ClimaNoticias - 162

AHORRO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA

Normativa en el sector de climatización

La tecnología al servicio del ahorro. Gestión Técnica Centralizada

Vivienda EE+. La casa pasiva en el Mediterráneo

La efi ciencia energética del generador de calor y la tecnología de condensación

Ahorro energético en equipos de climatización. Un ejemplo tecnológico

Investigación, Desarrollo y Control de los cinco prototipos de Pse-arfrisol

Efi ciencia energética por implantación de un sistema de gestión centralizado

Tecnologías de ahorro energético en acs

Bombas de calor geotérmicas acopladas con el terreno

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Nº162especial monográfi co

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3climanoticias/Noviembre 2009

sumarioNº 162 Especial monográfi co

Normativa en el sector de climatizaciónSecretaría técnica de ATECYR

4

La tecnología al servicio del ahorro. Gestión Técnica CentralizadaNestor UdaondoJefe de Producto Regulación, Control y Medición de Energía SEDICAL

10

La efi ciencia energética del generador de calor y la tecnología de condensaciónManuel RuizResponsable de formación y soporte técnico BOSCH TERMOTECNIA

28

Ahorro energético en equipos de climatización. Un ejemplo tecnológicoSantiago González MarbánDirector Ofi cina Técnica, DAIKIN AC SPAIN

40


María del Rosario Heras, Jose Antonio Ferrer, Julio José Pérez, Silvia Soutillo, Cristina San Juan, Jesús HerasUnidad de Efi ciencia Energética en la Edifi cación, CIEMAT

46

Efi ciencia energética por implantación de un sistema de gestión centralizadoSergi EsteveDirector de Marketing-Competence Center SAUTER IBÉRICA

62

Tecnologías de ahorro energético en acsAurelio Lanchas GonzálezJefe de Producto COINTRA

72

Bombas de calor geotérmicas acopladas con el terrenoRaúl Tubío, Product Manager Agua Miguel Zamora, Responsable de I+D+i CIATESA

76

Vivienda EE+. La casa pasiva en el MediterráneoVíctor Galarza Jefe de Producto Sistemas de Efi ciencia Energética para Vivienda Unifamiliar SAUNIER DUVAL

20

CLIMANOTICIAS ÓRGANO INFORMATIVO OFICIAL DE CNI

REDACCIÓNEditora Jefa: Patricia RialDirectora: Milagros Plaza [email protected] Redacción: Jorge Megías, Montse Bueno, María Martínez, Paco Florido Fotografía: Departamento propio. Diseño: José Manuel GonzálezMaquetación: Martín García. Coordinadora de publicidad: Antonia Borja

PUBLICIDAD:Madrid: José Mª García Tel.: 91 297 20 72 - Miguel A. López de Egea Tel.: 91 297 20 69Barcelona: Raquel Cortinas. Tel.: 93 243 10 40

CETISA EDITORESAvda. Manoteras, 44 • 28050 Madrid Tel.: 91 297 20 00 • Fax: 91 297 21 [email protected] - www.cetisa.com

Los anunciantes son los únicos responsables de sus originales. Los artículos fi rmados son responsabilidad de los autores. Reservados los derechos de reproducción, publicación, préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión del uso del ejemplar para todos los países e idiomas. Copyright by CETISA EDITORES Barcelona 2002

Director General: Antonio PiquéDelegada Cataluña: Mª Cruz Álvarez

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4 climanoticias/Noviembre 2009

artículo técnicoartículo técnico

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4 electronoticias/Diciembre 2008

Para completar la trasposición to-tal de la Directiva Europea, queda por publicar el Real Decreto sobre el procedimiento para la certifi ca-

ción energética de edifi cios ya construidos (borrador que ya se encuentra en Bruselas tras someterse a información pública y re-copilar todos los comentarios de los agen-tes intervinientes).Con todo esto, la situación o panorama del sector, está en una clara fase de asimila-ción y preparación de técnicos, que deben adecuarse a las nuevas exigencias. España como estado miembro de la Comunidad Eu-ropea debe adaptar su legislación a las di-rectivas marcadas por el estado europeo. Una de estas directivas es la Directiva 2002/91/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 16 de diciembre de 2002 relati-va a la efi ciencia energética de los edifi cios. Los Estados miembros pondrán en vigor las disposiciones legales, reglamentarias y administrativas necesarias para dar cumpli-miento a esta Directiva a más tardar el 4 de enero de 2006 (aún hoy existen partes de la Directiva que no están traspuestas).Debido a ello, todos los edifi cios deben

poseer un certifi cado de efi ciencia energé-tica que evalúe las emisiones estimadas de dióxido de carbono de procedencia fó-sil (petróleo, carbón, etc.) emitido por el consumo de energía de las instalaciones de climatización, agua caliente sanitaria e ilu-minación de los edifi cios. Por supuesto, el objetivo fi nal de la Directiva es reducir las emisiones de dióxido de carbono.

Más detalladamente, en España, tenemos el siguiente mapa legislativo:

• REAL DECRETO 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edifi cación. En este Real Decreto existe un Documento Básico de Ahorro de Energía con cinco secciones:

- DB HE-1, trata la Limitación de la De-manda Energética de la envolvente de los edifi cios.- DB HE-2, Deriva al Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edifi -cios.- DB HE-3 trata la efi ciencia energética de los sistemas de iluminación.

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NORMATIVA EN EL SECTOR DE CLIMATIZACIÓN


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por Secretaría técnica de Atecyr

En los últimos años hemos visto cómo ha ido cambiando la legislación española en materia de edifi cación, con la aprobación de nuevos Reglamentos, el Código Técnico de la Edifi cación (RD 314/2006 aprobado el 28 de marzo de 2006), el nuevo Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edifi cios (RITE; Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio), y el Real Decreto 47/2007, de 19 de enero, por el que se aprueba el Procedimiento Básico para la Certifi cación de Efi ciencia Energética de edifi cios de nueva construcción, todos ellos con el objetivo de conseguir un consumo de energía primaria sostenible.

Ahorro y efi ciencia energética


- DB HE-4 trata la contribución mínima de energía para el servicio de agua caliente sanitaria que debe aportarse por paneles solares fototérmicos.- DB HE-5 trata de la cantidad de energía que se debe generar en los edifi cios (ter-ciarios) por paneles solares fotovoltaicos.

• REAL DECRETO 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Ins-talaciones Térmicas en los Edifi cios.

• REAL DECRETO 47/2007, de 19 de enero, por el que se aprueba el Procedimiento bá-sico para la certifi cación de efi ciencia ener-gética de edifi cios de nueva construcción.

Está claro que el primer Decreto pretende re-ducir la demanda energética y aumentar la efi ciencia energética de las instalaciones y de iluminación de los edifi cios y fomentar la utili-zación de energías renovables, el segundo pre-tende que las instalaciones de climatización y ACS sean seguras, den bienestar térmico y sean energéticamente efi cientes y el tercero pretende identifi car los edifi cios (envolvente + instalaciones) que emitan menos dióxido de carbono fósil a la atmósfera.Es evidente entonces la relación que tienen los dos primeros reales decretos con el tercero;

Demanda = consumo ηsistema

En este sentido, los técnicos están teniendo verdaderas difi cultades en intentar cumplir una legislación marcada por prestaciones. Se de-ben cumplir unas exigencias básicas sin trun-car nunca el desarrollo de nuevas tecnologías o ideas de diseño, pero ineludiblemente tienen que estar basadas en cálculos de simulación energética anual gestionados por programas informáticos. Dicho de otra forma, no sólo es importante diseñar las instalaciones y equipos por un lado y la arquitectura por otro, sino cómo se va a comportar el conjunto a lo largo de un año meteorológico medio desde el pun-to de vista energético y medioambiental (qué servicio nos da: frío, calor, ventilación, ACS e iluminación y a qué coste ambiental).La Administración ofrece programas gratuitos, el Lider, programa reconocido para cumplimen-tar el Apartado 1 (Limitación de la Demanda Energética) del Documento Básico de Ahorro de Energía (HE) y los Calener’s ( VyP y GT),

programas reconocidos para califi car energéti-camente los edifi cios de nueva construcción. Desafortunadamente, no están siendo lo ver-sátiles y útiles que sería deseable. Así, los usuarios están teniendo verdaderos pro-blemas en tres aspectos fundamentalmente:

1. Lentitud en realizar los cálculos, tenien-do incluso que esperar dos horas a que te devuelva un resultado, no siendo además nada generoso en los resultados que te da, limitándose por ejemplo en el caso del Lider a decirte si cumple o no cumple. 2. No existe un centro ofi cial donde se pue-da uno dirigir para posibles dudas o proble-mas de interpretación.3. No todas las soluciones arquitectónicas que se ejecutan o los sistemas que pueden instalarse son contemplados por estas he-rramientas, no existiendo además alternati-vas posibles por parte de la administración.

Cerma, un método simplifi cadoPara facilitar el trabajo de los técnicos, la Aso-ciación Técnica Española de Climatización y Refrigeración (Atecyr) y el Instituto Valenciano de la Edifi cación (IVE), han elaborado un “Pro-cedimiento Abreviado para la Estimación de la Califi cación Energética en Edifi cios de Vivien-das de Nueva Construcción” (Cerma), con la colaboración técnica del grupo Fredsol del de-partamento de Termodinámica Aplicada de la Universidad Politécnica de Valencia, que encaja dentro de la publicación del RD 47/2007.

Es un método simplifi cado para la califi cación de edifi cios residenciales de nueva construc-ción, válido en toda la geografía española como Procedimiento Alternativo, pendiente de aprobación por parte de la Administración.El desarrollo de esta herramienta ha contado con el apoyo técnico y fi nanciero de la Genera-litat Valenciana a través de la Dirección General de Vivienda y Proyectos. El objetivo de Cerma es, mediante un sencillo proceso no gráfi co de introducción de datos, realizar una rápida estimación de la letra de Califi cación de Efi ciencia Energética que se

“La situación o panorama del sector está en una clara fase de asimilación y preparación de técnicos, que deben adecuarse a las nuevas exigencias”



obtendría con la aplicación del Real Decreto 47/2007 utilizando las herramientas ofrecidas por el Ministerio de Industria, y ofrecer al usua-rio soluciones de mejora que permitan reducir de forma efi ciente el consumo energético del edifi cio.Esta Aplicación, desarrollada para la califi cación energética de edifi cios del sector residencial, ayuda al diseño energético y permite analizar mejoras de la califi cación general y ayuda al cumplimiento del RITE por cuanto estima con-sumos anuales y mensuales. El programa es gratuito y está disponible para su descarga en las páginas web de ATECYR ( www.atecyr.es) y del IVE (www.fi ve.es), y ac-tualmente ha pasado un periodo de informa-ción pública para poder ser un documento de certifi cación reconocido por la administración para todo el territorio español.Este procedimiento puede ser aplicado igual-mente para edifi cios existentes cuando la ca-lifi cación obtenida es superior a la E. En este último caso la administración debe especifi car el corte (emisiones kgCO2/m2 para edifi cios de viviendas unifamiliares y en bloque) entre las certifi caciones E, F y G, y se podrá incorporar inmediatamente al programa simplifi cado.Los objetivos propuestos con el programa Cer-ma son los siguientes:

• Predicción aproximada de la certifi cación energética que produce el programa Calener VyP para vivienda residencial con un conjun-to muy limitado de datos de partida.• Obtener un límite inferior de la certifi ca-ción con el fi n de asegurar que mediante el procedimiento asumido tácitamente como patrón (esto es, el uso de Calener VyP) la califi cación obtenida sea igual o inferior.• Obtener el detalle de las certifi caciones asignadas a calefacción, refrigeración y Acs, tanto a nivel de demanda como de siste-mas, tal y como facilita los resultados el pro-grama Calener VyP.• Obtener el detalle de emisiones asocia-das a cada uno de los elementos del edi-fi cio (cerramientos, huecos,…) medidos en (kgCO2/m2año), con el fi n de analizar los puntos más débiles del mismo y poder así disminuir las anteriores emisiones a partir de dichos elementos. • Obtener la demanda mensual y anual de energía de calefacción, refrigeración y Acs.• Obtener el consumo de energía (energía fi nal) mensual y anual de energía de calefac-ción, refrigeración y Acs.

• Obtener las emisiones de CO2 mensual y anual de calefacción, refrigeración y Acs (para cumplir la exigencia del Rite).• Analizar mejoras de la califi cación basadas en la demanda y consumo de los sistemas, a través de su repercusión en la califi cación fi nal obtenida (letra alcanzable).

Una de las características del programa Cerma es su rapidez de cálculo, independiente mente del tamaño del edifi cio a califi car, no más de 30 segundos, debido a que éste realiza una presi-mulación (mediante funciones de transferencia) del calor transferido por los cerramientos opacos y por los cerramientos semitransparentes con la consideración de locales a temperatura constan-te de bienestar térmico marcado por el código técnico.El programa Cerma aunque es un método abre-viado realiza una simulación horaria de la de-manda y consumo de energía del edifi cio como lo hacen los programas reconocidos por tanto si tiene en consideración la inercia térmica del edi-fi cio (mediante funciones de transferencia de ce-rramientos, muebles, etc.…), aproximando tanto cantidad de muebles, puentes térmicos, etc.…y fi nalmente considerando todo el edifi cio como una única zona térmica.El programa realiza una estimación de la energía total a compensar por los equipos, en cada inter-valo y mes, asignando cargas parciales y presta-ciones a los equipos convirtiéndolos a emisiones de CO2 en función del tipo y cantidad de energía consumida acorde a los factores de conversión ofi ciales marcados por la administración (los mis-mos que utilizan los programas reconocidos).Un atractivo del programa es que realiza una asignación orientativa de las emisiones de CO2 a los diferentes elementos que contribuyen a la producción total de CO2, que es el objetivo real de la califi cación y hace los resultados indepen-dientes de confusas y arbitrarias valoraciones económicas- que sin duda se pueden aplicar a posteriori para estimar la relación coste/benefi -cios ambiental-. Además realiza una previsión del comportamiento del edifi cio/sistema ante dife-rentes mejoras referidas al edifi cio (aislamientos, acristalamientos,...) y a los sistemas (cambio de sistema, mejor prestaciones de los mismos en base a su rendimiento medio estacional,…)El programa emite dos tipos de califi caciones:

• Una asignación de la certifi cación que se espera. Se defi ne como el valor probable que se obtuviera si dicha asignación se realizara a través del programa ofi cial Calener VyP.



• Un límite inferior de incertidumbre para la califi cación (cumpliéndose para los 504 ca-sos estudiados en la validación). Este valor será la certifi cación ofi cial con este método y representa un valor siempre conservador respecto al resultado asumido tácitamente como patrón (Calener VyP).

Se ha intentado que la entrada de datos al programa sea lo más amigable posible y que el usuario posea esos datos de manera directa sin tener que recabar ni dedicar mucho tiempo al edifi cio objeto de estudio. Los datos se irán introduciendo a través de seis pestañas, re-quiriendo datos globales, de la zona climática, transmitancia térmica de cerramientos y huecos (también de las proyecciones de sombra sobre estos huecos) y fi nalmente la introducción de los sistemas.

Una vez definido el edificio a certificar a través de rellenar todas la anteriores pes-

tañas el programa tiene tres pestañas más donde ofrece la calificación del edificio, las mejoras previsibles tanto de la envol-vente térmica del edificio como de sus sis-temas.Así se facilita la letra independiente de cada contribución (calefacción, refrigeración y Acs) y la suma o certificación global. Este valor se define como certificación previsible (Valor aproximado que ofrecería el edificio/instalación en caso de haber utilizado el Calener VyP, en la figura-3 C 24,3).)Igualmente se indica el límite máximo (o calificación propuesta mediante este pro-cedimiento) en el que se puede asegurar que la letra real (mediante el programa Calener VyP) no ha sido sobrepasada en los 504 casos estudiados (en la figura-3 D 26,3).

En la fi gura 4 se muestra la salida de emisiones mensuales y anuales del edifi cio, pudiéndose obtener de for-ma inmediata también el consumo de energía fi nal y primaria:

Figura-1: Pestaña de introducción de cerramientos opacos Muros

Figura-2: Pantalla de introducción de datos de los sistemas.

Figura-3: Pestaña de resultados

Figura-4: Análisis mensual de energía y demanda



En cuanto a análisis de resultados pode-mos observar (figura-5) las asignaciones a

los diferentes hechos que dan lugar a la emisión total, pudiendo ayudar al técnico a mejorar exclusivamente aquel compo-nente del edificio que mayor emisión de dióxido de carbono le corresponde.Otro atractivo del programa y de gran uti-lidad de cara a mejorar un certificado de eficiencia energética es el estudio de me-joras en la envolvente en relación con la calidad alcanzada de mejora, tanto de la demanda como de las prestaciones de los sistemas.(ver figura 6).

Ampliación del CermaActualmente se está desarrollando una ampliación del Cerma, que tenga en consi-deración con más detalle las infiltraciones de los huecos y el análisis de los puentes térmicos. Además se está intentando que el programa pueda servir para la rehabi-litación de edificios existentes, pues va a tener la posibilidad de comparar dos edi-ficios y poder utilizarlo para estrategias de subvenciones a edificios mejores ener-géticamente. Asimismo tenemos la intención de elabo-rar un programa Cerma para pequeños edificios terciarios y que pueda cumplir la sección 1, Limitación de la Demanda Ener-gética, del Documento Básico de Ahorro de Energía, del Código Técnico de la Edifi-cación por la vía general. ■

Figuras 5: Kg CO2 asignados a cada parte de la envolvente

Figuras-6: Acciones para mejorar la certifi cación energética original



E


En el proceso de alcanzar estos objetivos, la GTC ha evolucionado desde una simple supervisión del control a un sistema totalmente

integrado y computerizado de todos los elementos que conforman los servicios de un edifi cio. Algunas de las ventajas que ofrece un sistema de GTC son:

◗ Facilidad de operación de funciones rutinarias y repetitivas mediante pro-gramación automática.◗ Reducción del tiempo de formación de los operadores del sistema me-diante instrucciones en pantalla y re-presentación gráfi ca de los distintos componentes del sistema con valores en tiempo real.◗ Mejores tiempos de respuesta a las necesidades de los usuarios o ante si-tuaciones anómalas.◗ Reducción de costes energéticos gracias a la gestión y control de los programas de gestión energética.◗ Explotación óptima de la instalación mediante registros históricos, progra-

mas de gestión de mantenimiento y generación automática de alarmas.◗ Flexibilidad en la programación de las necesidades de la instalación cuan-do se requiere una reorganización o expansión de la misma.◗ Almacenaje del histórico de los cos-tes operacionales para el reparto de los mismos sobre los centros de coste y/o facturación al usuario fi nal.◗ Funcionamiento optimizado median-te la integración hardware y software de diferentes subsistemas como son, típicamente, climatización, ilumina-ción, sistemas antiincendios, control de accesos y seguridad.

CONFIGURACIÓN DE UN SISTEMA GTCLa realización de un sistema GTC con-lleva la confi guración de todo el equipo hardware y software necesario así como el/los sistema/s de comunicación nece-sario/s para acceder a todos los datos de uno o varios edifi cios en modo local o remoto.

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LA TECNOLOGÍA AL SERVICIO DEL AHORRO. GESTIÓN TÉCNICA CENTRALIZADA


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por Nestor UdaondoJefe de Producto Regulación, Control y Medición de Energía SEDICAL

El objetivo de un sistema de Gestión Técnica Centralizada (GTC) es centralizar y simplifi car la monitorización, manejo y gestión de uno o varios edifi cios. El motivo último para su implantación es conseguir una mayor efi ciencia en el funcionamiento del edifi cio con un consumo energético y un esfuerzo de mantenimiento mínimos, proporcionando un entorno seguro y confortable a los ocupantes del edifi cio.



La popularización de los controladores con microprocesador ha conducido a la GTC a una confi guración en capas o niveles jerárquicos. Podríamos dividir el sistema en cuatro niveles:

◗ Nivel de gestión.◗ Nivel de monitorización y operación.◗ Nivel de control.◗ Nivel de zona.

En cada instalación, la presencia de todos o de algunos de estos niveles depende de las necesi-dades específi cas y la complejidad del edifi cio. En general, a mayor complejidad mayor presen-cia de niveles y más clara la separación funcional y lógica entre cada uno de ellos. Se puede decir que un sistema bien estructurado y planifi cado es un sistema perfectamente jerarquizado.

Nivel de zonaLos controladores del nivel de zona son con-troladores microprocesados para realizar un control DDC de equipos específi cos. Estos

controladores, que suelen tener algoritmos de gestión energética, están diseñados para equipos específi cos tales como fancoils, cajas VAV, inductores, techo frío, etc. y se parametrizan en la puesta en marcha para cumplir los requerimientos de proyecto. En este nivel, sensores y actuadores se conec-tan directamente a los equipos de control o a módulos de entradas/salidas de “inteli-gencia limitada” cuya función es actuar de interfaz entre el mundo físico y el nivel de control. Un bus de comunicación interconec-ta este nivel de forma que la información pueda compartirse entre los controladores de este nivel y con los niveles superiores.

Nivel de control Los controladores microprocesados del ni-vel de control tienen mayor capacidad que los del nivel de zona en términos de núme-ro de puntos de entrada/salida, lazos DDC y programas de control. En este nivel, los controladores suelen aplicarse a sistemas



mecánicos más grandes como UTAs com-plejas, sistemas centrales VAV, plantas de producción de frío y calor, y sistemas de iluminación, entre otros. Se interactúa con los equipos controlados a través de sondas y actuadores situados en los mismos o me-diante los controladores del nivel de zona. Cuando existe un nivel superior de monito-rización, los cambios de parámetros de fun-cionamiento y reprogramación de estrategias se vuelcan desde éste al nivel de control. La integración con otros sistemas y/o protoco-los se puede realizar en este nivel utilizando los gateways y routers necesarios.

Nivel de monitorización y operaciónEste nivel proporciona la interfaz al operador del sistema GTC. En este nivel se encuentran las estaciones de trabajo (clientes) que se conectan al servidor o servidores (en el caso de que la integración con otros subsistemas se realice en este nivel). Las funciones que típicamente proporciona suelen ser:

◗ Seguridad de acceso: sólo permite ac-ceso al sistema al personal autorizado.◗ Seguridad de operación: el acceso y la manipulación de los diferentes subsis-temas y puntos está personalizada para cada operador del sistema.◗ Programación a medida: desarrollo de programas DDC específi cos y de horarios de activación/desactivación de equipos para su volcado a los niveles de control y zona.◗ Entorno gráfi co: creación de entornos gráfi cos a medida con integración de va-lores en tiempo real e históricos.◗ Informes: proporciona de forma automá-tica, previamente programada, o por pe-tición expresa del operador todo tipo de informes sobre el sistema (alarmas, even-tos, horas de funcionamiento, actividades de los operadores, etcétera.) en múltiples formatos (hoja de cálculo, procesador de texto, base de datos, etcétera.).◗ Gestión de mantenimiento: programa y genera automáticamente órdenes de tra-bajo para el mantenimiento predictivo de equipos en función de las horas de fun-cionamiento de los mismos o de interven-ciones prefi jadas o periódicas.

Nivel de gestiónEste nivel situado en la parte más alta del sistema suele convivir, en muchos casos, con el nivel de monitorización y operación. Un operador de este nivel puede solicitar información y enviar órdenes a cualquiera de los niveles situados jerárquicamente por debajo. Las operaciones diarias suelen ser, normalmente, responsabilidad del nivel de operación pero, durante emergencias o en periodos especiales, todo el control puede ser transferido al nivel de gestión. La fun-ción básica de este nivel es recopilar, al-macenar y procesar datos históricos como consumo energético, costes operativos, in-cidencias y alarmas y generar informes que proporciones una herramienta de gestión a medio y largo plazo.

GESTIÓN DE LA ENERGÍA MEDIANTE GTCHoy en día está perfectamente contrastada la efi cacia de los sistemas GTC en la opti-mización del consumo de energía allí donde se implantan. Esta efi cacia se basa en infi -nidad de algoritmos y procedimientos que se realizan en uno o varios de los niveles



anteriormente descritos. Algunos ejemplos serían:

◗ Habilitar y deshabilitar equipos de climatiza-ción en función de horarios y/o presencia.◗ Realización de las maniobras clásicas de aho-rro en sistemas de climatización por aire: free-cooling, banda de energía cero, enfriamiento nocturno, etcétera.◗ Mantener niveles de iluminación prefi jados mediante control de la luminosidad, con máxi-mo aprovechamiento de luz natural, combinado con horarios y presencia.La lista de todos los algoritmos posibles es in-terminable ya que la mayor capacidad de pro-ceso de cada uno de los niveles, por el abarata-miento continuo de la electrónica, hace que las funciones de ahorro energético que incorporan sean cada vez más numerosas y habituales.

