usuario ya que el aire frío que se infiltra por las ventanas queda estancado en el suelo y el calor emitido por los radiadores queda acumulado en el techo provocando la estratificación del local. En el caso de instalar los radiadores en paredes exteriores y debajo de las ventanas no se produce tanta estratificación ya que el aire frío que entra por las ventanas se mezcla con el aire caliente que asciende del radiador produciendo una mayor homogeneidad de temperatura.

6.1 SISTEMAS DE CALEFACCIÓN POR RADIADORESLos radiadores están formados por un conjunto de elementos superpuestos a través de los cuales circula el agua calentada en el generador, suelen estar fabricados en hierro fundido, chapa de acero o aluminio. Esta tipología de emisores emite el calor un 20% por radiación y un 80% por convección.

6. EMISORES

CalefacciónIdeal

CalefacciónSuelo Radiante

Calefacción Radiadoresen paredes interiores

Calefacción Radiadoresen paredes exteriores


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6. EMISORES

Los radiadores de fundición tienen una gran duración ya que el hierro fundido tiene una elevada resistencia a la corrosión. Son radiadores con una gran inercia térmica y una buena radiación.Los radiadores de acero tienen poco espesor y su durabilidad es más baja ya que la resistencia a la corrosión es inferior que la del hierro fundido.Los radiadores de aluminio son los más ligeros y trabajan básicamente por convección debido a que el coeficiente de radiación del aluminio es muy bajo. La baja inercia térmica de los radiadores de aluminio los hace más adecuados en las instalaciones que requieran una puesta en régimen rápida. Los radiadores son utilizados sobretodo en rehabilitación y reformas de edificios y tienen un fácil mantenimiento al ser visibles y accesibles. Son los emisores más comunes por su fácil instalación y aplicación en edificios ya existentes.Como ya se ha comentado, los radiadores se deben instalar debajo de las ventanas ya que es dónde tenemos las pérdidas de calor más grandes. Deben estar siempre cerca del suelo para favorecer las corrientes de convección. El aire frío procedente de las infiltraciones de las ventanas favorecen el reparto del aire caliente por todo el local, tal y como se observa en la figura siguiente:

Fig. 6.1. Distribución del calor mediante radiadores

6.1.1 Dimensionado de la superficie de cada radiadorEl número de elementos de un radiador a instalar en un local concreto depende de 3 parámetros: del coeficiente de transmisión del radiador (K), de su superficie (S) y del salto térmico entre el radiador y el medio (∆T). El calor emitido por el conjunto de elementos resulta del producto de estos tres factores: Q = K · S · ∆T

El salto térmico será:

te : Temperatura de entrada del agua al radiador (ºC)ts : Temperatura de salida del agua del radiador (ºC)ti : Temperatura interior de la sala (ºC)

2∆T =

te + ts - ti


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Actualmente los fabricantes tienen tabulados estos parámetros para un salto térmico de 60 ºC.El calor emitido por los radiadores se modifica cuando existe un recubrimiento a su alrededor.Dependiendo del recubrimiento utilizado se favorecerán o perjudicarán las corrientes de convección en la habitación y en consecuencia, mejoraremos o empeoraremos la eficiencia del radiador. Para ello se emplean unos coeficientes de corrección; vemos dos ejemplos:

A - Distancia entre la pared y el recubrimiento

Fig. 6.2. Recubrimientos de radiadores

En el ejemplo 1 conseguimos mejorar la eficiencia del radiador ya que la disposición del recubrimiento favorece las corrientes de convección en la habitación. La cota A, es la distancia entre la pared y el recubrimiento, C es la altura del radiador y B debe tener el mismo valor que A o debe ser mayor que 0,8·A. En este caso el coeficiente de corrección será de 1,1. Este coeficiente se debe multiplicar por la emisión calorífica tabulada por cada fabricante, obteniendo ganancias de hasta un 10%.En el ejemplo 2 obtenemos el fenómeno contrario. El hecho de instalar una balda horizontal por encima del radiador perjudica las corrientes de convección. En este caso el coeficiente de corrección depende de la longitud A de la balda. Si la longitud de la balda supera ligeramente el ancho del radiador el factor de corrección es de 0,80, si la longitud de la balda es 1,5 veces el ancho del radiador el factor de corrección disminuye a 0,65, de manera que la instalación es un 35% menos eficiente.

6.1.2 Distribución de los radiadoresLa distribución de los radiadores se puede realizar de varias formas; mediante sistemas monotubulares, bitubulares, con retornos directos, con retornos invertidos, etc. La distribución de los radiadores influye en el confort para el usuario y también en la eficiencia de la instalación. Una instalación con una distribución monotubular es sencilla y económica pero el reparto de calor no se realiza uniformemente en todas las salas ya que la temperatura del agua del primer radiador será más elevada, por lo tanto emitirá más calor que los últimos radiadores.

Fig. 6.3. Distribución monotubular de radiadores


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Si elegimos un sistema bitubular, lo podemos realizar mediante un retorno directo, o un retorno invertido. En el primer caso la longitud del recorrido del agua también varía en función de lo alejado que esté un radiador de la caldera, es decir, que no es un sistema equilibrado hidráulicamente. El reparto de calor con un sistema bitubular con retorno directo es más uniforme y existen radiadores más privilegiados que otros, aún así las pérdidas de carga de la instalación son inferiores a las del sistema monotubular.

Fig. 6.4. Sistema bitubular con retorno directo

Para un reparto uniforme del calor la solución es realizar la distribución mediante un sistema bitubular con retorno invertido, de esta forma el recorrido del agua para llegar a cada uno de los radiadores es el mismo y la temperatura les llega a todos por igual. Este sistema evita las pérdidas innecesarias de calor.

Fig. 6.5. Sistema bitubular con retorno invertido

En este sistema la repartición del agua se realiza mediante un montante que distribuye el agua caliente por cada uno de los radiadores y que retorna a la caldera mediante otra tubería instalada a la salida de los radiadores. El retorno invertido evita los desequilibrios térmicos entre radiadores ya que la distancia que tiene que recorrer el agua para llegar a cada uno de los elementos es la misma. En cada uno de los radiadores se deberá instalar: una válvula termostática*, un purgador y un detentor que utilizaremos para cortar el paso del agua por el radiador en caso de mantenimiento o bien para modificar el reparto de calor en cada uno de los radiadores. 6.1.3 Temperaturas de trabajoSe ha comentado con anterioridad que el calor emitido por un radiador es producto de su coeficiente de transmisión, por la superficie y por el diferencial de temperatura entre el radiador y el ambiente. La emisión calorífica aumenta incrementando la superficie del radiador o bien incrementando el

* Obligatoria según el Reglamento de instalaciones térmicas en edificios (RITE).


