Módulo 2: Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación

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1 Módulo 2: Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación

2 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación INDICE INDICE CALDERAS MURALES A GAS DE BAJAS EMISIONES Y DE CONDENSACIÓN Reglamento de Instalaciones Térmicas Principios de la Combustión Tecnología de la condensación y aplicaciones Tipologías y funcionamiento Planificación de la instalación Sistemas solares Mitos acerca de las calderas de condensación

3 Junkers 1. CALDERAS MURALES A GAS DE BAJAS EMISIONES Y DE CONDENSACIÓN La carrera hacia la eficiencia energética se ha iniciado y el fomento del uso racional de la energía es el objetivo a corto plazo. Actualmente el sector de la vivienda es uno de los que más consume, tras el transporte y la industria, es por ello por lo que la construcción de edificios ha de realizarse teniendo en cuenta criterios de eficiencia energética y apostando por sistemas eficientes en climatización. Para apostar por estos sistemas España cuenta con tres marcos normativos: Reglamento de Instalaciones Térmicas (RITE). Es el reglamento de más peso en la definición de una instalación en todos sus términos, su entrada en vigor se produjo el 1 de marzo de Certificación energética de edificios. Otorga una etiqueta al edificio en función del consumo de energía que utilice para satisfacer su demanda, su entrada en vigor se produjo en abril de Código Técnico de la Edificación. Define tipologías de instalaciones más específicas, como por ejemplo, las renovables tanto térmica y fotovoltaica y entró en vigor en marzo del El panorama actual normativo marca una línea clara hacia el ahorro y la mejora de rendimiento de las instalaciones. 1.1 Reglamento de Instalaciones Térmicas Disposiciones generales El Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios tiene como objeto establecer las exigencias de eficiencia y seguridad en las instalaciones, definiendo los procedimientos de diseño, ejecución y mantenimiento. 3

4 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación Su ámbito de aplicación abarca todas las instalaciones térmicas fijas y no industriales destinadas al bienestar térmico e higiene de las personas tanto en edificios de nueva construcción como en reformas, entendiendo que en estas últimas se produce una modificación del proyecto. En todos los casos se indicará que la instalación se ajusta a las exigencias marcadas en el RITE. La ejecución será realizada por empresas autorizadas y para su funcionamiento será necesaria la emisión de un certificado de instalación. La supervisión y la emisión del certificado la realizará o bien el instalador o un técnico titulado que actuará como director de la instalación. La documentación técnica que justifica el ámbito de aplicación del RITE adoptará las siguientes modalidades en función de la importancia de la instalación: Si la potencia térmica nominal a instalar es mayor que 70 kilowatios es necesario la entrega de proyecto, si es inferior y hasta una potencia de 5kW el proyecto será sustituido por una memoria técnica. Para instalaciones de menos de 5 kilowatios y aparatos de producción de agua caliente como calentadores, termosifones, termos eléctricos y acumuladores con potencia inferior a 70 kilowatios no necesitan memoria técnica. En instalaciones solares térmicas la documentación será la correspondiente al equipo auxiliar de apoyo, el caso de no existir la potencia se estima multiplicando la superficie de apertura del campo de captadores por el factor 0,7 kilowatios por metro cuadrado. En cuanto a las condiciones de los equipos y materiales que incorporarán las instalaciones, estos deberán contar con marcado CE y declaración de conformidad. 4

5 Junkers Exigencias técnicas Uno de los puntos más importantes a tener en cuenta en el diseño de las instalaciones es la calidad térmica en el ambiente, esta se consigue si dos de los parámetros que definen el bienestar térmico están comprendidos entre los siguientes límites: Verano, humedad relativa entre el 45 y 60%, con una temperatura de entre 23 y 25ºC. Invierno, humedad relativa entre el 50 y 60%, con una temperatura de entre 21 y 23ºC. (parámetros establecidos en base a una actividad metabólica de las personas y un grado de vestimenta determinado). Las condiciones ambiente de los locales donde existan piscinas climatizadas se mantendrá 1 o 2ºC por encima de la temperatura del agua del vaso de la piscina, con una máxima de 30ºC y una humedad relativa por debajo del 65%. En cuanto a la calidad de aire interior serán válidos los requisitos establecidos en la sección HS3 del código técnico de la edificación. Para el control de las instalaciones de climatización y en concreto de las centralizadas para la preparación de agua caliente sanitaria, se tendrán en cuenta los siguientes conceptos: Necesario controlar tanto la temperatura de acumulación como la de la red en el punto más lejano del acumulador. Y prever todo lo necesario para el tratamiento de choque térmico. En instalaciones de energía solar se realizará un control diferencial en el primario o bien se emplearán sistemas de accionamiento por radiación solar. En general para todas las instalaciones destinadas a la producción de agua caliente en términos de energías renovables seguirán lo establecido en la sección HE4 del código técnico de la edificación. 5