Esta capacidad de los sistemas GTC de realizar operaciones de optimización energética junto con la facilidad que proporcionan en la gestión del mantenimiento predictivo hace posible alcanzar un ahorro energético que se mueve en la franja del 20% al 40%. Es obvio que para conseguir estas re-ducciones en el consumo energético es necesario, previamente a la implantación del sistema GTC, un estudio de las necesidades reales del edifi cio y un equipo de mantenimiento capaz y motivado.

Sistemas de información energética (SIE)Es en los niveles superiores de la GTC donde re-side más potencia y velocidad de cálculo y es por esa razón por lo que las grandes empresas fabri-

cantes de soluciones de control están desarro-llando aplicaciones para esos niveles. Podríamos denominarlas genéricamente Sistemas de Infor-mación Energética (SIE). Estas aplicaciones incor-poran las siguientes funciones y herramientas:

• Modelización del sistema de energía del edi-fi cio.• Recopilación, depuración y almacenado de los datos relacionados con la energía.• Transformación de los datos de energía en información útil para tomar decisiones de re-ducción de costes.• Pronóstico de consumos de gas y electri-cidad.• Gestión automática de las cargas eléctricas para evitar penalizaciones por exceso de de-manda.• Control de los generadores para recortar las puntas de demanda en conexión con otras es-trategias de gestión de la demanda.• Validación de facturas de consumo energético.• Evaluación de tarifas alternativas de ener-gías.• Generación de informes de mediciones y ve-rifi caciones.• Seguimiento del consumo energético y de sus costes respecto de valores de referencia básicos.• Modelización de las tarifas de energía y generación de informes de facturación a los arrendatarios.• Generación de informes de emisiones de gas de efecto invernadero y de horas de fun-cionamiento de generadores.



Para que el SIE pueda realizar todas las opera-ciones descritas anteriormente, es necesario rea-lizar un trabajo inicial de introducción de toda la información necesaria para confi gurar el siste-ma. Los datos que se deben proporcionar para su funcionamiento son internos y asociados a la propia instalación (contadores, caudalímetros, sensores de temperatura, etc.) y externos (datos meteorológicos, puntas máximas de demanda de la compañía suministradora, etc.). La recogida periódica y almacenaje de datos de consumo es relativamente sencilla y no sería necesario ningún SIE para ello. El valor real del SIE reside en que es capaz de convertir todos estos datos en informa-ción energética necesaria para tomar decisiones tendentes a reducir el coste energético de forma efectiva.

Modelización del sistema energéticoLa parte de modelización del sistema energético del edifi cio corresponde al operador del sistema y consiste, básicamente, en introducir datos relati-vos al consumo, producción y contaje de energía (tipo y situación de contadores). En este punto se puede introducir en el sistema un proveedor de predicción de datos meteorológicos. Si tenemos en cuenta que en la mayor parte de los casos el consumo energético depende fundamentalmente de la meteorología este enlace con el proveedor meteorológico se antoja fundamental. Gracias a los datos de la previsión recibidos para los próxi-mos días con una descripción horaria detallada de temperatura, velocidad y dirección del vien-to, radiación solar, nubosidad y precipitaciones se puede predecir de manera muy fi able la de-

manda para los próximos días teniendo en cuen-ta el punto de equilibrio energético del edifi cio. El punto de equilibrio energético depende de la zona geográfi ca, antigüedad del edifi cio, facha-das y ventanas, tipo de sistema de calefacción y/o refrigeración, etc. Con todos estos datos se obtiene una temperatura equivalente utilizada, en vez de la exterior, para controlar la producción de frío y calor necesaria para mantener la tempera-tura deseada de forma uniforme en el edifi cio. El sistema, además, posee algoritmos de aprendiza-je que calculan constantemente la desviación de las necesidades reales respecto a la estimación meteorológica de forma que incorpora las correc-ciones pertinentes en futuras estimaciones.

Gestión de la demandaLa energía eléctrica que gastan los grandes con-sumidores la pagan, normalmente, en base a la punta de demanda que utilizan durante un perio-do particular. Si el consumidor excede en cualquier momento ese límite de demanda predetermina-do, se le pueden aplicar penalizaciones a todo su consumo. Para la compañía suministradora, la tarifa recoge el costo asociado de mantener una infraestructura que pueda soportar las puntas de demanda eléctrica, por tanto, a los consumidores se les anima a minimizar o limitar la punta de de-manda en sus edifi cios. Con frecuencia los cargos se hacen en base a la punta mensual de deman-da media en un periodo de 15 minutos. Trabajar con una tarifa que incorpore cargos de demanda por tramos, puede aportar signifi cativos ahorros (bajos cargos de consumos) pero debe estar bien gestionada y es, en este tipo de gestión, donde

el SIE tiene una gran importancia. El módulo de gestión de deman-da de un SIE realiza, básicamente, los siguientes cometidos:

◗ Monitorizar la demanda y con-trolar cargas (y generadores eléc-tricos si los hubiera) para reducir las puntas de demanda.◗ Monitorizar las lecturas de de-manda durante cada intervalo de demanda (típicamente 15 mi-nutos) y generar alarmas cuando pueda excederse con toda proba-bilidad el límite de demanda.◗ Gestionar automáticamente car-gas (y generadores) para evitar que se alcance el límite.

Cada intervalo de demanda pue-de descomponerse en un cierto número de inter-Optimización de costes



valos de muestreo. El SIE examina el consumo eléctrico al fi n de cada uno de esos intervalos de muestreo y predice la demanda al fi nal del intervalo de seguir con ese ritmo de consumo. Si la demanda prevista supera el límite prefi jado, el SIE tratará de desconectar cargas para reducir la demanda y/o arrancar generadores automática-mente para satisfacer la misma.Existen diferentes algoritmos a la hora de monito-rizar la demanda y en ellos se tienen en cuenta el intervalo de demanda y el periodo de muestreo. El intervalo de demanda es un periodo de tiempo que se toma para hacer una estimación de la de-manda media en el mismo. Por ejemplo, 10kWh de consumo eléctrico sobre 15 minutos signifi ca que la demanda en el intervalo será de 40kW = 10kWh / 0,25h. El periodo de muestreo es el tiempo entre lecturas de consumo sucesivas. Si el intervalo de demanda es de 15 minutos, se podría trabajar con, por ejemplo, 5 intervalos de muestreo (cada 3 minutos).El algoritmo seleccionado para la monitorización de la demanda dependerá del tipo de edifi cio y de la política energética a aplicar en cada caso. A continuación se describen brevemente tres posi-bles algoritmos.

Ventana fi ja-predictivaSe usa, generalmente en sistemas de gestión de edifi cios pequeños. El intervalo de demanda se subdivide en periodos de muestreo y se tiene en cuenta ambos. El objetivo es alcanzar, pero no ex-ceder, el límite de la demanda el fi n del intervalo de demanda.

1. Al inicio de cada intervalo de demanda se calcula, para dicho intervalo, el consumo per-mitido Y = D*T/60, donde “T” es la duración del intervalo en minutos y “D” es el límite de la demanda.2. Al fi nal de cada periodo de muestreo, el algoritmo calcula el consumo habido desde el comienzo del intervalo. A este consumo al fi nal del periodo de muestreo lo llamaremos “Y0”.3. Con el valor de Y0 el algoritmo puede cal-cular la potencia permitida “MWa” al fi nal del intervalo: MWa = 60*(Y-Y0) / (T –t0) donde “t0” es el tiempo desde el arranque del intervalo hasta el fi nal del periodo de muestreo.4. Tras esto, el algoritmo calcula la potencia media “MW0” disponible justo al completarse el periodo de muestreo MW0 = 60 * (Y0 – Y1) / (t0 – t1), siendo Y1 el consumo desde el arran-que del intervalo hasta justo el comienzo del periodo de muestreo y “t1” el tiempo en minu-tos desde el arranque del intervalo hasta justo

el comienzo del periodo de muestreo.5. Con estos valores el algoritmo calcula, al ini-cio de cada periodo de muestreo la potencia “DS” que debe conectarse o desconectarse en el próximo periodo de muestreo DS = (MWa – MW0 – C) donde “C” es el factor de compen-sación defi nido al hacer la confi guración para compensar los errores en las mediciones en el cálculo y en las tablas de carga. Si “DS” resul-ta negativo, deben desconectarse cargas por valor de “DS” y si resulta positivo, conectarlas por dicho valor.

Si consideramos los siguientes datos de partida: In-tervalo de demanda = 5 min; Periodo de muestreo = 1min; C = O MW; Demanda límite = 12 MW; Y0 (periodo1) = 0,16 MWh; Y0 (periodo2) = 0,7 MWhY = 12 MW * 5 min / 60 = 1 MWh.

◗ Primer periodo de muestreo:Potencia permitida al fi nal del intervalo MWa = 60 * (1 MWh – 0,16 MWh) / (5 min – 1min) = 12,6 MWPotencia permitida al fi nal del periodo de muestreo MW0 = 60 * (0,16 MWh – 0 MWh) / (1 min – 0 min) = 9,6 MW.Potencia a conectar/desconectar en el próximo pe-riodo de muestreo DS = 12,6 MW – 9,6 MW = 3 MW. Esto signifi ca que pueden conectarse 3 MW en el próximo periodo de muestreo.◗ Segundo periodo de muestreo:Potencia permitida al fi nal del intervalo MWa = 60 * (1 MWh – 0,7 MWh) / (5 min – 2min) = 6,2 MWPotencia permitida al fi nal del periodo de mues-treo MW0 = 60 * (0,7 MWh – 0,16 MWh) / (2 min – 1 min) = 32,4 MW.Potencia a conectar/desconectar en el próximo periodo de muestreo DS = 6,2 MW – 32,4 MW = -26,2 MW. Esto signifi ca que se deben desconectar 26,2 MW en el próximo periodo de muestreo.

Pendiente ideal con ventana fi jaEn este algoritmo el objetivo es alcanzar la pen-diente ideal más el valor de compensación al fi -nal del periodo de muestreo. Al inicio del interva-lo, la compensación de la pendiente ideal es un valor igual a una fracción decimal del límite de la demanda “D” y decrece linealmente hasta cero al fi nal del intervalo de demanda.

1. El consumo de compensación “Yf” se cal-cula así: Yf = A * D * (T – tn) / 60, donde “T” es la duración del intervalo en minutos, “D” es el límite de la demanda y “tn” es el tiempo en minutos al fi nal del periodo de muestreo n. “A” es la compensación de la pendiente ideal. La experiencia demuestra que su valor debe estar entre 0 y 0,63.



2. Si llamamos “Yi” al consumo ideal al fi nal del periodo de muestreo, esto es Yi = tn * D /60 podremos calcular el consumo permitido “Yh” al fi nal del próximo periodo de muestreo como Yh = Yi + Yf.3. Tras esto, el algoritmo calcula la potencia permitida al fi nal del actual periodo de mues-treo para poder alcanzar la pendiente ideal al fi nal del próximo periodo de muestreo MWa = 60 * (Yh – Y0) / (Tn – t0) donde “Tn” es el tiem-po en minutos desde el arranque del intervalo al fi nal del próximo periodo de muestreo.4. La potencia media justo al completar el pe-riodo de muestreo y el valor de carga a co-nectar/desconectar se calculan igual que en el caso del algoritmo fi jo predictivo MW0 = 60 * (Y0 – Y1) / (t0 – t1) y DS = (MWa – MW0 – C).

Si consideramos los mismos datos de partida del ejemplo anterior junto con una compensación de pendiente ideal A = 0,3 obtenemos para el se-gundo periodo de muestreo:Yf = 0,3 * 12 MW *(5 min – 3 min) /60 = 0,12 MWhYi = 3 min * 12 MW / 60 = 0,6 MWhYh = 0,6 MWh + 0,12 MWh = 0,72 MWhMWa = 60 * (0,72 MWh – 0,7 MWh) / (3 min – 2min) = 1,2 MWMW0 = 60 * (0,7 MWh – 0,16 MWh) / (2 min – 1 min) = 32,4 MWDS = 1,2 MW – 32,4 MW = - 31,2 MW, por tanto habría que desconectar 22,8 MW en el próximo periodo de muestreo

Predictivo de ventana deslizanteEste tipo de algoritmo se utiliza cuando la com-pañía de suministro de energía eléctrica calcula la demanda en el intervalo previo a cada periodo de muestreo. En este caso la duración de la ven-tana del intervalo se traslada a lo largo del eje del tiempo en incrementos iguales al periodo de muestreo. El algoritmo de ventana deslizante se ejecuta continuamente en cada periodo de mues-treo hasta el momento del comienzo del último periodo de muestreo.

1. Cuando arranca el programa el algoritmo calcula el consumo ideal “Y” al fi nal del inter-valo de demanda Y = D * T / 60, donde “T” es la duración de la ventana en minutos.2. Si en un intervalo de demanda hay n perio-dos de muestreo, el algoritmo debe añadir el consumo sobre los n-1 periodos de muestreo previos.3. Después de esto, puede calcular la poten-cia permitida “MWa” para el último periodo de muestreo empleando esos valores MWa = 60 * (Y – Y0) / (T – t0).

4. La potencia media “MW” tras completar el periodo de muestreo es MW0 = 60 * (Y0 – Y1) / (t0 – t1).5. El valor de carga calculado a conectar/des-conectar es DS = (MWa – MW0 – C).

Si tomamos los mismos datos de partida de los ejemplos anteriores obtenemos que la energía per-mitida en el intervalo de demanda es Y = 12 MW * 5 min / 60 = 1 MWh y si calculamos el último periodo de muestreo. MWa = 60 * (1 MWh – 0,7 MWh) / (5 min – 4min) = 18 MWMW0 = 60 * (0,7 MWh – 0,6 MWh) / (4 min – 3 min) = 6 MWDS = 18 MW – 6 MW – 0 MW = 12 MW

Una vez que el SIE ha realizado la estimación de la carga a conectar/desconectar del sistema para no superar el valor límite de demanda, el siguiente paso consiste en enviar las órdenes de conexión y desconexión a los equipos necesa-rios para cumplir los objetivos de carga. El gestor de demanda debe proceder de acuerdo a los si-guientes criterios:

◗ Se conectan y desconectan cargas en base a la prioridad de las mismas.◗ Las cargas de prioridad más baja son las que se desconectan primero.◗ Si con esto no se reduce la demanda sufi -cientemente, se desconectan cargas de priori-dad más alta.◗ Si aún así no fuera sufi ciente, se enviará un mensaje al operador para que éste desconec-te, si lo desea, cargas críticas manualmente.◗ La conexión de cargas se hace siguiendo un orden inverso de prioridad al de la conexión de cargas.◗ Las cargas de prioridad más alta son las que primero se conectan.◗ Si varias cargas tienen la misma prioridad, se usa un algoritmo de selección para decidir qué carga es la que se va a conectar o desconec-tar. El algoritmo elegido puede ser de uno de estos dos tipos:

CircularSe utiliza si, dentro del nivel de prioridad, a las cargas eléctricas no se les ha asignado ninguna importancia relativa. La desconexión y conexión se hace por orden de petición, existiendo un puntero para cada una de las acciones. Cuando se desco-nectan cargas, el puntero asociado se mueve por la tabla de cargas en la dirección de las agujas del reloj buscando cargas del nivel de prioridad



especifi cado y las va desconectando hasta llegar al límite deseado. Si no hay sufi cientes cargas susceptibles de ser desconectadas, se envía un mensaje de alarma al operador. Cuando se co-nectan cargas, el puntero asociado se mueve por la tabla de cargas, en dirección contraria a las agujas del reloj, buscando cargas con el ni-vel de prioridad necesario y las va conectando hasta llegar al nivel requerido. El algoritmo tiene un funcionamiento aleatorio a la hora de decidir qué carga se va a conectar o desconectar debido a que las posiciones de ambos punteros son independientes.

SecuencialEn este algoritmo la última carga en desconectar-se es la primera en volverse a conectar. Existe un único puntero que conecta y desconecta cargas. Cuando hay que desconectar, el puntero se mue-ve por la tabla de cargas desde su posición actual hacia abajo y desconecta las cargas disponibles que se va encontrando hasta el nivel deseado. Si no hay sufi cientes cargas para desconectar, se envía un mensaje de alarma al operador. En el proceso inverso, el puntero se mueve hacia arriba buscando y conectando cargas del nivel de prio-ridad especifi cado.

Generación de informesLos informes que se pueden extraer de un SIE son la mejor herramienta para un análisis de los perfi les de consumo energético de todo el siste-ma. Estos análisis permitirán que un gestor ener-gético cualifi cado tome las decisiones oportunas para optimizar los costes energéticos del sistema global sin menoscabar las condiciones de funcio-namiento ideal del mismo.

CONCLUSIÓNLos sistemas de Gestión Técnica Centralizada son y serán una herramienta clave para la optimización del consumo energético de cualquier instalación y tanto más necesarios cuanto mayor sea la comple-jidad y la dispersión geográfi ca de la misma (ofi ci-nas, hospitales, campus universitarios, ….). Aunque se realizan avances para implementar algoritmos y herramientas para el ahorro energético en todos los niveles de la GTC es en los niveles superiores, de-bido por un lado a la mayor capacidad y velocidad en el proceso de datos y por otro a su posibilidad acceso a toda la información global del sistema, donde se están produciendo los mayores avances.En este artículo se ha comentado someramente las características generales de un Sistema de Informa-ción Energética (SIE) haciendo un especial hincapié en la gestión de cargas pero esta es sólo una mí-nima parte del potencial que posee un SIE. Cada fabricante dota a su SIE de diferentes opciones y funciones pero todos ellos se encaminan a convertir la información energética en información útil para su análisis.Nunca debemos perder de vista que por muy sofi s-ticada que sea la información, si no existe un gestor energético de carne y hueso capaz de analizarla y de tomar las acciones correctoras correspondientes, ésta no será de ninguna utilidad. La información, sin análisis, solamente serán unos gráfi cos más o menos detallados. ■

Fig. 25: Pantallas EMS (SAUTER 2008).



E


RESUMENEspaña esta desarrollando actualmente, un modelo energético sostenible para la edifi cación basándose en dos temas: la efi ciencia energética y las energías renovables. Los programas de efi ciencia energética se orientan –entre otros- a la mejora de las condiciones técnicas de los edifi cios (aislamientos, ventanas, etc.) y de sus instalaciones (calefacción, refrigeración, ventilación y agua caliente sanitaria), motivando la utilización de las energías renovables.“Vivienda EE+. La casa pasiva en el Mediterráneo”, es el Proyecto de Saunier Duval con “Certifi cado Energético A”, donde se presentan innovadoras soluciones técnicas para alcanzar “el máximo nivel de confort, con el mínimo consumo de energía” (reducción del consumo energía de 81% y de las emisiones de CO2 de 73%):

a. Diseño del edifi cio con arquitectura bioclimática, para minimizar la “demanda energética”: aislamiento térmico del envolvente del edifi cio (paredes, techo, suelo, puertas y ventanas exteriores); sombreado exterior contra la radiación solar en ventanas (cubierta y fachada sur del edifi cio).b. Sistema Integral de Climatización y Agua Caliente Sanitaria, para aprovechar de la energía con “máxima

efi ciencia”: bomba de calor geotérmica (suelo/agua); energía solar térmica (ACS); suelo radiante (calefacción/refrigeración); y, ventilación mecánica controlada con recuperador de calor.

1. CONFORT TÉRMICO EN LA EDIFICACION

El Reglamento para Instalaciones Tér-micas en Edificios (RITE) define las condiciones de diseño para climatizar un edificio de vivienda en el punto IT1.1.4.1.2.a): “Para personas con ac-tividad metabólica sedentaria de 1,2 met, con grado de vestimenta de 0,5 clot en verano y 1,0 clot en invierno y un PPD entre el 10 y el 15%, los valo-res de temperatura operativa y de la humedad relativa estarán comprendi-dos entre los límites presentados en la tabla 1.4.1.1.”.Debemos recordar que la sensación de temperatura de las personas en una ha-bitación se corresponde con la tempera-tura operativa y no con la temperatura del aire, como erróneamente lo conside-ran muchas personas. De forma práctica, la temperatura operativa en el interior de los edifi cios equivale al valor promedio entre la temperatura media radiante de las superfi cies interiores de la habitación (suelo, paredes, techo) y la temperatura media del aire en el centro de la habita-ción. Esta ecuación se cumple cuando la

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VIVIENDA EE+. LA CASA PASIVA EN EL MEDITERRÁNEO


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por Víctor GalarzaJefe de Producto Sistemas de Eficiencia Energética para Vivienda Unifamiliar Saunier Duval



velocidad del aire es menor a 2 m/s o cuan-do la diferencia entre la temperatura media radiante y la temperatura media del aire es menor a 40C. Es decir, si deseamos mantener una deter-minada temperatura operativa en la habi-tación en invierno, podemos aumentar la temperatura radiante media y disminuir la temperatura del aire. En cambio en verano, podemos reducir la temperatura radiante media y aumentar la temperatura del aire (Fig. 1)En condiciones de confort térmico, el prin-cipal medio de emisión de calor de las personas hacia su entorno es la radiación (40-50%). Luego, en menor medida, por convección (20-30%), conducción (1-2%) y transpiración (30-40%).

2. CERTIFICACIÓN ENERGÉTICA DE LOS EDIFICIOS

La Certificación Energética de los Edificios es una exigencia derivada de la Directiva Europea 2002/91/CE, traspuesta parcial-mente al ordenamiento jurídico español a través del Real Decreto 47/2007 del 19 de enero y en vigor para edificios de nueva construcción desde octubre de 2007. Está previsto la elaboración de un nuevo Real

Decreto para los edificios existentes para el año 2009.Mediante una Etiqueta de Efi ciencia Ener-gética, el certifi cado asigna a cada edifi cio una Clase Energética. La califi cación A, para edifi cios energéticamente muy efi cientes, con un mínimo consumo de energía, supo-ne la utilización de generadores de energía (calor o frío) de alta efi ciencia energética unido a buenos aislamientos térmicos en la envolvente del edifi cio. En cambio, la ma-yoría de los edifi cios convencionales, poco efi cientes, obtendrán las califi caciones C o D, equivalente al nivel mínimo exigido por el actual Código Técnico de la Edifi cación (CTE). La determinación del nivel de efi ciencia energética correspondiente a un edifi cio puede realizarse empleando dos opciones:

La opción general: De carácter prestacional, a través de los programas informáticos:

- CALENER -VYP para vivienda y edifi cios terciarios (pequeños y medianos); y,- CALENER-GT para edifi cios de gran tercia-rio.

La opción simplifi cada: De carácter prescripti-vo, que desarrolla la metodología de cálculo de la califi cación de efi ciencia energética de una manera indirecta.

3. DISEÑO DEL EDIFICIO (Arquitectura Bioclimática)

En el futuro, en la construcción o rehabilitación de edifi cios se deberá aplicar nuevos criterios en diseño arquitectónico, materiales de construc-ción, etc., encaminados a la reducción de la de-manda energética:

Verano 23...25 45...60

Invierno 21...23 40...50

Estación Temperatura operativa Humedad relativa 0C %

Tabla I. Condiciones interiores de diseño en un edifi cio según el RITE

Invierno Verano

Fig. 1. Condiciones teóricas de confort en un edifi cio de vivienda con un Sistema de Suelo Radiante



◗ Buen aislamiento térmico en paredes, te-cho y suelo exteriores.◗ Buen aislamiento térmico en sistemas de puertas y ventanas exteriores.◗ Adecuados sistemas de sombreado ex-terior como protección contra la radiación solar directa sobre las zonas acristaladas que se encuentran en la fachada sur y en la cubierta del edifi cio.

Sin embargo, para garantizar esta demanda mínima de energía, estas soluciones deben ir acompañadas de:

◗ Buen programa de mantenimiento del edifi cio y de sus instalaciones.◗ Uso adecuado del edifi cio y de sus ins-talaciones.

