Sistemas Integrados en Instalaciones de Energías Renovables

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1 León, 17 de Marzo de 2010 Sistemas Integrados en Instalaciones de Energías Renovables IRSC, Sascha Severin Gorka Goiri

2 Vaillant Group de un vistazo Vaillant Group es una compañía internacional, que centra su actividad en las tecnologías de calefacción y aire acondicionado. Vaillant Group desarrolla y fabrica productos hechos a medida, sistemas y servicios para calefacción, refrigeración y agua caliente. El grupo cuenta con alrededor de empleados. Desde su fundación en 1874, Vaillant Group es una empresa familiar.

3 Presencia Internacional 1 Vaillant Group Oficinas Centrales 2 Calderas Murales 3 Calderas de Suelo 4 Calentadores a gas 5 Aparatos eléctricos 6 Sistemas de aire acondicionado 7 Otros productos (acumuladores, módulos, componentes electrónicos) 8 Joint venture 9 Investigación y Desarrollo 10 Productos domésticos 11 Energías Renovables 12 Radiadores Vaillant Group está presente de forma activa con plantas de producción y desarrollo en los principales mercados europeos

4 Productos y servicios de reconocido prestigio actostor (Vaillant) atmocraft, vrnetdialog, ecotec (Vaillant) auromatic 560 (Vaillant) Bomba de calor geotérmica geotherm (Vaillant) Los productos de Vaillant Group han conseguido en los últimos 6 años más de 60 reconocimientos y premios por su calidad

5 Líderes en Innovación y Tecnología Controls Gas Calderas murales de condensación Gas/oil Calderas de condensación de pie Tierra, aire, agua Bombas de calor Sol Sistemas de energía solar térmica Madera Caldera de pellets Aire Acondicionado Regulación y control Atención al cliente Abarcamos el 90% de productos en el sector de la climatización

6 Líderes en Innovación y Tecnología Un equipo de I+D con 530 empleados en el total de los centros de innovación del Grupo. 50 nuevas patentes cada año. Vaillant Group ostenta un total de más de patentes. Orientación a los profesionales y usuarios finales Demandamos una constante mejora en la calidad del servicio y satisfacción del cliente. Apoyo eficiente al cliente via Internet con sistemas como vrnetdialog (Vaillant): parametrización, diagnóstico y señalización remotos. Formación intensiva, la mayoría sin coste.

7 allstor Sistema de acumulación de energía multicombustible 300 L - Ø750 x L - Ø1000 x L - Ø1400 x 2400 Versiones en: 300 L 500 L 800 L 1000 L 1500 L 2000 L

8 Almacenar el sol en el depósito Agua: un medio de almacenamiento ideal Elevado calor específico Al perder densidad con la temperatura, permite mantener diferentes capas de temperatura de tal forma que el agua fría y la caliente no se mezclan (el agua a 90 ºC pesa aprox. 1,5 % menos que a 10 ºC) La baja conductividad térmica del agua dificulta el intercambio de calor entre los estratos de agua caliente y fría

9 El almacenamiento de energía Sistemas de producción del ACS con apoyo solar Actualmente es de obligado cumplimiento en obra nueva el apartado HE 4 del CTE que obliga a la utilización de energía solar para la producción de ACS Mediante la utilización de depósitos convencionales y un equipo complementario es posible el aprovechamiento solar para la producción de ACS. Producción solar del ACS

10 Instalaciones solares para apoyo a calefacción Grado de cobertura del 35% aprox. de la demanda total Un dimensionamiento del campo de captadores para conseguir un apoyo a la calefacción durante el invierno necesariamente produce excesos de energía que generará períodos de estancamiento durante el verano Mediante la utilización de sistemas de calefacción y acumulación diseñados para tal efecto es posible el aprovechamiento de la energía solar para el apoyo a la calefacción. Los elementos de la instalación solar (vaso de expansión, amortiguador de temperatura, etc..) deben de dimensionarse para configurar una instalación segura para el estancamiento Los costos de mantenimiento de una instalación solar para el apoyo a la calefacción solar no son superiores, los elementos a mantener son los mismos.