6 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación Hasta aquí lo referente a términos generales de la instalación, los siguientes conceptos a los que haremos referencia trata sobre las exigencias en cuanto a los aparatos de calefacción y agua caliente sanitaria. Requisitos mínimos de rendimiento energético de los generadores de calor. En el proyecto o memoria técnica deberá aparecer el rendimiento de la caldera a plena carga y al 30% de la carga parcial. Queda prohibida la instalación de calderas que según el Real decreto 275/1995 tengan las siguientes prestaciones energéticas: o Calderas de tipo atmosférico a partir de enero de o Calderas con una estrella de prestación energética, desde enero o Calderas con dos estrellas de prestación energética, desde enero del Con estas restricciones, los generadores de calor en las instalaciones serán, seguros y con un bajo consumo para un alto rendimiento. Las condiciones de evacuación de los productos de la combustión en las instalaciones térmicas se realizarán de acuerdo a las siguientes exigencias: Obra nueva, independientemente de que exista previsión o no de colocar el generador, la evacuación de los gases se realizará siempre a cubierta. Si no existe previsión, se realizará una preinstalación individualizada para calderas tipo C (estancas). Reforma, en este caso la evacuación también se realizará a la cubierta, pero existen 3 excepciones que permiten la evacuación a fachada o patio de ventilación: o o o Calentadores con potencia útil igual o inferior a 24,4 kilowatios. Calderas individuales con emisiones de clase 5 NOx. Y en general en viviendas unifamiliares. 6

7 Junkers En resumen, con la tipología de las calderas y las condiciones de evacuación se crea una nueva perspectiva de instalaciones térmicas en los edificios. La vida de la instalación es muy importante y depende en gran medida de que el elemento principal de la instalación, el generador de calor, se mantenga en sus condiciones más óptimas. En este sentido la evaluación de rendimiento del generador de calor se realizará mediante un análisis periódico como se indica en la siguiente tabla: Cada parámetro de revisión se realizará dependiendo del rango de potencia de tal manera que para generadores de pequeña potencia la periodicidad es de 2 años, para mediana potencia 3 meses y una vez al mes para las de gran potencia. 1.2 Principios de la Combustión. Qué es la combustión?, la combustión es una reacción química entre un combustible, como puede ser el gas, el gasóleo, la madera y un comburente, el oxígeno, la cual es activada por una energía externa, es decir mediante una chispa o una llama. Se trata de una reacción exotérmica, es decir que se produce con la liberación del calor y cuya consecuencia es la obtención de los productos de la combustión como por ejemplo las cenizas y otros combustibles. 7

8 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación El carbono y el hidrógeno del combustible reaccionan con el oxigeno, dando lugar a dióxido de carbono y agua, y en algunos casos óxido de azufre, como es el caso de los combustibles líquidos que contienen azufre. La reacción de combustión genérica será: Combustible, formado por carbono, hidrógeno, y azufre que reacciona con el aire, formado por oxigeno y nitrógeno, produce dióxido de carbono, óxido de azufre, nitrógeno y agua que son los denominados productos de la combustión, a esto hay que añadirle una cantidad de calor liberada en la reacción Reacciones Se pueden definir 3 tipos de reacciones dependiendo de la cantidad de aire que intervenga en la combustión. Existe un parámetro denominado índice de exceso de aire identificado con la letra n y que define la relación entre la cantidad de aire real empleado en la combustión y el aire teórico correspondiente al combustible que reacciona. Así se denomina, combustión estequiométrica a la reacción que se produce con la cantidad exacta de aire, produciéndose una combustión completa en la que se consume todo el carbono y el hidrógeno contenido en el combustible. El valor de n es igual a 1. Combustión incompleta, se produce cuando se emplea menos cantidad de aire, por lo que el oxigeno no se combina totalmente con el carbono del combustible y como producto de la combustión se obtiene un gas tóxico como el monóxido de carbono, (CO), con el consiguiente despilfarro energético. El valor en n en este caso está por debajo de 1. 8

9 Junkers Combustión con exceso de aire, es la reacción que se produce habitualmente y en ella se libera una cantidad de calor que será empleada en calentar el exceso de aire que inicialmente se había introducido. Aquí el valor de n está por encima de Emisiones En toda reacción se generan unos productos de la combustión que en algunos casos tienen carácter nocivo por lo que se denominan contaminantes. Entre estos destacan, el monóxido de carbono (CO), los óxidos nitrosos (NOx NO 2 / NO 3 ) y los óxidos de azufre (SO 2 ). A continuación se hace una valoración de cada uno de ellos. Monóxido de carbono: Como se ha visto se produce como consecuencia de una reacción incompleta, su mayor o menor presencia en los humos se debe a como sea el proceso de combustión. Se trata de una gas más ligero que el aire y excesivamente tóxico. La concentración de este gas en los humos está limitado por la normativa en un 0.1%. (1000 p.p.m) Óxidos de nitrógeno: Aparecen a alta temperatura como consecuencia de la reacción del nitrógeno contenido en el aire y el oxígeno, por ello es necesario reducir la temperatura de la llama para que esos óxidos se produzcan en menor cantidad. Existe una clasificación de emisiones de óxido nitroso en la que las emisiones más bajas corresponden a una cantidad de 70 miligramos por kilowatio hora o lo que es lo mismo, clase 5 de NOx. La combinación de estos óxidos con el vapor de agua en la atmósfera se convierte en ácidos que al precipitar provocan la denominada lluvia ácida. Los óxidos de nitrógeno son destructivos del epitelio pulmonar. Óxido de azufre: Aparece comúnmente en los combustibles líquidos como el gasóleo y se produce tras la reacción con el oxígeno, si se combinan con vapor de agua producen ácidos altamente corrosivos. 9