4. SISTEMA INTEGRAL DE EFICIENCIA ENERGÉTICAEl Sistema Integral de Efi ciencia Energética para Climatización y Producción de Agua Caliente Sa-nitaria (ACS), para este proyecto (Fig. 2), se com-pone de:

◗ Bomba de calor geotérmica (suelo/agua). ◗ Sistema de energía solar térmica (ACS)◗ Sistema de suelo radiante para calefac-ción y refrigeración.◗ Ventilación mecánica controlada de do-ble fl ujo, con recuperador de calor.◗ Sistema de regulación de temperatura del Agua para el suelo radiante (invierno/verano).◗ Sistema de regulación de temperatura de Confort en cada habitación.

El máximo rendimiento de una bomba de calor geotérmica se obtiene en combina-ción con un sistema de climatización por suelo radiante. Este sistema aprovecha de forma óptima tanto la inercia térmica del terreno exterior (energía acumulada en la superficie del planeta) como la inercia tér-mica de la vivienda (energía acumulada en el suelo, paredes, techo) para mantener el interior de la casa en condiciones de con-fort, durante el día o la noche, en invierno o verano, minimizando los efectos de la temperatura exterior. Para esto, la bomba de calor geotérmica realiza un intercambio de calor con la Tie-rra por medio de un captador vertical geo-térmico. En este caso, se coloca un circuito de tubos (2 ó 4) dentro de una perforación a 50-100 m de profundidad y de 110-140 mm de diámetro. Durante todo el año, la diferencia de la temperatura del agua entre el circuito pri-mario (terreno / bomba de calor) y el circui-to secundario (bomba de calor / suelo ra-diante) es mínima. Tanto en invierno como en verano, estos valores se mantienen prácticamente constantes si consideramos que tanto el circuito primario como el cir-cuito secundario trabajan de forma estable aprovechando la “inercia térmica” del te-rreno y de la casa.En invierno, el salto térmico del agua es de sólo 150C si consideramos que el agua en el circuito primario trabajará con una temperatura media de +150C y el circuito secundario o terciario a +300C. En cam-bio en verano, en modo de refrigeración, el salto térmico es de +20C considernado que la temperatura del circuito primario se

mantiene también en aproxima-damente +150C y el circuito se-cundario a +170C. En verano, la bomba de calor geotérmica trabajará en dos fa-ses:

◗ “free cooling o pasiv cooling”. A inicios y finales del periodo de verano, cuando la demanda de refrigeración en el edificio es baja, el circuito frigorífico de la máquina no se pondrá en fun-cionamiento. En estos periodos será suficiente la transferencia de calor a través de un intercam-biador de calor entre el circuito Fig. 2. Esquema tipo del Sistema Integral de Efi ciencia Energética para Climatización y ACS.



secundario y el circuito primario del sis-tema.

◗ “activ cooling”. Durante el verano, cuando la demanda de refrigeración del edifi cio es alta, la bomba de calor geotérmica trabaja de forma normal, con el circuito frigorífi co en marcha para generar agua fría a +150C para el sistema de suelo radiante.

Dentro de la vivienda, en el suelo radiante, se coloca una red de tubos dentro de la capa de mortero de cemento con un recubrimiento de tipo cerámico, parquet, etc. En invierno, el mortero emite el calor por efecto radiante, y en menor grado convección, hacia los elementos estructurales de la habitación (pare-des, techo, puertas, etc.). En cambio en verano, el suelo absorbe el calor por radiación, y en parte por convección, desde los elementos estructura-les (paredes, techo, puertas, etc.). Desde aquí, el agua transporta el calor hacia el terreno, fuera de la vivienda.Los sistemas de regulación permiten impulsar el agua a la temperatura deseada durante todo el año y controlar de forma independiente la tem-peratura de confort en cada uno de los locales climatizados. Para asegurar la calidad del aire en el interior de la vivienda (según el CTE / HS3), el edifi cio cuenta con un sistema de ventilación mecánica controlada (VMC) de doble fl ujo, que permite la renovación y la fi ltración adecuada del aire “fres-co”. Además, gracias a su intercambiador entálpico de calor, se recupera la energía del aire “resi-dual” que se perdería debido a la ventilación, pre-calentando (en invierno) o pre-enfriando (en verano) el aire “fresco”. El aire circula desde los locales secos a los locales húmedos, para ello el salón-comedor, dormitorios y ofi cina cuentan con rejillas de admisión de aire; en cambio, la cocina

y los cuartos de baño disponen de rejillas de extracción de aire. Los marcos de las puertas si-tuadas entre los locales de admisión y extracción disponen de aberturas para el paso de aire. Finalmente, como complemento de la bomba de calor geotérmica, el equipo de energía solar térmica permite producir agua caliente sanitaria (ACS) en todo momento, reduciendo aún más la demanda de energía en la vivienda.

La reducción de la demanda de energía en el edifi cio de alta efi ciencia energética, se debe –entre otros- al uso de un sistema de suelo radiante que permite precalentar el edifi cio en invierno o preenfriar el mismo en verano, aprovechando la inercia térmica del edifi cio, con lo que se consigue:

◗ Menor demanda energética en horas de mí-nimas o máximas temperaturas exteriores.◗ Mayor efi ciencia de los generadores de calor o frío (por ejemplo: bomba de calor geotérmica).◗ Posibilidad de trabajar con agua a baja temperatura en calefacción (30-350C) y alta temperatura en refrigeración (15- 170C). Con esto se consiguen menores pérdidas o ganancias de calor en los cir-cuitos de agua. ◗ Posibilidad de trabajar con tempera-turas de aire (interior) inferiores en ca-lefacción y superiores en refrigeración. Esto permite reducir también el efecto de “shock térmico” cuando las personas entran o salen de la casa.

En la tabla II se presenta un resumen de las mejoras técnicas que se pueden realizar en

Tabla II: Cálculo teórico de cargas de invierno y verano para una vivienda unifamiliar en Barcelona

5. AHORRO ENERGÉTICO



un edifi cio para reducir las cargas de invier-no y verano, desde un edifi cio tradicional (Sistema 10) hasta un edifi cio con “Califi ca-ción Energética A” (Sistema 1).A estos valores, se debe añadir la re-ducción en el consumo de energía al utilizar generadores de calor y frío de alta eficiencia energética, como la bom-ba de calor geotérmica, que permite un

ahorro de energía anual de más de un 75%.Teniendo en cuenta dos edifi cios de refe-rencia, uno con el Sistema 1 y otro con el Sistema 10 (incluyendo una bomba de ca-lor geotérmica), el ahorro energético teórico global alcanzado en la “Vivienda EE+” es del 81% y la reducción en las emisiones de CO2 es del 73%.

DATOS DEL PROYECTO

Ubicación: BarcelonaTipo de edifi cio: Vivienda Unifamiliar AdosadaSuperfi cie habitable: 180 m2

Número de personas: 4Zona Climática según CTE: 2Composición: Salón, Comedor, Dormitorios (4), Baños (3)

EL PROYECTO

CERTIFICADO ENERGETICO CLASE A

Emitido por: Institut Català de la Energya (ICAEN)Fecha: Febrero 2009Programa: CALENER VIPConsumo de energía: 13.794,48 kWh/añoAnual: 59,50 kWh/m2Emisiones CO2: 1.576,51 kgCO2/añoAnual: 6,80 kg/CO2/m2

ENVOLVENTE DEL EDIFICIO

Fachada Norte: ventilada con aislamiento poliesti-reno extruido 60 mm (exterior) y lana mineral de 40 mm (interior), evitando los puentes térmicos.Fachadas (otras): protección con monocapa sobre aislamiento de poliestireno expandido 50 mm (ex-terior) y lana mineral de 40 mm (interior).Paredes interiores; todas las paredes divisorias son tipo trasdosado de placa de yeso laminado (construcción en seco) con aislamiento de lana mi-neral de 40 mm.Cubierta: invertida plana transitable con acabado cerámico espesor total 65 cm compuesta por: pa-vimento de dos capas de baldosa cerámica; cha-pa de hormigón 5 cm; aislamiento de poliestireno extruido 80 mm; lamina separadora de geotextil;



lamina impermeable asfáltica LBM-40; chapa de hormigón aligerado de 7 a 13 cm; forjado unidirec-cional semi-resistente 23 cm; aislamiento de lana mineral de 40 mm; cámara de aire no ventilada 16,5 cm; Falso techo de placas de yeso laminado 12,5 mm.Suelo: solera formada por las siguientes capas: grava de 15 cm de espesor sobre el terreno sa-neado; lamina de polietileno; chapa de hormigon de 10 cm de espesor; losa de cimentación de hor-migón armada con retracción moderada de 40 cm de espesor; mineralizador; aislamiento de poliesti-reno extruido 120 mm; sistema de suelo radiante-refrescante (ver punto suelo radiante) PUERTAS Y VENTANASPuertas / Ventanas: Aluminio de perfi l oculto, con rotura de puente térmico, oscilante 26/20 dBa; U = 1,6(w/m2k); sustitución de las juntas de felpa por EPDM (Etileno-propileno)Cristales: Doble Acristalamiento; SGG Climalit plus SAFE con Planistar, 44,1/16/44,1, formado por vidrio bajo emisivo, sobre laminar STADIP; U = 1,4(w/m2k); g = 0,40Persianas: Plegables de aluminio, de lama ancha orientable, permite el paso de luz con una mínima radiación solar. Cajón de la persiana: registro exterior e inferior, aislamiento de lana mineral 80 mm.

BOMBA DE CALOR GEOTÉRMICA

Usos: calefacción; ACS; calentamiento de piscina. Equipo: Magna Geo SD 06 BM, con acumulador ACSPotencia térmica: 6 kWPotencia absorbida: 1,4 kW (monofásica)Dimensiones: 1800 x 600 x 900 mmCaracterísticas: bombas de recirculación en circuito primario y secundario; compresor scroll; control de equilibrado energético con sonda de temperatura ex-terior y pantalla de información gráfi ca; resistencia eléctrica de apoyo ajustable 2/4 kW; interacumula-dor para ACS de 175 litros en acero inoxidableTemperatura agua calefacción: 25 / 620C (min./máx.)Temperatura ACS: 550C / 750C (sin / con apoyo eléctri-co)Kit calor / frío:Usos: Refrigeración (pasiva y activa)Permite la generación de agua fría para refrigeración de la vivienda. De forma simultánea –y gratuita- se produ-ce agua caliente para ACS y calentamiento de piscina.Incluye control para kit calor y frío.



SUELO RADIANTE

Usos: calefacción (invierno) y refrigeración (verano)Plancha aislamiento y fi jación del tubo: Poliestireno expandido, 25 mm base, alta densidad 50 kg/m3.Tubo: PE-Xa 16 mm, con barrera contra la difu-sión O2.Mortero: autonivelante, espesor 30 mm. Recubrimiento: pavimento de piedra natural 3 cm.

VENTILACION MECÁNICA CONTROLADA

Equipo: DF DUOLIX SIBER. 2 unidades.Usos: ventilación permanente de la vivienda, para mantener la calidad del aire según el CTE / HS3.Características: Central de doble fl ujo para vivienda individual; 2-3 baños; regulación por potenciómetro del caudal (105 a 165 m3/h); fi ltrado de aire exterior; intercambiador entálpico de calor.

SISTEMA DE MONITORIZACIÓN

Equipo: SAVERIS TESTOUso: Medición y registro de datosDatos: temperatura de aire (interior/exterior); hu-medad relativa del aire (interior/exterior); tempe-ratura radiante (suelo, paredes); temperatura de agua en circuito primario BCG / sonda geotérmica (impulsión, retorno); temperatura de agua circuito secundario BCG/SRR (impulsión/ retorno), tempera-turas dentro de suelo radiante (4 sondas). ■

ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

USO: Producción de ACSColector solar plano SRV 2.3; 2 unidades; Vertical; 2,33 m2.Acumulador ACS: 200 litros.Accesorios: Grupo hidráulico; control; vaso expan-sión; purgador; soportes.



E


La forma universalmente aceptada para preparar a.c.s. en una vivienda o cale-factarla es aprovechar el calor liberado en la combustión de un combustible

para poder elevar la temperatura del agua de consumo o el agua del circuito primario que a su vez disipa su calor por medio de radiadores distribuidos en dicha vivienda. Por tanto, la forma convencional de obtener servicio de a.c.s. y calefacción es contar con un calentador de agua a gas o caldera mixta de gas o gasóleo. También podemos contar con otras fuentes de energía, la energía eléc-trica, que aprovecha el efecto Joule calentan-do una resistencia, o utilizar la energía solar térmica, que nos permite obtener el mismo servicio sin emisiones de gases quemados a la atmósfera.En este artículo técnico nos centraremos en el calentamiento a través de la combustión de un hidrocarburo y profundizaremos en cómo podremos aumentar el rendimiento de la combustión para el mismo nivel de confort y demanda térmica, reduciendo las emisio-nes de CO2, trataremos de la tecnología de condensación. Una tecnología de condensa-ción que no es nueva y que aplicada a siste-mas de calentamiento de a.c.s. y calefacción como apoyo a la energía solar supone un fuerte compromiso medioambiental al neu-tralizar los efectos del calentamiento global del planeta por concentraciones de CO2 at-mosféricas.Los combustibles utilizados por los genera-dores de calor reciben el nombre genérico de hidrocarburos. Los elementos fundamen-tales de estos hidrocarburos son el carbono (C) y el hidrógeno (H2) que, al combinarse

con el oxígeno del aire (O2), generan una reacción de oxidación que desprende calor. La cantidad de calor desprendida en dicha reacción dependerá de la riqueza en carbono del combustible y del estado de agregación del mismo (sólido, líquido o gaseoso); gene-ralmente, a mayor contenido en carbono y estado de agregación más ligero, más ener-gía desprendida. Además de esta energía ca-lorífi ca, en la reacción se generan una serie de compuestos.

Componentes de los gases de combustiónLos combustibles sólidos y líquidos están formados por cadenas más o menos largas de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, vapor de agua y azufre. Los combustibles gaseosos son una mezcla de gases combus-tibles (metano, propano o butano) y otros no combustibles.Una primera aproximación a la combustión de un gas (CnH2n+2) vendría expresada por la siguiente reacción no ajustada:

N2+CnH2n+2+O2➝N2+NO2+CO2+CO+H2O+O2+energía Los gases procedentes de la combustión del gas en el interior de una caldera individual o colectiva es un problema para el entorno de la vivienda donde están instaladas en cuanto al deterioro del aire ambiente que podemos utilizar para ventilar nuestros hogares. El Reglamento Técnico de Distribución y Uti-lización de Combustibles Gaseosos y sus ins-trucciones técnicas complementarias (ITC´s) recogido en el R.D. 919/2006 regula las características que deben de reunir las ins-

artícu

LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DEL GENERADOR DE CALOR Y LA TECNOLOGÍA DE CONDENSACIÓN


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por Manuel RuizResponsable de formación y soporte técnico Bosch Termotecnia



talaciones de gas en las viviendas, en concreto la norma UNE 60670 establece las condiciones y dimensiones en los trazados de evacuación de gases y admisión de aire por la cubierta del edi-fi cio y por sus fachadas.El nuevo Reglamento de instalaciones Térmicas en Edifi cios (RITE) contenido en el R.D. 1751/2007 de 20 de julio apuesta decididamente por la ex-pulsión de gases a la cubierta de los edifi cios en instalaciones de edifi cios multivivienda tan-to para calderas colectivas como individuales. El objetivo es ganar en salubridad a la hora de ventilar nuestras viviendas por la fachada del edifi cio. A continuación vamos a ver cuáles son los pro-ductos de la combustión de un combustible lí-quido o gaseoso:

• Nitrógeno (N2): El nitrógeno es el principal componente del aire que respiramos; de he-cho sirve para diluir el oxígeno, pues de no ser así, éste nos quemaría los pulmones. El ni-trógeno es un gas inodoro, incoloro e insípido que entra en la caldera y sale por la chimenea sin intervenir en la reacción, pero sí robando calor de la combustión y por tanto reduciendo su rendimiento. La concentración de nitrógeno (N2) en los gases de combustión suele estar entre el 78% y el 80%, para cualquier tipo de combustible.• Vapor de agua (H2O): Todos los combusti-bles están compuestos, en mayor o menor medida por hidrógeno (H2). Este gas, muy vo-látil, reacciona con el oxígeno del aire produ-ciendo humedad en los gases de combustión si la temperatura de humos es elevada o pro-duciendo condensados si la temperatura de humos es baja.• Oxígeno (O2): El oxígeno en exceso que no reacciona en la combustión sale caliente por la chimenea y se emplea para medir la pérdi-da de rendimiento. Los valores habituales de O2 en los gases de combustión oscilan entre un 2% y un 6%, tanto para gas como para gasóleo.• Dióxido de carbono (CO2): El dióxido de car-bono es un gas inodoro e incoloro de gran importancia en la Naturaleza. Mediante la luz solar, las plantas convierten el CO2 en oxí-geno, mientras que los animales, al respirar, efectúan la reacción contraria. Los gases de combustión han roto el equilibrio que hasta ahora existía en la Naturaleza y el CO2 inter-viene acelerando el efecto invernadero. Así, dicho gas se queda en las capas altas de la atmósfera dejando entrar la radiación solar

pero impidiendo que ésta, al refl ejarse en la superfi cie terrestre, salga de nuevo al espa-cio. La consecuencia es un incremento de la temperatura media de la Tierra y la alteración del clima.La concentración de dióxido de carbono (CO2) en los gases de combustión es de 12,5-14% para gasoil y 8-11% para gas.• Monóxido de carbono (CO): El monóxido de carbono es un gas incoloro e inodoro, muy venenoso, que resulta de una combustión in-completa. En este sentido, resulta muy útil co-nocer el valor de CO corregido; éste se defi ne como el CO obtenido sin tener en cuenta el exceso de aire en la combustión. Los valores de CO admisibles en la combus-tión de un aparato a gas son los siguientes:- en ambiente, inferior a 15 ppm;- en chimenea, inferior a 400 ppm.Cuanto más reducida sea la concentración de CO en los gases de combustión, más completa será ésta y por tanto mayor será el rendimien-to del aparato.• Óxidos de nitrógeno (NOx): Gracias a las altas temperaturas generadas en la combus-tión, parte del nitrógeno y del oxígeno del aire se combinan entre sí para dar, en sucesivas oxidaciones, dióxido de nitrógeno (NO2). Este último se combina a su vez con el vapor de agua y genera ácidos que, al precipitar, provo-ca el fenómeno de la lluvia ácida, destruyendo el medio ambiente. La medición de óxidos de nitrógeno no es tenida en cuenta, por el mo-mento, en aparatos de gas o gasóleo de pe-queña potencia. La idea de reducir los índices de óxidos de nitrógeno en las calderas con-vencionales ha llevado a clasifi carlas según su grado de emisión de estas partículas. En la norma europea EN 297 se clasifi can estas emisiones de los quemadores en:

Emisiones Clase 1 Clase 2 Clase 3 Clase 4 Clase 5

mg/kWh > 260 200 150 100 < 70

Emisiones de NOx

Así, según la clasifi cación anterior, las calderas con Clase 5 de emisión de NOx son las más limpias, las que emiten menos de 70 mg/kWh. En el mercado existen calderas con niveles de emisión de NOx bajos tanto en versiones de cal-deras a baja temperatura o en versiones de con-densación, aunque no quiere decir que todas las calderas de condensación tienen garantizado la clase 5 de NOx.



En el nuevo RITE en caso de evacuación de ga-ses de calderas individuales por fachada en edi-fi cios colectivos de viviendas, dichas calderas in-dividuales podrán ser únicamente de Clase 5 de emisiones de NOx. Los calentadores de cámara abierta de potencia útil superior a 24,4 kW no podrán efectuar su salida a fachada en edifi cios multivivienda. Las calderas colectivas, siempre a cubierta. En el caso de viviendas unifamiliares se podrá realizar la salida a fachada en caso de generado-res de calor individuales.Dióxido de azufre (SO2): El dióxido de azufre se genera por la oxidación del azufre contenido en el combustible; cuando se combina con vapor de agua da lugar a ácido sulfúrico (H2SO4) que, al condensar, precipita y daña el interior del ge-nerador de calor. Este hecho es especialmente preocupante en calderas de gasóleo, cuyo conte-nido en azufre es sensiblemente superior al que pueda tener un gas combustible.

Tipos de combustiónEn la combustión de un hidrocarburo gaseoso hacen falta, además del gas combustible, un elemento comburente que reaccione con él, el oxígeno del aire (O2), y una fuente térmica inicial que provoque la combustión. La fuente térmica inicial que origina el encendido del piloto o el quemador en los aparatos de ionización es el to-rrente de chispas. La combustión es una reacción química muy exotérmica, es decir, que despide gran cantidad de energía que nosotros aprove-chamos, en nuestro caso, para calentar el agua que circula por un serpentín de cobre.En la combustión intervienen dos elementos, oxígeno (contenido en el aire en un 21%) y un hidrocarburo (CnH2n+2), gas natural, butano o pro-pano. Como producto de esta reacción química se obtienen fundamentalmente dos gases, dióxi-do de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O). A esta combustión se la llama perfecta o estequio-métrica. Normalmente las reacciones de combus-tión no son perfectas; siempre existe un exceso de aire y parte de la energía generada se gasta en calentar ese exceso de aire. Puede ocurrir que por el contrario la combustión tenga un defecto de aire; en esos casos se produce monóxido de carbono (CO) y hollín, generando humo de color oscuro.En la práctica siempre procuraremos contar con exceso de aire para oxidar (quemar) totalmente el hidrocarburo. Para saber la proporción entre el aire real de combustión y el teórico estequio-métrico se emplea un parámetro llamado tasa de aireación (n). Así, para:

n=1, combustión estequiométrica,n>1, combustión con exceso de aire, que para combustibles gaseosos oscila entre 1,1 y 1,4,n<1, combustión con defecto de aire.

En un quemador por lo tanto es muy importante tener ajustado el caudal de hidrocarburo que se quema y la cantidad de aire necesario para la combustión, oxidación. Es primordial la compro-bación de que el quemador no produce CO ni un exceso de CO2.Esquemáticamente podríamos representar los distintos tipos de reacciones de combustión de la siguiente manera:

Los valores de concentraciones de productos de la combustión que se consideran normales en la reacción con exceso de aire, que son las que normalmente se presentan en el hogar de una caldera, pueden ser los siguientes:

Control de la combustiónEl nuevo RITE establece que la revisión del esta-do de los conductos de evacuación de calderas debe de realizarse cada año en caso de poten-cias inferiores a 70 kW y para potencias supe-riores, 2 veces al año. Las inspecciones de los generadores de calor que utilicen combustibles gaseosos se efectuarán cada 5 años para poten-cias de entre 20 y 70 kW, para más de 70 kW, cada 4 años.Para las comprobaciones del estado del gene-rador y en concreto de la combustión debemos medir ciertos parámetros que nos darán idea de la calidad en la combustión, del nivel de conta-minación o emisión de gases perjudiciales a la atmósfera.Para realizar el control de la combustión de un aparato de gas tendremos en cuenta los siguien-tes factores: las condiciones del local (ventila-



ción, potencia de extractores de humos de coci-nas, …) y las condiciones del aparato (rampas de quemador limpias, intercambiador de calor sin restos de inquemados, estanquidad de los tubos de evacuación,…).En el RITE en su IT 3 de Mantenimiento y uso se incluye un programa de gestión energética con-tenido en el “Manual de Uso y Mantenimiento” de la instalación basado en las operaciones de mantenimiento y mediciones a realizar y registrar en generadores de calor que utilizan combusti-bles convencionales. Así recogemos la siguiente tabla de acciones preventivas con su periodici-dad, estableciendo los controles de CO y CO2 en la combustión de calderas individuales inferiores a 70 kW de forma bianual.

te (pasados unos cinco minutos del inicio de la prueba y cuando la máquina está a 60 o 700C).c) Valores límite. Cada Comunidad Autónoma puede fi jar los niveles de emisión de CO, así, en el caso de la Comunidad de Madrid, según la orden 2910/1995 del 11 de diciembre, Bole-tín de la Comunidad de Madrid nº 303 de 21 de diciembre de 1995, la cantidad de CO co-rregido o no disuelto no debe pasar de 0,1% o 1000 ppm en chimenea.