11 Sistemas de calefacción con apoyo solar Apoyo solar a la calefacción Las normativas actuales promueven el aumento del nivel de aislamiento de los edificios con la consiguiente disminución de la potencia demandada Mediante la utilización de sistemas de calefacción, acumulación y emisión diseñados para tal efecto es posible el aprovechamiento de la energía solar para el apoyo a la calefacción. La utilización de varios depósitos implica complicaciones en su ejecución y control. En cambio, los depósitos multi-energía (combi) facilitan la utilización eficiente de la energía solar para varios usos (apoyo a calefacción) y simplifican la regulación del sistema. Es posible llegar a coberturas de aprox. el 35% de la demanda total del edificio (ACS + calefacción)

12 Depósito solar = Almacenamiento de energía La disponibilidad de energía solar y el consumo de agua caliente no tienen por que coincidir en el tiempo por lo que debe de ser almacenada en un depósito. Un criterio de elección del depósito es su capacidad estratificadora Las zonas de diferentes temperaturas (estratos) deben permanecer inalterables durante largos períodos de tiempo (incluso cuando se consume agua caliente) La estratificación se favorece mediante: Relación altura/forma (2:1) En acumuladores de carga por estratificación mediante tubos o columnas de estratificación.

13 Tipos de depósito Depósito de ACS (bivalente) Válido para agua caliente sanitaria rica en oxígeno El propio agua caliente sirve como acumulación Normalmente son depósitos vitrificados o de acero inoxidable La energía solar se aporta al intercambiador inferior En la parte superior se encuentra otro intercambiador mediante el cual la caldera se encarga de calentar la parte de disposición de ACS hasta la temperatura de confort

14 Tipos de depósito Depósito combi El agua se acumula en un circuito cerrado Pueden ser de acero convencional (acero al carbono) En la zona superior se encuentra el volumen de disposición para el calentamiento de ACS En la zona media se encuentra la zona para calefacción Depósito combi El intercambiador solar se encuentra en la zona baja del depósito o puede ser externo (int. de placas) Sirven de depósito de inercia para la caldera El ACS se prepara al paso, en un depósito interno o mediante un intercambiador de placas a contra flujo No es necesario un intercambiador adicional para la preparación de ACS Depósito combi con preparación de ACS al paso integrada

15 Tipos de depósito Depósito Tank in Tank Es un depósito de inercia lleno de agua de calefacción con un segundo depósito de ACS en su interior Dentro del segundo depósito se acumula el ACS que es calentado por el agua de calefacción que lo rodea Depósito tank in tank El depósito de ACS suele ser de acero inoxidable (tiene mayor conductividad que el acero vitrificado)

16 Tipos de depósito Depósito estratificador En los depósitos estratificadores el calor solar de mayor nivel térmico se almacena directamente en la parte superior (zona de disposición), de esta forma se evita que la caldera arranque tan a menudo. La estratificación se realiza de dos formas: estratificación pasiva: mediante los elementos estratificadores dentro del depósito. estratificación activa: el depósito de inercia se carga a diferentes niveles en función de la temperatura, para ello se utilizan válvulas diversoras comandadas por la regulación

17 Sistema allstor Gestión de diferentes componentes en un único sistema Módulo solar Emisores Módulo de ACS Depósito de inercia Generadores

18 Sistema allstor Descripción funcional del sistema Válvulas de corte Válvula Bomba de carga Bomba de alta eficiencia Caudalímetro Sonda de presión Sonda de temperatura 3.) 3.) 3.) Sistema de Calefacción 3.) 4 vainas para 3 sondas en total 1.) Bomba de circulación (accesorio) 1.) 2.) Bomba de carga Caldera a Bomba Caldera Caudalímetro 3.) gas de calor pellets Sonda de temp. 2.) Mezcladora Uso optimizado de las fuentes de energía disponibles mediante estratificación y estrategias de regulación que utilizan válvulas mezcladoras, bombas de velocidad variable y sensores de caudal y temperatura