10 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación Poder calorífico Se ha visto que en cualquier reacción se produce una liberación de energía, por lo que, se denomina poder calorífico a la cantidad de calor generada en la combustión completa de la unidad de combustible a una temperatura y presión de referencia. Existen dos definiciones de poder calorífico: Poder Calorífico Inferior: Es la energía desprendida en la combustión completa cuando el agua resultante de la combustión está en estado vapor. Poder Calorífico Superior: es igual al poder calorífico inferior más el calor latente del vapor de agua. El agua resultante de la combustión se supone líquida (condensada) en los productos de la combustión. El calor cedido en la condensación del agua equivale a 597,2 kilocalorías por kilogramo. A mayor diferencia entre el poder calorífico superior y el poder calorífico inferior, mayor será el aprovechamiento obtenido en el proceso de condensación, ya que como se vio anteriormente esta diferencia coincide con el concepto de calor latente de condensación del vapor de agua. La siguiente tabla muestra los poderes caloríficos tanto superior como inferior y la diferencia entre ambos para varios combustibles. 10

11 Junkers Es el gas natural el combustible más utilizado y del que mejor se saca un aprovechamiento energético, ya que la diferencia es del 11% lo que equivale a 960 kilocalorías por newton y metro cúbico. 1.3 Tecnología de la condensación y aplicaciones. La condensación del vapor de agua contenido en los humos de una caldera, se consigue reduciendo la temperatura de estos hasta el punto adecuado para que se inicie la aparición de líquido. En este proceso la energía liberada en los humos se cede directamente al agua de primario de la caldera. La temperatura a la que se produce condensación se denomina temperatura de rocío y depende del tipo de combustible, del exceso de aire que intervenga en la combustión y de la presión, es por ello por lo que a mayor temperatura de rocío mayor grado de condensación. Cómo afectan los 3 parámetros anteriormente mencionados? Combustible, a mayor volumen de vapor de agua por unidad de combustible, mayor temperatura de rocío. Exceso de aire, a mayor exceso de aire en la combustión (menor porcentaje de CO2 en los humos), menor temperatura de rocío. Presión, a mayor presión mayor temperatura de rocío. El siguiente gráfico muestra la temperatura de rocío tanto para el gas natural como para el gasóleo en función del porcentaje de CO2 contenido en los humos. 11

12 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación Así en el caso del gasóleo con un porcentaje de aproximadamente 13.5% su temperatura de rocío será de unos 48ºC y en el caso del gas natural con un porcentaje de CO2 de un 9% su temperatura de rocío será de 53ºC. La caldera juega el papel más importante el proceso de la condensación, ya que de ella se obtendrá el rendimiento que será transmitido a la instalación. Es necesario hacer un balance general de la energía que es capaz de transmitir la cadera, considerando que para hablar de potencia útil es necesario contabilizar las pérdidas energéticas. A la potencia nominal de la caldera se le descontaran, las pérdidas superficiales de la caldera (qrc) son las que se producen por radiación y convención en el interior de la misma, las pérdidas por calor sensible (qhs) las cuales dependen de la temperatura de humos y del CO2 contenido en los humos y por último se contabilizaran las pérdidas por inquemados (qi), como por ejemplo el hecho de que aparezca monóxido de carbono como producto de la combustión. En resumen, se define: Potencia útil, energía cedida por la caldera al agua de la instalación referida por unidad de tiempo. Depende directamente del caudal de agua, del calor específico, y por de la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida de la caldera. 12

13 Junkers Potencia nominal, potencia transmitida por el combustible. Puede obtenerse a partir del caudal y el poder calorífico inferior Balance energético El aumento del rendimiento en una caldera de condensación no sólo depende del calor latente recuperado por la técnica de la condensación, sino también de la disminución de las pérdidas anteriormente mencionadas. La siguiente secuencia muestra una comparativa de rendimientos entre caldera convencional y caldera de condensación para gas natural Caldera convencional. Partiendo de un 111% (considerando el poder calorífico superior), las mayores pérdidas son debidas al calor perdido o no recuperado de la no condensación de esta caldera, podemos hablar de un 11%. Las siguientes son las generadas por el gas de escape en la chimenea y suponen un 6%. Y por último un 0.5% debido a las pérdidas por transmisión. Contabilizando los resultados el rendimiento final de una caldera convencional quedaría en un 93,5%. Caldera de Condensación. Partiendo de un 111% (considerando igual que en la caldera convencional, el poder calorífico superior), las pérdidas en este caso están más equilibradas, de tal forma que un 1% es debido al calor perdido en la condensación de la caldera, un 1% por el gas de escape en la chimenea y un 1% debido a las pérdidas por transmisión. Contabilizando los resultados, el rendimiento final de una caldera de condensación quedaría en un 108 %. En las calderas Junkers minimizamos las pérdidas y el rendimiento global es de un 109%. 13