La compañía suministradora puede precintar los aparatos cuando se superan las 800 ppm. Se re-comienda realizar una revisión del aparato cuan-do se superan las 400 ppm en chimenea.

Temperatura o presión del fl uido portador en entrada Cada 2 años Cada 3 meses Cada mesy salida del generador de calor

Temperatura ambiente del local o sala de máquinas Cada 2 años Cada 3 meses Cada mes

Temperatura de los gases de combustión Cada 2 años Cada 3 meses Cada mes

Contenido de CO y CO2 en los productos Cada 2 años Cada 3 meses Cada mesde combustión

Índices de opacidad en los humos de combustibles Cada 2 años Cada 3 meses Cada messólidos o líquidos y de contenido de partículas sólidas en sólidos

Tiro en caja de humos de la caldera Cada 2 años Cada 3 meses Cada mes

Medidas en generadores de calor Periodicidad

20 < P < 70 kW 70 < P < 1000 kW P > 1000 kW

Previamente a la medición de los productos de la combustión se puede comprobar de manera visual la calidad de la llama. Una buena combus-tión se corresponde con llamas fi rmes y azuladas de igual longitud; una mala combustión se co-rresponde con llamas desiguales, fl ácidas o se-paradas del quemador y brillantes con rebordes rojos o amarillentos. La medición se realiza poniendo el interruptor de ajuste de gas al máximo en calderas murales y trabajando a máxima potencia y máximo caudal en calentadores. Una vez hecho esto tenemos que conocer:

a) Punto de medición. Éste varía según la empresa mantenedora pero habitualmente se toma la muestra en la embocadura de la sa-lida del aparato al conducto de evacuación, en la parte central, donde los gases están a mayor temperatura.b) Momento de la medición. En el momento del arranque se generan altas concentraciones de CO; por eso la medición debe realizarse cuando el aparato está en régimen permanen-

En este ejemplo vemos tres análisis de combus-tión efectuadas a una caldera mixta atmosférica de 24 kW (20.000 kcalh) para un caudal de a.c.s. constante a 10 l/min y a tres niveles de potencia distintos: mínima, media y máxima.

A la vista de los resultados obtenidos, podemos sacar las siguientes conclusiones:

1. Conforme aumenta la potencia del aparato, se incrementa la temperatura de humos.2. En estas condiciones, el exceso de aire en



la mezcla se reduce puesto que hay mayor cantidad de combustible a quemar. Lógica-mente, aumentan las concentraciones de CO2 y CO, aunque siempre por debajo de los valo-res límites admisibles.3. Las emisiones de CO2 varían siendo meno-res, como es de esperar, para menor potencia desarrollada en el quemador, menor cantidad de hidrocarburo quemado.4. La variación del rendimiento de la combus-tión varía también en función de la potencia, siendo menor a menor potencia. Este efecto en calderas estancas se puede aminorar con-tando con una gestión de la cantidad de aire para la combustión proporcional a la cantidad de gas que se quema, contando con ventila-dores de velocidad variable.

En defi nitiva podemos concluir que siempre de-bemos de contar con quemadores ajustados para mejorar el rendimiento, y sobre todo las emisio-nes de CO, pero que no contaremos con una mejora sustancial de dicho rendimiento. Incluso con quemadores a baja temperatura no tendre-mos mejoras notables de rendimiento, aunque sí de emisiones de NOx. Debemos pensar en un nuevo planteamiento pues la tecnología de la combustión convencional ya la hemos agotado. Pensemos en la mejora del rendimiento aprove-chando la potencialidad de los productos de la combustión, aprovechemos la energía del vapor de agua procedente de la combustión al pasar a estado líquido, al condensar.

El rendimiento de la combustiónLa mayor preocupación para todos nosotros como usuarios fi nales de un generador que uti-liza una fuente de energía convencional, y más si toca nuestro bolsillo, es el consumo de gas o gasóleo, la cantidad de combustible necesario para la combustión. Para comprobar el consumo de combustible de un aparato a gas habrá que defi nir primero una serie de conceptos:

Consumo es la cantidad de fl uido (combusti-ble o comburente) que pasa por una conduc-ción en un tiempo determinado.Potencia es la energía aportada por una má-quina en la unidad de tiempo. El generador de calor será tanto más potente cuanto menos tiempo emplee en conseguir calentar el agua en su interior hasta la temperatura prevista. La unidad de medida es el kilowatio (kW), aunque también se utilizan mucho las kcal/h.

1kW = 860 kcal/h = 3600 kJ/h

Consumo calorífi co, Gasto o Carga Calorífi ca (Qi) es la potencia que desarrolla el aparato combustible al ser quemado. Está dado por el producto entre el consumo de combustible y el Poder Calorífi co del combustible. Preci-samente, para expresar este concepto echa-mos mano del Poder Calorífi co Inferior (PCI), ya que la temperatura de salida de gases de una caldera o un calentador convencional es siempre superior a 1000C. Por encima de esta temperatura y en condiciones normales de presión atmosférica, todo el agua se encuen-tra en estado de vapor.

Qi = c • PCI

Siendo c: Consumo de combustible en m3/h o kg/h.PCI: Poder calorífi co inferior en kcal/m3 o kcal/kg.

Densidad relativa es la relación entre la masa de un cuerpo y la de otro tomado como refe-rencia, considerando el mismo volumen. Para sólidos y líquidos, es el cociente obtenido en-tre su masa en volumen y la masa en volumen del agua, que es 1000 kg/m3.Para los gases es el cociente obtenido entre la masa en volumen de dicho gas y la masa en volumen del aire. Por ejemplo, el propano en fase gaseosa tiene una masa en volumen aproxi-mada de 2,1 kg/m3 y la del aire es de 1,3 kg/m3; por tanto, su densidad relativa será:

2,1 / 1,3 = 1,62

Calor latente de vaporización es la cantidad de calor necesaria para vaporizar el H2O producido en la combustión y en su caso, el mismo calor que desprende el agua al pasar a estado líquido aprovechado en la tecnología de condensación. Se expresa en kWh por unidad de cantidad de agua (m3 o kg). Es este calor que podemos to-davía extraer al vapor de agua antes de salir de la caldera la que podemos aprovechar para mejorar el rendimiento. La manera de enfriar los gases de salida es hacerlos transferir su calor al retorno de calefacción, así calentamos éstos y podemos provocar la condensación de los ga-ses, es el principio básico de la condensación.Poder Calorífi co Inferior (PCI) es la energía desprendida en la combustión completa de la unidad de masa o de volumen de un combus-tible considerando que todo el agua que se ha producido en el proceso se encuentra en estado de vapor.



Poder Calorífi co Superior (PCS) es la energía desprendida en la combustión completa de la unidad de masa o de volumen de un combus-tible considerando que todo el agua que se ha producido durante el proceso se encuentra en estado líquido (condensado). Es igual al PCI más el calor latente de vaporización del agua. Los valores de poderes calorífi cos y de densidades para los gases combustibles más comunes son:

Potencia útil (Pu) es la potencia que desarro-lla el aparato traducida en calentamiento del agua que circula por su serpentín. Se expresa mediante la siguiente fórmula:

Pu = Cp • Q • ΔT

Siendo Pu: Potencia útil en kcal/h o kcal/min.Cp: Capacidad calorífi ca del agua, que es 1 kcal/l 0CQ: Caudal de agua máximo del aparato en litros/hora o litros/min.ΔT: Salto térmico mínimo del agua que pasa para elevar su potencia de 10 a 35°C (ΔT = 250C)

Rendimiento (R) es la relación entre la potencia útil que obtenemos al calentar agua y la carga desarrollada por el gas al quemarse. Multiplica-do por 100 podremos expresarlo en %.

R= Pu/Q

Nunca encontraremos una caldera convencional con rendimientos del 100%, debemos considerar la pérdida por los gases que salen a la atmósfera, suma del calor sensible y de inquemados y las pér-didas de calor superfi cial de la caldera con la sala de calderas o la estancia de la vivienda donde está colocada. Existe una directiva europea denominada EN 92/42 relativa al rendimiento de calderas de 4 a 400 kW de combustible convencional (gas o gasó-leo). Esta normativa marca unos mínimos de rendi-mientos de quemador según la tipología de caldera: estándar, de baja temperatura o condensación. (ver cuadro inferior).La misma EN 92/42 clasifi ca las calderas en función de la carga o régimen de funcionamiento adjudi-cando unas estrellas de rendimiento. (ver cuadro inferior).El RITE prohíbe la instalación en nuestro país de cal-deras dotadas de ∗ a partir de enero de 2010, así como de cualquier tipo de caldera atmosférica (cá-mara de combustión abierta). Asímismo prohíbe la instalación de calderas de clasifi cación de rendimien-to igual o inferior a ** a partir de enero de 2012.A reseñar que la norma europea EN 92/42 está derogada y está en fase de preparación la futura norma llamada EUP (European Using Products) que se recoge en la directiva 32 del 2005 donde se apuesta por defi nir una clasifi cación de los gene-radores de calor según su rendimiento estacional y no por su rendimiento instantáneo como lo hace su predecesora la 92/42.

La tecnología de condensaciónLa tecnología de la condensación aplicada al servicio de calefacción de la vivienda no es novedosa. Ya en Alemania Junkers en 1985 ini-cia la comercialización de la primera caldera individual de condensación, caldera que ya aprovechaba la energía liberada por el vapor de agua contenido en los gases procedentes de la combustión al pasar a estado líquido.

Estándar 70 84 + 2 log Qn > 50 80 + 3 log Qn

Baja temperatura 70 87,5 + 1,5 log Qn 40 87,5 + 1,5 log Qn

Condensación 70 91 + log Qn 30 (tra. Retorno) 97 + log Qn

Tipo de caldera Carga nominal (Qn) Carga parcial (30%)

Tra. Media del agua Rendimiento mínimo Tra. Media del agua Rendimiento mínimo

★ > 84 + 2 log Qn > 80 + 3 log Qn

★ ★ > 87 + 2 log Qn > 83 + 3 log Qn

★ ★ ★ > 90 + 2 log Qn > 86 + 2 log Qn

★ ★ ★ ★ > 93 + 2 log Qn > 89 + 2 log Qn

Clasifi cación Carga nominal y tra. Carga parcial al 30% y

Media de 70ºC tra. Media superior a 50ºC



La cantidad de energía no es nada desdeñable, ha-blamos de 540 kcal por litro de agua, que no es más que el calor latente del vapor de agua en sus-pensión contenido en los gases de combustión. Si una caldera de condensación a pleno rendimiento llega a producir 2 litros de condensados en una hora, signifi ca que en esa hora hemos conseguido un aporte energético extra de 2x540 = 1080 kcal. En el diseño de estas calderas se tiene en cuenta un intercambiador interno que comunique térmi-camente el fl uido de retorno de la instalación de calefacción con la salida de gases para provocar que éstos se enfríen y a su vez que el retorno de calefacción aumente su temperatura previo a su en-trada en la cámara de combustión. Las primitivas calderas murales de condensación montaban en el circuito de salida de gases un recuperador externo que conseguía condensar pero los rendimientos no eran los conseguidos hoy en día, ni las emisiones de NOx tan reducidas como el producto actual.La clave de la tecnología de la condensación es conseguir una temperatura de rocío a partir de la cual el vapor de agua de los gases de la combus-tión comienza a condensar, a ahorrar combustible. Esta temperatura de rocío varía según el tipo de gas, el gas natural llega a producir hasta 1,7 l/m3 de gas quemado, es el combustible más propicio para condensación, el gasóleo llega a 1 l/kg.Dependerá del tipo de combustible ya que cuanto mayor sea la cantidad de hidrógeno que hay en el combustible mayor cantidad de vapor de agua, la temperatura de rocío será mayor y se producirá mayor condensación.

La diferencia que existe entre el PCS y PCI es lo que hemos llamado calor latente del vapor de agua que como se puede observar en la tabla inferior vemos que es superior en el caso del gas natural (11 %). Además de las ventajas que tienen las calderas de condensación acerca del aprovechamiento del calor latente existen otras ventajas como son la reducción de las pérdidas por humos y por trans-misión del cuerpo de caldera.

En este gráfi co se ve como partiendo de un total de un 111 % de rendimiento y si compara-mos una caldera de condensación con una de baja de temperatura, vemos como además de ser menor estas pérdidas por condensación, las producidas por los gases de la combustión son menores también. Estas pérdidas son las que se denominan pérdidas por entalpía de los productos de la combustión, es el calor uti-lizado en calentar los humos hasta la tempera-tura por la cual salen por la chimenea. Cuanto más baja sea la temperatura de salida de los gases menos pérdidas se producirán. En una caldera de condensación la temperatura de los gases de combustión se reduce a 30-600C en una caldera de baja temperatura las tempera-turas ascienden de 130 a 1900C.Las calderas de condensación se pueden ins-talar con cualquier tipología de instalación ya sea con radiadores, convectores o suelo ra-diante.En todos los casos vamos a poder conseguir rendimientos superiores que con una caldera convencional si utilizamos un sistema de regu-lación que considere un descenso progresivo de la temperatura que dependa de la tempera-tura ambiente conseguiremos como muestran las fi guras condensación la mayor parte del tiempo de funcionamiento.

Metano (CH4) 8.570 9.530 960 1,11

Gas Natural 9.400 10.410 1.000 1,11

Gas Propano 23.160 25.190 2.303 1,09

Gas Butano 28.700 31.140 2.440 1,08

Gasóleo (Kcal/Kg) 10.200 10.870 670 1,06

PCI Kcal/Nm3 PCS Kcal/Nm3 PCS-PCI Kcal/Nm3 PCS-PCI



En el gráfi co se muestra el funcionamiento de una instalación (línea amarilla), se indica la temperatura de impulsión (línea roja) y retorno de calefacción (línea azul). Si consideramos la temperatura de condensación de los gases de la combustión en torno a los 550C todo régimen de funcionamiento del sistema que esté por de-bajo de esa temperatura producirá condensados en la caldera. En el gráfi co también se muestra que el 95 % del tiempo el sistema esta funcio-nando en condiciones óptimas para condensar aprovechando el calor latente del vapor de agua y obteniendo mayores rendimientos que con una caldera convencional. Si observamos la misma gráfi ca pero simulando un sistema de suelo radiante lo que vemos es que el tiempo en el cual estamos por debajo de esa tem-peratura de rocío es el 100%.

En los ajustes de la caldera de condensa-ción se debe de manipular siempre la ad-misión de aire con el objetivo de que sea el mayor admisible, por lo tanto, el mínimo porcentaje de CO2, manteniendo una pro-porción mínima que garantice desarrollar la potencia esperada del aparato. Esto lleva a mayores proporciones de H2O, así podremos reducir la temperatura de rocío y comenzar a condensar antes, es decir, con menores temperaturas de retorno de calefacción. A medida que se condensa el vapor de agua, disminuye el volumen de dicho vapor en los gases de combustión, esto provoca que la

presión baje y consiguientemente se reduz-ca todavía más la temperatura de rocío de los gases, se seguirá condensando, siempre que la temperatura de gases se mantenga por debajo de la de rocío. Con una tem-peratura de gases de combustión inferior a 500C conseguiremos el mayor aprovecha-miento de la condensación en una caldera preparada para tal efecto.En cuanto a las cantidades de CO2 y CO que debemos de ajustar en la caldera se controlará la entrada de premezcla aire-gas de tal manera que el CO en los gases de combustión estén por debajo de 100 ppm y el nivel de CO2 según el tipo de gas y potencia que desarrolla el aparato de forma orientativa:

Gas natural 9,7 9,2

Propano 11,3 11

Butano 13,4 13,1

Tipo de gas % CO2 a % CO2 a potencia máx. potencia mín.

Efi ciencia energética, energía solar térmica y condensaciónDesde el año 2000, por imperativo de orde-nanzas municipales de algunas localidades españolas, se habla de la obligatoriedad de incorporar una instalación de captación so-lar térmica para la producción de a.c.s. y el calentamiento de piscinas, obligación que reafi rma el Código Técnico de la Edifi ca-ción y extiende a todo el territorio nacional desde su entrada en vigor en septiembre del 2006. Para estos sistemas basados en el aporte energético del sol inexcusablemente nece-sitamos contar con un equipo auxiliar de apoyo, un emisor de calor que aporte la energía necesaria cuando no podamos con-tar con energía sufi ciente como para calen-tar agua de consumo a los niveles de con-fort demandados por el usuario. Si además ese equipo es capaz de propor-cionar servicio de calefacción y lo hace con bajas emisiones contaminantes y altos ren-dimientos, guardaremos una línea coheren-te en el diseño de la instalación al apostar por energías limpias y sistemas térmicos de alto rendimiento. El RD 47/2007 de 31 de enero recoge el procedimiento de Certifi cación Energética



en los Edifi cios con la premisa de alcanzar la máxima efi cien-cia en las viviendas apostan-do por generadores de calor también más efi cientes, es decir, que emitan menos CO2, dotando a dichos edifi cios de una etiqueta ecológica, una etiqueta que indica el grado de compromiso con el medio ambiente.Hoy en día, cuando se habla de efi ciencia energética y la aplicación de energía solar como una instalación térmi-ca más dentro de la vivienda para producir a.c.s., volvemos a plantearnos fi rmemente relanzar la tecno-logía de la condensación, si verdaderamen-te estamos comprometidos con el medio ambiente.

Condensación, una apuesta por el futuro.Para conseguir rendimientos instantáneos al-tos y aprovechar al máximo la condensación, a temperaturas exteriores bajas, es imprescin-dible que los retornos de calefacción se pro-duzcan a baja temperatura para que puedan enfriar los gases de salida y poder aprovechar la energía que ceden los gases al pasar a es-tado líquido, el objetivo es que los gases de

salida estén a no más de 100C por encima del agua de retorno de calefacción. Se reco-miendan estas calderas para trabajar a baja temperatura de ida a la instalación, como aplicaciones de suelo radiante o radiadores con grandes superfi cies de emisión. No obstante, en la mayoría de días en los que trabaja una caldera en nuestro país no contamos con las temperaturas mínimas de proyecto, ni mandamos el agua de primario a radiadores a las temperaturas de cálculo,

trabajamos con temperaturas de ida mucho más bajas, pro-picias para conseguir que se condensen parte de los gases de la combustión y contar con mejores rendimientos que con calderas estándar incluso en instalaciones de radiadores convencionales.Estas mejoras del rendimien-to sumado a los ventiladores modulantes, que consiguen una óptima combustión en el quemador, más la disminución de pérdidas por la carcasa de la caldera al trabajar a meno-res temperaturas y ser equi-

pos más compactos en dimensiones, hacen de estas calderas, comparadas con calderas convencionales, como la mejor opción si con-sideramos la efi ciencia energética y el menor consumo de combustible y a su vez las míni-mas emisiones de CO2 al ambiente.Los amplios rangos de modulación de poten-cia, sus mayores longitudes en la evacuación de gases, la facilidad de instalación de la cal-dera y sus tubos de recuperación de conden-sados y su fácil mantenimiento confi eren a las calderas murales de condensación, frente a calderas convencionales estancas, un futu-ro prometedor a corto y medio plazo cuando el rendimiento es un factor tan importante o más que la propia potencia del generador de calor. No hay que dejar de lado nunca el nivel de confort que exige el usuario, nivel de confort satisfecho plenamente con una caldera mural individual como lo ha demostrado durante las últimas décadas. Usuarios que cada vez exi-gen más cantidad y calidad en el servicio de a.c.s., mas estabilidad de la temperatura de su vivienda, posibilidad de fi jar la temperatu-ra de los locales a calefactor y la temperatura de salida del agua caliente, … el confort de la caldera individual a gas frente a la colectiva, con mejor rendimiento y menos emisiones.Los tiempos cambian y las tendencias del mercado también, sobre todo cuando están impulsadas por las administraciones públicas y cuando conducen mediante la efi ciencia de la combustión a la reducción del efecto inver-nadero en el planeta. Hablamos de calderas con los menores índices de emisión de NOx y con el mayor número de estrellas de rendi-miento del quemador, hablamos de calderas de condensación. ■

Las calderas de condensa-ción se pueden instalar con cualquier tipología de instala-ción, ya sea con radiadores, convectores o suelo radiante

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Introducción

Desde hace años la arquitectura ha variado tanto en su concepción como en su forma de aplicación a las necesidades del merca-do. Ha habido épocas de máxima expresión arquitectónica en nuestro país, marcadas por las tendencias y diseños de arquitectos extranjeros y españoles; todos ellos dota-

dos de una gran imaginación y con muchas ganas de hacer algo diferente.Toda expresión arquitectónica tiene, por otra parte, una repercusión directa en los proyectos de climatización que deben te-ner en cuanta la nueva realidad. Desde el punto de vista meramente práctico para todos los fabricantes de climatización, ha supuesto en primer lugar un reto al tener

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AHORRO ENERGÉTICO EN EQUIPOS DE CLIMATIZACIÓN. UN EJEMPLO TECNOLÓGICO


por Santiago González MarbánDirector Oficina Técnica, Daikin AC SPAIN

VRV, la respuesta en climatización a las propuestas más vanguardistas de la arquitectura actual

Edifi cio representativo de la arquitectura moderna.

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que adaptar los equipos a las nuevas necesi-dades de los edifi cios. Prácticamente nunca, el edifi cio ha estado al servicio de la clima-tización. Siempre hemos tenido que adaptar-nos a las necesidades del diseño.Esto ha supuesto un gran desarrollo de nue-vos sistemas que pudieran dar respuesta a los, en principio, requisitos casi inalcanzables de la arquitectura. La creación de ofi cinas paisaje y aquellas con gran entrada de luz natural, ha sido la ten-dencia a seguir para cualquier promotor. Sin embargo, las nueva pauta del diseño de la arquitectura moderna lleva aparejado un in-cremento considerable de las superfi cies de cristal de los edifi cios. Esto tiene una conse-cuencia inmediata: un aumento de la deman-da de climatización del edifi cio.Además, la necesidad de maximizar el benefi -cio por m2 construido, hace que los espacios dedicados a las instalaciones se reduzcan en aras a conseguir metros para alquilar.Y cómo no, los cambios de implantación y ocupación interior al incorporarse nuevos in-quilinos, exigían una fl exibilidad máxima para cambiar la instalación.

VRV, la respuesta perfecta a los conceptos de arquitectura más vanguardistaEl éxito de los equipos VRV no reside única-mente en sus características técnicas que le confi eren una ventaja para las instalaciones con parcialización de cargas, sino que radica en la capacidad que han tenido las empresas - como Daikin que lleva comercializando es-tos sistemas desde 1982- para ir adaptándo-lo a las diferentes necesidades de cualquier persona que interviniera en el proyecto. Esta “cadena” abarca: desde el promotor hasta el usuario fi nal, pasando por el arquitecto, la constructora, o el instalador así como otros actores principales, sin olvidar aquellos inter-vinientes más actuales como el Project mana-ger o el commissioning. Incluso los nuevos gestores energéticos han hecho que los fabri-cantes adaptemos el producto para responder a cualquier demanda.

Tecnología Inverter, para refrigeración y una calefacción precisa y efi ciente. Ahorros en costes energéticosEl sistema VRV, cuya traducción literal es Volu-men de Refrigerante Variable, es un sistema que permite variar el caudal de refrigerante aportado a las unidades interiores para adaptarse en cada momento a la demanda de cada zona interior.

“La energía más barata, es la que no se consume” con lo que lo mejor es producir exactamen-te lo que se demanda, ni más ni menos.Esta adaptabilidad se produce gracias al sistema inverter que incorporan los sistemas VRV. Funciona mediante una regula-ción de la velocidad de giro de éstos y consecuentemente la cantidad de refrigerante apor-tada.

Edifi cio representativo de la arquitectura tradicional



Cálculo de la efi ciencia energéticaDesde su lanzamiento al mercado, los fabrican-tes que comercializamos este producto hemos defendido la mayor efi ciencia energética de este sistema frente a otros convencionales. El funcionamiento a cargas parciales, la mayor parte del tiempo, permite que el rendimiento es-tacional pueda elevarse por encima del nominal.No pretendemos en este documento realizar una estimación del rendimiento en formato Ex-cel, realizado con los datos teóricos de catálo-go, sino que creemos que la mejor forma de comparar los resultados con otros sistemas es mediante la herramienta que está reconocida a día de hoy para la verifi cación del con-sumo y emisiones de CO2; el programa Calener.