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diferencial de temperatura. El incremento del salto térmico implica enviar el agua a una temperatura más elevada (entorno a los 80 ºC) y en consecuencia tenemos un retorno también a más temperatura (unos 65 ºC), hecho que desfavorece la condensación en la caldera. Por este motivo, si queremos obtener ahorros en combustible será aconsejable aumentar la superficie de cada uno de los radiadores y mantener temperaturas de impulsión más bajas.

Fig. 6.6. Temperaturas de impulsión y retorno a alta temperatura

Si queremos reducir la temperatura de impulsión para conseguir la condensación y mantener la misma potencia, la superficie de intercambio se deberá incrementar entre un 20% y un 30%. Si impulsamos el agua a 68 ºC el retorno estará a una temperatura entorno a los 53 ºC si queremos mantener la misma emisión calorífica que impulsando a 80 ºC se deberá incrementar la superficie del radiador entre un 25 y un 30%.

6.2 SISTEMAS DE CALEFACCIÓN CON SUELO RADIANTEEl mayor confort para el usuario se consigue cuando la temperatura a la que se encuentran los pies es superior a la temperatura en su cabeza. Por este motivo el suelo radiante es el sistema que ofrece un mayor confort y también un ahorro energético ya que evitamos calentar la parte superior de cada uno de los locales. La temperatura del aire con un sistema de calefacción radiante se mantiene entre 18 ºC y 20 ºC. La temperatura del agua del circuito será impulsada a una temperatura de entre 35 ºC y 45 ºC dependiendo de la zona climática, la temperatura del suelo no podrá superar en ningún caso los 29 ºC, siendo obligatoria la instalación de una válvula termostática en cada uno de los circuitos.

Fig. 6.7. Distribución del calor mediante suelo radiante


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El sistema de suelo radiante consiste en un conjunto de tuberías plásticas, integradas en el pavimento, paredes o incluso techo por los que circula el agua calentada en el generador. Se obtiene una gran superficie emisión ya que el suelo radiante ocupa prácticamente toda la superficie del suelo. El local se calienta por radiación y también por convección prácticamente por el mismo grado. Las instalaciones con suelo radiante son instalaciones con una gran inercia térmica ya que para que el calor se transmita al local se debe calentar todo el forjado. Esto lo hace poco adecuado para instalaciones que requieran una puesta en servicio rápida de sus estancias. Se recomienda el funcionamiento continuado evitando paros continuos o prolongados ya que provocarían la pérdida de dicha inercia térmica.La estructura de un suelo radiante es la siguiente:

Fig. 6.8. Estructura de un suelo radiante.

Forjado: es el elemento estructural del suelo, el material no influye en la instalación del suelo radiante.Aislamiento: su función principal es la de aislar el suelo térmicamente para que el calor no vaya hacia el piso de abajo consiguiendo también un mejor aislamiento sonoro. Por otro lado existen placas de aislamiento que incluyen los soportes para sujetar la tubería del suelo radiante. Para evitar que el aislante se aplaste el aislante deberá ser de alta densidad.Mortero: Su función es la de envolver los tubos para protegerlos, transmitir el calor de los tubos al pavimento y fijarlo.Pavimento: es el acabado del suelo, se puede utilizar cualquier pavimento, teniendo en cuenta que los materiales que tienen mayor conductividad térmica son más adecuados ya que ceden el calor más fácilmente.La instalación del suelo radiante tiene cierta dificultad técnica y tiene un coste económico elevado pero tiene múltiples ventajas: conseguimos un calentamiento homogéneo de la sala que se traduce en un mejor confort, trabajamos a bajas temperaturas (entre 35 ºC y 45 ºC) de manera que no se producen corrientes de convección ni pérdidas de humedad del aire. Si el generador de calor es una caldera de condensación podremos asegurar que siempre trabajaremos con temperaturas que favorezcan la condensación en el quemador obteniendo rendimientos muy altos.

6.2.1 Dimensionado del suelo radianteEl dimensionado del suelo radiante consiste en calcular la potencia térmica por unidad de superficie que debe aportar el suelo radiante. Para ello será necesario determinar el diámetro de los tubos y la distancia que existe entre ellos.

Cinta perimetralPavimento

Tubería

Mortero

Panel de aislamiento

Forjado


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El suelo radiante debe abarcar toda la superficie del local para obtener una temperatura más suave y homogénea, cuanto más grande sea la superficie ocupada por el suelo radiante, menor será la temperatura a la que debamos impulsar agua.En el diseño de la instalación intervienen los siguientes parámetros:

Carga térmica de calefacción. El cálculo de la carga térmica de calefacción se realiza según el procedimiento detallado en el capítulo 3. Como base de diseño se deberá coger la carga más desfavorable, es decir, aquella sala que tenga una carga térmica más elevada que nos definirá la temperatura de impulsión desde el equipo generador. También deberemos determinar el caudal necesario para cada circuito.

Temperatura interior de diseño. Se considerará una temperatura interior de diseño que suele estar entorno a los 20 ºC.

Resistencia térmica del pavimento. La resistencia térmica del suelo depende de los mate-riales utilizados, mortero, tipo de pavimento, etc

Tipo de tubo, diámetro y distancia entre tubos. El tipo de tubo, diámetro y distancia entre tubos y la aportación térmica suministrada son valores que están tabulados por los mismos fabricantes de tubo para suelo radiante.

Temperatura superficial del suelo. La temperatura superficial del suelo no podrá superar en ningún caso los 29 ºC. Una temperatura superior generaría una situación poco confortable para el usuario. Siempre será necesario comprobar que en ninguno de los circuitos se supera esta temperatura. En caso de tener algún local con más de 29 ºC en la superficie, se deberán separar los tubos o bien instalar tubos con un diámetro inferior.

Para el dimensionado se utilizan directamente tablas que proporcionan los mismos fabricantes de tuberías de suelo radiante ya que la energía aportada depende también del material utilizado para realizar cada uno de los trazados.

6.2.2 Distribución del suelo radianteLa distribución de los tubos de suelo radiante se puede realizar en serpentín o en espiral. Con estas distribuciones las tuberías de ida y de retorno son contiguas de manera que, la tubería más caliente está cerca de la tubería más fría, de esta forma conseguimos una temperatura homogénea en toda la superficie de calefacción. En general, se deberá respetar la misma distancia entre tubos, que suele ser de 20 cm para calefac-ción, a no ser que exista una zona que tenga más pérdidas energéticas (grandes ventanas, balcones, etc.); En este caso se recomienda dejar menos distancia para obtener más concentración de calor.