14 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación Las calderas de condensación se caracterizan por una temperatura de trabajo menor y unas temperaturas de humos entre los 30 y los 60ºC Suelo radiante La principal aplicación de una caldera de condensación es trabajar en una instalación de suelo radiante, en la que la temperatura de trabajo de la caldera coincide con la temperatura de impulsión de este circuito. Con un sistema de suelo radiante, con temperaturas de impulsión entorno a 40ºC y de retorno a 30ºC, puede aprovecharse durante todo el periodo la tecnología de la condensación. Tomando como referencia la temperatura de retorno del circuito, ésta se encuentra por debajo de la temperatura de rocío por lo que siempre hay calor de condensación. El siguiente gráfico muestra el funcionamiento de una caldera en el periodo de demanda de calefacción, teniendo en cuenta las temperaturas exteriores y las temperaturas de impulsión al circuito. La línea amarilla marca como, a temperaturas exteriores bajas su funcionamiento es del 100% y que a medida que la temperatura exterior va aumentando el porcentaje de funcionamiento va disminuyendo, lo que ya se definió como trabajo en descenso progresivo. 14

15 Junkers Tomando como referencia la línea gris que representa la temperatura de rocío del gas natural (53ºC), se observa que la impulsión a 40ºC hacía el circuito, representada por la línea roja y el retorno a 30ºC representado por la línea de puntos azul, se encuentran por debajo, por lo que toda la zona sombreada en azul representa el rango en régimen de condensación que en estas condiciones se da durante todo el periodo de funcionamiento Radiadores Como ya se mencionó, una caldera de condensación también puede trabajar en circuitos convencionales de radiadores. En este caso, un circuito de calefacción convencional trabaja a temperaturas de impulsión entorno a 75ºC y retornos a 60ºC, por lo que el régimen de condensación será menor que en condiciones de baja temperatura pero asegurará un rendimiento por encima del obtenido en la misma instalación con una caldera convencional, es decir que existirá un aprovechamiento del calor de condensación durante un alto porcentaje del funcionamiento de la caldera. El siguiente gráfico muestra el funcionamiento de una caldera en el periodo de demanda de calefacción, teniendo en cuenta las temperaturas exteriores y las temperaturas de impulsión al circuito. La línea amarilla marca como la caldera trabaja en descenso progresivo de carga a medida que aumenta la temperatura exterior. 15

16 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación Tomando como referencia la línea gris que representa la temperatura de rocío del gas natural (53ºC), se observa que la impulsión a 75ºC hacía el circuito durante un periodo de tiempo en que la temperatura exterior es baja se encuentra por encima de la temperatura de rocío, al igual que ocurre con la temperatura de retorno cuando esta es a 60ºC. Existe un punto de corte entre la temperatura de retorno de la instalación y la temperatura de rocío de la caldera a una temperatura exterior determinada, es en ese punto en el que se podrá hablar de régimen de condensación en una instalación convencional y supondrá un 95% del funcionamiento de la caldera. En este ejemplo la condensación se origina cuando la temperatura exterior es de -7ªC y está representado por la zona sombreada en azul. Hay que tener en cuenta que en cada aplicación y zona geográfica ese punto de inicio de condensación puede ser desplazado o bien hacia la derecha o hacia la izquierda, de cualquier manera queda justificado su funcionamiento ACS Una caldera no sólo condensa cuando trabaja en calefacción, cuando se produce una demanda de agua caliente también se puede hablar de un aumento del rendimiento gracias a esta técnica. Cuándo se consigue condensación en a.c.s? En gran medida en los sistemas de producción de a.c.s por acumulación, ya que la elevada estratificación que se puede conseguir en el interior del acumulador genera unas temperaturas de retorno bajas. Hay que destacar que existe un periodo transitorio en el que cuando se produce el calentamiento inicial del depósito, el secundario se encuentra a una temperatura muy baja lo que es muy propicio para condensar desde el inicio. El gráfico muestra, como un depósito de agua caliente conectado a una instalación solar genera una elevada estratificación, ya que, cuando se inicia el calentamiento del depósito la impulsión y el retorno identificadas con las líneas SV1 mantienen un gran salto térmico lo que provoca una elevada temperatura en la parte superior del acumulador. A medida que pase el 16

17 Junkers tiempo y conforme se vaya calentando el acumulador se irán elevando homogeneizando las temperaturas como indican las líneas desde M6 a M1. Hay condensación en la producción instantánea de a.c.s? En este caso el intercambiador de la caldera situado en la parte más baja juega un papel muy importante, ya que, cuanto más bajo sean los retornos, más condensación se generará. Esto se consigue con una superficie de intercambio mayor, con caudales elevados y temperaturas de preparación del agua entre 50 y 60ºC. 1.4 Tipologías y funcionamiento Principios básicos El principio de funcionamiento de las calderas de condensación Junkers se basa en un sistema en el que la condensación se produce en el interior y la combustión se basa en un sistema de premezcla. Por ello, en el diseño se ha tenido en cuenta que el intercambiador interno comunique térmicamente el fluido de retorno de la instalación de calefacción con la salida de gases para provocar que los humos se enfríen. 17