19 Sistema allstor Descripción funcional del sistema El sistema es controlado por tres sondas. Si una temperatura baja del valor de consigna se transmite una demanda de calor. Las fuentes de calor proporcionan los flujos térmicos en linea con la demanda. Dependiendo de su temperatura, los flujos térmicos se almacenan en las correspondientes capas del depósito. Grupo de ACS La unidad de ACS y los circuitos de calefacción controlados extraen el calor necesario en linea con la demanda del depósito tampón. Grupo de carga solar Si las sondas del depósito no detectan ninguna demanda de calor, el sistema intentará almacenar la energía solar para su uso (el depósito tampón se carga hasta su temperatura máxima de 95 C). Depósito

20 Depósito Estructura y uso Estratificador solar Ida generador de calor Retorno de módulo de ACS IRSC, Sascha Severin Retorno circuitos de calefacción

21 Depósito Descripción técnica Funciones principales Acumulación de energía térmica Estratificación de diferentes niveles de temperatura con caudales de hasta 10 m³/h Evitar la mezcla en el depósito Funciones secundarias Pérdidas térmicas mínimas Purgado del sistema Otras Características Gama de 300L 2.000L Instalación de los módulos solares y de ACS directamente al depósito Flexibilidad: 4 posibles posiciones de las sondas

22 Depósito Cuáles son las ventajas de un depósito de inercia en comparación con un simple Vaillant depósito aurostorbivalente? VIH S 500 allstor VPS 500/2 Principales Características: Calentamiento del agua hasta 85 C Calentamiento de abajo a arriba (lento) ACS solar Ánodo de protección para la corrosión es necesario el mantenimiento Protección anti legionela es necesario calentar hasta 70 C pérdidas de energía Principales características: Calentamiento del agua hasta 95 C mayor ganancia Calentamiento de arriba hacia abajo (más rápido) ACS y apoyo a calefacción solar No es necesario ánodo (circuito cerrado) No es necesaria protección antilegionela o depósito buffer calentamiento instantáneo del agua (módulo de ACS)

23 Depósito Cuáles son las ventajas de un depósito de inercia con respecto a un depósito Vaillant aurostor tank in VPS tank? SC 1000 allstor VPS 1000/2 Principales características: Calentamiento del agua hasta 85 C Calentamiento de abajo a arriba (lento) ACS y apoyo a la calefacción solar Ánodo de protección contra corrosión es necesario mantenimiento Protección anti-legionella es necesario calentar hasta 70 C pérdida de energía Volumen limitado de ACS Principales características: Calentamiento del agua hasta 95 C mayor ganancia Calentamiento de arriba hacia abajo (más rápido) ACS y apoyo a calefacción solar No es necesario ánodo (circuito cerrado) No es necesaria protección antilegionela o depósito buffer calentamiento instantáneo del agua (módulo de ACS)

24 Instalaciones high-flow Ejemplo de instalación forzada high-flow El rango típico de caudal es de entre L/(h m 2 ) de captador Debido al elevado caudal el diferencial de temperatura entre la entrada y la salida de los captadores es bajo El captador trabaja a un nivel térmico bajo por lo que el rendimiento del captador es elevado

25 Instalaciones low-flow Especialmente en instalaciones grandes a partir de 20 m 2, el rango típico de caudal es bajo, de L/(h m 2 ) de captador De esta forma se pretende elevar más el nivel térmico del fluido solar Este modo de funcionamiento permite trabajar con acumuladores de carga por estratificación calentando rápidamente la zona de disposición del depósito