Distribución en Espiral. En esta tipología de distribución el tubo se comienza a instalar por la parte exterior y se va entrando dejando suficiente espacio para retornar entre los tubos de ida y llegar de nuevo al punto de partida inicial. Con este sistema conseguimos la temperatura más homogénea en el local. Es la distribución más adecuada para superficies con formas geométricas sencillas y para grandes locales o con elevada demanda de calefacción.


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Fig. 6.11. Distribución en espiral

Distribución en serpentín simple. En esta tipología de distribución el tubo del suelo radiante empieza en un extremo del local y termina en el extremo opuesto, avanzando en líneas paralelas equidistantes una de otras. Aunque tiene una buena proporción de tubería por cada metro cuadrado es una distribución poco eficiente debido a que el reparto del calor no es homogéneo porque la temperatura del agua se va enfriando a lo largo del recorrido del circuito por el suelo. Por este motivo el salto entre tida-tretorno deberá ser <= 5 ºC. El tubo deberá tener una alta flexibilidad para evitar el esquinado del tubo.

Fig. 6.12. Distribución en serpentín simple

Distribución en doble serpentín. Parecida a la distribución en serpentín simple, pero con la diferencia de que el espacio que se deja entre los tubos paralelos de ida es mayor para poder hacer circular entre ellos el retorno de la instalación. De esta forma se evita tener diferentes temperaturas entre principio y final de la sala.Este sistema se suele utilizar en locales muy alargados o con formas irregulares. El mayor inconveniente de esta instalación es que los radios de curvatura son muy pequeños y pueden producir el esquinado del tubo, reduciendo de esta forma la vida útil de la instalación.

Fig. 6.13. Distribución doble serpentín


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6.2.3 Elementos específicos de la instalación de suelo radianteDistribuidor: es un elemento fundamental para el correcto equilibrado de la instalación. Está formado por dos colectores, uno de ida y otro de retorno. Desde el distribuidor salen los circuitos que van a cada una de las zonas a calefactar. También incorporan una válvula que corta el paso del agua a cada local, un detentor para la regulación de cada uno de los circuitos, un purgador y un termómetro. Para las diferentes estancias se recomienda individualizar cada uno de los circuitos (cocina, baño, dormitorios, etc.) de esta forma se pueden calefactar a diferentes temperaturas integrando una válvula termostática en el mismo distribuidor. El distribuidor se deberá ubicar en una zona centrada de la instalación.

6.2.4 Temperaturas de impulsiónLa temperatura de impulsión del suelo radiante no deberá superar los 55ºC y siempre se deberá verificar que la temperatura máxima en el suelo sea inferior a 29ºC.

Fig. 6.14. Temperaturas de impulsión y retorno a baja temperatura

El salto térmico en las instalaciones de suelo radiante suele estar entre 5ºC y 10ºC. Son sistemas de baja temperatura que en el caso de las calderas de condensación garantizan el máximo rendimiento.


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Para una instalación de calefacción con circulación forzada se deberá instalar una bomba que garantice la circulación a través de todo el circuito. En instalaciones de calefacción normalmente se utilizan bombas centrífugas. El circuito de suelo radiante tiene unas pérdidas de carga mucho mayores que las de un sistema de radiadores, la bomba que incluye la misma caldera no suele tener la suficiente potencia para vencerlas y por ello se debe instalar otra bomba. Para su dimensionado se deberá realizar el trazado hidráulico, la pérdida de carga de la instalación a considerar será la mayor de las pérdidas de carga que tiene que vencer la bomba desde la impulsión del circuito hasta el retorno.

7.1 DIMENSIONADO DE LA BOMBALa obtención del caudal que deberá mover la bomba se realiza mediante la siguiente fórmula: q = m · C · ∆T

q: Potencia de calefacción (kW/h)m: Caudal de agua (m3/h)C: Calor específico del agua∆T: Calor específico del fluido

Una vez determinado el caudal de la bomba, se deberá determinar la pérdida de carga que deberá vencer. En el caso de existir más de un circuito la altura de la bomba deberá ser la del más desfavorable. Se deberá tener en cuenta la pérdida de carga de la tubería, la de la caldera y la de los accesorios que forman dicho circuito.La bomba de una instalación siempre se dimensiona en las condiciones de máxima demanda energética, condiciones que se dan en casos puntuales. Las condiciones en una instalación son muy variables, dependen de la ocupación, de las temperaturas reales consignada, de la aportación solar que podamos tener, etc. Si nuestro objetivo es el de conseguir un mayor ahorro energético y económico se deberá instalar una bomba que se adapte a las necesidades reales de la instalación y se consigue mediante la instalación de bombas con variador de frecuencia. El variador de frecuencia varía la velocidad de giro de la bomba regulando su velocidad y lo puede hacer dependiendo de variables como la temperatura de impulsión, del salto térmico, de la presión diferencial, etc. La reducción de la velocidad de la bomba a la mitad reduce su consumo a la octava parte.

7. BOMBAS


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7.2 SEPARADOR HIDRÁULICOEn grandes instalaciones de calefacción, en sistemas de calefacción por suelo radiante o incluso en sistemas con varias zonas de temperatura la bomba de la caldera no tiene suficiente potencia para mover el agua de todo el circuito. En este caso será necesario una segunda o más bombas, pero para mantener el correcto funcionamiento de ellas se deberán separar los circuitos. Esta indepen-dencia se realiza mediante un separador hidráulico, un componente del sistema de calefacción cuya función es la de garantizar la separación entre el circuito primario y el secundario, creando así una zona donde se reduce la pérdida de presión. De este modo permite que el caudal que fluye por los respectivos circuitos dependa, en su totalidad, de las características del caudal de las bombas de circulación, evitando así las influencias recíprocas debidas a la conexión en serie.

Fig. 7.1. Esquema hidráulico con separador

En función de los distintos caudales hidráulicos de los dos circuitos se pueden producir las situaciones siguientes:1. El caudal de agua caliente del circuito del generador es mayor que el caudal de agua enviado a

los elementos calefactores. Esta situación se produce en sistemas con varias calderas cuando las bombas de circulación internas tienen un caudal que sobrepasa las necesidades del sistema, circunstancia que se produce en sistemas con un bajo contenido de agua y un ∆t elevado, que conlleva caudales bajos (radiadores, ventiloconvectores, etc).

Fig. 7.2. Separador hidráulico con mayor caudal en el circuito del generador que en el circuito de calefacción.

2. El caudal de agua caliente en el circuito del generador es menor que el caudal de agua enviado a los elementos calefactores. Esta situación se produce en sistemas con una o más calderas, cuando las bombas de circulación internas de éstas no pueden proporcionar al sistema la cantidad de calor requerida porque las bombas de circulación situadas en el interior de los generadores presentan un caudal bajo. Esto ocurre en sistemas de temperatura baja (paneles radiantes) en que la ∆t implica caudales muy elevados.