18 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación Funcionamiento de una caldera de condensación: El ventilador recibe un aporte de aire de la cámara de combustión y un aporte de gas a través del cuerpo de gas de la caldera, se trabaja con un exceso de aire que ha de ser lo más ajustado posible para reducir las pérdidas por humos. Se trata de un ventilador modulante y se encargará de hacer la mezcla que posteriormente entregará al quemador. El nivel de modulación ha de ser lo más alto posible, lo que provocará un mayor ajuste de la potencia entregada a la instalación y una disminución de las pérdidas como consecuencia de una reducción en las paradas de la caldera. En el quemador se producirá la combustión y se cederá el calor a las paredes del intercambiador a la vez que los humos continuarán su recorrido hacia la parte inferior de la caldera donde al enfriarse, se convertirán en vapor de agua que serán recogidos en el sifón que posee internamente la caldera. Unido al intercambiador se encuentra la chimenea interna que hace que los humos no condensados fluyan y no queden retenidos, saliendo posteriormente por la chimenea convencional. 18

19 Junkers Diseño Las calderas Junkers son calderas con condensador integrado, por lo que al producirse la condensación en el interior los componentes deben de cumplir una serie de requisitos especiales para su correcto funcionamiento. El quemador. De material cerámico, muy diferente al de una caldera convencional ya que no genera una llama, se encuentra en la parte superior del intercambiador en posición invertida con el fin de que cuando la caldera condense, los condensados no caigan sobre el propio quemador. 19

20 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación El intercambiador. Sirve de soporte al quemador y a su vez está conectado al circuito de humos. Presenta dos características esenciales: 1. Gran superficie de intercambio, con ello conseguimos enfriar los gases procedentes de la combustión y de este modo recuperar la energía latente en el vapor de agua. 2. Bloque de Aluminio Silicio. Este material le confiere una buena resistencia a la corrosión y su vez una buena conductividad térmica Características generales Junkers, incorpora una nueva generación de calderas murales a gas de condensación denominadas Cerapur, de una alta eficiencia energética y avanzada tecnología. 20

21 Junkers Características generales: Todas nuestras calderas son respetuosas con el medio ambiente en cuanto a que tienen clase 5 de emisiones de NOx ya que emiten menos de 70 miligramos por hora y menos de 20 miligramos por hora de CO. Alto confort en a.c.s según la norma EN ya que poseen tres estrellas. Rendimiento del quemador de 4 estrellas según la directiva 92/42/CEE Caudales que van desde 14,3 litros minuto en el modelo Cerapur de 25kilowatios, 17,1 litros minuto en el modelo Cerapur confort y modelo excellence de más potencia con 42 kilowatios y 24,1 litros minuto. En todos los casos con un salto térmico de 25ºC. Hay que destacar también las calderas Cerapur Solar que aprovechan la energía solar para agua caliente con un caudal de 17,2 litros minuto pero también aprovechan esa energía para calefacción. Las calderas Cerapur se pueden clasificar según el sistema de producción de a.c.s en: Instantáneas de condensación: modelos cerapur, cerapur comfort y cerapur excellence, con potencias desde 25 hasta 42kW y caudales de hasta 24 litros minuto, con una gran estabilidad de temperatura. Modo de funcionamiento con microacumulación y programador integrado en el frontal de la caldera para la gestión de la calefacción y del agua caliente. 21

22 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación Acumulación dinámica: caldera cerapur acu, con potencia de 28 kilowatios y 42 l de capacidad distribuida a través de 3 depósitos de acero inoxidable. Debido a su funcionamiento permite obtener un ahorro significativo y un confort aportado por la combinación condensaciónacumulación, el caudal máximo suministrado es de 21litros minuto. El sistema CerapurSolar: constituido por una caldera mural de condensación y un acumulador solar de inercia de 400 litros, combina la tecnología de condensación con la solar térmica. Gracias al acumulador, la energía solar puede ser utilizada para calefacción y para la producción de agua caliente, permitiendo un ahorro del consumo de gas de hasta el 55% respecto a las antiguas instalaciones convencionales y todo en cerca de 1 m2 de superficie. El siguiente gráfico permite conocer el confort que se puede obtener con una caldera instantánea, una de acumulación o un sistema que combina ambas cosas de manera externa, caldera y acumulador, considerando en todos los casos que la potencia de la caldera es de 28 kilowatios. En el eje de las abcisas se representa el tiempo durante el cual cada uno de los sistemas suministra un determinado caudal y una temperatura. En el eje de las ordenadas, se representa la temperatura de suministro. El ejemplo considera un caudal de 12 litros minuto y una temperatura de entrada a la caldera de 10ºC. 22