26 Instalaciones low-flow La zona de disposición alcanza rápidamente la temperatura de confort aún cuando la zona de intercambio solar permanece fría, esto: Aumenta el rendimiento de la instalación solar Evita arranques innecesarios de la caldera

27 Instalaciones high-flow, low-flow y matched-flow Rango de caudales La estrategia de control normal de las instalaciones de energía solar es de tal forma que se pretende mantener la temperatura de captadores lo más cercana posible a la temperatura del depósito El caso de los depósitos estratificadores es una excepción, normalmente trabajan en régimen Low-flow de esta forma el depósito alcanza rápidamente una temperatura elevada en la parte superior Las instalaciones tipo matched-flow funcionan a caudal variable. El caudal varía en función del diferencial de temperatura entre la salida de los captadores y el depósito solar.

28 Instalaciones matched-flow Ejemplo de funcionamiento matched-flow El modo matched-flow es una combinación de ambos modos de funcionamiento ( low y highflow ) Es necesario disponer de una bomba de caudal variable que pueda ser regulada según demanda Para operar en este modo es necesario un acumulador estratificador. Para alcanzar la temperatura demandada en la zona de disposición lo antes posible, el caudal del circuito solar es llevado al mínimo. Al operar con bajo caudal el rendimiento de los captadores permanece bajo pero se evita que la caldera arranque. Una vez alcanzada la temperatura demandada en la zona de disposición, el caudal aumenta.

29 Módulo de carga solar Función y uso La unidad de carga solar transporta el calor desde el campo de captadores hasta el depósito tampón calentando el agua del depósito mediante un intercambiador de placas. Incluye todos los grupos de montaje hidráulico y eléctrico necesarios. No es necesaria ninguna sonda adicional para los captadores ni para el depósito. La unidad de carga solar realiza automáticamente las siguientes funciones: Ajuste del caudal Eliminación del aire Protección antihielo Optimización para lograr la máxima ganancia solar Visualización de la ganancia solar

30 Módulo de carga solar Componentes 1. Bomba del depósito 2. Bomba solar 3. Intercambiador de calor 4. Caudalímetro 5. Eliminador de aire con válvula 6. Válvula de seguridad 7. Control 9. Limitador de temperatura T1: sonda de temp. en la ida solar T2: sonda de temp. en el retorno solar T3: sonda de temp. en la ida del depósito T4: sonda de temp. en el retorno del depósito

31 Módulo de carga solar Ventajas de instalación Eliminador de aire Sonda de captadores Control adaptativo de bomba Sonda de captadores Intercambiador de calor Sonda de depósito Sonda de impulsión y sensor adicional de temperatura

32 Módulo de carga solar Descripción funcional Funciones principales Genera demanda de calor si es necesario Evita el post calentameinto Optimiza la ganancia solar si no hay demanda Usa el agua fría del fondo del tanque Funciones secundarias Función Pump kick Protección antihielo Calculo de la ganancia solar Valores por defecto para modo stand alone Beneficios Bajo consumo energético debido a la bomba de alta eficiencia y a la modulación de la bomba Integración de nuevos componentes Comunicación con otros sistemas (ebus) Está pegado al depósito para evitar pérdidas térmicas y facilitar el montaje

33 Módulo de carga solar Qué es la función pump kick de la bomba? La bomba funciona durante un corto espacio de tiempo para comprobar que es posible (o no) tomar energía de los colectores solares. La función pump kick comprueba el circuito La bomba funciona con menos potencia (20% ~7W) La bomba no funciona durante la noche (si se han ajustado la fecha y la hora ahorro nocturno de pump kick ) Un calendario solar interno calcula la hora del amanecer y del ocaso Si la temperatura es demasiado baja (<5 C) el pump kick se limita a 1min y la pausa se extiende a 30min La integración de las sondas cerca del depósito ahorra tiempo de montaje y garantiza que el sistema trabaja en el punto óptimo.

