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Miércoles, 14 Abril 2021 12:32

Sistemas de aerotermia híbrida con R32 en proyectos residenciales de alta eficiencia energética

PRO27 Articulo 1 Foto 0Las soluciones que integran en un mismo equipo la producción de ACS, la calefacción y la refrigeración, son una de las opciones que más demandadas en el sector residencial

 

 

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Cuando se habla de proyectos residenciales complejos que cuentan con un número elevado de plantas y/o viviendas, encontrar una solución que se ajuste a los reducidos espacios de instalación inherentes al proyecto, que respete las limitaciones técnicas de los equipos y que presente unas eficiencias lo suficientemente elevadas como para poder suprimir la instalación solar reduciendo costos, resulta un verdadero reto.

Para hacer frente a esta situación, la Aerotermia Híbrida es una de las mejores opciones. 

La Aerotermia Híbrida es una solución altamente versátil disponible tanto con refrigerante R32 como R410A. No debemos olvidar que los recientes cambios normativos a nivel europeo con respecto a estos gases refrigerantes están provocando una constante revisión de estas trasposiciones normativas que se aplican en cada país.

Esto se traduce no solo en la adecuación de los proyectos a estas nuevas modificaciones que,  además de aumentar las  exigencias en distintos ámbitos, fomentan cambios muy notorios en el desarrollo de nuevos productos por parte de los fabricantes de equipos. 

Un claro ejemplo de ello es última versión del Reglamento de Seguridad para Instalaciones Frigoríficas (RSIF), en donde se reclasifican los refrigerantes A2L como el R32 y se revisan sus límites de concentración, lo que está haciendo que los proyectos que incluyen equipos de VRF empiecen a decantarse por unidades con este nuevo refrigerante.

 

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Aerotermia Híbrida con R32

La Aerotermia Híbrida es la tecnología que se encarga de utilizar la energía contenida en el aire para, a través de su funcionamiento como de calor reversible, producir calor, frío y agua caliente sanitaria, pero usando para ello equipos de VRF, y por tanto expansión directa en sus unidades interiores. Este tipo de unidades se apoyan en diferentes tecnologías, entre las que destacan las siguientes:

  • Sistema VRF: el sistema de flujo de refrigerante variable es una tecnología que, mediante el uso de refrigerante como fluido calo-portador y gracias a los compresores Inverter de sus unidades exteriores y las válvulas electrónicas ubicadas en cada una de las unidades interiores, permite regular el flujo impulsado a las mismas, de manera que se atienda a la demanda térmica requerida por cada unidad interior. Esta solución además permite zonificar los sistemas, proporcionando, si fuera necesario,  calor y frío simultáneamente (sistemas a tres tubos) y alcanzando unos rendimientos muy elevados.
  • Compresor Inverter: los compresores Inverter permiten una regulación continua y el ajuste de la velocidad de giro en todo momento, de manera que se amplían los rangos de funcionamiento de los equipos y contribuyen a alcanzar unas eficiencias energéticas muy elevadas.
  • Hidrokit: son unidades interiores cuya función es la de intercambiar la energía entre el refrigerante y el agua. Este elemento jugará un papel fundamental en la eficiencia global del equipo, valor que estará muy condicionado a si en el proyecto se necesitan alcanzar altas temperaturas (60ºC o más, doble etapa de  compresión) o medias temperaturas (una etapa de compresión).

El proyecto: Marina Living Badalona

Marina Living es un proyecto situado junto al mar en Badalona. Formado por un total de 4 fases y 342 viviendas en las tres últimas fases,  cada apartamento tiene entre 2 y 4 dormitorios,  altas calidades tanto en interiores como en la envolvente, e instalaciones de alta eficiencia, lo que otorga al proyecto de  una clasificación energética A. 

La fase analizada para la realización de cálculos cuenta con de un total de 89 viviendas individuales distribuidas en 5 plantas, y en donde la integración de los equipos de climatización ha sido uno de los puntos clave. La tipología del proyecto y los requisitos técnicos buscaban minimizar el impacto de las instalaciones en la estética, así como reducir y simplificar la instalación de agua respetando en todo momento la elevada eficiencia energética.

