Desde la entrada el 26 de Septiembre del 2015 de la Directiva de Ecodiseño para los productos relacionados con la energía (ErP) y de aplicación en el ámbito de las calderas hasta los 400 kW, el mercado de los generadores de combustible gas ha derivado exclusivamente hacia las tecnologías de condensación (siendo estas las más eficientes y las que consiguen una reducción del consumo energético en las instalaciones térmicas). Este importante cambio en el mercado viene motivado por los exigentes rendimientos que exige la Directiva ErP para poder lanzar al mercado europeo una caldera, siendo la condensación la única tecnología que los puede alcanzar cuando hablamos de combustible gas.

La condensación permite aprovechar el calor latente presente en los humos de la combustión, siempre que se trabaje a temperaturas lo suficientemente bajas, obteniendo en ese caso hasta un 11% adicional de aprovechamiento de la energía en comparación de sistemas que no son de condensación.

En aplicaciones a alta temperatura (calefacción con radiadores antiguos o instalaciones de agua caliente sanitaria), es muy difícil recuperar el calor latente de los humos dadas las temperaturas de trabajo que se manejan. En esos casos, considerando diseños tradicionales de instalaciones, no puede extraerse el máximo beneficio energético a las actuales tecnologías en condensación.

La tecnología de condensación total

Es evidente la evolución tecnológica que han sufrido las calderas de Condensación en los últimos años, tanto a nivel de diseño y materiales empleados en los cuerpos de intercambio, como en la tecnología de la regulación y control que permite trabajar con productos a un régimen de modulación muy bajo que repercute en un aumento del rendimiento estacional de la instalación. Existen en el mercado calderas con unos diseños muy avanzados en los cuerpos de intercambio que intentan retener los humos el máximo tiempo dentro de los mismos, en vías de conseguir extraer la máxima energía posible en la combustión. Aun trabajando con temperaturas de impulsión moderadamente elevadas no propiamente pensadas para circuitos a baja temperatura (60-50°C), un buen diseño de cuerpo de intercambio puede enfriar los gases de combustión hasta una temperatura por debajo del punto de rocío, permitiendo así la recuperación del calor latente y la mejora de la prestación energética de la caldera. Otra cuestión son las instalaciones de agua caliente sanitaria.

Hay que tener presente que aunque una caldera de condensación siempre alcanzará un rendimiento instantáneo mayor que una caldera estándar o baja temperatura por la menor temperatura de los humos, es prácticamente imposible que pueda condensar en continuo cuando trabaje para la producción de agua caliente sanitaria. Esto es debido a que si se requieren 60 ºC en acumulación, teniendo en cuenta que hay un elemento de intercambio de energía entre el circuito primario y el secundario, implica que la caldera tiene que trabajar con unas temperaturas de impulsión y retorno (80-65ºC) que no son lo suficientemente bajas para alcanzar un régimen de condensación. Una caldera de condensación con un buen diseño del intercambiador humos-agua puede alcanzar un rendimiento instantáneo de hasta el 95% s/PCI. Este es un rendimiento mejor en 3-4 puntos en comparación con otras calderas no de condensación, pero realmente no se le está sacando todo el potencial posible a esta tecnología.

Los generadores HEAT MASTER TC se caracterizan por trabajar con acumulaciones y con pérdidas energéticas muy reducidas en comparación con sistemas convencionales para producir agua caliente sanitaria, y aportando como características principal el hecho de poder trabajar en curva de condensación para producir A.C.S. (con rendimientos instantáneos de hasta el 105% s/PCI en este uso). En la imagen siguiente se presenta un esquema constructivo de este tipo de calderas:

Estos sistemas semi-instantáneos “Total Condensing” plantean una solución a las exigentes necesidades de consumo de las instalaciones de A.C.S., trabajando con tecnologías que permiten una notable reducción del volumen de acumulación y aumentando el rendimiento global de la instalación en comparación con sistemas convencionales de generación de A.C.S. 

Para hacerlo, se trabaja con sistemas de interacumulación “Tank in tank” con una altísima capacidad de transferencia de la energía generada mediante un quemador pre-mix modulante de alta eficiencia y con un bajo nivel de emisiones, gracias a que la pared del tanque acumulador interior actúa como superficie de intercambio en su totalidad. Esto permite tiempos de puesta a régimen y recuperación extremadamente cortos (entre 20 y 30 minutos según modelo considerado), así como una gran adaptabilidad ante variaciones de consumo no previstas o ante puntas de consumo muy próximas en el tiempo.

Los gases de la combustión descienden por un intercambiador humos/agua en acero inoxidable, hasta terminar en un recuperador de humos inferior que precalienta al agua de red que entra al generador, consiguiendo de esta forma aprovechar el calor latente presente en los humos de la combustión mediante un proceso de condensación del vapor de agua de los mismos.

Además de la mejora en cuanto a rendimiento instantáneo del generador planteado, la tecnología propuesta permite reducir las pérdidas por intercambio, acumulación y distribución presentes en un sistema convencional con gran acumulación, aumentando la eficiencia general de la instalación. Todo ello supone un elevado ahorro de combustible (que puede llegar al 25% comparando con sistemas convencionales nuevos). 

La tecnología planteada también permite simplificar notablemente la instalación hidráulica reduciendo los espacios necesarios para su montaje y disminuyendo el número de elementos del circuito de A.C.S. (intercambiador de placas, bomba circuladora, etc…), con el consecuente ahorro económico asociado.