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Fig. 7.3. Separador hidráulico con menor caudal en el circuito del generador que en el circuito de calefacción.

Los separadores se utilizan para equilibrar los dos circuitos desde el punto de vista hidráulico y así equilibrar también la temperatura de los mismos. Por lo tanto, al usar un dispositivo con estas características, el caudal del circuito secundario se activa únicamente cuando la bomba de circulación correspondiente está en funcionamiento, permitiendo de esta manera que el sistema vea satisfechas sus necesidades de carga en un momento determinado. Cuando la bomba de circulación se desactiva, no hay circulación en dicho circuito; la totalidad del caudal, controlada por la bomba de circulación del circuito primario, pasa a través del separador. Con el separador hidráulico se puede obtener un circuito de reproducción a caudal constante y un circuito de distribución a caudal variable. Condiciones típicamente características de las modernas instalaciones de calefacción.


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tal y como se ha comentado con anterioridad, el rItE establece la obligación de instalar elementos de regulación en instalaciones de climatización. Hoy en día, con una buena regulación combinada con las nuevas tecnologías de condensación y con el desarrollo de la electrónica de las mismas calderas podemos llegar a obtener rendimientos muy elevados garantizando ahorros energéticos de hasta un 35%. la regulación es básica para conseguir ahorro energético y al mismo tiempo confort en la instalación de climatización. se pueden instalar equipos eficientes, diseñar redes de tuberías equilibradas y aisladas, pero para conseguir grandes ahorros energéticos e instalaciones altamente eficientes, el funcionamiento de todos los elementos que forman la instalación de calefacción se deberá ajustar plenamente a la demanda existente y a las variaciones que surgen a lo largo del período de funcionamiento.

El campo de la regulación es muy amplio y nos ofrece un sinfín de posibilidades: Instalación de válvulas motorizadas en cada una de las estancias a climatizar, gestión de los generadores mediante sondas de ambiente en lugar de termostatos on/off, impulsión del agua a temperatura variable en función de la temperatura externa, separación de zonas de temperatura, programación horaria, etc.

El control de las temperaturas se puede realizar de múltiples formas estos son algunos ejemplos:

1. Temperatura variable y caudal constante en función de la temperatura interior.2. Temperatura variable y caudal constante en función de la temperatura exterior. 3. Temperatura constante con caudal variable.

Cuando hablamos de regulación no hablamos únicamente del control de la temperatura, también cabe destacar la importancia de la gestión de los equipos que forman la instalación, incidiendo sobretodo en instalaciones con calderas de condensación. Si se quiere obtener un consumo óptimo de combustible, el equipo generador deberá trabajar gestionado por una centralita de control que arranque y pare las calderas modulando su quemador en función de la demanda existente. Es aconsejable que permita la secuenciación de arranque para que las horas de trabajo de las calderas se distribuyan por igual.La gama de calderas Chaffoteaux trabajan mediante regulación climática. La regulación climática consiste en mantener la temperatura interna constante al variar la temperatura externa. Para conseguir esta modulación la caldera regula la temperatura del agua de impulsión en función de la temperatura exterior que lee mediante una sonda. Para ello la caldera tiene la posibilidad de seleccionar una curva de impulsión. La pendiente de esta curva dependerá del tipo de instalación de calefacción (alta temperatura o baja temperatura) y de la climatología exterior.Esta pendiente se determina con la fórmula siguiente:

k: Valor de la curva Tenv máx : Temperatura máxima de envío del sistemaText mín : Temperatura mínima exterior

8. REGULACIÓN Y CONTROL

20 - tenv mínk =

tenv máx - 20


37

8. REGULACIÓN Y CONTROL

La elección de la curva depende del tipo de emisores utilizados. Si el sistema es de baja temperatura (suelo radiante) la curva estará entre 0,2 y 0,8. Si tenemos un sistema de alta temperatura la curva estará entre 1,0 y 1,35.

Fig. 8.1 Curvas de impulsión de agua del circuito de calefacción en función de la temperatura exterior.

Si la elección de la curva es correcta, el local a climatizar mantendrá una temperatura constante.

8.1 REGULACIÓN CALDERAS CHAFFOTEAUX

8.1.1 Instalación de calefacción regulada con un termostato on/offTal y como establece el RITE, la regulación ambiente mediante un termostato on/off únicamente se puede realizar si se tienen potencias instaladas menores de 70 kW. El termostato ambiente con la función de on/off se suele utilizar para ajustar la temperatura de un único ambiente, la sala en la que está instalado.Es sencillo de instalar y de poner en funcionamiento, pero no permite alcanzar altos niveles de con-fort, dado el tipo de funcionamiento de on/off.La temperatura de las salas adyacentes depende de la temperatura de la sala donde está instalado el dispositivo, razón por la cual si el sistema no está equilibrado habrá variaciones de temperatura entre una sala y otra.Esto significa que si la temperatura de la sala donde está instalado el termostato aumenta debido a factores externos (por ejemplo, un horno encendido, si el termostato está en la cocina, o una chimenea encendida,si el termostato está instalado en el salón) no habrá más demanda de calefacción y como resultado la temperatura de las otras salas descenderá. Ocurre lo contrario cuando la sala en la que está instalado el termostato se enfría a causa de factores externos (por ejemplo si se deja una ventana abierta) y por consiguiente hay una mayor demanda de calefacción. Todo ello produce un aumento de la temperatura en el resto de las salas.

temperaturaexterna

10 0 -5 -10 -15 -20 ºC

0.230

40

50

60

70

80

90

ºC 100

0.4

0.6

0.8

1.0

2.03.0 2.53.5

1.2

1.5

5valor de la temperatura

ambiente deseada

2520

15 ºC

baja

tem

pera

tura

alta

tem

pera

tura

tem

pera

tura

de

ida

cale

facc

ión


38

Fig. 8.2. Regulación con termostato on/off

El comportamiento de una instalación de calefacción con un termostato on/off es mostrado en el gráfico siguiente:

Fig. 8.3. Evolución de la temperatura ambiente con un termostato on/off

La línea naranja es la temperatura deseada en el interior de la vivienda y la línea roja nos indica la evolución de la temperatura ambiente interior. Observamos que la evolución de la temperatura genera picos que sobresalen de la zona que consideramos zona de confort, estos ciclos son debidos a la inercia que tiene la misma instalación en el momento en el que la caldera recibe la orden de parar desde el termostato on/off. A parte de crear zonas de no confort para el usuario, se está consumiendo más energía de la necesaria para la climatización de la vivienda. Reduciendo también la vida útil de la caldera al provocar mayor estrés mecánico sobre los componentes.El comportamiento de la instalación se puede modificar incorporando sistemas de regulación más precisos. Existen calderas en el mercado preparadas para realizar una regulación más precisa sin necesidad de accesorios externos. Un ejemplo es la función sistema de regulación automática (SRA) de Chaffoteaux. La evolución de la temperatura de la sala mediante el funcionamiento SRA es el siguiente:

Zona de no confortZona de confort

Temperatura máximano confort

Temperatura deseada

20ºC

Evolución de la temperatura ambiente

Termostato on/off


39

Fig. 8.4. Evolución de la temperatura ambiente con un termostato on/off y con función SRA

El sistema SRA permite que la caldera se adapte progresivamente a la temperatura de calefacción, hasta que la temperatura ambiente alcanza la temperatura de referencia, reduciendo sensiblemente las zonas fuera de confort y consiguiendo ahorros energéticos de un 13% a un 30% dependiendo de si tenemos una caldera estanca o una caldera de condensación.