34 Módulo de carga solar Que pasa durante el estancamiento? Un correcto dimensionamiento del sistema minimiza el estancamiento y proporciona suficiente respaldo de agua caliente Durante el verano la zona de calefacción del depósito se cargará con energía solar para ACS La temperatura máxima de acumulación es de 95 C Las bombas paran debido al riesgo de destrucción de los componentes y del fluído solar

35 Módulo de carga solar Que pasa durante las heladas? Con la hora y la fecha seleccionadas la función pump kick no se realiza El calendario solar minimiza la función pump kick p.ej.: en invierno de 8am a 12pm Si la sonda de temperatura T1 detecta una temperatura baja (<5 C) la sonda del depósito arranca a velocidad mínima para proteger el intercambiador de placas contra congelaciones Ambas bombas funcionarán durante 1min Detecta la temperatura de captadores tras unos pocos arranques El siguiente ciclo pump kick comienza en 30min Minimiza las pérdidas térmicas

36 Módulo de ACS Función y uso El módulo de ACS sirve para proporcionar agua caliente sanitaria en linea con la demanda. Calienta el agua de forma similar a un calentador instantáneo: el calor acumulado se transfiere al agua sanitaria mediante un intercambiador de placas. Funciones principales Preparación ACS Función anti-legionela Función Circo-kick Protección ant-hielo Interfaces de funcionamiento

37 Módulo de ACS Componentes 1. Bomba depósito de inercia 2. Válvula mezcladora 3. Sensor de caudal 4. Intercambiador de placas 5. Control T1: Sonda temp. ida depósito T2: Sonda temp. retorno depósito T3: Sonda temp. ida agua

38 Módulo de ACS Descripción funcional Funciones principales Usar el agua caliente de la parte superior del depósito Suministrar agua fría a la parte inferior del depósito Funciones secundarias Función anti-legionela Legio set Función circo-kick Protección antihielo Diseño anticalcificación Valores por defecto para funcionamiento stand alone Beneficios Bajo caudal inicial para arranque (2L/min) Es posible integrar accesorios Ahorro de costes Comunicación con otros sistemas (ebus) Montaje en el frontal del depósito, facilita la instalación Cerca del depósito para crear ACS muy rápido

39 Módulo de ACS Integración de una bomba de circulación en el sistema Existe un accesorio de bomba circuladora para el módulo de ACS Características principales: 1.) Se puede integrar la bomba de circulación en el propio módulo de ACS menos mano de obra de instalación Conexionado eléctrico fácil al controlador del módulo Función Circulation kick la bomba de circulación arranca solo cuando se abre el grifo Para inmediatamente cuando el retorno está caliente ahorro de energía 2.) Bomba circuladora externa más trabajo de instalación Fácil conexionado eléctrico al AMU o al auromatic 620/3 Programación horaria la bomba de circulación funciona siempre dentro del programa horario

40 Regulación del sistema Mayor eficiencia del sistema gracias a la gestión energética La regulación carga el depósito en función de la disponibilidad de las fuentes de calor y de la demanda en las 3 zonas Se pueden ajustar las temperaturas de impulsión para optimizar el uso de la función estratificadora del buffer Gestión inteligente de la energía para maximizar el uso de las energías renovables

41 Regulación del sistema Flexibilidad debido a las diferentes posiciones de las sondas ACS Sonda ACS Calefacción Retorno para solar Confort de ACS normal Confort de ACS ampliado

42 Regulación del sistema Prevención del recalentamiento Zona de confort: Permanece permanentemente caliente para asegurar el confort de ACS Retardo al calentamiento de 4 horas para la zona extendida de ACS si el módulo de carga solar está cargando la zona El módulo de carga solar le concede a la zona de ACS la prioridad más alta. La segunda es la zona de calefacción la demanda la emite la regulación del sistema Si no hay demanda se hace la carga solar son T = 10K o más bajo (la mayor eficiencia solar) 10% 20% 45% 25%