Edifi cio de ofi cinas con sistemas VRV simulado con el programa CalenerPasaremos a analizar un edifi cio de ofi -cinas situado en Madrid, de nueva cons-trucción. Contará con seis plantas sobre rasante destinadas a ofi cinas y dos bajo ella destinadas a garaje.Tiene una superfi cie útil por planta de 1.200 m2 y cada planta se encuentra di-vidida en cuatro ofi cinas independien-tes, con un núcleo de escaleras y ascen-sores que comunican todas las plantas.Lo primero que se debe analizar a la hora de diseñar un edifi cio energéticamente efi ciente es su envolvente. Esto ha de permitir que, tan-to en periodos de invierno como en verano, el edifi cio demande la menor energía para con-seguir unas condiciones de confort adecuadas para sus ocupantes.Es fundamental que su aislamiento sea el co-rrecto. Contrariamente a lo que se piensa, esto no encarece excesivamente su coste ya que si bien la inversión inicial es algo mayor, los cos-

tes de explotación del edifi cio serán menores durante toda la vida útil del mismo.En la actualidad se construye cumpliendo los requisitos mínimos por el Código Técnico de la Edifi cación (CTE), pero hay que tener en cuenta que se marcan “mínimos” y con éstos aunque se mejora bastante la efi ciencia energética de los edifi cios con respecto a la anterior norma-tiva, no se llega a conseguir edifi cios verdade-ramente efi cientes.En este sentido, los coefi cientes tomados en este edifi cio para poder obtener después una buena califi cación energética, vienen recogidos en la siguiente tabla:

Instalación de Climatización

¿Cómo conseguir que el edifi cio sea lo más efi -ciente posible?Cuando se planteó este proyecto se pensó en varios sistemas de climatización llegando a la conclusión de que solo con un sistema de enfriadora condensada por agua o un sistema VRV podrían obtenerse los resultados que se pretendían conseguir.Con la instalación de enfriadora condensada por agua sería necesario disponer de un espa-cio importante en la planta de cubiertas o bien el algunas de las planta sótano destinadas a garaje aparcamiento. Asimismo sería necesa-rio reforzar la estructura en planta de cubierta para instalar una torre de refrigeración.Por otro lado se tendrían que instalar unos gru-pos de bombeo para impulsar el agua tratada hacia las unidades terminales de cada zona y habría que prever patinillos de mayor tamaño. Todo ello iría en detrimento de la superfi cie útil del edifi cio.De la misma manera, en la planta de cubierta no se dispone de excesivo espacio ya que los captadores solares con los que contará la ins-

Edifi cio de Ofi cinas en Madrid.



talación reducen mucho el espacio disponible.Atendiendo a estas premisas arquitectónicas se decide simular, ademas, el sistema VRV de recuperación de calor con la ventaja de que en cubierta, el espacio de utilización es me-nor así como su peso y por otro lado, permite sectorizar la producción con el objetivo de que no dependa toda la instalación de uno o dos equipos de producción.Esta simulación tiene como objetivo compro-bar si el rendimiento de este tipo de equipos puede superar los sistemas convencionales agua/agua.Para la simulación energética del edifi cio se utiliza la única herramienta reconocida en la actualidad Calener-GT.Partiendo de estas premisas, se simula el edi-fi co con los dos sistemas. Como ya comenta-mos, uno de ellos será una enfriadora + cal-dera + torre de refrigeración, como sistemas primarios y como sistemas secundarios se utilizarán unidades terminales tipo fan-coils. Para aportar el aire de ventilación se utilizarán climatizadores con dos baterías, una para frío y otra para calor.

Mediante la simulación energética del edifi cio con el programa se obtiene una califi cación B, con un índice de emisiones de 0,52.

El segundo sistema a simular será con unida-des de Volumen de Refrigerante Variable, VRV con recuperación de calor. Las unidades inte-riores serán de conductos con ventiladores In-verter. Para el aporte de aire exterior se utilizan climatizadores de expansión directa.

Se realiza la introducción de datos en el pro-grama de califi cación energética del sistema VRV.

Esquema del sistema de enfriadora + caldera + torre en CALENER-GT


Esquema del subsistema de VRV en CALENER-GT, correspondiente a equipos autónomos de refrigerante variable.



Los resultados obtenidos son los siguientes:Seguimos con una califi cación B y un índice de emisiones de 0,41:

Con el sistema VRV hemos logrado reducir el consumo energético del edifi cio y, en consecuen-cia, las emisiones de CO2. Pero esto se puede mejorar. Para la simulación del sistema VRV se han utilizado las curvas que existen por defecto en el pro-grama Calener. Estas curvas no muestran el compor-tamiento real de los equipos Daikin ya que es una media del comportamiento de este tipo de equipos cuando se realizó el programa. Con el paso del tiempo, estos sistemas VRV han ido aumentando su rendimiento por lo que su compor-tamiento no debe ser simulado con las curvas que aparecen por defecto en el Calener.Es por ello que se ha desarrollado el trabajo de pa-rametrizar las curvas reales de funcionamiento de los sistemas VRV en sus versiones de condensación por aire y por agua, para poder introducirlos en el soft-ware de califi cación. Así pues, la curva de funciona-miento que introducimos, será la real de los equipos

VRV y por ello se asemejará a lo que en realidad se conseguirá. En este caso, para el edifi cio de ofi cinas del ejemplo, la califi cación que puede obtenerse es A, con un índice de emisiones de 0,36.

El futuro: VRVEl futuro son los sistemas de ahorro energéti-co. En otras palabras, aquellos que permitan reducir el consumo, ofreciendo unas prestacio-nes que puedan satisfacer las demandas de los usuarios.Queda demostrado con el comparativo anterior, cómo este tipo de sistemas permiten adaptar-se a las demandas de los edifi cios, adaptando su capacidad en cada momento.La dirección hacia la que se dirigen los siste-mas VRV es la de aportar una solución comple-ta y fl exible en cualquier proyecto.Es por ello por lo que además de aportar frío, calor o ambos simultáneamente en los edifi -cios mediante unidades terminales, además permite integrar el aire exterior necesario por normativa, dentro de los sistemas VRV.



Soluciones que se creían exclusivas de los siste-mas de agua, como los climatizadores para trata-miento del aire de renovación, pueden realizarse ahora con baterías de expansión directa integra-das dentro de los sistemas VRV.También encontramos cortinas de aire conectadas con sistemas VRV evitando así utilizar calentamien-to por efecto Joule. Los rendimientos estacionales son 5 y 6 veces superiores que con el calentamien-to por resistencias, lo que hace que los periodos de amortización sean bastante reducidos.Y para ser un proveedor de soluciones globales, el Agua Caliente Sanitaria o los sistemas de suelo ra-diante pueden incorporarse en los equipos VRV.

ConclusionesNo existen a priori sistemas que sean válidos para cualquier tipo de edifi cio sino que se debe realizar un estudio de las necesidades del proyecto, para en cada caso asignar el sistema que mejor se adapte a ellas.En este sentido, hemos podido observar cómo un edifi cio de ofi cinas como el expues-to en este estudio (con sistema VRV), ha ob-tenido no sólo mejor califi cación que otros equipados con sistemas convencionales sino que además cumple los requisitos de menor espacio ocupado en el interior del edifi cio y también una mayor parcialización de la pro-ducción al elegir mayor número de unidades exteriores y no acudir a una única produc-ción centralizada.

Es muy importante poder simular los sistemas con las curvas de comportamiento real y no con las que vienen por defecto en los progra-mas de simulación. En este sentido, Daikin ha desarrollado esta labor y ofrece las curvas con las características reales de funcionamiento ya que el funcionamiento de los equipos debido a la continua innovación hace que sea mejor que lo representado por defecto en los pro-gramas de simulación energética.Por todo lo anterior creemos que los sistemas VRV pueden seguir aportando las soluciones de efi ciencia energética necesarias en los di-ferentes proyectos que se desarrollen además de otorgar otras ventajas asociadas a un me-nor espacio ocupado, sistemas de recupera-ción de calor, menores servidumbres o incluso regulación de compresores y ventiladores con tecnología Inverter para la minimización del nivel sonoro.Y cómo no, el respeto por el medio ambiente se traduce en el ahorro de emisiones de CO2 con respecto al sistema convencional.Según los datos del Calener, la diferencia de Kg. de CO2 emitidos por cada metro cuadra-do entre la solución de enfriadoras con torre y caldera y un sistema VRV recuperación de calor de condensación por aire está en 11,6 (37,8-26,2) Kg CO2 /m2 año. Esto supone para el total de superfi cie una minoración en la emisión de 83.520 Kg. CO2 si acudimos a los sistemas VRV. ■



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El objetivo del Proyecto Singular Estra-tégico sobre Arquitectura Bioclimática y Frío Solar (PSE-ARFRISOL) es la ade-cuación de la arquitectura bioclimática

y de la energía solar para el acondiciona-miento térmico de edifi cios como su propio nombre indica. Investigadores del CIEMAT y de las diferentes empresas e instituciones involucradas están analizando y monitori-zando (evaluando en condiciones reales de uso) cinco contenedores – demostradores de investigación, C-DdI (edifi cios de ofi cinas), tanto de nueva planta, como ampliaciones, o a rehabilitar, construidos en cinco lugares

con climatologías diferentes (Almería: Univer-sidad y Plataforma Solar de Almería, Madrid, Soria y Asturias) que serán capaces de aho-rrar de un 80 a un 90 % de la energía con-vencional que precisarían para calefacción y refrigeración.Para conseguir los niveles de ahorro energé-tico en climatización fi jados en el proyecto se han seguido dos líneas de actuación: la primera ha consistido en el uso de una serie de sistemas y estrategias pasivas, basadas exclusivamente en el diseño arquitectónico y constructivo, cuyo objetivo es reducir la energía efectiva que necesita el C-DdI para

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por María del Rosario Heras, Jose Antonio Ferrer, Julio José Pérez, Silvia Soutillo, Cristina San Juan, Jesús Heras

La simulación clave en la optimización de cada prototipo

Unidad de Efi ciencia Energética en la Edifi cación, CIEMAT



conseguir las condiciones de confort, esto es, reducir las cargas debidas a las características energéticas propias del mismo.La segunda línea de actuación agrupa en realidad un conjunto de actuaciones que se han centrado en la optimización de los sistemas activos que deben cubrir la demanda energética del edifi cio, incorporando las estrategias bioclimáticas y los sistemas renovables a los procesos de produc-ción y de climatización. Se estima que el ahorro debido a estas actua-ciones esté distribuido de la siguiente forma: el 60 % en climatización correspondería al correc-to diseño arquitectónico, empleando estrategias bioclimáticas pasivas adaptadas al clima y al lu-gar, mientras que de un 10 % a un 20 % sería resultado del uso de sistemas solares activos. En aquellos edifi cios que cuentan con calderas de biomasa se estima un ahorro adicional de, al menos, un 10 %. Un aspecto que no debe olvidarse es el de con-tar con sistemas de producción modulables que permitan ajustar la producción a la demanda que los sistemas renovables no sean capaces de cubrir, dando prioridad al consumo de energía de fuentes renovables. También es fundamental contar con un sistema de control lo sufi cientemente fl exible y potente para que permita realizar una gestión adecuada de todos estos sistemas, coordinándolos de forma efi caz, e ir adaptando el funcionamiento de la instalación al uso real de la misma.

SIMULACIÓN DE INSTALACIONES DE CONFORT. NUEVOS MODELOS PARA LA INSTALACIÓN DE REFRIGERACIÓN SOLARDurante la fase de proyecto de cada uno de los C-DdI, se ha recurrido a herramientas de simula-ción para la valoración y selección de las actua-ciones anteriormente descritas. En el caso de las instalaciones de frío solar las simulaciones han sido fundamentales a la hora de prever el funcio-namiento de las mismas. Ha sido en esta etapa, en las fases de análisis y desarrollo de mode-los para la simulación de las mismas, donde la Unidad de Efi ciencia Energética en la Edifi cación (UiE3) del CIEMAT ha centrado sus esfuerzos.Para el PSE-ARFRISOL se seleccionaron los equi-pos Climatewell como sistemas de absorción de baja temperatura para la producción de frío a partir de la energía del Sol. Estas máquinas, en contraste con los sistemas de absorción tradi-cionales (BrLi/agua o NH3/agua), son capaces de almacenar la energía en forma de sales cristali-zadas. Cada máquina está compuesta por dos barriles que pueden funcionar alternativamente, uno en carga y otro en descarga (para garantizar

el funcionamiento continuo), pero también pue-den trabajar simultáneamente almacenando la energía procedente del campo solar o cediendo la energía almacenada al edifi cio. El objetivo principal de la investigación llevada a cabo en este caso, se centraba en optimizar la operación del sistema de absorción, com-puesto por varias unidades Climatewell CW10 conectadas en paralelo, con una potencia pico de refrigeración de 20 KW y una capacidad de almacenamiento de energía de 60 Kwh por má-quina. El análisis realizado buscaba optimizar la contribución solar del sistema de absorción a la demanda energética de los edifi cios. A ta-les efectos, se desarrolló un sistema dinámico en el que se ha acoplado el funcionamiento del sistema solar de calefacción y refrigeración con la demanda horaria de los edifi cios. Se han si-mulado los diferentes modos de funcionamiento de cada una de las instalaciones con respecto a las demandas horarias de cada uno de los C-DdI, gracias a lo cual se han obtenido los principales parámetros de funcionamiento de las instalacio-nes, así como el porcentaje de ahorro aportado por la instalación solar a las demandas de cale-facción y refrigeración. Para la simulación del edifi cio y de la instalación de calefacción y frío solar se ha utilizado el programa de simulación energética TRNSYS.Una vez conocida la demanda energética del cada uno de los CDdI y el funcionamiento de las instalaciones solares proyectadas, es posible realizar la evaluación energética global de cada uno de los edifi cios, separando el ahorro debido a las estrategias bioclimáticos y el ahorro debido a la cobertura de la instalación solar.Para obtener estos resultados, se ha seguido la siguiente metodología de investigación:

Cálculo de las demandas de cada C-DdI incorporando las estrategias bioclimáticas del diseño.



Modelización de las unidades CW10 de ab-sorción.

Desarrollo de un entorno de simulación que permita acoplar el campo solar, el sistema de refrigeración solar y la demanda horaria de cada edifi cio.

Modelización de un modelo complejo que incluye el funcionamiento varias máquinas de absorción CW10. Este modelo permite optimi-zar la operación, decidiendo la secuencia de carga y descarga de cada barril en función de la energía solar disponible y de la demanda del edifi cio.

Optimización del funcionamiento global del sistema.

Obtención de los balances energéticos glo-bales respecto a edifi cio de referencia.

EDIFICIOS AL DETALLELos cinco C-DdI son todos singulares y en cada uno de ellos se han aplicado diferentes técnicas solares pasivas y activas adaptadas a la clima-tología específi ca de la zona donde han sido construidos.Como denominador común, estas construcciones tienen una superfi cie aproximada de 1000 m y están diseñadas para uso de ofi cinas. De las me-didas solares pasivas comparten la orientación norte-sur, el aprovechamiento de la inercia tér-mica de los materiales y sistemas constructivos, ganancia directa a través de huecos acristalados e indirecta a través de muros (opacos) y siste-

mas híbridos como invernaderos, fachadas venti-ladas, sombreamientos tanto en cubiertas como en fachadas sur, este y oeste, ventilación cruzada y por chimeneas solares, humectación natural o desecamiento del aire, etc. En cuanto a las medidas solares activas, todos los C-DdI cuentan con un campo de captadores solares planos, cuya producción se utiliza para la producción de agua caliente sanitaria (ACS) y para alimentar los sistemas de calefacción de cada C-DdI; paneles fotovoltaicos cuya energía se utiliza para autoconsumo de la propia instala-ción; máquinas de absorción para la producción de frío. Aunque también se han utilizado otros sistemas novedosos como, por ejemplo, los sis-temas de intercambio energético con el terreno (agua-agua o aire-aire) o el sistema de enfria-miento radioconvectivo, etc.El Centro de Investigaciones en Energía Solar (CIESOL) está ubicado en la Universidad de Alme-ría (UAL), clima mediterráneo, y alberga a inves-tigadores de la propia Universidad y del CIEMAT. El edifi cio cuenta con laboratorios y ofi cinas para el personal docente de la Universidad y una sala polivalente que se utiliza puntualmente para dar conferencias o cursos de master.La ocupación del edifi cio es baja en las ofi cinas y laboratorios, durante el horario laboral de la Universidad. El salón de actos es el único es-pacio que tiene un nivel de ocupación puntual elevado.La demanda energética del edifi cio se controla mediante las siguientes estrategias bioclimáticas

Vista general de las fachadas este y norte.Edifi cio CIESOL.



pasivas, además de las comunes anteriormen-te expuestas: diferenciación de fachadas según orientación, fachadas ventiladas en las orienta-ciones este, sur y oeste; el sombreamiento de huecos y ventanas mediante el retranqueo de los mismos en la fachada; y la instalación de una cu-bierta con doble inclinación, sombreada por los campos solares térmico y fotovoltaico. Además, puede emplearse la ventilación natural cruzada para refrigerar su espacio interior.La ventilación natural se realiza a través de los huecos, mientras que la climatización se realiza mediante un sistema aire-aire basado en fancoils. Estos elementos están conectados a un único cir-

cuito hidráulico que puede ser alimentado desde los captadores solares o desde la máquina de absorción. Cada despacho cuenta con un fancoil de tal forma que el consumo se produce cuando hay una ocupación real del espacio, con el con-siguiente ahorro de energía.La producción de agua caliente cuenta con un sistema de acumulación capaz de absorber los picos de producción y de servir de reserva ener-gética para cubrir posibles demandas en momen-tos de poca radiación. La energía almacenada en los depósitos, o la que viene directamente del campo solar, puede utilizarse en la calefac-ción del edifi cio conectando este circuito con la

Sala de máquinas y laboratorio de frío solar del edifi cio CIESOL.

Campos solares térmico y fotovoltaico. Edifi cio CIESOL.



red de distribución a fancoils del edifi cio; o en la refrigeración del mismo, previo paso por una máquina de absorción encargada de la produc-ción de agua fría. En serie con el campo de captación, antes de la conexión a los puntos de consumo (red de distribución a fancoils y máquina de absor-ción) existe una pequeña caldera que asegura en todo momento que la temperatura del agua es la correcta para ambos procesos (la máqui-na de absorción necesita de unas condiciones mínimas de temperatura en el circuito de en-trada de calor). La bomba de calor se utiliza únicamente para simular cargas en el edifi cio cuando este se encuentra sin ocupación.El C-DdI del Edificio 70 del CIEMAT está des-tinado al grupo de investigación en Biome-dicina del CIEMAT en Madrid (clima conti-nental medio) contando con el equipamiento necesario para dicha actividad: laboratorios, almacenes, despachos y sala de reuniones. Debido a la propia actividad del edificio, las instalaciones de climatización deben asegu-rar una disponibilidad del servicio, al menos para los laboratorios y almacenes, de 24h los 365 días del año. Los espacios situados en la planta baja (despachos, recepción y sala de reuniones) tienen un uso de oficinas, con una ocupación más o menos constante a lo largo del día, quedándose vacíos durante la noche. Esta parte del edificio sería la más

parecida, en cuanto a superficie y uso, al resto de C-DdI.El contenedor cuenta con las siguientes técnicas solares pasivas para controlar la demanda, ade-más de las comunes anteriormente expuestas: fa-chadas ventiladas, acristalamientos selectivos por plantas y orientaciones, así como sombreamientos en fachada sur mediante viseras de vidrio que a la vez soporta la instalación fotovoltaica del edifi cio y, por último, una pérgola metálica en cubierta que sirve al mismo tiempo de sombreamiento y de soporte a los captadores solares térmicos.Los captadores solares térmicos están conecta-dos en series de dos grupos de 3 captadores en paralelo, buscando una temperatura de salida del campo de captación lo mayor posible. El agua caliente obtenida se utiliza para precalen-tar el agua fría de red que entra en la red de re-circulación de ACS del edifi cio. Una mejora que se está llevando a cabo consiste en conectar el circuito primario solar con el circuito de retorno de ACS, de tal forma que desde el aporte solar

Superfi cie 1.070 m2 en total

Frío Solar 1 máquina de absorción- Potencia frigorífi ca 70 kW.

Térmica Captadores solares. - Superfi cie instalada 160 m2

Fotovoltaica Campo solar fotovoltaico. - Potencia instalada 9,3 kWp

Calefacción 1 calderas de gas natural. / Bomba de calor.

FICHA TÉCNICA C-DdI CIESOL

Vista general de las fachadas oeste y sur. Edifi cio ED70.



puedan cubrirse también las pérdidas de calor debidas a la circulación y la acumulación. Una vez cubierta la demanda de ACS se en-vía el agua caliente hacia el intercambiador con el circuito de acumulación, formado por cuatro depósitos en serie, desde los que puede alimentar tanto el circuito primario de calefacción como a las máquinas de absor-ción. La conexión con el circuito primario de calefacción se realiza en una de las ramas de retorno de los circuitos secundarios de distribución (la distribución a UTAs e induc-tores se realiza a cuatro tubos). El sistema de control ajusta la temperatura de salida de este intercambiador, elevando la temperatu-ra del colector del retorno hasta las condi-ciones de impulsión para evitar el arranque de las calderas. De este modo, desde un único punto de conexión, es posible cubrir la demanda de todos los circuitos de consumo

tanto de las UTAs como de los elementos terminales.El agua fría producida en las máquinas de ab-sorción se utiliza únicamente en el circuito de distribución a los inductores de la planta baja. Estos equipos requieren unas condiciones de temperatura menos exigentes que las climati-zadoras (18 ºC frente a 7 ºC) lo que permite prolongar la utilización de la energía almace-nada en las máquinas de absorción. En serie al aporte desde las máquinas de absorción existe una conexión a la producción de agua fría “convencional” que asegura que en todo momento se consiguen las condiciones de impulsión necesarias. La central producción “convencional” consta de dos calderas de gas natural, dotadas de quemadores modulantes, y dos enfriadoras de compresión con cuatro etapas de potencia cada una.Por último, solo queda citar que la instalación también cuenta con un sistema de regulación de iluminación en función del aporte de luz natural.

Paneles solares fotovoltaicos vidrio-vidrio. Fachada sur del Edifi cio ED70.

Grupo de máquinas de absorción. Sala de máquinas de Edifi cio ED70.



El C-DdI de la Fundación Barredo en San Pedro Anés, Siero (Asturias), es el edifi cio sede del Centro de Investigación de Fuegos y Ventilación en Túneles. Se trata de un edifi cio singular que alberga las ofi cinas y el centro de control de los ensayos realizados en el túnel por la fun-dación encargada de la explotación del mismo. Además, el edifi cio cuenta con aulas para la formación a bomberos.Las estrategias pasivas implementadas en este edifi cio son, además de las comunes anterior-mente expuestas: diseño diferenciado de fa-chadas en función de la orientación, el uso del efecto invernadero en los espacios acristalados en orientación sur para el aprovechamiento so-lar en invierno y verano, aislamiento potenciado a norte junto con una reducción del porcentaje de huecos para minimizar las pérdidas de ca-lor, una distribución en plantas estrechas que facilita combatir la elevada humedad relativa mediante la ventilación cruzada de los espacios (controlada mediante ventanas abatibles moto-rizadas), sobrecubiertas de protección solar que tienen el efecto de reducir la ganancia solar en verano, y parasoles en acristalamientos prote-ger de la radiación solar incidente entre el 21 de marzo al 21 de septiembre y permitiendo la ganancia solar a través de huecos acristalados el resto del año.La producción, tanto de calor como de frío, es enteramente renovable. El calor se consigue

mediante el uso de energía solar (instalada en la sobrecubierta orientada al sur) y biomasa, mientras que la producción de frío para clima-tización se consigue mediante máquinas de ab-sorción alimentadas con el agua caliente pro-ducida en los equipos anteriores. La disipación del calor generado en las máquinas de absor-ción se hace en el terreno, mediante una red de tubos enterrados horizontales construidos aprovechando una actuación para la mejora del terreno durante la fase de construcción previa a la cimentación. La climatización de cada zona se realiza me-diante un sistema mixto basado en unidades de tratamiento de aire locales y suelo radiante, tanto para calefacción como para refrigeración. La distribución hasta las unidades de tratamien-to de aire de los locales se realiza a cuatro tu-bos.Durante el inverno, las UTAs utilizan el aire pre-calentado por efecto invernadero acumulado en

Superfi cie 2.047,30 m2 en total

Frío Solar 4 máquinas de absorción.- Potencia total 40-80 kW.