8.1.2 Instalación de calefacción regulada con un termostato on/off y una sonda externa A parte de la regulación que se puede realizar con las funciones de una misma caldera, podemos añadir al generador una sonda externa. La sonda externa hace que sea posible detectar las condiciones climáticas exteriores y varía la temperatura de envío de calefacción del sistema automáticamente, consiguiendo de esta manera el ajuste adecuado de la temperatura. El ajuste de la temperatura garantiza un alto nivel de confort.

Fig. 8.5. Regulación con termostato on/off y sonda externa.

La temperatura se mantiene cerca del nivel requerido sin exceso de picos de temperatura.

Termostato on/offSonda externa



Temperatura deseada

20ºC



40

Fig. 8.6. Evolución de la temperatura ambiente con un termostato on/off, sonda externa y función SRA

8.1.3 Instalación de calefacción regulada con una sonda externa y una sonda ambienteAl contrario que el modo con termostato on/off, el modo de funcionamiento modulante, proporciona un nivel más elevado de confort.Para conseguir este resultado, el sensor de ambiente regula la temperatura de envío de agua caliente que va hacia los elementos calefactores según la temperatura interior registrada por el sensor.

Fig. 8.7. Regulación con sonda ambiente y sonda externa

Fig. 8.8. Regulación de dos zonas de temperatura con sonda ambiente y sonda externa



Temperatura deseada

20ºC


Sonda AmbienteSonda externa

Sonda Ambiente

Zona 1

Zona 2

Sonda Ambiente

Sonda externa


41

Si sustituimos el termostato on/off de la sala por una sonda ambiente observamos que la evolución de la temperatura ambiente es casi lineal y coincidente con la temperatura demandada por el usuario. Es la solución más eficiente ya que se obtiene un buen confort para el usuario, se reducen las pérdidas de energía y se obtiene un mayor rendimiento de la instalación.

Fig. 8.9. Evolución de la temperatura ambiente con sonda ambiente, sonda externa y función SRA

Este sistema es el más indicado para instalaciones de calefacción por alta temperatura con calderas de condensación ya que la temperatura de impulsión es la mínima necesaria para el calentamiento de la vivienda. Al tener una temperatura de impulsión más baja existen más posibilidades de que se produzca condensación en la caldera.



Temperatura deseada

20ºC



42

Estos elementos no interfieren en la mejora de la eficiencia energética pero si que nos aportan la información necesaria para evaluar la instalación proyectada. a parte del reparto equitativo de los consumos, nos permiten realizar comparativas y estudios de hábitos de consumo que, “a posteriori”, podrán ser de utilidad para la introducción de mejoras de eficiencia energética y su correspondiente análisis de viabilidad. la normativa incluye la obligación de instalar sistemas de control en las instalaciones. los propósitos básicos son los de garantizar la medición del ahorro energético, facilitar la introducción de mejoras en eficiencia energética, y poder efectuar la repartición equitativa de gastos entre varios usuarios de una misma instalación. a parte de los correspondientes contadores de combustible (gas, gasoil, electricidad, etc.) y de agua fría existen elementos específicos para la contabilidad de los parámetros exigidos por el rItE.

9.1 CONTADORES DE AGUA CALIENTESon contadores de volumen de agua que circula en un intervalo de temperaturas de 30 a 90 ºC. Las condiciones mínimas que deben ser especificadas son: la posición en la instalación, intervalo de temperaturas de funcionamiento, caudal mínimo, nominal y máximo, presión máxima de trabajo y curva de errores de medida. Deberán incluir una válvula de corte en la entrada y una válvula antirretorno.Se utilizarán contadores de agua caliente cuando el agua pueda superar los 30 ºC, instalando un contador por usuario siempre que el sistema de producción de agua caliente sanitaria sea centralizado. Si la producción de ACS se realiza mediante calderas individuales se deberá instalar un contador por cada usuario que reciba agua precalentada por un sistema de energía solar térmica.

9.2 CONTADORES DE ENERGÍA TÉRMICASon contadores que miden el calor cedido por un líquido caloportador a un circuito de intercambio térmico. Estos contadores están formados por un integrador (cabeza de medición), un caudalímetro con un cable que envía la señal al integrador y dos sondas de temperatura (impulsión y retorno). El fabricante debe especificar la posición de instalación, caudal máximo, mínimo y nominal, presión y temperaturas máximas de trabajo, diagrama de pérdidas de presión y curva de errores de medida.Para las instalaciones de ACS, el caudalímetro se instalará en el retorno del circuito y en instalaciones solares se ubicará en el circuito de impulsión a paneles solares. Se instalarán contadores de energía térmica en instalaciones de calefacción (calderas y solar térmica) y en la producción de ACS (calderas y solar térmica). También se instalarán contadores de energía térmica en sistemas de producción centralizada para cada uno de los usuarios.La potencia entregada a cada instante por el fluido portador será:

P = cp · c · ( Te - Ts )

P = Potencia entregada (kW)cp=Calorespecíficodelfluidoatemperaturamediadefuncionamiento(kJ/(kg·K)c = Caudal del fluido medido (kg/s)Te=Temperaturadelfluidoalaentrada(KoºC)Ts=Temperaturadelfluidoalasalida(KoºC)

9. CONTROL DE LAS INSTALACIONES


43

9. CONTROL DE LAS INSTALACIONES

El calor producido en una instalación de calefacción no se transmite en su totalidad al ambiente a calentar. Desde la combustión hasta la distribución a la instalación se producen una serie de pérdidas que influyen en el rendimiento global de la instalación.Podemos distinguir dos grupos de pérdidas, las que se producen en el generador y las producidas en la instalación.