Dadas las particularidades constructivas de su cubierta,  uno de los puntos determinantes fue la necesidad de la instalación de equipos compactos y ligeros, pero que fuesen capaces de hacer frente a los siguientes requerimientos adicionales:

  • Ventilador único.
  • Grandes longitudes de tubería.
  • Producción de ACS.
  • Alta eficiencia.
  • Cumplimientos normativos para la supresión de paneles solares.

Se analizaron diferentes soluciones que pudieran cumplir con los requisitos especificados por el cliente, las necesidades técnicas del propio proyecto y las restricciones normativas, optándose por un sistema de Aerotermia Híbrida formado por:

  • Una unidad exterior mini VRF con R32 mono ventilador.
  • Un módulo mural de producción de agua caliente sanitaria.
  • Un depósito acumulador con intercambiador de serpentín simple.
  • Una unidad de conductos de media/alta presión.

Viabilidad de la solución: cumplimiento de los límites de concentración de refrigerante R32

Si bien es cierto que el uso del refrigerante R32 en proyectos que cuenten con equipos de VRF suele estar sometido a fuertes restricciones, existen líneas en donde su uso es más plausible; las denominadas unidades Mini VRF o unidades de VRF compactas. En general, este tipo de equipos cuentan con precargas mucho más bajas (en torno a 3 kg), lo que posibilita su uso siempre que los requerimientos de inflamabilidad y toxicidad impuestos por el RSIF así lo permitan. El uso del refrigerante R32 trae consigo ciertas ventajas:

  • Clase de seguridad A2L (baja toxicidad y ligeramente inflamable)
  • Bajo PCA (675 vs 2087 del R410A)
  • Amplio rango de temperaturas de funcionamiento.
  • En general, a igualdad de potencias, los equipos suelen requerir menor carga de refrigerante.
  • En general, los equipos cuentan con mayor eficiencia energética y son de menor tamaño.

El uso de refrigerantes A2L establece una serie de requisitos a verificar para que el proyecto, sea viable. El RSIF recoge en su Instrucción IF-04 los valores máximos admisibles tanto por toxicidad como por inflamabilidad. Particularizando para este proyecto:

Según la normativa:

  • Toxicidad del refrigerante: A
  • Inflamabilidad: A2L
  • Tipo de local: A
  • Tipo de emplazamiento: 2 

Por lo que, por aplicación de la IF04 se obtiene:

Estudio de la toxicidad:

Límite de carga máxima α A2 (Tabla A-IF04)

Límite de toxicidad (ATEL/ODL) α (Tabla A / Apéndice 1/ IF02)

Para el proyecto analizado:

Vivienda más desfavorable: 70 m2, altura: 2,5 m. Se considera el volumen de toda la vivienda incluyendo falsos techos al ser un conducto único y tener ventilación forzada.

Refrigerante total para 40 metros de tubería: 5 kg

Carga máxima admisible: (0,3 kg/m^3 )*(70m2*2,5 m) = 57,75 kg α 5 kg α cumple.

Estudio de la inflamabilidad:

A2 ( Tabla B –IF04)

Apéndice 3 ( bomba para confort humano )

Para el proyecto analizado:

A2L α m1 = 4*LFL*1,5 = 1,824 < Carga equipo VRF estudio de inflamabilidad:

Mmax1 = 2,5.LII.*5/4.ho. A1/2, con ho= 2,2 (equipos de techo)

=  2,5.0,3075/4.2,2.701/2 = 10,51 kg α 5kg α cumple

Conclusiones: comprobaciones y límites. La importancia de la tipología de la unidad interior.

El uso  de equipos de VRF con refrigerante R32 en proyectos residenciales todavía es poco habitual. Las restricciones normativas y las medidas de seguridad adicionales a tener en cuenta cuando se superan los 11,97 kg de carga, algo muy habitual en VRF, hacen que su uso quede limitado a proyectos en donde solo tienen cabida unidades exteriores cuyas potencias habituales no exceden los 20 kW.