Térmica Captadores solares (TIM).- Superfi cie instalada 180 m2

Fotovoltaica Campo solar fotovoltaico.- Potencia instalada 5.7 kWp

Calefacción 2 calderas de gas natural (170 kW/maq).

Refrigeración 2 enfriadoras agua-aire (200 kW/maq).

FICHA TÉCNICA C-DdI ED 70 CIEMAT

Vista general de Edifi cio de la Fundación Barredo

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la galería y el invernadero, fundamentalmente en invierno, para realizar un calentamiento gra-tuito de las salas de planta primera y segunda. Utilizándose el suelo radiante como un sistema de apoyo y para proporcionar confort a las sa-las.Durante el verano los usuarios de las salas de las plantas primeras y segunda pueden recurrir a ventiladores “habaneros” que consiguen, me-diante la circulación del aire de la propia sala, una sensación de frescor que permite trabajar con consignas de temperatura, para los siste-mas de climatización, más altas en verano con el consiguiente ahorro energético. En esta épo-ca, el sistema de control permite la circulación libre del aire de la galería sur, convirtiéndola en una galería ventilada que disminuyendo el efec-to de la ganancia solar. Cuando es necesario recurrir a las UTAs, éstas utilizan el aire exterior de la fachada norte, no conectada a la galería, para realizar un enfriamiento gratuito de las sa-las siempre que sea posible, utilizando el suelo radiante (que en esta época funciona como sue-lo refrescante alimentado por el agua fría de las máquinas de absorción) como apoyo.Por último, la instalación de captación solar fotovoltaica, situada en vertical en parte de la galería acristalada orientada al sur, tiene una doble función, servir de sombreamiento a las zonas interiores, y producir electricidad para au-toconsumo de la propia instalación.

Detalle de los paneles fotovoltaicos vidrio-vidrio. Edifi cio F.BARREDO.

Instalación de producción de calor mediante caldera de biomasa. Edifi cio F.BARREDO.



El C-DdI el Centro de Control y Accesos del Centro de Desarrollo de Energías Renovables (CEDER) situado en Lubia (Soria), consiste en la rehabi-litación de un edifi cio ya existente. El plantea-miento bioclimático consiste fundamentalmente en protegerse del clima (continental extremo); para ello se recurre a plantas compactas, que en gran medida vienen dadas por el edifi cio exis-tente, pero que se mejoran con la intervención consiguiéndose una superfi cie de fachada algo mas extensa a sur, algo muy adecuado para un clima como el de Soria.La cubierta se protege en su parte más alta con-tra la radiación solar incidente en verano y las pérdidas energéticas por radiación hacia el cielo en invierno, con dos sobrecubiertas en voladizo, libremente ventiladas, orientadas una a norte y otra a sur. Estas sobrecubiertas sirven de sopor-te a los captadores solares térmicos, en el caso de la orientada a sur, y del circuito de emisión a la bóveda celeste en el caso de la orientada a norte. Además, sirven de sombreamiento a los huecos de primera planta, en fachada sur, y son soporte de los parasoles de lamas inclinadas de planta baja, mediante al uso de tirantes de acero. Los parasoles están calculados para proteger de la radiación solar incidente del 21 de marzo al 21 de septiembre, permitiendo la ganancia solar a través de huecos acristalados el resto del año.Para evitar el uso de sistemas activos, se emplea la ventilación cruzada forzada, mediante extrac-tores eólicos situados en el frente sur. La toma

de aire se realizará en la fachada norte a través de los fi ltros húmedos, de manera que se produ-ce una refrigeración adiabática del aire de ven-tilación sin consumo energético y que se puede emplear tanto de día como de noche.La producción de calor y de frío se realiza úni-camente mediante fuentes de energía renovable, energía solar térmica y biomasa para producir calor, y máquinas de absorción de baja tempe-ratura para producir frío. La disipación del calor generado en las máquinas de absorción se hace en el terreno mediante una serie de pozos ver-ticales. La climatización del edifi cio se realiza fundamen-talmente mediante suelo radiante tanto para ca-lefacción como para refrigeración. En los lugares de mayor ocupación puntual (auditorio, comedor, cocina, etc.) la climatización se realiza mediante climatizadores y fancoils, en algunos casos con el suelo radiante como apoyo. La distribución has-

Superfi cie 1.405 m2

Frío Solar 5 máquinas de absorción - Potencia instalada 50-100kw

Térmica Captadores solares - Superfi cie instalada 88 m2

Fotovoltaica Potencia instalada 4.1 kWp - 70 módulos. Instalación a 90º

Calefacción Caldera de biomasa - Potencia 120 kW.

FICHA TÉCNICA C-DdI FUNDACIÓN BARREDO

Vista general de las fachadas este y sur. Edifi cio CEDER.

Doble pérgola para los campos de captadores solares térmicos y paneles radioconvectivos. Cubierta del edifi cio CEDER.



ta estos elementos es a cuatro tubos. También existe la posibilidad de realizar un enfriamiento nocturno de los forjados conectando el suelo ra-diante al campo de paneles radioconvectivos.La instalación de captación solar fotovoltaica, situada sobre los cobertizos de la entrada, se emplea como autoconsumo del C-DdI.

El C-DdI de la PSA-CIEMAT acoge a investigadores de la Plataforma Solar de Almería (PSA), y por tan-to su uso es el de ofi cinas. Dada la climatología propia de la PSA (clima desértico), las técnicas so-lares pasivas empleadas han sido, además de las comunes anteriormente expuestas: diferenciación de fachadas según orientación, iluminación natural

de las circulaciones con galería a norte, inercia tér-mica al exterior para protegerse de la gran diferen-cia de temperatura noche-día, chimeneas solares destinadas a refrigerar en verano el interior de la construcción mediante la ventilac ión natural de las salas, y el sombreamiento de los despachos situa-dos en la fachada sur, mediante retranqueo de la

Instalación solar fotovoltaica. Acceso al edifi cio CEDER.

Superfi cie 1.088 m2

Frío Solar 5 máquinas de absorción - Potencia instalada 50-100kw

Térmica Captadores solares (TIM) - Superfi cie instalada 126 m2

Fotovoltaica Potencia instalada 7.5 kWp

Calefacción 2 Caldera de biomasa - Potencia 100 + 48 kW

FICHA TÉCNICA C-DdI CEDER

Vista general de las fachadas este y sur. Edifi cio PSA.



misma, que sirve de soporte a la instalación solar fotovoltaica, y de la cubierta mediante una doble pérgola metálica que sirve de soporte al campo de captadores solares térmicos y al campo de paneles radioconvectivos. La producción de agua caliente “renovable” se utiliza directamente para la producción de ACS en un interacumulador, la calefacción del edifi cio y para alimentar al grupo de máquinas de absorción de baja temperatura encargadas de la producción de agua fría de climatización. La producción “convencional” consiste en una

bomba de calor reversible (agua-aire) con dos etapas y la distribución hacia los elementos ter-minales es a dos tubos. El sistema de control se encarga de supervisar el nivel de ocupación y la demanda de cada sala para, por un lado decidir en qué modo de funcionamiento (frío o calor) debe estar la producción, y por otro, aprovechando la sectorización de los circuitos de consumo, ajustar el funcionamiento a la de-manda real del edifi cio.El aporte de calor desde la parte renovable al circuito primario de calefacción, que es al que

Doble pérgola para los campos de captadores solares térmicos y paneles radioconvectivos. Cubierta del edifi cio PSA.

Vista de la fachada norte y casetones de entrada de los tubos enterrados. Edifi cio PSA.



están conectados todos los elementos de la instalación, se realiza a través de un intercambiador situado entre los colectores de impulsión y retorno, aunque también existe la posibilidad de conectar directamente la insta-lación solar al circuito de suelo radiante mediante un intercambiador. En cuanto a la instalación de climatización, consiste en un sistema mixto basado en unidades de trata-miento de aire (UTA) e inductores combinados con suelo radiante. El volumen de aire necesario para la ventilación del edifi cio, es pretratado en las UTAs e introducido, tanto en los despachos como en las zonas comunes, a través de los inductores. Durante el invierno la calefacción se realiza fundamen-talmente a través del suelo radiante, apoyado por el aporte de aire “atemperado”, nunca a más de 200C, in-troducido por las UTAs. Mientras que durante el verano, la refrigeración se realiza mediante el aire frío tratado en las UTAs que puede ser localmente subenfriado (según la demanda de cada usuario) recurriendo a la batería de los inductores. En esta época del año, cuando la insta-lación solar alimenta directamente el circuito de suelo radiante, la instalación pasa a funcionar como una ins-talación a cuatro tubos (los dos de los inductores y los dos del suelo radiante).Otras de las técnicas aplicadas a este edifi cio son la uti-lización de conductos subterráneos de aire para el pre-tratamiento térmico del aire primario que se introduce en el edifi cio (disminuyendo el salto térmico que debe cubrir la instalación para llevarlo hasta las condiciones de confort), y el enfriamiento nocturno del forjado, eva-cuando el calor acumulado en el forjado hacia la bóveda celeste, mediante la conexión durante las noches de ve-rano de los paneles radioconvectivos al circuito general de suelo radiante. El edifi cio cuenta con un sistema de regulación de la iluminación que regula las luminarias en función del aporte de luz natural en cada despacho, consumiendo únicamente la energía necesaria para mantener el nivel óptimo de iluminación en la sala. Las zonas comunes y el alumbrado exterior también se controlan mediante detectores de presencia y sensores de luminosidad ex-terior.A continuación, y a modo de ejemplo, se expondrá el trabajo realizado durante la simulación del C-DdI corres-pondiente al Subproyecto 4 construido en la Plataforma Solar de Almería (PSA).

Superfi cie 1.114,96 m2

Frío Solar 4 máquinas de absorción.- Potencia total 40-80 kW.

Térmica Captadores solares (TIM).- Superfi cie instalada 180 m2

Fotovoltaica Potencia instalada 8,1 kWp 108 módulos x 75 Wp. Inclinación 90 º.

Calefacción Bomba de calor – Potencia 100 kw

FICHA TÉCNICA C-DdI PSA CIEMAT



Aplicación de la metodología de simulación al CdDI de la PSALa simulación de sistemas ac-tivos en TRNSYS se realiza mediante la conexión de los diferentes elementos que con-forman la instalación solar (cap-tadores, acumulación, calderas, máquinas de absorción, etc). Estos elementos se conectan entre sí siguiendo el esquema de principio proyectado e in-sertando los controles nece-sarios para que la instalación funcione según lo previsto. La interacción del funciona-miento de los sistemas sola-res activos con las demandas del edifi cio se ha realizado del siguiente modo:

Se han obtenido las demandas mediante las simulaciones del edifi cio incluyendo todas las estra-tegias pasivas diseñadas.

Estas demandas se han impuesto sobre una corriente fluida. Esta co-rriente fluida simula el sistema de distribución de frío y calor en el edi-ficio:

En el caso de deman-das de calefacción, el sentido negativo indica que le robamos energía a la corriente fl uida, de modo que a la salida del

Demanda energética del edifi cio.

Esquema de principio de la instalacion de frio solar. Funcionamiento en modo refrigeración.

Modelo Trnsys de la instalacion de frio solar. Funcionamiento en modo refrigeración.

Cobertura solar durante el verano.



edifi cio el agua vuelve a las instalaciones más fría de como había entrado.

En el caso de demandas de refrigera-ción, las cargas son positivas, de modo que la corriente fluida gana calor, que ha extraído del edificio.

De este modo es posible simular la interacción de instalaciones y edificio en intervalos de tiempo menores que una hora, lo que permite conocer mejor la dinámica de los sistemas e incluso la dinámica de respuesta del edificio.

El perfi l anual de las demandas obtenidas por simulación, para el C-Ddi de la PSA, muestra va-lores máximos de 80 W/m2 en calefacción y refri-geración, lo que para una superfi cie total acon-dicionada de 860 m2 signifi ca una demanda pico de 70 kW. La razón de la estabilidad anual de las demandas se deriva principalmente del buen funcionamiento bioclimático del edifi cio. Las fi -guras anexas muestran el esquema de principio, en modo refrigeración, proyectado para el C-DdI de la PSA, así como el modelo de simulación para TRNSYS. El modelizado de la máquina de absorción CW10 se ha basado en las curvas experimen-tales de efi ciencia de los procesos de carga y descarga de la máquina. Estas curvas aportan la potencia de calefacción o de refrigeración de la máquina en función de la temperatura del agua que retorna de la climatización del edifi cio. Asimismo, también aportan la potencia de carga de la máquina en función de la tem-peratura de retorno del campo solar. La base para realizar el modelizado de cada barril de la máquina de absorción es la misma que la de un tanque de almacenamiento. Para ello, se ha creado una variable interna que representa el nivel de energía acumulado en las sales. Duran-te el proceso de carga, el nivel de la variable de almacenamiento aumenta hasta llegar a su capacidad máxima. En el proceso de descarga

el nivel desciende hasta alcanzar su valor mí-nimo. Cada unidad de absorción Climatewell CW10 puede operar en varias situaciones posibles, en función del estado de carga o descarga de sus dos barriles y si trabajan simultáneamente o al-ternativamente. Cuando el sistema está formado por varias unidades (como es el caso de los C-DdI de ARFRISOL) las posibilidades se multipli-can. Con el fi n de optimizar el funcionamiento de todo el sistema, se ha creado un modelo formado por varias unidades CW10. Este modelo identifi ca el estatus (nivel de energía en carga o descarga) de cada barril y decide la secuencia de funcionamiento de todas las unidades, optimi-zando el valor de la fracción solar obtenido (ver fi gura de fracción solar). La simulación del siste-ma completo, acoplando las demandas horarias del edifi cio con la instalación solar, proporciona el porcentaje de ahorro obtenido por la parte solar activa. Conocida la demanda energética del CDdI PSA y el funcionamiento de la instalación solar proyec-tada, es posible realizar la evaluación energética global, comparando los valores obtenidos en las simulaciones con los del documento E4. Los resultados obtenidos en las simulaciones de la zona de despachos arrojan un valor de un aho-rro esperado de un 95,7 %. Dicho ahorro energético está referido al consu-mo de energía de un edifi cio de ofi cinas tipo tal y como viene refl ejado en el documento E4 (D4) para la zona climática correspondiente. Para cal-cular los porcentajes de ahorro se divide la de-manda D4 en tres partes: la cubierta con energía solar pasiva (Ep), la cubierta con energía solar activa (Ea) y la restante (Er), para la que deben buscarse fuentes alternativas que habitualmente generan CO2.Si denominamos a la demanda simulada del CDdI Dc y a su fracción solar f, cada una de las deman-das anteriores se puede expresar como sigue:

Ep = D4 - Dc

Ea = f • Dc

Er = (1 – f ) Dc

Para obtener un diagrama de sectores que re-presente cada una de estas cantidades bastará con normalizar las anteriores cantidades con res-pecto a D4. En el caso del CDdI PSA el clima de referencia del documento E4 es el de Sevilla, ob-teniendo el siguiente gráfi co tanto para la zona de despachos como para el edifi cio global. ■

Balance energético total del CdDi PSA.



E


Actualmente la efi ciencia energética es una de las principales preocupacio-nes de todos los países,

implicando tanto a administra-ciones como a empresas y ciuda-danos. Coinciden múltiples facto-res económicos-político-sociales, como son: la escasez de recursos naturales, el incremento desafo-rado de la demanda mundial de los países desarrollados y emer-gentes (China, India, Brasil,…), el encarecimiento de los recursos fó-siles (especialmente el petróleo), el com-promiso global con el cambio climático (reducción del nivel de emisiones de CO2

como causante del efecto invernadero), etcétera.Todo ello está motivando compromisos internacionales y nacionales que impul-san gran variedad de actuaciones multi-sectoriales.En el sector de la edifi cación específi ca-mente, destacan el desarrollo de la le-gislación aplicable (Código Técnico de la Edifi cación, nuevo RITE Reglamento de Instalaciones Técnicas de la Edifi cación, Certifi cación Energética de Edifi cios,…), ayudas o subvenciones públicas para re-modelación de edifi cios existentes, inver-sión en desarrollo tecnológico, aplicación de fuentes renovables, etc.Según los datos del IDAE (ver Plan de Ac-ción 2008-2012, de julio 2007), el sector de la edifi cación terciaria, no residencial, representa el 7% del total del consu-mo energético nacional (7.3330 ktep en 2005), con una tasa de crecimiento del 5% anual.

La distribución de consumos ponderados por usos en la edifi cación terciaria es como si-gue:

Es signifi cativo que “entre los tres consu-midores más importantes se llevan el 87%

Fig. 1: Distribución de consumo energético por sectores de edifi cación terciaria (IDAE Plan de Acción 2008-2012, v. julio 2007).

artícu

EFICIENCIA ENERGÉTICA POR IMPLANTACIÓN DE UN SISTEMA DE GESTIÓN CENTRALIZADO


espe

cial

mon

ográ

fi co

Fig. 2: Distribución de consumo ponderado por usos de edifi cación terciaria (IDAE Plan de Acción 2008-2012, v. julio 2007).

por Sergi EsteveDirector de Marketing - Competence Center - SAUTER Ibérica



del consumo de energía del sector: refrigeración (30%), calefacción (29%) e iluminación (28%)”. En la coyuntura actual, en el marco de una crisis global y generalizada, cobra especial relevancia el ajustar los costes operativos aplicando medi-das de efi ciencia energética, tanto para propie-dades públicas como privadas.Para tan exigente tarea, los gestores de los edifi -cios precisan de herramientas apropiadas, como son los Sistemas de Gestión Técnica Centralizada (SGTC) o en inglés “Building Management Sys-tems” (BMS). Hoy en día no es concebible un moderno edifi cio terciario sin SGTC.En el presente artículo se exponen las funcio-nalidades operativas que un SGTC aporta a la gestión segura del edifi cio y se presentan mo-dernas soluciones específi cas para la efi ciencia energética, presentando parámetros en la reduc-ción de consumos alcanzables procedentes de casos reales.

Los 10 principios de la Efi ciencia Energética La efi ciencia energética de un edifi cio no la aporta un producto o servicio concreto, sino que es la resultante de un conjunto de múlti-ples medidas y criterios incorporados a lo lar-go de toda la vida útil de este edifi cio, desde su concepción en fase arquitectura, en el desa-rrollo del proyecto constructivo (tanto de obra civil como de instalaciones electro-mecánicas) y, por supuesto, durante la fase de gestión, que incluye tanto el mantenimiento como la renovación de las instalaciones.Por tanto, es un compromiso que debe impli-car a todos los profesionales de las diferentes especialidades que participan en un edifi co, desde su concepción hasta su demolición, tan-to empresas de servicios como fabricantes de materiales y/o equipos

1. Centralizar y visualizar la información rele-vante de consumos energéticos con las tecno-logías más avanzadas.2. Comparar de forma analítica y crítica, los consumos energéticos con valores de referen-cia internos y externos.3. Evaluar los comportamientos energéticos estáticos y dinámicos de forma personalizada para cada edifi cio y teniendo en cuenta todos los costes durante el ciclo de vida del edifi cio.4. Aplicar las fuentes de energías renovables, considerando los factores ecológicos y econó-micos.5. Minimizar drásticamente las emisiones de CO2 asegurando una protección sostenible del medio ambiente para el futuro.6. Emplear equipos y materiales certifi cados ofi cialmente (eu.bac: “European Building Auto-mation Controls Association”), de rendimientos garantizados, y aplicar soluciones innovadoras técnicamente. 7. Interconectar todas las instalaciones técni-cas del edifi cio, mediante sistemas de automa-tización abiertos y fl exibles. 8. Armonizar las tecnologías de la envolvente del edifi cio, la gestión técnica y la ingeniería de sistemas.9. Implicar a los usuarios hacia un uso respon-sable de las instalaciones, incrementando la sensibilidad por el consumo de energía.10. Asegurar la reducción de los costes de ex-plotación.

El programa de efi ciencia energética ECO10 está perfectamente alineado con las nuevas normati-vas que regulan el sector (RITE, CTE, CEE,…).ECO10 es el programa que asegura el control energético sistemático de las instalaciones de los edifi cios mediante el siguiente proceso:

• Recogida de información (centralización de consumos, comparación con valores estanda-rizados del sector e históricos propios,…).• Análisis de los datos.• Elaboración de conclusiones.• Defi nición de un plan de acción que estable-ce las medidas adecuadas para optimizar la gestión del edifi cio según sus necesidades en cada momento.

Este es el proceso que engloba la Gestión Ener-gética del edifi cio, que asegure la minimización de las emisiones y la reducción de costes opera-tivos del total del edifi cio.

ECO10 de Sauter es el decálogo que describe los 10 principios de efi ciencia energética:



¿Qué es un Sistema de Gestión Técnica Centralizada? Según la publicación “Técnicas de la regulación y gestión de energía en edifi cios” de la Asocia-ción Española de Fabricantes e Importadores de Aparatos y Sistemas para la Automatización de Edifi cios (AFISAE) de 1992:“Denominamos Gestión Técnica Centralizada de Edifi cios, a aquellos sistemas que nos permiten gestionar y supervisar las diferentes instalaciones existentes en un edifi cio de forma integrada para conseguir las condiciones de confort deseadas en cada momento de forma efi ciente y precisa, y que en caso de problemas en las instalaciones, envíen las correspondientes alarmas (o avisos) para que el servicio de mantenimiento tome con-ciencia del problema y actúe adecuadamente”.Por tanto, el SGTC incluye los equipos e instala-ciones de Hardware y Software que confi guran las instalaciones técnicas de un edifi cio: clima-tización, ACS, iluminación, transporte vertical / horizontal, detección de incendios, analizadores de redes, contadores de energía, etc.Un sistema de gestión se estructura en tres ni-veles jerárquicos: Nivel de campo, Nivel de auto-matización y nivel de gestión (ver Fig. 3).

Nivel de Campo: Incluye todos los elementos de medición (sensores de temperatura, humedad relativa, presión, CO2,…) que comunican los va-lores reales al nivel inmediato superior, así como un conjunto de mecanismos (actuadores, ser-vomotores,…) que recibirán las órdenes de este Nivel de Automatización y accionarán convenien-temente los equipos (válvulas, compuertas, va-riadores de frecuencia,…) para la maniobra de la maquinaria electromecánica (calderas, enfria-doras, bombas de distribución, climatizadores, fancoils, etc.).La conexión física de los elementos de campo con sus correspondientes controladores del Nivel de Automatización puede realizarse mediante ca-bleado independiente, vía bus de comunicación o inalámbrica por radiofrecuencia.

Nivel de automatización: Alberga los controlado-res que procesan las señales recibidas de los equipos “pasivos” de campo y, mediante los al-goritmos de control programados, generan las señales de salida que gobiernan los equipos de campo “activos” que actúan sobre los equipos de actuación de las instalaciones. Opcionalmen-

Fig. 3: Estructura jerárquica SGTC

InformesVisualizaciónConfi guración

AlgoritmosAlarmas Información

SondasActuadoresUnidades operativas



te los controladores pueden registrar históricos de las diferentes variables controladas. Estos autómatas se comunican entre sí y con el nivel jerárquico superior - Nivel de Gestión - a través de un bus de comunicaciones.Este bus de comunicaciones consta del medio físico por el que “viaja” la información (bus a dos hilos, red LAN - “Local Area Network” - Ethernet, radiofrecuencia,…) y del protocolo de comunica-ciones, es decir, el “idioma” en el que se comu-nican los controladores entre sí y con el nivel de

gestión. Estos protocolos pueden ser propios de los fabricantes de equipos o Standard de mer-cado (ModBus, M-Bus, LONworks, BACnet, KNX-EYB, DALI, etc.).