PÉRDIDAS EN EL EQUIPO GENERADOREl rendimiento de la caldera viene marcado por las pérdidas que se producen en el proceso de combustión y en la misma caldera, podemos definir tres tipos de pérdidas:Pérdidas por inquemadosSon aquellas que corresponden a los productos de combustión que no han alcanzado el máximo estado de oxidación. El producto principal es el carbono, que al no combinarse completamente con el oxigeno forma CO. El porcentaje de CO que pueden contener los humos está limitado por normativa a un 0,1%.

qi :Pérdidasporinquemados(Kcal)C0 : Contenido de CO de los humosC02 : Contenido de C02 de los humos

Pérdidas debidas a la energía contenida en los humosPara calcular estas pérdidas utilizaremos la expresión siguiente:

qs :Pérdidasporcalorsensible(Kcal)Vc :Volumendegasesdecombustible(N•m3/kg)PCI:Podercaloríficoinferiordelcombustible(Kcal/m3•N)th : Temperatura de los humos (ºC)ta : Temperatura ambiente (ºC)

El volumen de gases de combustible se puede determinar a partir del exceso de aire del proceso de combustión.Tal y como se observa en la expresión anterior cuanto menor sea la temperatura de los humos menores serán las pérdidas.

10. RENDIMIENTO DE UNA INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN

Combustible K

Gas natural 72

Propano 84

CO + CO2

qi = K · CO

· 100

PCIqs =

Vc + Cc · ( th - ta ) · 100


44

Las pérdidas de calor sensible se pueden calcular también mediante la fórmula de Siegert:

s: Coeficiente de Siegertth : Temperatura de los humos (ºC)ta : Temperatura ambiente (ºC)%CO2: Porcentaje de contenido de CO2

El rendimiento de la combustión será: hc = 1 - pi - ps

hc : Rendimiento de la combustiónpi : Pérdidas por inquemadosps: Pérdidas calor sensible

Pérdidas por radicación y convecciónSon las pérdidas que se producen a través de su envolvente debidas a la diferencia de temperatura que existe entre el generador y el ambiente. Todas estas pérdidas están contempladas en el rendimiento útil de cada uno de los equipos. Son datos que aporta el fabricante de cada equipo.Aún así, el rendimiento de la instalación no depende únicamente del equipo generador. En la distribución de calefacción también se producen importantes pérdidas que se deben tener en cuenta a la hora de valorar la eficiencia de una instalación.

PÉRDIDAS EN LA INSTALACIÓNLas pérdidas en la instalación son en gran parte debidas a las producidas en la distribución del calor hacia los locales. Se deben tener en cuenta únicamente las que se producen en locales no calentados y se calcularán mediante el procedimiento detallado en el apartado 5. El rendimiento de instantáneo de la instalación será: hi = hu - qt

hu: Rendimiento útil de la calderaQt : Pérdidas en las tuberías (%)

Combustible Coeficiente de Siegert

Gas natural 0,379 + (0,0097 • CO2)

GLP 0,50

Gas 0,38

%CO2

qs = s · th + ta · 100


45

Cálculo del rendimiento estacionalHasta ahora hemos hablado del rendimiento instantáneo de la instalación pero a la hora de hacer un estudio de viabilidad económica se deberá tener en cuenta el rendimiento estacional de la instalación.

hi : Rendimiento instalación funcionando: hi = hu - qt

hu: Rendimiento útil de la calderaqt : Pérdidas en las tuberías (%)

pn: Potencia neta desarrollada: pn = pu · hf - (prc + peh + pet ) · hp

pu: Potencia útil de la calderahf : Horas funcionamiento de la calderaprc : Pérdidas por radiación y convecciónpeh : Pérdidas por enfriamiento de los humospet : Pérdidas por enfriamiento de las tuberíashp: Horas parada de la caldera

P: Potencia desarrollada por la caldera: p = pu · hf

Del cálculo del rendimiento estacional podemos determinar que es preferible tener un funcionamiento continuado de la instalación para evitar las pérdidas por arranque y paro. Para ello tan importante es ajustar la potencia instalada a las necesidades del edificio como instalar una regulación adecuada a los equipos y necesidades.

he = hi · pn

p


46

El primer paso para la reducción de costes y mejora de la eficiencia sería el de implantar nuevos sistemas generadores de calor. generadores de alta eficiencia como podrían ser las calderas de condensación. al ser instalaciones con grandes suministros de energía se requieren equipos con mucha potencia. Esta potencia se puede generar a partir de un único equipo o bien instalando varios generadores en cascada. las ventajas más destacables de las instalaciones en cascada es que por un lado nos garantizan un mínimo de suministro energético en el caso de que algún equipo quede fuera de servicio y por otro lado nos ofrecen un rango más amplio de modulación adaptando la potencia suministrada por las calderas a la demanda real del edificio. A nivel de regulación se recomienda instalar sistemas automáticos de control para evitar el calentamiento de las estancias cuando éstas no estén ocupadas. Si optamos por esta tipología de regulación también se deberán instalar emisores con baja inercia térmica para conseguir rápidamente en confort en el momento en que el usuario lo demande. Cabe destacar que instalando sistemas de control adecuados y sectorizando zonas se pueden conseguir ahorros de entre un 20 y un 30%.Con el objetivo marcado de obtener la instalación más eficiente posible se detallan distintos esquemas para instalaciones de calefacción, esquemas para instalaciones individuales y esquemas de instalaciones centralizadas.Los esquemas de instalaciones centralizadas expuestos son aplicables a instalaciones con grandes demandas de calefacción, donde la instalación de un solo generador no es suficiente y se opta por varios generadores en cascada añadiendo una regulación que permite la modulación más adecuada en función de las características de los equipos.

Listado de esquemas:• Esquema de instalación de calefacción individual mediante una caldera de condensación

Chaffoteaux con dos zonas de temperatura.• Esquema de instalación de calefacción individual mediante una caldera de condensación

Chaffoteaux con tres zonas de temperatura.• Esquema de instalación de calefacción y ACS individual mediante una caldera Chaffoteaux

con dos zonas de temperatura y un interacumulador.• Esquema de distribución de suelo radiante mediante serpentín doble.• Esquema de conexión de calderas de pie Modulomax Green Chaffoteaux en cascada.• Esquema de conexión de calderas murales Talia Green System HP Chaffoteaux en cascada.• Esquema de instalación de agua Caliente Sanitaria y calefacción centralizada para varios

usuarios.• Esquema de distribución de calefacción mediante radiadores.• Esquema de instalación con 3 calderas de condensación Modulomax Green Chaffoteaux con

3 zonas de temperatura de calefacción y 2 interacumuladores para ACS.