Un factor determinante a la hora de analizar la viabilidad de esta solución, es el tipo de unidades interiores instaladas,  ya que son éstas las que condicionan la carga máxima de refrigerante admisible. 

A continuación presenta a modo de ejemplo los valores reales de este proyecto y cómo se vería afectado el mismo si la unidad interior más restrictiva tuviese otra altura de fuga según normativa:

 

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Viabilidad de la solución: validación de los cálculos para supresión de la instalación solar térmica. Análisis de escaleras A, B y C (89 viviendas)

El nuevo El Código Técnico de la Edificación (CTE) juega un papel fundamental para la Aerotermia. Los puntos clave que afectan directamente a los equipos de producción se encuentran en el Documento Básico HE4: “Contribución mínima de energía renovable para cubrir la demanda de agua caliente sanitaria”.No debemos olvidar que El CTE establece los valores mínimos que se han cumplir, en este caso, para considerar que un un equipo de Aerotermia es renovable, pero serán los Decretos o normativas específicas de la región las que perfilarán la idoneidad o no de dicho equipo en relación a la renovabilidad y la posibilidad de su uso como equipos sustitutivos de la instalación solar. Para la región de Badalona, los criterios están supeditados a la normativa más restrictiva entre:

  • Decret d´Ecoeficiencia.
  • OST de Badalona.
  • Código Técnico de la Edificación.

Del análisis de las misma se establece que la normativa más restrictiva es el Decret d´Ecoeficiencia, por lo que para que se pueda suprimir la instalación de paneles solares será necesario que, realizando los cálculos con los datos aportados por dicha normativa:

  • El sistema planteado como alternativa, tenga un SPF (o SCOPacs) superior a 2,5 a una temperatura de producción de ACS de 60ºC.
  • El Sistema planteado como alternativa, tenga un SCOPnet superior a 2,5.
  • El sistema planteado como alternativa, combinando las necesidades de ACS y calefacción, consuma menos energía primaria y produzca menos CO2 que el sistema de referencia compuesto por una caldera de rendimiento estándar 92% y una cobertura solar del 50%.

A continuación se recoge el resumen de cálculos de las tres escaleras del proyecto:

 

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Conclusiones: la Aerotermia como solución tanto eco eficiente como económica

Los equipos bomba de calor con posibilidad de producción de ACS han ido evolucionando de tal manera que en la actualidad son una referencia no solo de alta tecnología sino de alto rendimiento y por consiguiente, alto ahorro energético, lo que los convierte en equipos idóneos en cualquier proyecto.

Los requisitos impuestos por la versión previa del C.T.E recoge unos unos valores mínimos de aporte diferentes a los impuestos en la actualidad, y si bien ahora se muestra más estricto en este aspecto, las imposiciones normativas impuestas por Europa a los fabricantes de equipos son tan exhaustivas que los nuevos productos desarrollados por las diferentes compañías se ajustan sin problema en en la gran mayoría de casos, lo que se traduce en un ahorro económico más que evidente al evitar una instalación tan compleja y delicada como lo es la la instalación solar.

Conclusiones finales

El progresivo interés por los proyectos de alta eficiencia esta más presente que nunca en en el ámbito de la edificación residencial. Normativas como el CTE, el RITE y el RSIF llevan implícito en su ADN este nuevo enfoque, que no solo repercute en el proceso constructivo sino también a todos los agentes implicados ya sea tanto directa como indirectamente.

En el caso de los fabricantes de equipos de climatización, la incesante búsqueda de refrigerante eco eficiencientes, una elevada calidad del aire interior o el aumento de las exigencias relativas a los rendimientos de los equipos llevan a los mismos a realizar grandes inversiones en I+D+I para alcanzar unos mínimos realmente elevados, lo que no hace más que ratificar la importancia de las instalaciones de climatización en el nuevo paradigma que suponen los edificios de consumo energético casi nulo. 

 

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