23 Junkers Lo que se observa es: La línea verde que representa la caldera mixta, mantiene una línea continua durante todo el tiempo de la demanda, lo que confirma la estabilidad en cuanto al caudal y la temperatura que puede suministrar, en el ejemplo la temperatura de suministro sería de 42ºC. La línea azul corresponde al sistema de caldera con acumulador externo de 75 l, la respuesta del sistema es estable a una temperatura de 60ºC durante aproximadamente 5 minutos, pero pasado ese tiempo el agua almacenada en el depósito se ha consumido, lo que provoca que si la demanda continua se produce un descenso brusco de la temperatura de suministro, hasta volver a estabilizarse a una temperatura demasiado baja que se aleja del concepto de confort. La línea roja define la repuesta de la caldera cerapur acu con acumulación dinámica. En el inicio de la demanda se solapa con la producida por caldera más acumulador, pero con la consideración de que en la caldera cerapur acu sólo tiene 42 l almacenados, la estabilidad en la temperatura y caudal la mantiene durante más tiempo, llegamos a aproximadamente 6 minutos. Agotados los 42 l de acumulación la caldera se convierte en una caldera instantánea por lo que las líneas roja y verde se solapan y destaca el que el salto en la temperatura es más suave que en el caso de la caldera más acumulador, por lo que queda justificado el alto confort entregado en una caldera con acumulación dinámica. 1.5 Planificación de la instalación Generalidades Conocido el funcionamiento y el rendimiento que se puede obtener de una caldera de condensación, el siguiente paso es planificar su ejecución. No existe normativa específica para este tipo de calderas por lo que para su instalación le será de aplicación el RITE. La planificación se puede dividir en 4 bloques: Circuito hidráulico, recogida de condensados, circuitos de humos y regulación. Circuito hidráulico: Como ya se ha definido, la instalación en la que la caldera es de condensación el máximo rendimiento se obtiene al trabajar con temperaturas de retorno lo más 23

24 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación bajas posibles. Es por ello por lo que en el diseño de la instalación se ha de tener en cuenta los siguientes aspectos que no benefician a la instalación: Colocación de válvula de 4 vías. Provocaría una mezcla del agua de impulsión y de retorno de la instalación y unos caudales mayores. Diseño de la instalación con by-pass. No se produciría condensación al ser elevada la temperatura de retorno. Compensador Hidráulico. Implica un ajuste adecuado de los caudales de circulación en los circuitos primario y secundario. En todos los casos se produce un aumento de la temperatura de retorno. 24

25 Junkers Recogida de condensados No existe obligatoriedad en conducir los condensados producidos en la caldera, pero se llevarán a un desagüe debido a las características que posee. Las más destacables son: Carácter ácido. El valor de ph se encuentra entre 4 y 5.5 para el caso del gas. Altamente corrosivo daña las conducciones metálicas Contiene CO2. Por estos motivos es conveniente tomar una serie de medidas: Correcta canalización. Es conveniente que los condensados de la caldera no encuentren ningún sifón en la instalación y que sigan un tramo descendente hasta comunicar con el punto de desagüe. No siempre la salida de condensados de la caldera se encuentra cerca del desagüe por lo que en esos casos es necesario la colocación de una bomba de condensados. 25

26 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación Material del desagüe. No todos los desagües son adecuados, ver la siguiente clasificación. Desagües adecuados: PVC, acero inoxidable. Desagües no adecuados: Hierro, Zinc, Cobre, Acero, Plomo, Fibrocemento. Neutralización. La acidez que poseen puede verse compensada mediante neutralizadores externos a la caldera, lo que permitirán evacuar los condensados a cualquier tipo de desagüe. Aunque no existe normativa al respecto Circuito de humos En la evacuación de gases de los productos de combustión de una caldera de condensación no hay requisitos especiales, son los mismos que marca el RITE para otros tipos de calderas. Lo que sí es de especial importancia es el material utilizado en la chimenea: 26

27 Junkers Materiales Recomendados: Polipropileno Autoextinguible (PPs), Polifluoruro de Vinilideno (PVDF) y el acero inoxidable. Materiales a evitar: Acero galvanizado y tubos corrugados. En cuanto al diseño, es conveniente evitar tramos horizontales y mantener una inclinación mínima de 3º para que los condensados en la evacuación caigan al interior de la caldera, así como crear un drenaje en la parte más baja de la chimenea con el fin de evitar la acumulación. Estos 3º de inclinación se logran elevado el tramo horizontal 5,2 cms por metro horizontal Regulación El mejor sistema de regulación de una instalación con caldera de bajas emisiones o de condensación es a través de una centralita con sonda exterior, ya que el ajuste y modulación de la potencia se realizará con el menor consumo posible para la demanda solicitada en el interior de la vivienda. Este sistema de centralita con sonda exterior se anticipa a las pérdidas de energía de la vivienda cuando existe un descenso de la temperatura en el exterior del local a calefactar. Los sistemas de regulación se pueden clasificar en: Convencionales todo-nada: Es el sistema de regulación más usado en las instalaciones. Su funcionamiento consiste en la apertura o cierre de un contacto de 27