11. ESQUEMAS. SOLUCIONES PARA INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN


47

11. ESQUEMAS. SOLUCIONES PARA INSTALACIONES DE CALEFACCIÓN

INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN INDIVIDUAL MEDIANTE UNA CALDERA CHAFFOTEAUX CON DOS zONAS DE TEMPERATURA

En este esquema se distinguen dos zonas de temperatura. Una zona de alta temperatura y una zona de baja temperatura. La regulación permite un funcionamiento independiente de cada una, discriminando la demanda que pueda existir en cada una de ellas y evitando el funcionamiento continuo de toda la instalación. A parte de la zonificación, el mismo generador incluye la regulación SRA ya comentada con anterioridad que adapta la potencia del quemador en función de las condiciones de funcionamiento y ajusta automáticamente el valor de temperatura de referencia de calefacción en función de la temperatura exterior y/o de la temperatura de la sala.

Sonda externa Sonda ambiente ZONA 2

Válvula de zona

Válvula de zona Bomba de

circulación

By-pass

Válvula de calibración

Válvula mezcladoracontrolada por

tesmotato

Termostato de seguridad instalación de suelo

230V

230V

Clima manager ZONA 1


48

INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN INDIVIDUAL MEDIANTE UNA CALDERA CHAFFOTEAUX CON TRES zONAS DE TEMPERATURA

En este esquema se distinguen tres zonas de temperatura. La regulación permite un funcionamiento independiente de cada una, discriminando la demanda que pueda existir en cada una de ellas y evitando el funcionamiento continuo de toda la instalación. A parte de la zonificación, el mismo generador incluye la regulación SRA, ya comentada con anterioridad, que adapta la potencia del quemador en función de las condiciones de funcionamiento y ajusta automáticamente el valor de temperatura de referencia de calefacción en función de la temperatura exterior y/o de la temperatura de la sala.

Clima Manager ZONA 3

Sondaambiente ZONA 2

Sondaexterna

módulomultitemperatura

Sondaambiente ZONA 1

Termostatode seguridad

Termostatode seguridad


49

Clima Manager ZONA 1

Sondaambiente

ZONA 2

Sondaacumulador

Sondaexterna

230V

230V

Válvula de zona

Válvula de calibración

Bomba de circulación

TSSTermostato de seguridad instalación de suelo

Válvula mezcladora controlada

por termostato

By-pass

Válvula de

zona

INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN INDIVIDUAL MEDIANTE UNA CALDERA CHAFFOTEAUX CON DOS zONAS DE TEMPERATURA Y SUMINISTRO DE ACS

En este esquema se distinguen dos zonas de temperatura y un acumulador de agua caliente sanitaria. La regulación permite un funcionamiento independiente de cada una de las zonas de calefacción, discriminando la demanda que pueda existir en cada una de ellas y evitando el funcionamiento continuo de toda la instalación. A parte de la zonificación, el mismo generador incluye la regulación SRA ya comentada con anterioridad que adapta la potencia del quemador en función de las condiciones de funcionamiento y ajusta automáticamente el valor de temperatura de referencia de calefacción en función de la temperatura exterior y/o de la temperatura de la sala. La prioridad de generación de calor será para el interacumulador de ACS, del que podremos seleccionar la temperatura de preparación del agua desde la misma caldera.


50

El agua calentada en las calderas es enviada al colector de impulsión. Desde allí se reparte a la instalación de calefacción. La temperatura de envío variará en función de la temperatura exterior arrancando más generadores dependiendo de la demanda existente. La misma centralita controla la modulación de las calderas y puede gestionar dos zonas de temperatura directas o mezcladas y un acumulador de ACS con la correspondiente bomba de recirculación.

CONEXIÓN CALDERAS SUELO CONDENSACIÓN MODULOMAX GREEN EN CASCADA

sonda de temperaturagestión solar

sonda de temperatura

sonda exterior

termómetro

válvula antirretorno

válvula de seguridad

Desagüe conducido

regulador de presión

válvula 2 vías motorizada

manómetro

manómetro diferencial

válvula de corte

válvula de equilibrado

Contador de energía

Purgador de aire

acometida de agua

filtro para tubería

Contador


51

CONEXIÓN CALDERAS MURALES CONDENSACIÓN

El agua calentada en las calderas es enviada al colector de las calderas y a la aguja hidráulica. Desde la aguja impulsamos el agua caliente al colector de impulsión de la instalación, desde donde realizamos el reparto a cada uno de los circuitos que forman la instalación. Como en el caso anterior, la temperatura de envío variará en función de la temperatura exterior arrancando más generadores dependiendo de la demanda existente. Mediante la centralita de regulación podemos gestionar 2 zonas mezcladas de calefacción y la temperatura de un acumulador de ACS.



sonda exterior

termómetro



Desagüe conducido



manómetro


válvula de corte



Purgador de aire

acometida de agua


Contador


52

DISTRIBUCIÓN DE CALEFACCIÓN Y ACS INSTALACIÓN CENTRALIzADA

En este esquema se detalla la distribución desde el colector de impulsión hasta cada una de las viviendas a las que da servicio la instalación, en este caso el suministro es de ACS y calefacción. Para realizar un reparto posterior de la energía consumida en cada una de las viviendas, se deberán instalar elementos contadores tanto para el ACS como para la energía consumida en forma de calefacción.



sonda exterior

termómetro



Desagüe conducido



manómetro


válvula de corte



Purgador de aire

acometida de agua


Contador


53

diStriBuCión dE CaLEfaCCión a Cada ViViEnda

En este esquema se muestra la distribución en distintos anillos, de una instalación centralizada de calefacción por radiadores de alta temperatura. Se instalan válvulas de 3 vías desviadoras en cada una de las instalaciones para independizar los circuitos. También se incorporan bombas con variador de frecuencia para adaptar el caudal a las necesidades térmicas de la instalación.


bomba caudal variable

sonda exterior

termómetro



válvula termostática



manómetro


válvula de corte



Purgador de aire

acometida de agua


Contador


54

ProduCCión CaLEfaCCión Y agua CaLiEntE Sanitaria 3 ZonaS dE tEmPEratura Y 2 intEraCumuLadorES Para aCS

En este esquema realizamos el suministro de calefacción y agua caliente sanitaria. Realizamos la gestión de 3 zonas de temperatura y 2 acumuladores de ACS. Para ello la regulación se realiza mediante 2 centralitas Ecotronic 75kkm. Obtenemos tres zonas de calefacción a diferentes temperaturas de impulsión que podrán ser directas o mezcladas. También podremos gestionar las diferentes temperaturas de los 2 acumuladores de ACS con sus respectivas bombas de recirculación.


sonda exterior

termómetro



Desagüe conducido


manómetro


válvula de corte



Purgador de aire

acometida de agua


Contador


55

diStriBuCión dE SuELo radiantE

Observamos una distribución de una instalación de calefacción por suelo radiante mediante una distribución en doble serpentín. El colector del suelo radiante se ha ubicado en el centro de la instalación para minimizar las pérdidas energéticas hasta cada uno de los locales a climatizar. Para conseguir un alto grado de confort en cada una de las estancias, se puede reducir la distancia entre tubos en las zonas perimetrales con paredes exteriores, donde se producen más pérdidas energéticas.



sonda exterior

termómetro



Desagüe conducido


manómetro


válvula de corte



Purgador de aire

acometida de agua


Contador


56

Se deberá realizar un desagüe para la salida de los condensados. Por ahora no existe ninguna normativa que obligue a la neutralización de la acidez de los condensados pero sí que se recomienda la instalación de un neutralizador de condensados, sobretodo en calderas de alta potencia. Una caldera Modulomax Green de 280 kW puede llegar a generar 45 kg/h de condensados.