En el caso analizado en el presente artículo, se plantea una solución combinada con generadores semi-instantáneos de condensación HEAT MASTER TC para producir A.C.S., asociados y en combinación con una caldera de condensación de pie para satisfacer la demanda de calefacción.

CASO DE ÉXITO. 45 VIVIENDAS EN LAS TABLAS, MADRID

Se considera una instalación térmica para un edificio de 45 viviendas en Las Tablas, Madrid, en el que se plantea un diseño de instalación centralizada para las demandas de calefacción (mediante radiadores para una potencia total de 240 kW) y agua caliente sanitaria (consumo total diario a 60ºC de 2.786 litros con un consumo en periodo punta de una hora de 1.393 litros). 

En esta obra se plantea la instalación de una combinación de dos generadores semi-instantáneos de condensación total HEAT MASTER 85 TC para producción de A.C.S. como alternativa a los sistemas de producción con grandes volúmenes de acumulación para satisfacer las puntas de consumo. Estas dos calderas permiten satisfacer las necesidades de agua caliente sin necesidad de depósitos acumuladores adicionales.

Teniendo en cuenta que los generadores de A.C.S. HEAT MASTER TC también disponen de conexión para circuitos de calefacción, se plantea utilizar su potencia disponible para producir calor para el circuito de calefacción, en combinación con una caldera de pie de condensación COMPACT CONDENS 210 (potencia útil de 210 kW). De esta manera, se dispone de una cascada combinada de 3 calderas para esta demanda, pero con los beneficios y ahorros energéticos del sistema HEAT MASTER TC en producción de agua caliente sanitaria. En la siguiente imagen se observa el esquema hidráulico de la instalación considerada:

El rendimiento estacional con esta solución combinada aumenta notablemente, tanto por el aumento en 9 puntos del rendimiento instantáneo en producción de A.C.S., como por la reducción de pérdidas en la instalación por la simplificación hidráulica y no existencia de depósitos acumuladores. De igual forma, la integración y fraccionamiento en producción de calefacción, mediante 3 generadores que integran la misma regulación, permite una secuencia de calderas con un funcionamiento óptimo en cada régimen de carga (en esta instalación se regula el sistema mediante un sistema de control externo a partir de una señal 0-10 V).

El sistema se complementa con la instalación de un equipo de energía solar térmica para producción de agua caliente sanitaria con tecnología de autovaciado DRAIN BACK, asociado a 10 captadores solares HELIPLAN 2.5 DB y a un depósito interacumulador de 1.500 litros. Este sistema solar aporta un ahorro adicional en la instalación de A.C.S., además de no requerir de la instalación de un sistema de disipación por aerotermo para eliminar los excedentes de energía que puedan ocurrir en la instalación (con el consecuente ahorro energético en consumo eléctrico). Además, resulta un sistema fiable para proteger la instalación solar ante los comunes problemas de sobretemperatura (el sistema lo que hace es vaciar la instalación de fluido en momentos de temperaturas de riesgo para proteger el conjunto).

Además de los aspectos de ahorro energético con la solución combinada planteada en esta instalación, el esquema propuesto supone una reducción de espacio utilizado muy interesante en comparación con otras soluciones más tradicionales con gran acumulación. Además, la instalación e introducción de los generadores en la sala de calderas resulta muy sencilla, ya que todos los equipos están diseñados con anchuras que permiten su paso por una puerta estándar de 800 mm., así como ser equipos con pesos muy reducidos (298 kg los generadores HM 85 TC y 210 kg la caldera COMPACT CONDENS 210). En la imagen siguiente se puede observar el poco espacio utilizado en planta por el sistema de generación (aproximadamente solo 4 m2 para su instalación sin contar con las distancias de mantenimiento). 

CONCLUSIONES

Son evidentes las ventajas de los sistemas semi-instantáneos de condensación HEAT MASTER TC para producir agua caliente sanitaria (tanto a nivel de ahorro energético como a nivel de simplificación hidráulica y reducción del espacio necesario para su instalación en la sala de calderas). En instalaciones en las que también haya demanda de calefacción a partir de caldera, los equipos HEAT MASTER TC se pueden integrar fácilmente con calderas de condensación (tanto murales de alta potencia PRESTIGE como de pie de mayor potencia COMPACT CONDENS según necesidades), obteniendo una cascada combinada que maximiza el rendimiento estacional en comparación con sistemas tradicionales de gran acumulación. Estos equipos pueden comunicarse fácilmente con controladores MODBUS, consiguiendo de esta manera una integración optima con el control general de la instalación si es necesario.

Las reducidas dimensiones tanto de los generadores HM TC como de las calderas de calefacción COMPACT CONDENS, le convierten en las soluciones ideales para salas de reducidas dimensiones, tanto para instalaciones nuevas o de reconversión.

Todo el conjunto puede combinarse con sistemas de energía solar térmica por autovaciado DRAIN BACK para la producción de A.C.S., aportando un valor añadido en cuanto a ahorro energético y seguridad de funcionamiento de la instalación solar (eliminando los tradicionales problemas de sobretemperatura de este tipo de instalaciones).

ACV, siempre fabricando y ofreciendo al mercado las soluciones diferenciales más eficientes y compactas para la producción de calefacción, agua caliente sanitaria y energía solar térmica.