28 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación relé según se necesite demanda de calefacción o no. Este tipo de control no informa a la caldera de la temperatura del local a calefactar y por tanto como regla general siempre existe un exceso de energía en este tipo de regulación. Regulación con modulación: Este tipo de sistemas de regulación informan continuamente de la temperatura del local a calefactar y la caldera sólo aporta la energía necesaria para mantener la temperatura del local en el grado de confort que desee el cliente. Hay que decir que el local pierde energía a través de las paredes del local y lo que se intenta es aportar la misma energía que se pierde. Este tipo de regulación permite un ahorro de energía con respecto a la regulación todo-nada de hasta un 10%. Para un mayor ahorro existen relojes programadores que se instalan en el frente de la caldera que permiten controlar tiempos de funcionamiento de la calefacción y también del servicio de a.c.s. Centralita con sonda exterior. En este sistema se ha de instalar una sonda en el exterior del local a calefactar y es muy importante su correcta ubicación. Este tipo de sistemas de regulación informan continuamente de la temperatura del local a calefactar o bien de la temperatura exterior o bien de ambas. Con la sonda exterior el sistema se anticipa a que se pierda energía por las paredes del local, con el consiguiente ahorro de energía frente al sistema anterior. 28

29 Junkers Ubicación de la sonda exterior. Todas las calderas Junkers permiten los tres tipos de regulación antes mencionada, pero recomendamos o bien la regulación modulante o bien la centralita con sonda exterior. 29

30 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación 1.6 Sistemas solares Actualmente las instalaciones de los edificios tienen que cumplir una serie de requisitos en ahorro de energía que implica la incorporación de instalaciones de energía solar térmica para cubrir la demanda de agua caliente sanitaria. Por lo que, cualquier instalación tanto en edificios de varias viviendas por planta como en unifamiliares contará con una serie de elementos básicos de instalación como, captador solar, regulador solar, grupo de bombeo y acumulador solar y a su vez será imprescindible disponer de un sistema de energía auxiliar que cubra las necesidades no cubiertas por la instalación de energía solar para la demanda de agua caliente sanitaria y a su vez la de un sistema de calefacción. Las calderas cerapur de condensación pueden trabajar directamente con agua precalentada proveniente de un sistema solar y son modulantes termostáticamente por lo que son las calderas idóneas para este tipo de instalaciones Caldera cerapur para agua caliente sanitaria En una instalación de agua caliente sanitaria la configuración del sistema es como se muestra en la imagen. 30

31 Junkers Una instalación para preparar agua caliente sanitaria que incorpora una caldera cerapur en serie con el acumulador de energía solar. La caldera es capaz de detectar la temperatura de entrada y sólo arrancará en caso de que sea necesario modulando para aportar únicamente la temperatura que precisa. En las calderas cerapur se puede programar el encendido para que, dependiendo del tipo de instalación solar no se produzcan encendidos innecesarios en la caldera. La programación consiste en generar un retardo a la turbina y que permita conocer la temperatura proveniente del sistema solar, este retardo puede llegar a ser de hasta 50 segundos Caldera Cerapur para agua caliente sanitaria y suelo radiante Si la instalación de energía solar se diseña y ejecuta para cubrir las necesidades de agua caliente y calefacción por suelo radiante el esquema sería como el que se indica. 31

32 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación El circuito de primario aportaría la energía necesaria a los dos depósitos de almacenamiento, en primer lugar dando prioridad al depósito de a.c.s y en segundo lugar al de suelo radiante. El principio de funcionamiento para agua caliente es como se explicó anteriormente y el suelo radiante sigue el siguiente proceso: La instalación de suelo radiante es un circuito de baja de temperatura por lo que la caldera realizará una impulsión entorno a 40ºC, el fluido de la caldera irá directamente a la instalación para ceder la energía y que se produzca el calentamiento en la estancia. Una vez entregado el calor en la instalación el fluido retornará o bien a la caldera en el caso de que la temperatura de retorno esté por encima de la del depósito solar o al depósito de solar de la instalación porque la temperatura de este sea más alta que el retorno. El retorno que será de aproximadamente 30ºC jugará un papel importante. De cualquier manera, la combinación de caldera de condensación con sistemas de energía solar térmica genera un ahorro extra por lo que se consideran los aparatos mejor indicados Caldera Cerapur Solar El sistema CerapurSolar es directamente adaptable a captadores solares para la producción de agua caliente sanitaria y calefacción tanto suelo radiante como radiadores. Pero no sólo es adaptable a la energía solar sino también a bombas de calor, estufa, caldera de pellets o de leña. 32