La salida de humos podrá ser de PPS (polisulfuro de fenileno), aluminio o de acero inoxidable AISI 316. Para instalaciones de grandes potencias se utilizará sólo PPS cuando la condensación que se produce en el conducto de salida sea desaguada antes de depositarse en el mismo quemador de la caldera, en caso contrario se realizará con aluminio o acero inoxidable.

La regulación debe permitir el arranque secuencial de los equipos dentro de unos rangos de porcentaje ajustables. De esta forma arrancará un equipo hasta que la potencia suministrada supere un porcentaje fijado, entonces arrancará el segundo equipo y así sucesivamente. De esta forma podremos regular la potencia máxima a la que trabajarán los equipos asegurando que si no es necesario no superarán el dicho porcentaje, de esta forma garantizamos el máximo rendimiento de los equipos que, en el caso de calderas de condensación es más alto cuando la demanda es baja.

La distribución hacia la instalación se realizara a través de colectores para asegurar que los equipos instalados en cascada trabajan con el caudal óptimo igual que las bombas que distribuyen el agua por la instalación.

El agua que circule por la instalación de deberá tratar conforme a las especificaciones marcadas por el fabricante de los equipos generadores con el fin de evitar obstrucciones, defectos en el quemador, etc.

CONSIDERACIONES SOBRE LA INSTALACIÓN DE CALDERAS DE CONDENSACIÓN


57

CONSIDERACIONES SOBRE LA INSTALACIÓN DE CALDERAS DE CONDENSACIÓN

Se ha visto en este documento la importancia de realizar instalaciones eficientes con el objetivo de reducir el consumo energético y las emisiones producto de este consumo. Las nuevas tecnologías, la normativa desarrollada, los incentivos para la mejora de instalaciones, la información, entre otras medidas tomadas para obtener tal reducción, nos deben servir de herramientas para poder superar las barreras que obstaculizan la mejora de la eficiencia energética en edificios de viviendas. Como profesionales del sector, es nuestra obligación tomar consciencia y sensibilizarnos con los beneficios ambientales que se pueden obtener a corto y largo plazo y transmitirlo a usuarios y propietarios de instalaciones térmicas, así como informar de una forma clara y objetiva de los costes, períodos de amortización y ahorros económicos de la reforma de la instalación térmica.

CONCLUSIONES


58

josé García PérezEsquemas Hidráulicos de calefacción, ACS y energía solar térmica.Ed. El Instalador, Madrid, 2007

Instituto para la Diversificación y el Ahorro de Energía –IDAE-Cuadernos de gestión energética municipal. Optimización energética de las instalaciones de calefacción y agua caliente.Madrid, 1989

Instituto para la Diversificación y el Ahorro de Energía –IDAE-Guía Práctica sobre instalaciones centralizadas de calefacción y agua caliente sanitaria (ACS) en edificios de viviendas. Información y consejos para las comunidades de vecinos.Madrid, 2008

Instituto para la Diversificación y el Ahorro de Energía –IDAE-Ahorro y Eficiencia energética en Climatización 6. Guía Técnica. Contabilización de consumos.Madrid

Instituto para la Diversificación y el Ahorro de Energía –IDAE-Ahorro y Eficiencia energética en Climatización 7. Comentarios RITE -2007. Reglamento de instalaciones térmicas en edificios.Madrid

Ministerio de Industria, Turismo y ComercioLa energía en España 2008.Madrid, 2009

Francisco javier Rey Martínez, Eloy Velasco GómezEficiencia energética en edificios. Certificación y Auditorías Energéticas.Thomson editores, 2006

Franco Martín SánchezManual de instalaciones de calefacción por agua caliente.AMV ediciones, Madrid, 2008

Mario Aguer, Luis jutglar, Angel L. Miranda, Pedro RufesEl ahorro energético. Estudios de viabilidad económica.Ed. Díaz de Santos, Madrid, 2004

PÁGINAS WEB www.boe.es www.asit-solar.com www.worldenergyoutlook.org www.iea.org www.idae.es www.icaen.cat

BIBLIOGRAFÍA


59

BIBLIOGRAFÍA

DIRECTIVA 2002/91/CE, de 16 de diciembre, relativa a la eficiencia energética de los edificiosRD 861/2003, de 4 de julio, por el que se establecen los criterios higiénico-sanitarios para la prevención y control de la legionelosis.ORDEN ECO/3888/2003, de 18 de diciembre, por la que se dispone la publicación del Acuerdo de Consejo de Ministros de 28 de noviembre de 2003, por el que se aprueba el Documento de Estrategia de ahorro y eficiencia energética en España.RD 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación.DIRECTIVA 2006/32/CE, de 5 de abril de 2006, sobre la eficiencia del uso final de la energía y los servicios energéticos.RD 47/2007, de 19 de enero, por el que se aprueba el Procedimiento básico para la certificación de eficiencia energética de edificios de nueva construcción.RD 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios.RD 1369/2007, de 19 de Octubre, relativo al establecimiento de requisitos de diseño ecológico aplicables a los productos que utilizan energía.RD 919/2008, de 28 de julio, por el que se aprueba el Reglamento técnico de distribución y utilización de combustibles gaseosos y sus instrucciones técnicas complementarias ICG 01 a 11.RD 2060/2008, de 12 de diciembre, por el que se aprueba el Reglamento de equipos a presión y sus instrucciones técnicas complementarias.RESOLUCIÓN del Parlamento Europeo, de 23 de abril de 2009, sobre la propuesta de Directiva del Parlamento Europeo y del Consejo relativa al rendimiento energético de los edificios (COM(2008)0780 – C6-0413/2008 – 2008/0223(COD)).DIRECTIVA 2010/31/UE, de 19 de mayo, relativa a la eficiencia energética de los edificios.DIRECTIVA 2010/30/UE, de 19 de mayo, relativa a la indicación del consumo de energía y otros recursos por parte de los productos relacionados con la energía, mediante el etiquetado y una información normalizada.

NORMATIVA DE REFERENCIA


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