Nivel de gestión: En el puesto central se dispone el software SCADA (“Supervisory Control And Data Acquisition”) para la supervisión de control y adqui-sición de datos. Es decir, recoge y almacena los da-tos de los controladores, recibidos por el/los buses de comunicación, y representan la información en forma de listas o en forma gráfi ca en tiempo real.Los programas SCADA son interface (HMI – “Human Machina Interface”) a través del cual el operador de la instalación visualiza los parámetros de la instala-ción, recibe los avisos o alarmas de las incidencias, y modifi ca los parámetros de regulación según las necesidades. Los SGT se instalan en cualquier tipo de edifi cio y son imprescindibles en edifi cios terciarios (hos-pitales, aeropuertos, hoteles, centros comerciales, museos, laboratorios, centros de Procesado de Datos - CPDs, edifi cios de ofi cinas, edifi cios de investigación y educación, etc.). Hoy en día todo tipo de edifi cios de tamaño medio-grande incorpo-ran un SGTC. Para edifi cios residenciales o sector doméstico existen equipos domóticos, escalados a sus necesidades, con los mismos principios de funcionamiento.

Fig. 6: Pantalla de un climatizador Fig. 8: Gráfi co de históricos.

Fig. 7: Listado Alarmas



Sistemas abiertos: Interoperabilidad e in-tegración de subsistemasEl SGTC de un edifi cio debe permitir la gestión coor-dinada de diversas instalaciones para conseguir una mayor efi ciencia energética. Es lo que se denomina INTEGRACION de subsistemas: que desde el mismo SCADA que gobierna el sistema HVAC, también se pueda controlar otras instalaciones técnicas (ilumi-nación, accesos, detección de incendios, etc.).Todos aquellos equipos que comuniquen en un mis-mo protocolo, independientemente del fabricante, podrán intercambiar información entre ellos de for-ma directa, mientras que aquellos equipos que utili-cen protocolos diferentes y / o propietarios deberán utilizar algún elemento intermedio (“gateway”) para poder intercambiar la información.En la actualidad los principales protocolos Stan-dard son: BACnet, LONWorks, TCP/IP, Modbus, Mbus, OPC, KONNEX, DALI, etc.

• BACnet: Es el protocolo standard abierto no propietario más aceptado en USA y de mayor proyección en Europa. Fue desarrollado por la asociación ASHRAE específi camente para el control y automatización de edifi cios.• LONWorks: (Local Operating Networ-ks), con el protocolo LONtalk standard propietario, bajo licencia de la empresa Echelon Corp., fue especialmente desa-rrollado para el control del Nivel de Cam-po (sondas, actuadotes y microcontrola-dores en red).• TCP/IP: (Transmisión Control Protocol / Internet Protocol) Protocolo standard de comunicación entre ordenadores vía Internet.• Modbus: Protocolo de origen industrial desa-rrollado por la empresa Modicon para su gama de PLCs (controladores lógicos programables) y convertido en un protocolo de comunicaciones standard especialmente utilizado para la inte-gración de equipos individuales (variadores de frecuencia, analizadores de redes, etc.).• Mbus: Protocolo Stan-dard (Meter-bus) especial-mente diseñado para la lectura de elementos de medición, tales como con-tadores de energía.• OPC: (OLE for Process Control) Standard de co-municación de bases de datos que permite la in-tercomunicación e inte-gración de sistemas en el Nivel de Gestión.

• KONNEX: KNX-EIB (Konnex – European Ins-tallation Bus) es un standard europeo que garantiza la compatibilidad de los sistemas electrónicos domóticos en edifi cios de los di-ferentes fabricantes.• DALI: (Digital Addressable Lighting Interfa-ce) standard europeo para la comunicación de sistemas de control electrónico de ilumina-ción, desarrollado por los principales fabrican-tes del sector.

Para llevar a cabo una integración directa es necesa-rio utilizar sistemas abiertos de gestión. Se conside-ra “abierto” aquel sistema que es capaz de comuni-car con otro/s sistema/s de forma bidireccional, con o sin presencia de pasarelas externas, o gateways. La integración puede darse a dos niveles: vía proto-colos de comunicación o en el SCADA de gestión.

Sistema abierto vs. Protocolo de comunicación: (Fig. 12) La integración se realiza dentro de un mismo subsistema del edifi cio (HVAC, ilumina-ción,…), pudiendo intercomunicar elementos de diferentes fabricantes.

Sistema abierto vs. Software de Gestión: El soft-ware de gestión abierto nos permitirá la integra-ción de múltiples subsistemas pudiendo cada uno de éstos disponer de un protocolo de comunica-ción en Bus diferente del resto, pues la integra-ción se realiza en cabecera o Nivel de Gestión.

Fig. 12: Sistema abierto vs. Protocolo de comunicación

Fig. 12: Sistema abierto vs. Protocolo de comunicación



La Gestión Técnica Centralizada y la Efi ciencia EnergéticaUn óptimo uso de los SGTC disponibles en los edifi cios permite, en muchos casos sin inversio-nes suplementarias, llevar a cabo una efi ciente gestión energética de las instalaciones. Para ello, es preciso que el equipo gestor o conductor de las instalaciones sea profesional formado en las especialidades técnicas de su responsabilidad (control y regulación, programación, comunica-ciones, electricidad, climatización e hidráulica).Es relevante diferenciar las funciones de gestor o conductor del sistema de las funciones de gestor de mantenimiento, pues son actividades, especialidades y responsabilidades complemen-tarias pero diferentes, con importantes ventajas en el caso de que sean realizadas por diferentes empresas.Diversos estudios estiman que el ahorro ener-gético mínimo que se puede conseguir con un sistema de Gestión Técnica Centralizada está entorno al 15-20 %. ¿Qué medidas se pueden implementar desde el SGTC para mejorar la efi ciencia energética man-teniendo el confort de los usuarios y el correcto funcionamiento de las instalaciones?En promedio los sistemas de climatización (HVAC) e iluminación representan aproximada-mente el 60% del consumo de un edifi cio, por tanto, estos son los que infl uirán en mayor me-dida en la optimización energética global.

Medidas de optimización sobre el sistema de climatización:

• Ajuste de temperaturas de consigna. Di-versos estudios (e.g. “Guía práctica de la energía” IDAE. 2004) confi rman que:

El subir 10C la temperatura de consigna de calefacción representa 5% - 7% de in-cremento de consumo energético.

El reducir 10C la temperatura de consigna de refrigeración representa 8% - 10% de incremento de consumo energético.

• Cambio automático de temperatura de con-signa, de forma que en todo momento se esté climatizando según las necesidades reales.

• Control de apertura de ventanas, interac-tuando sobre la climatización con cambio automático a “temperatura consigna redu-cida” o incluso desconexión del clima por detección de ventana abierta en la zona.

• Programación horaria de las máquinas de producción y distribución (climatizadores, enfriadoras, bombas, etc.) por control zonifi -cado, estacional, ocupacional, de presencia, calendario y horario.

• Control de máquinas en centrales de pro-ducción y distribución (climatizadores, en-friadoras, bombas, etc.) según las necesida-des reales de carga de los edifi cios.

• Integración del control de los sistemas de generación de energías renovables (placas solares térmicas, geotermia,…), cogenera-ción y energías de distrito (“district hea-ting”) dentro del sistema de gestión.

• Gestionar el mando alternativo de máqui-nas enfriadoras y bombas de calor supone un 2% de ahorro energético.

• El control digital de entalpía y humedad en el aire para un freecooling supone un 2% de ahorro energético.

Medidas de optimización sobre el sistema de iluminación:

• Control de persianas o lamas parasoles según la intensidad lumínica exterior, por control zonal, presencial, calendario y hora-rio.

• Control del sistema de iluminación de pa-sillos, zonal por escenas, por detección de presencia, etc.

• Control de iluminación de fachadas y ró-tulos luminosos por intensidad lumínica real exterior.

• Instalación de luminarias de bajo consu-mo y mantenimiento efi ciente.

Con la adopción de estas medidas de op-timización en sistemas de climatización e iluminación y un SGTC se pueden alcan-zar importantes ahorros energéticos po-tenciales:

Climatización (ACS + Calefacción + Refrigeración) 15-20 %

Iluminación 10-20%

Potencial de ahorro por implementación de GTCE

Fig. 18: Ahorro estimado por implementación de CTGE



La organización LONMARK establece unos rangos generales de potencial de ahorro energético se-gún acciones concretas aplicadas a los sistemas de iluminación y climatización:

La gestión de mantenimiento y la efi ciencia energéticaUn correcto mantenimiento es fundamental para conseguir el máximo rendimiento operativo y energético de los equipos e instalaciones elec-tromecánicas, incluidos los elementos de hard-ware y software del SGTC, por lo que conviene llevar a la práctica el Plan de Mantenimiento de forma permanente durante toda la vida útil del edifi cio.Los equipos, con su uso, sufren deterioros, fa-llos, desgastes, bloqueos, pérdida de calibración, fugas o pérdidas, funcionamiento fuera de sus condiciones de diseño,… Todas estas casuísticas repercuten en el consumo energético agregado de los edifi cios.Por tanto, aunque redundante, resulta clarifi ca-dor insistir en que sin un mantenimiento efi caz del SCTC y de todas las instalaciones electro-mecánicas, el rendimiento energético de los edi-fi cios irá disminuyendo, aparecerán problemas operativos, interrupciones de servicio, quejas de los usuarios, sobrecostes y deterioro de la ima-gen del edifi cio. En la Fig. 21 se representa la evolución del valor de las instalaciones de un edifi cio a lo largo de los

años en el caso de que no se realice mantenimiento, se realice un mantenimiento efi -caz o juntamente con éste se lleven a cabo actualizaciones periódicas requeridas por el deterioro de equipos y amor-tización de activos.Genéricamente se diferencian tres tipos de mantenimiento: mantenimiento correctivo, preventivo y predictivo.

• Mantenimiento correctivo: Intervenciones no sistemáticas originadas por la detección de anomalías, reparación o substitución de ele-mentos desgastados o averiados, que compor-ten interrupciones de servicio, funcionamiento fuera de los parámetros deseados o en condi-ciones que puedan generar perjuicios de las instalaciones y usuarios.

• Mantenimiento preventivo: Inspecciones sis-temáticas de equipos e instalaciones para la verifi cación de su correcto funcionamiento, que evitan la aparición de averías e interrupciones de servicio, mantienen su rendimiento operativo y alargan la vida útil.

• Mantenimiento predictivo: Previsión o detec-ción de fallos anticipadamente a su aparición, permitiendo corregir disfunciones sin prejui-cios del servicio. Se utilizan instrumentos de diagnóstico y pruebas no destructivas (p.ej. análisis de lubricantes, termografías de equi-pos eléctricos, etc.).

Un SGTC permite dar información relevante al ges-tor de mantenimiento, tanto para acciones correc-tivas (incidencias de paros, fallos, etc.), como de planifi cación de mantenimiento preventivo (p.ej. fi ltros sucios, temperaturas de consigna incorrec-tas,…), e inclusive aporta datos para un manteni-miento predictivo (p.ej. tiempos de funcionamien-to de equipos como bombas o ventiladores,…).

Fig. 19: % Objetivos de reducción de consumos s/ LONMARK

Fig. 21: Evolución del valor de las instalaciones en función del mantenimiento.



Adicionalmente un SGTC permite comunicarse con un software específi co de gestión de man-tenimiento o GMAO, compartiendo las bases de datos.El mantenimiento correctivo de un SGTC implica generalmente un paro prolongado de las insta-laciones, con los consiguientes perjuicios que dicha interrupción de servicio puede conllevar. Por tanto es especialmente aconsejable llevar a cabo un correcto y continuado mantenimiento preventivo.Para el desarrollo de un correcto mantenimiento correctivo de un edifi cio, es muy recomendable disponer de un stock de seguridad “in situ” de los elementos considerados necesarios, habitua-les y críticos de los equipos electromecánicos, así como un servicio con garantía de cobertura permanente (365 días/año - 24 horas/día). Todo mantenimiento correctivo debe llevarse a cabo de forma rápida y precisa, puesto que en muchos casos están relacionadas con un paro de las ins-talaciones. El SGTC permite informar al gestor de mantenimiento, de forma rápida y concisa, sobre las incidencias ocurridas.Actualmente es posible realizar acciones de man-tenimiento preventivo y predictivo desde el Nivel de Automatización y Nivel de Gestión de un SGTC de forma remota vía Web, es decir, por teleges-tión.Inclusive en el caso de que los equipos e ins-talaciones estuvieran correctamente diseñados y construidos desde el proyecto original, gestiona-dos u operados por profesionales capacitados e inclusive con una gestión de mantenimiento efi -caz, sufren desgastes y deterioros, obsolescencia tecnológica, desfase frente a los requerimientos operativos, cambios de usos, etc. Por tanto es preciso acometer actualizaciones periódicas que garanticen su óptimo y efi ciente comportamien-to. Los cambios tecnológicos son especialmente dinámicos para el hardware y software, intensivo y crítico en este tipo de edifi cios.

ciones de optimización de sistemas integrados e interrelacionados, es recomendable confi ar la conducción de las instalaciones a personal téc-nico especialista, específi camente formado y con experiencia en las áreas de su responsabilidad (control y regulación, programación, comunica-ciones, electricidad, climatización e hidráulica). Es aconsejable segregar y contratar a empresas independientes los servicios de gestión / conduc-ción de los servicios de mantenimiento general. De esta forma la propiedad, pública o privada, dispone de información veraz sobre el estado y comportamiento del edifi cio, a la vez que se con-siguen mayores resultados cualitativos y cuanti-tativos con menores inefi ciencias, designadas las responsabilidades claramente defi nidas.Con la implementación de un SGTC, con climati-zación e iluminación integrados, mas un mante-nimiento efi caz, podemos estimar unas tasas de ahorro potencial recogidas en la Fig. 23.

Climatización (ACS + Calefacción + Refrigeración) 10-20%

Iluminación 10-20%

Potencial de ahorro por mantenimiento adecuado

Fig. 22: Ahorro energético por un mantenimiento efi caz.

En la Figura 22 se evalúan las tasas de ahorro en consumos eléctricos para climatización e ilumi-nación como consecuencia de un mantenimiento efi caz de las instalaciones.Dado el sofi sticado nivel tecnológico de las ins-talaciones de control de los SGTC, y las actua-

Fig. 23: Estimación Potencial Ahorros Energéticos en Climatización e Iluminación.

Climatización (ACS + 15-20 % 10-20% 25-40%Calefacción + Refrigeración)

Iluminación 10-20% 10-20% 20-40%

Potencial de ahorro Implementación Mantenimiento Total ahorro SGTC Efi caz potencial

Por todo lo expuesto, es obvio que sin un man-tenimiento efi caz es inviable conseguir una ges-tión energética efi ciente.

La Gestión Energética en los edifi ciosEl gasto energético de un edifi cio viene determi-nado por muchos factores: tipo y efi ciencia de los sistemas instalados, combustibles suministrados, efi cacia del mantenimiento, las condiciones térmi-cas del edifi cio, el tipo de actividades que se desa-rrollan él, su grado de ocupación y funcionamiento, la dimensión, ubicación geográfi ca, climatología y respuestas constructivas, condicionantes perso-nales (hábitos de los usuarios), envejecimiento o edad del edifi cio y sus instalaciones, etc.

Fig. 24: Proceso de Gestión Energética.



La normativa vigente relativa a la certifi cación energética categoriza los edifi cios en virtud de su rendimiento energético (kWh/año, kWh/m2, kgCO2/año, kgCO2/ m2).Para una metódica aproximación a la Ges-tión Energética se recomienda seguir los siguientes pasos iterativos:

• MEDIR y registrar los consumos ener-géticos por zonas mediante los instru-mentos adecuados.

• INTERPRETAR los datos obtenidos con el Know-How experto y profesional del Gestor Energético.

• CAMBIAR o modifi car las condiciones del sistema de acuerdo con el Plan Ener-gético específi co de cada edifi cio.

• CONTROLAR los resultados obtenidos, com-pararlos con otros edifi cios similares y con valores de referencia (“benchmarking”) para extraer conclusiones.

• Y, posteriormente… volver a MEDIR - INTER-PRETAR - CAMBIAR - CONTROLAR - …. de for-ma iterativa.

El seguimiento de la efi ciencia energética de un edifi cio no es un trabajo puntual, sino que debe realizarse de forma regular y continuada.Actualmente existen módulos de software espe-cífi cos para la gestión energética, integrables en los SGTC con bases de datos compartidas, im-

prescindibles para la gestión energética de los edifi cios.EMS facilita informes temporales (diarios - sema-nales - mensuales - anuales) de los diferentes consumos y equivalencia económica, por centros o zonas; presenta históricos de consumos del mismo edifi cio; extrae ratios (kwh/m2,…); compa-ra ratios con otros edifi cios similares o versus va-lores de referencia y aporta datos normalizados con respecto a las condiciones ambientales.EMS facilita la representación gráfi ca y en tiempo real del comportamiento energético del edifi cio respecto a un valor de referencia (de diseño, promedio del sector, objetivo marcado por direc-ción, etc.). Es por tanto una auditoria energética de los edifi cios permanente y en tiempo real.EMS facilita los históricos de consumos de los edifi cios y comparativas con otros centros si-

milares (“benchmarking”) que permiten evaluar su funcionamiento energético y establecer objetivos de mejora más am-biciosos.Esta herramienta aporta la información de consumos de forma útil y adapta-da para aquellos centros que imputan costes o facturaciones de suministro de servicios por centros de benefi cio o de-partamentos a empresas o profesionales “externos”.Para la conducción y gestión energética de edifi cios es recomendable la labor de un equipo experto, sin embargo éste no es el único implicado. La dirección debe conocer que el pretender la efi ciencia energética requiere de la colaboración de los usuarios, por lo que es recomendable editar guías o carteles con informaciones claras y concisas. ■

Fig. 25: Pantallas EMS (SAUTER 2008).



E


TENDENCIAS Y REQUERIMIENTOS NORMATIVOSEn lo que respecta al ahorro energético en la producción de A.C.S, básicamente po-dríamos pensar en 2 conceptos claves:

◗ caudal de agua a calentar,◗ aprovechamiento del combustible con-sumido en calentar ese caudal,

Por lo tanto, y como fabricantes de apara-tos de producción de agua caliente sani-taria, nos centraremos en cómo intervenir para tener un mejor aprovechamiento del combustible consumido.Como estamos pudiendo comprobar, en el sector de la calefacción - agua caliente sa-nitaria, en toda la nueva normativa apro-bada hay una parte fundamental dedicada a la efi ciencia energética: disminución de partículas contaminantes (básicamente CO2 y NOx) a la atmosfera y ahorro de combustible. Entre estas normativas comentadas, como ejemplo:

◗ el Código Técnico de la Edifi cación con la obligatoriedad de energía solar y la parte de efi ciencia energética, ◗ el R.I.T.E, incidiendo en la obligatorie-dad de calderas mas efi cientes en cuan-to a su rendimiento (en su apartado IT

1.2.4.1.2.1 punto 7, apartado c), indica:Queda prohibida la instalación de cal-deras de las características siguientes, a partir de las fechas que se indican:

a) calderas individuales a gas de me-nos de 70 kW de tipo atmosférico a partir del 1 Enero 2010,b) calderas con un marcado de pres-tación energética según Real Decreto 275/1995, de una estrella a partir del 1 enero 2010,c) calderas con un marcado de pres-tación energética según Real Decreto 275/1995, de dos estrellas a partir del 1 enero 2012,

Actualmente, los requisitos de rendi-miento de calderas alimentadas por combustibles líquidos y gaseosos es-tán establecidos por el Real Decreto 275/1995 (el mencionado en este apar-tado del R.I.T.E), que establece las dis-posiciones de aplicación de la Directiva 92/42 CEE.Dentro de este mismo Real Decreto, y con objeto de clasifi car el rendimiento de cada una de las calderas, se establece un sistema de medida por número de estre-llas, para de esta forma poder identifi car de forma rápida y clara el mejor o pero rendimiento de cada caldera, tal y como aparece en la Tabla 2:

artícu

TECNOLOGÍAS DE AHORRO ENERGÉTICO EN A.C.S


por Aurelio Lanchas González Jefe de Producto Cointra

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En función del tipo de producto de produc-ción de A.C.S, tendremos que tener presente unos requisitos u otros a la hora de buscar la mejor tecnología de producción de A.C.S.

CALENTADORES Y CALDERAS INS-TANtTÁNEAS O DE ACUMULACIÓN

preparación y por lo tanto tendrá un mayor consumo, para posteriormente mezclar en el punto de consumo: mayor consumo de combustible y mayor consumo de agua.

Calderas murales clase 5 condensación y no condensación.

En este tipo de productos, lo más importante a la hora de buscar tanto ahorros energéticos, como aumentos de confort en la producción de A.C.S, es:

◗ Tener la posibilidad de elegir la potencia del aparato (o los litros/minuto suministra-dos por el mismo) en función de la deman-da real del usuario: una potencia desmesu-rada siempre penalizara el consumo fi nal. ◗ Tener la posibilidad de seleccionar la tem-peratura de consigna de forma precisa, es decir, mediante selector y display digital, para que de esta forma y en la medida de lo posible, el usuario sepa exactamente que temperatura selecciona. Si esto no se cum-ple, se incurre en el riesgo de que el clien-te seleccione una temperatura superior de selección a la deseada, con lo que el apa-rato deberá elevar mas la temperatura de

Calentador a gas Microtop Termostático solar.

◗ Tener aparatos modulantes en gas, es decir, que adapten de forma precisa la cantidad de combustible consumido a la temperatura selec-cionada de preparación por parte del usuario. Este punto es vital para poder conseguir tan-to un ahorro signifi cativo de consumos, como para tener un buen confort de A.C.S (una bue-na estabilidad de temperatura, que haga que no tengamos picos de temperatura).

En la siguiente gráfi ca podremos observar el comportamiento de un calentador a gas Co-intra Microtop Solar 15 litros frente a modelos tradicionales no modulantes:

Detalle Display:calderas clase 5 y Microtop Solar.



◗ Si además hablamos de calderas con acu-mulador incorporado, debemos tener en cuenta también:a) intentar que el aparato no se encuentre en intemperie, ya que las pérdidas de tem-peratura del acumulador crecerán de forma signifi cativa, y con ellas el consumo.b) adaptar el volumen del acumulador a la demanda real de la vivienda: mayores acumulaciones, repercutirán negativamen-te en el consumo obtenido,c) confi rmar que el acumulador se encuen-tra aislado, y con un espesor sufi ciente, si esto no sucede, tendríamos el mismo pro-blema que la instalación en intemperie: aumentan las perdidas de temperatura y por lo tanto el consumo.

Es importante señalar lo que dice el C.T.E en la parte HS 4: Suministro de agua, en materia de ahorro de agua:

2.3 Ahorro de agua1 Debe disponerse un sistema de contabi-lización tanto de agua fría como de agua caliente para cada unidad de consumo in-dividualizable.2 En las redes de ACS debe disponerse una red de retorno cuando la longitud de la tu-bería de ida al punto de consumo más ale-jado sea igual o mayor que 15 m.3 En las zonas de pública concurrencia de los edifi cios, los grifos de los lavabos y las cisternas deben estar dotados de dispositi-vos de ahorro de agua.

Como vemos, en el punto 2, nos habla que para tener ahorro de agua, en instalaciones donde la red de ACS sea de más de 15 metros entre el punto de consumo y el generador de agua caliente, deberemos tener una red de retorno. Esto nos obliga a tener un depósito acumulador, ya que un aparato de producción de agua caliente sanitaria instantáneo incurri-ría en consumos de gas no justifi cables.A la hora de realizar esta red de retorno se debe tener en cuenta:

◗ Se debe controlar la temperatura de recir-culación: lo normal es que la temperatura del deposito se encuentre a una tempe-ratura alrededor de los 600C, pero no es necesario que toda la red de recirculación este a esta temperatura. El control se pue-de realizar mediante una simple sonda de temperatura en la tubería de retorno al de-pósito.

◗ Para generar esta red de retorno tenemos que disponer de una bomba de circulación que lleve el agua desde el ultimo punto de consumo hasta el deposito. Esta bomba será activada por ejemplo por la sonda de tem-peratura comentada en el punto anterior.◗ También puede ser muy interesante, que la bomba para la instalación de retorno sea controlada por un programador horario, y de esta forma mantener activada la bomba de circulación en las horas donde exista la demanda de consumo. Nos evitaremos con-sumos eléctricos de la bomba innecesarios, ruidos de circulación de agua nocturnos, con-sumos de combustible por circulación, etc.