33 Junkers Detrás de un diseño compacto se esconden todos los componentes necesarios para la instalación del sistema solar (a excepción de los captadores y vasos de expansión). El sistema está constituido por una caldera mural de condensación y un acumulador de inercia de 400 litros, gracias al cual la energía solar puede ser acumulada y utilizada para la producción de calefacción y agua caliente, permitiendo un ahorro energético de hasta 55% respecto a las antiguas instalaciones convencionales. Además, es posible combinar de manera fácil y rápida la caldera de condensación con otras fuentes de energía: la integración del sistema no ha sido nunca tan fácil y versátil. Explicación de funcionamiento de la Cerapur Solar: 1-caso Temperatura de ida calefacción 50º C Temperatura de retorno calefacción 30º C Temperatura acumulador de inercia 80º C 33

34 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación La energía necesaria para la calefacción y la producción de agua caliente será proporcionada enteramente por el acumulador de inercia en cuanto el agua contenida en su interior tenga una temperatura superior a la de ida. La válvula mezcladora manda el flujo de agua proveniente del acumulador de inercia al circuito de la caldera. Ese agua, oportunamente mezclada, atravesara el circuito para después ser mandada a los radiadores o al intercambiador sanitario de la caldera. En este caso la caldera de condensación, no entrando en funcionamiento, no consume energía para la calefacción o producción de agua caliente, con evidente ahorro en el consumo de energía. 2-caso Temperatura de ida calefacción 50º C Temperatura de retorno calefacción 30º C Temperatura acumulador de inercia 40º C La energía necesaria para la calefacción y la producción de agua caliente sanitaria será proporcionada casi en su totalidad por el acumulador de inercia en cuanto el agua contenida en su interior tenga una temperatura ligeramente superior a la de retorno. La válvula mezcladora manda el flujo de agua proveniente del acumulador de inercia al circuito de la caldera, que entra en funcionamiento para producir la energía adicional con el objetivo de obtener la temperatura necesaria para los radiadores o el intercambiador de la caldera. En este caso la caldera de condensación contribuye parcialmente a la producción de energía para la calefacción y la producción de a.c.s., reduciendo el consumo respecto a un sistema constituido por solo una caldera de condensación. 34

35 Junkers 3-caso Temperatura de ida calefacción 50º C Temperatura de retorno calefacción 30º C Temperatura acumulador de inercia 25º C La energía necesaria para la calefacción y la producción de agua caliente será generada enteramente por la caldera en cuanto el agua contenida en el interior del acumulador de inercia tenga una temperatura inferior a la del agua de retorno. La válvula mezcladora manda el flujo de agua proveniente del retorno de la calefacción hacia la caldera de condensación. En este caso el acumulador de inercia no será alimentado con agua proveniente del retorno de la calefacción, que tiene una temperatura mayor de aquella contenida en el acumulador. Así se evita que la caldera caliente inútilmente el agua contenida en el acumulador, con el evidente ahorro de consumo. 1.7 Mitos acerca de las calderas de condensación La incorporación de nuevos aparatos y nuevas técnicas de funcionamiento generan una serie de dudas a nivel de instalación, rendimiento y rentabilidad. En el caso de las calderas de condensación estos son los mitos que las envuelven: Sólo son eficientes cuando condensan durante todo su funcionamiento. Falso, como se ha visto a lo largo del curso, aún en el caso de trabajar en régimen de no condensación ofrecen un rendimiento muy superior. Son muy caras. Falso, en el pasado las calderas de condensación eran más caras debido a los materiales de sus componentes (como por ejemplo el intercambiador). Actualmente los precios se ha reducido y su amortización en una instalación está asegurada. 35

36 Calderas murales a gas de bajas emisiones y de condensación Son difíciles de instalar. Falso, su instalación es similar a la de una caldera convencional, con la única diferencia de que en este caso es necesario realizar la recogida de condensados. Los condensados son un problema. Falso, el ph de los condensados se encuentra entre 4 y 5.5, es similar al de un zumo de un limón. Lo más importante es conocer el material del desagüe o en su defecto neutralizar los condensados. Exigen un mayor mantenimiento. Falso, la única diferencia significativa es la necesidad de asegurarse de que la caldera está limpia de condensados. No pueden utilizarse en reformas de instalaciones existentes. Falso, como en cualquier sustitución de caldera debe de evaluarse la efectividad del sistema de control, la evacuación de humos y el estado general de la instalación. La columna de humos es una molestia. Falso, son menos perjudiciales que los gases de salida de calderas convencionales, lo que sí es cierto es que poseen un color más blanquecino Justificación y futuro de la condensación Como resumen se destacarán los puntos fuertes de las calderas de condensación que justifican su incorporación en las instalaciones frente a las calderas convencionales. Funcionamiento en régimen de condensación durante todo el ciclo en instalaciones de baja temperatura las hace ideales frente al resto. Justificadas en instalaciones con temperatura elevada debido a su rendimiento estacional más elevado y mayor rango de trabajo en régimen de condensación. Ventajas añadidas como modulación de potencia y bajo nivel de emisiones. La reglamentación actual y futura apunta claramente a la utilización de la condensación. Tanto el código técnico como el rite establecen las exigencias de ahorro energético de los edificios y sus instalaciones. La directiva eup establecerá los requisitos mínimos de aparatos de calefacción en cuanto a sus emisiones y se les entregará una calificación energética igual que la tienen actualmente los electrodomésticos. 36

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