43 Sistema allstor Ventajas Característica técnica Módulos listos para conectar Ventajas Instalación fácil y con un buen acabado Mínimo riesgo de fallos de montaje Ámplia gama de módulos y depósitos Actuadores y sensores integrados Bomba solar de alta eficiencia Ajuste automático de caudal Ampliable Planificación rápida y sencilla Instalación fácil (plug & play) La última tecnología en bombas No es necesario ajustar el caudal Ampliación del sistema Componentes concertados y testados Menores costos de instalación Menores costos de funcionamiento Optimización de la ganacia solar Costo de instalación más bajo

44 Ejemplos de esquemas hidráulicos Sistema de calefacción con bomba de calor geotérmica geotherm

45 Depósito MSS con Bomba de Calor geotérmica

46 Ejemplos de esquemas hidráulicos Sistema de calefacción con caldera(s) mural(es) a gas

47 Depósito MSS con caldera y módulos en pared

48 Ejemplos de esquemas hidráulicos Sistema de calefacción con caldera de condensación a gas ecocraft

49 Ejemplos de esquemas hidráulicos Sistema de calefacción con caldera de pellets renervit

50 Esquema hidráulico. Pellets + MSS

51 Esquema hidráulico. Pellets + solar. Ejemplo Reformas realizadas Caldera de pellets Ajuste de superficies calefactoras Aislamiento de las tuberías Ajuste hidráulico Saneamiento instalación gases de escape Tipo de vivienda Bloque de 8 vivienda de 82 m2 en centro Europa Nivel de aislamiento años 70 Caldera estándar gas/gasóleo ACS + Calefacción con pellets + Solar térmica

52 Ejemplos de esquemas hidráulicos Sistema con caldera de pellets renervit y caldera de pie

53 Ejemplos de esquemas hidráulicos Sistema con caldera de pellets renervit y caldera mural de condensación

54 Ejemplos de esquemas hidráulicos Sistema con caldera de pie y sistema de cogeneración ecopower

55 Ejemplos de esquemas hidráulicos Sistema con caldera mural y sistema de cogeneración ecopower

56 Ejemplos de esquemas hidráulicos Sistema con caldera de pellets renervit y paila

57 Ejemplos de esquemas hidráulicos Sistema con caldera mural y paila

58 Ejemplos de esquemas hidráulicos Sistema con bomba de calor geotérmica geotherm y cogeneración

59 Ejemplos de esquemas hidráulicos Sistema con bomba de calor geotérmica geotherm y caldera mural

60 Apéndice Instalación de prueba de campo Regulador de sistema, 2 CC Montaje de los captadores Transporte del depósito Sistema instalado con ecovit 22 kw - Llenado del circuito solar en progreso Campo de captadores 6 VFK 150 Transporte e instalación en 2 días. Puesta en marcha fácil. Funcionamiento con buen confort de ACS, estabilidad de temperatura perfecta Ganancia solar durante los primeros 4 meses mayor 2500 kwh (Simulación 2200 kwh) Sistemas en funcionamiento sin problemas desde mayo. Telegestión mediante vrnetdialog.

61 allstor Sistemas integrados para energías convencionales y renovables Utilizable con: Calderas convencionales Calderas de condensación Calderas de pellets Bombas de calor Aire/Agua Bombas de calor Agua/Agua Sistemas de microcogeneración Máxima potencia de equipos hasta 160 kw El máximo caudal a transferir es: Hasta L/h en el VPS 800/2 (800 L) Hasta L/h en los VPS 1000/2 y VPS 2000/2 (1000 y 2000 L) Utilizable con sistemas de calefacción con emisores tipo radiador, radiadores de baja temperatura o suelo radiante (según configuraciones) El sistema de almacenamiento allstor es la solución de acumulación de diferentes fuentes de energía y aplicaciones de calefacción.

62 Muchas gracias por su atención!

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