TERMOS ELÉCTRICOS

Caldera mural a gas con ACS poracumulación Perfect 30/60 E.

Termos Aral TNC.



Hemos querido separar los termos eléctricos (producción de A.C.S mediante acumulador calentado por resistencia eléctrica) del res-to de producto por la importancia que sigue teniendo este producto en nuestro país por volumen de ventas, y que en muchas ocasio-nes no le prestamos la atención que requie-re cuando se habla de búsqueda de ahorros energéticos y confort en A.C.S.Muchas de las necesidades básicas para que este tipo de producto sea realmente efi ciente en la producción de A.C.S ya han ido mencio-nadas anteriormente, ya que en el fondo es una producción de A.C.S mediante un depó-sito acumulador, y por lo tanto similar a una caldera con acumulación:

a) Intentar que el aparato no se encuen-tre en intemperie, ya que las pérdidas de temperatura del acumulador crecerán de forma signifi cativa, y con ellas el consu-mo.b) Adaptar el volumen del acumulador a la demanda real de la vivienda: mayores acu-mulaciones, repercutirán negativamente en el consumo obtenido. c) Confi rmar que el acumulador se encuen-tra aislado, y con un espesor sufi ciente, si esto no sucede, tendríamos el mismo pro-blema que la instalación en intemperie: au-mentan las perdidas de temperatura y por lo tanto el consumo.d) Especial cuidado como ya hemos visto en la realización de la recirculación, si es que existe, en el circuito de A.C.S,

e) Tener la posibilidad de seleccionar la tem-peratura de consigna de forma precisa, mo-tivo por el que tanto la gama TND, como la gama TDG incorporan display de temperatu-ras, donde podemos seleccionar la tempera-tura de preparación de A.C.S que decidamos, así como la temperatura de preparación a la que se encuentra realmente.

Un detalle importantísimo a la hora de valorar la efi ciencia en la producción de A.C.S de un termo eléctrico, es el aprovechamiento de la potencia eléctrica consumida por la resisten-cia incorporada.Lo habitual es tener una sola resistencia de una potencia determinada, que se activa o no en función de la temperatura de consigna que hayamos elegido. Esto implica que tenemos que optar por una resistencia de una potencia como solución de compromiso entre tener una potencia de re-sistencia baja para no penalizar el consumo eléctrico, pero sufi cientemente elevada para poder tener un tiempo bajo de recuperación de la temperatura del termo.

CONCLUSIONESComo hemos podido comprobar, es muy im-portante prestar una atención especial a cada tipo de aparato que elijamos a la hora de pro-ducir agua caliente sanitaria, ya que en fun-ción de sus características los posibles aho-rros de consumo y/o condiciones de confort obtenidas pueden ser muy signifi cativos. ■

Detalle Display termosDigital TDG.



E


IntroducciónEl interés de la sociedad y las autoridades por la reducción del consumo eléctrico y las emisiones de CO2 al ambiente es cada vez mayor. Existen un tipo de bomba de calor que por sus condiciones, mejora sensiblemente este consumo: son las bombas de calor geotérmicas. Esto tipos de bombas son equipos denominados agua-agua debido a que el fl uido calo-portador que circula en el interior y al exterior de la instalación es el agua, el cual, realiza un intercambio exterior con una fuente de calor situada en el terreno (suelo, aguas subterráneas, aguas de pozo...). Si el intercambio térmico se realiza con el terreno, se produce de forma indirecta a través de los intercambiadores, que se construyen con tuberías de polietileno que se entierran a diferentes profundidades y formando circuitos. Es muy importante las condiciones en las que se realiza el intercambio, esto debe de ser analizado cuando se dimensiona la instalación, de tal manera que se optimicen la transferencia térmica junto con el coste asociado a la instalación. Existe cada vez más conciencia de este tipo de energía como renovable, con numerosas medidas que a nivel nacional y europea se están tomando en este sentido.

Diseño y tecnología de las bombas de calor geotérmicasExisten dos tipologías de tecnología para las bombas de calor agua-agua que se utilizan para la geotermia, los equipos no reversibles y los reversibles, siendo ésta última la tecnología mayoritaria del mer-cado.

EQUIPOS NO REVERSIBLESEn esta tipología no se produce la inver-sión del ciclo frigorífi co de tal manera que el refrigerante discurre siempre en el mis-mo sentido y los intercambiadores actúan como condensador y evaporador respecti-vamente en toda circunstancia. En ellos, el cambio de funcionamiento se realiza en el lado del agua. Para ello existe un circuito hidráulico por el que, dependiendo si las necesidades son de calefacción o refrige-ración, el conjunto de las válvulas hace que el agua fría y caliente transite por una u otra dirección. En el diagrama de fun-cionamiento puede observarse cuál es el modo de operación en calefacción.

EQUIPOS REVERSIBLESEn esta tipología la inversión se produce en el ciclo frigorífi co mediante una válvu-la de cuatro vías que direcciona el fl ujo de refrigerante hacia el intercambiador del agua enviada al exterior o al interior en función si las necesidades son de cale-facción o refrigeración. De esta forma, en calefacción, el intercambiador interior ac-túa como condensador y calienta el agua que circula a la instalación, en el caso contrario, actuará como evaporador y el agua será enfriada. En el caso de calefacción, el intercambia-dor exterior actúa como evaporador y el agua que sale de él se manda al terreno para que, tras el intercambio, aumente su temperatura y de nuevo retorne al evapo-rador. En caso de refrigeración el modo de operación será el contrario. En la Figu-

artícu

BOMBAS DE CALOR GEOTÉRMICAS ACOPLADAS CON EL TERRENO


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por Raúl Tubío, Product Manager Agua Miguel Zamora, Responsable I+D+i Ciatesa



ra 1 se muestra un esquema de principio de una bomba de calor geotérmica, con sus dis-tintas unidades terminales posibles (fancoil, suelo radiante...); y con las dos tipologías de intercambio con el terreno mayoritarias, como son el intercambio vertical y el hori-zontal. En la fi gura 2 se muestra el aspecto de una máquina de este tipo.

COMPONENTESLos componentes principales de la bomba de calor son:

- COMPRESOR: la tecnología que se utiliza para estas máquinas es del tipo hermético scroll, que aporta ventajas tales como mayor efi cien-cia, menor volumen, menor vibración y nivel so-noro, bajo peso y compacidad. Los refrigeran-tes utilizados actualmente son los HFC (R410a,

R407c) que no perjudican la capa de ozo-no. En el futuro existe la posibilidad de los llamados refrigerantes naturales, como el propano o el amoníaco sin potencial de efecto invernadero. El rendimiento (“COP”) de estos compresores se sitúa entre 4 y 5 para el caso de bombas geotérmicas de unos 17 kW. (Fuente: Ciatesa).

- CONDENSADOR Y EVAPORADOR: la tec-nología utilizada para estos componentes es la del tipo intercambiador de placas de acero inoxidable soldadas, dotado de gran compacidad y resistencia. Sin embar-go es necesario, debido a su sensibilidad al ensuciamiento, que se coloquen fi ltros de malla en sus entradas. En ellos el in-tercambio se produce con alta efi ciencia.

Otro aspecto de vital importancia es el sentido de intercambio en ambos, puede ser equi-corriente (mismo sentido) o con-tra-corriente (sentido contrario), en fun-ción de que estos sentidos se establez-can de una forma u otra en condensador y evaporador, se producirá una mayor o menor potencia de intercambio. La solu-ción de compromiso es: el condensador en contra-corriente y el evaporador en

equi-corriente. Si bien, en el caso que sea la calefacción lo que prevalezca los dos estarán en contra-corriente.

- GRUPO HIDRÁULICO INCORPORADO: en mo-delos de pequeña potencia, además de la bomba de circulación, se suele incorporar el grupo hidráulico completo para la instalación interior, el cual incluye: vaso de expansión, ter-mo-manómetros, purgadores de aire, válvulas de seguridad, etc.

OTRAS FUNCIONALIDADES: PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA (ACS)Las bombas de calor geotérmicas aportan una funcionalidad añadida que es la producción

Figura 1. Esquema de principio de bomba de calorreversible geotérmica. (Fuente Ciatesa).

Figura 2. Bomba de calor agua-agua geotérmica ÁUREA2 de Ciatesa.



de agua para satisfacer la demanda de agua caliente sanitaria (ACS). Esto se puede hacer de dos formas diferentes, internamente, colo-cando un intercambiador de gases calientes a la salida del compresor lo que permite pro-ducir constantemente, en modo calefacción o refrigeración, agua caliente. O externamente, mediante una válvula de tres vías que, cuan-do sea necesario enviará agua al depósito de ACS, aquí la bomba de calor debe estar tra-bajando en modo de calefacción. Debido a las buenas condiciones del terreno esta pro-ducción se realiza con una efi ciencia notable. Se presentan ambos esquemas de funciona-miento:

FUNDAMENTOS Y TIPOLOGÍA DEL INTERCAMBIO CON EL TERRENOLa tierra experimenta un ascenso de su tem-peratura conforme aumenta la distancia a la superfi cie y se produce acercamiento al nú-

cleo. Esto supone que en las distintas capas de la tierra se acumula una energía que puede ser usada como sumidero o fuente de energía. En función de la temperatura a la que se en-cuentre esta energía, denominada geotérmica, se divide en alta temperatura ( >150 0C), media (350C - 1500C) y baja temperatura (<350C).Esta energía que se acumula en la tierra proce-de del sol, por tanto, es dependiente del inter-cambio térmico que se produzca en su superfi -cie en primera instancia, éste se verá afectado por las condiciones meteorológicas del lugar (irradiación, temperatura, etc.), de las propie-dades transmisivas y absortivas del terreno, y de otros factores, como la velocidad del vien-to, que afecta al intercambio convectivo. La transmisión de la energía de la superfi cie hacia el interior del terreno es función de las propie-dades de los materiales que lo componen, de otros intercambios energéticos, si se producen, y de las condiciones iniciales del mismo.Al aumentar la distancia a la superfi cie del terreno, las alteraciones de la temperatura en función de las condiciones climáticas exterio-res van siendo menores, así, a partir de una determinada profundidad, la temperatura del terreno permanece constante como se pue-de observar en la fi gura 5. Esto es debido a la elevada inercia térmica que presenta el terreno, de tal forma que, conforme se avanza en profundidad menos energía se transmite y más es necesaria para producir variación.

La energía que se utiliza para el intercambio con la bomba de calor se denomina energía geotérmica de baja temperatura. A la profundi-dad que se utiliza ésta para la bomba de calor la temperatura se encuentra muy cercana a la de confort, por ello, se consigue una efi cien-

Figura 3. Esquema de bomba de calor con producción de ACS mediante intercambiador de gases calientes.

Figura 4. Esquema de bomba de calor con producción de ACS mediante válvula de tres vías.

Figura 5. Evolución diaria a lo largo de un año de la temperatura media en función de la profundidad.



cia alta debido a que trabaja con menores saltos térmicos que las convencionales.Para dimensionar un intercambiador enterrado es necesario tener en cuenta las condiciones del terreno, y la propiedad fundamental que lo determina es la conductividad del mismo, ésta viene afectada por la textura, la humedad y la densidad del material que lo compone.Existen formulaciones matemáticas que predi-cen el comportamiento del terreno y su inte-racción con intercambiadores tubulares ente-rrados. A partir de ellas se pueden dimensionar que longitud, diámetro, separación y número de tubos son necesarios, según tipología, para disipar la ener-gía procedente de una bomba de calor. Este dimensionado dependerá del uso que se dé a la instalación y de la potencia térmica a disipar en cada mo-mento; del fl uido que se utilice para el intercambio; de la re-sistencia térmica del terreno, que viene determinada por las características del material que lo compone como antes se ha indicado, y de las condiciones climáticas del lugar. Todas éstas se incluyen para que se puedan realizar simulaciones con las que se analicen su comportamiento.Es muy importante el análisis y simulación de la transferencia de calor entre estos dispositi-vos y el terreno. Dicho intercambio no es com-parable con otros, debido a las características del medio. El dimensionado del intercambia-dor es vital para que el intercambio con el terreno se pueda realizar de manera correcta, en función de las condiciones climáticas y de cargas necesarias a lo largo del año. El te-rreno tiene gran inercia térmica, como hemos indicado anteriormente, pero no es un sumi-dero con el que se pueda realizar un intercam-bio de calor infi nito, es decir, un mal diseño puede provocar la saturación del suelo. Otra consecuencia de un mal diseño, es que el intercambiador no sea capaz de intercambiar transferir la potencia máxima necesaria. Todo ello incide en la importancia de disponer de los conocimientos y medios adecuados para poder realizar diseños correctos.Si se observa, para una temporada de ca-lor, la temperatura del terreno sometido a un intercambio, ésta va teniendo ciclos diarios en los que se va alcanzando una temperatura mayor. Para una temporada de frío ocurre al contrario. Es mejor que una

temporada contrarreste la otra, así el dise-ño para una bomba que sólo va a trabajar en calor o frío debe de contemplar esto cuidadosamente.Existen softwares, como el GeoCiatesa desa-rrollado por Ciatesa junto a la Universidad Politécnica de Valencia (Corberan & Urchue-guía, 2003), que proceden de un estudio cien-tífi co basado en la experiencia y en el análisis de simulaciones, que integran todo ello y son capaces de dimensionar el intercambiador en-terrado necesario según todo lo comentado.

DIMENSIONADO Y ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD A TRAVÉS DEL PROGRAMA GEOCIATESAEl dimensionado de intercambiador queda patente que es de suma importancia, a con-tinuación se van a mostrar la diferencia de rendimiento que se obtiene de las bombas de calor mediante la variación de los parámetros que intervienen en la transferencia térmica. Todos los cálculos se han realizado con el programa Geo Ciatesa.El programa se estructura en cuatro pantallas de entrada de datos y una de resultados. En la primera pantalla se confi gura la geometría del intercambiador. En la segunda se introdu-ce el material de las tuberías. En la tercera se defi ne el perfi l de cargas a partir de la localidad, tipo de edifi cio y cargas máximas de calefacción y refrigeración. En esta pantalla también se elige el tipo de terreno. Finalmen-te, hay una cuarta pantalla para introducir los accesorios de tuberías con objeto de ofrecer una estimación de la pérdida de carga. En la pantalla de resultados el programa muestra el cálculo de las longitudes de intercambiador necesarias tanto en modo calefacción como en modo refrigeración en función del punto

Figura 6. Pantallas del software GeoCiatesa( Fuente: Ciatesa).



de trabajo del equipo con el que se desee operar (COP y potencia).

INFLUENCIA DE LA DISTANCIA ENTRE BOREHOLES (POZOS)CASO: Localidad: Madrid; Uso del edifi cio: Ofi -cinas; Carga Calorífi ca Máxima: 30 Kw.; Carga Frigorífi ca Máxima: 25 kW.; Equipo: Áurea IZE-120 de Ciatesa; Tipo de terreno: Basalto; Tubo borehole: 1 1/4” PN50A 16 bar; Tubo colector: 1 1/2” PN32 6 bar longitud 20 m; Longitud total: 800 metros. 4 pozos de 100 metros. Confi guración 2x2.

RESULTADOS:

Como se puede apreciar en la fi gura 7, la infl uen-cia en este caso sobre el COP de calefacción es muy pequeña, pasar de 1 a 4 metros no supone incrementar siquiera el 1% el rendimiento. En el caso del rendimiento de refrigeración (COPr), si hay un potencial de mejora más signifi cativo que alcanza el 9% al pasar de 1 a 4 metros (fi gura 8). En ambos casos hay una distancia a partir de la cual no se aprecia una mejora.

SENSIBILIDAD ANTE LA LONGITUDEn este caso, para un diseño de intercambia-dor dado, se analizará la infl uencia de la lon-gitud, plasmada en una mayor o menor pro-fundidad de los pozos.CASO: Localidad: Málaga; Uso del edifi cio: Ofi cinas; Carga Calorífi ca Máxima: 20 Kw.; Car-ga Frigorífi ca Máxima: 25 kW.; Equipo: Áurea IZE-120 de Ciatesa; Tipo de terreno: Calizas en forma de margas; Tubo borehole: 1 1/4” PN50A 16 bar; Tubo colector: 1 1/4” PN32 6 bar longitud 20 m.; 4 pozos separados 1 me-tro en confi guración 4x1.

RESULTADOS:

De nuevo, al tratarse de una instalación con carga dominante de refrigeración, las mayores infl uencias se registran en el COPr. Duplicar la profundidad de los pozos, de 50 a 100 me-tros, supone una mejora del 27%.

SENSIBILIDAD AL MATERIAL DEL TERRENOEn el método de cálculo empleado en el programa, el parámetro que recoge la in-fluencia del terreno es la difusividad tér-

Figura 7. Infl uencia en el rendimiento de calefacción de la distancia entre pozos.

Figura 8. Infl uencia en el rendimiento de refrigeración de la distancia entre pozos.

Figura 9. Infl uencia en el rendimiento de calefacción de la longitud (profundidad de pozos).

Figura 10. Infl uencia en el rendimiento de refrigeración de la longitud (profundidad de pozos).



mica =k/( •Cp) [m2/s] obtenida como el cociente entre la conductividad y la capacidad térmica. Te-rrenos con la misma difusividad térmica presenta-rán igual comportamiento.CASO: Localidad: Madrid; Uso del edificio: Colegio; Carga Calorífica Máxima: 30 kW.; Carga Frigorífica Máxima: 30 kW.; Equipo: Áurea IZE-160 de Ciate-sa; Tipo de terreno: Varios ; Tubo borehole: 1 1/4” PN50A 16 bar; Tubo colector: 1 1/4” PN32 6 bar longitud 20 m.; 6 pozos separados 2 metros en configuración 3x2.

RESULTADOS:

Figura 11. Rendimiento de refrigeración en función de la longitud (profundidad de pozos) con distintos terrenos.

En la fi gura 11 se puede apreciar como los terrenos compuestos por roca, con mayores difusividades tér-micas, precisan de una menor longitud de intercam-biador (menor profundidad de los pozos). Además, la pendiente de las curvas es mucho más acusada, por lo que un pequeño error en el cálculo de la longi-tud puede conducir a importantes errores de diseño. Sin embargo, en la zona de altas difusividades, la diferencia del tipo de material es menos crítica, las curvas están más próximas. Es en los terrenos de mala calidad, gravas, arenas y sedimentos, donde es más necesario realizar un test in situ para asegurar el valor de la difusividad térmica.

EFICIENCIA DE LAS BOMBAS DE CALOR GEOTÉRMICAS.Por todo lo expuesto anteriormente se puede de-ducir que el ciclo que realiza una bomba de calor geotérmica tiene una efi ciencia más alta. Si se analiza los rendimientos instantáneos de los equipos geotérmicos respecto a los convencionales aire-agua, expuestos en las tablas 1 y 2 ,vienen a refutar lo que predice el rendimiento ideal del ciclo de Carnot, por el que al tener unos saltos de temperatura me-nores y las temperaturas de condensación y evaporación más cercanas, la efi ciencia del ciclo aumenta.

Tecnología en su forma más natural

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Tecnología de automatización inteligente

para el máximo ahorro energético en edifi cios.

El nuevo sistema de automatización SAUTER EY-modulo es la respuesta efi ciente a las actuales exigencias de la gestión técnica de edifi cios. La conexión perfecta de módulos de control inteligentes para formar un sistema completo permite la máxima individualidad, fl exibilidad y funcionalidad para cada edifi cio y cada situación, y con una gran facilidad de uso. Gracias a su gran apertura, soluciones basadas en SAUTER EY-modulo proporcionan una efi ciencia energética y un futuro com-pletamente independiente tanto para edifi cios nuevos como reformados.www.sauter-controls.com/EY-modulo

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De esta forma, en ciclo de calor, la bomba de calor aire-agua, para unas condiciones igua-les de temperatura de agua hacia la instala-ción, evapora contra un ambiente a 00C lo que hace que la temperatura de evaporación del refrigerante se encuentre en torno a los 90C, mientras que, en la bomba de calor geo-térmica, el agua de evaporación está entre 0 y 50C, y la evaporación se sitúa en torno a los -50C. Por ello, la bomba de calor aire-agua tiene un COP de 2.5 y la geotérmica de 3.4.Si observamos el ciclo de frío la mejora es mayor. Con condiciones iguales de tempera-tura de agua hacia la instalación, la bomba de calor trabaja contra un aire a 400C con lo que el refrigerante condensa a 580C, mien-tras que la bomba de calor geotérmica trabaja con agua a 25-300C, por tanto, el refrigerante condensa a 350C. Por ello, la bomba de calor aire-agua tiene un COP de 1.9 mientras que la geotérmica sube hasta 4.7.Los rendimientos instantáneos son importan-tes porque muestran las condiciones que se consideran nominales para el funcionamien-to de un equipo. Si bien, lo que realmente califi ca la efi ciencia de un equipo es el ren-dimiento medio estacional (Cooling Seasonal Performance Factor (CSPF) y el Heating Seaso-nal Performance Factor (HSPF)), para ello se suma la energía calorífi ca o frigorífi ca aporta-da a lo largo de un año y se divide entre la energía consumida en dicho periodo. En esto se basan los programas ofi ciales de certifi ca-ción energética (Calener) que se usan para la califi cación de viviendas y edifi cios según lo establecido en el Real Decreto 47/2007 del 19 de enero de 2007.

Si analizamos los rendimientos medios estacio-nales de las bombas de calor geotérmicas res-pecto a las bombas de calor aire-agua la diferen-cia a favor de las primeras se hace aún mayor. Esto se produce puesto que, las condiciones a lo largo del año, para las bombas geotérmicas, son mucho más estables y cercanas a las temperatu-ras de confort que las mismas para las bombas de calor aire-agua. Otro de los factores que las benefi cian es que en ellas no se producen los desescarches, lo cual afecta al rendimiento me-dio estacional.Si nos basamos en los datos del proyecto GEOCOOL, Ground Source Heat Pump Systemfor Cooling and Heating in the South European Region. Publishable Final Report. V FP. Contract nº NNE5/2001/847, tenemos los siguientes datos.Para las condiciones estudiadas en el proyecto GEOCOOL, el rendimiento medio estacional de ca-lefacción (HSPF), calculado por modelos matemáti-cos, era de 2.96 en el caso de la bomba de calor aire-agua y de 3.9 para en el caso de la bomba geo-térmica. Sin embargo, los resultados experimentales de esa instalación concreta, mostraron un HPSF de 2 para la bomba convencional mientras que el de la geotérmica sólo disminuyó hasta 3.46.Para la temporada de refrigeración, el rendimien-to medio estacional (CSPF) calculado para las bombas de calor aire-agua era de 2.82 y para la geotérmica de 4.6. Así mismo, los valores expe-rimentales ofrecieron datos algo más bajos. Para la bomba de calor aire-agua 2.68 y para la geo-térmica 4.36.Con todos estos datos queda demostrada la diferencia en efi ciencia que existe entre ambas tecnologías. Las bombas de calor geotérmicas pueden llegar a mejorar un 60-75 % los rendi-mientos medios estacionales. ■

Tabla 1. Ciclo de calor

Temperatura Temperatura Temperatura Temperatura COP ambiente/agua evaporación agua interior condensación condensación

Equipo Aire – Agua 0 ºC -9 ºC 40 / 45 ºC 50 ºC 2.5

Equipo Agua – Agua 5 / 0 ºC -5 ºC 40 / 45 ºC 50 ºC 3.4(geotérmico)

Temperatura Temperatura Temperatura Temperatura COP ambiente/agua condensación agua interior evaporación condensación

Equipo Aire – Agua 40 ºC 58 ºC 7 / 12 ºC 2 ºC 1.9

Equipo Agua – Agua 25 / 30 ºC 35 ºC 7 / 12 ºC 2 ºC 4.7(geotérmico)

Tabla 2. Ciclo de frío

AHORRO Y EFICIENCIA ENERGÉTICA

Normativa en el sector de climatización

La tecnología al servicio del ahorro. Gestión Técnica Centralizada

Vivienda EE+. La casa pasiva en el Mediterráneo

La efi ciencia energética del generador de calor y la tecnología de condensación

Ahorro energético en equipos de climatización. Un ejemplo tecnológico


Efi ciencia energética por implantación de un sistema de gestión centralizado

Tecnologías de ahorro energético en acs

Bombas de calor geotérmicas acopladas con el terreno

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