Del termo a la bomba de calor SOLUCIONES EFICIENTES PARA EL CALENTAMIENTO DEL AGUA CALIENTE SANITARIA

Transcripción

1 Del termo a la bomba de calor SOLUCIONES EFICIENTES PARA EL CALENTAMIENTO DEL AGUA CALIENTE SANITARIA Departamento SYF (Soporte y formación) de ARISTON TERMO ESPAÑA, S.L.

2 2 Soluciones eficientes para el calentamiento del agua caliente sanitaria Soluciones eficientes para el calentamiento del agua caliente sanitaria 2010 Departamento SYF (Soporte y formción) de ARISTON TERMO ESPAÑA, S.L

3 3 ÍNDICE DE CONTENIDOS 0. INTRODUCCIÓN TERMO ELÉCTRICO TRADICIONAL 1.1 Componentes Funcionamiento básico Dimensionado básico Consumo energético TERMO ELÉCTRICO INTELIGENTE DE SEGUNDA GENERACIÓN 2.1. Componentes Funciones adicionales Ejemplos Ahorro energético BOMBA DE CALOR PARA AGUA CALIENTE SANITARIA 3.1 Componentes Funcionamiento Ejemplos Consumo energético CONCLUSIONES... 39

4 4 Introducción Soluciones eficientes para el calentamiento del agua caliente sanitaria 0. INTRODUCCIÓN El calentamiento de agua sanitaria viene realizado por el generador de calor, tal como se entiende en el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) aprobado por el Real Decreto 1027/2007. Este dispositivo tiene, entre otros, el objetivo de abastecer de agua caliente sanitaria a todos los puntos de la instalación que requieren una temperatura superior a la de red. En el caso de viviendas el agua caliente sanitaria es una necesidad esencial, las temperaturas que se suelen utilizar son las siguientes: Consumos y temperaturas de uso de agua caliente sanitaria Tipo de aparato Consumo (Litros) Temperatura de uso (ºC) Lavabo 6 38 Ducha Ducha hidromasaje Bañera pequeña Bañera mediana Bañera grande Bidé 6 38 Fregadero 20 55

5 5 Para abastecer los aparatos con dicha agua caliente, existen diferentes sistemas; unos son instantáneos, con lo que se han de dimensionar teniendo en cuenta la situación más desfavorable de consumo y otros disponen de una reserva acumulada para poder compensar la demanda en un determinado momento. En el siguiente cuadro se detallan los principales tipos de generadores de calor individuales, entendidos como sistemas de producción de agua caliente sanitaria: Sistemas de producción de agua caliente sanitaria (ACS) Termo Instántaneo Acumulación Eléctrico Gas Eléctrico Gas A pesar de que estos son los generadores de calor más utilizados, se están desarrollando nuevos sistemas más eficientes energéticamente a fin de optimizar el consumo de energía fósil y reducir las emisiones. Esto viene provocado por la nueva legislación europea relativa a la eficiencia energética de los edificios (Directiva 2002/91/CE, de 16 de diciembre de 2002) y el sistema de Certificación Energética de los Edificios aplicable ya en España. Además de estas normativas está previsto para el 2011 un nuevo sistema de etiquetaje energético. Los sistemas recibirán una letra de la A a la G, similar al utilizado en los electrodomésticos. Además, estarán disponibles las A+, A++, A+++ para los sistemas más eficientes. En este manual se presentan diferentes sistemas eléctricos de producción de ACS, orientados al ahorro energético y a la reducción de emisiones sin que ello provoque una disminución del confort sanitario. Partiendo del generador de calor tradicional con acumulación, se presentará un nuevo sistema con componentes optimizados y uno segundo con bomba de calor.

6 6 Termo eléctrico tradicional Componentes 1. TERMO ELÉCTRICO TRADICIONAL 1.1 COMPONENTES Se trata del sistema con el que se obtiene mayor cantidad de ACS (agua caliente sanitaria) y con mayor confort para la vivienda. Un termo eléctrico tiene dos partes principales: una cuba donde se almacena el agua y un componente eléctrico que es el que genera el calor. En el siguiente gráfico se detallan sus componentes principales: Componentes 1. Chapa de acero pre-pintada 2. Aislamiento en poliuretano expandido 3. Calderín vitrificado a 850ºC para evitar la corrosión 4. Ánodo de protección del calderín 5. Resistencia eléctrica 6. Válvula de seguridad y de compensación con leva para vaciado 7. Termostato de funcionamiento y de sobre-temperatura 8. Elementos de protección IP frente al contacto con el agua externa 7 6 8

7 Termo eléctrico tradicional Componentes CALDERÍN El calderín se compone de: Dos extremidades curvadas o casquetes en la parte inferior y en la superior. Un cuerpo cilíndrico, solamente para grandes capacidades. Dos tubos. Una de las extremidades está agujereada y provista de una pletina en la cual se instalan la resistencia y el termostato. Los dos tubos roscados están soldados en la parte inferior para permitir la entrada y salida del agua caliente Calderín vertical (capacidad >30l) Calderín vertical (capacidad <30l) Calderín horizontal con tomas verticales Calderín horizontal con tomas laterales 1.Parte superior 2.Tubo salida agua caliente ay diferentes tipos de salida de agua. El agua caliente se toma siempre de la parte superior del calderín. 3.Parte inferior 4.Borde para pletina 5.Tubo entrada agua fría 6.Difusor de ingreso Evita las turbulencias y mantiene el agua fría en entrada en la parte inferior. 7.Calderín El calderín realizado en acero necesita protección ante la acción corrosiva del agua. La más utilizada es el esmalte vitrificado. Se trata de una cerámica compuesta de sílice que se aplicada de manera uniforme en la parte interna del calderín, con un espesor medio de 250 micras. El calderín se calienta a la temperatura de 850 C, de tal manera que el esmalte se endurece y se adhiere perfectamente al calderín.

8 8 Termo eléctrico tradicional Componentes RESISTENCIAS Existen dos tipos de resistencias: Resistencia sumergida Resistencias de cobre con brida estañada o de latón y funda de termostato, que se encastra conectando directamente con los terminales faston de la resistencia. Su forma puede ser de una horquilla, triple curva o en espiral. Las resistencias de inmersión se definen como resistencias con vaina, en contacto con el agua. Tienen una temperatura operativa de aproximadamente C. Las resistencias de inmersión tienen además potencias y longitudes diversas y sus conexiones eléctricas pueden ser monofásicas y trifásicas. Resistencia en seco o cerámica Está compuesta por una serie de cilindros de cerámica refractaria, resistentes a temperaturas muy altas, modeladas con canales externos vacíos donde se entrelazan las espiras de la resistencia. También estos elementos varían en su forma, potencia y longitud y las conexiones eléctricas pueden ser monofásicas o trifásicas. La resistencia está montada en un soporte de acero esmaltado (la vaina) que la protege del contacto con el agua. Esta vaina incluye también el termostato y el soporte del ánodo. Las principales ventajas de esta resistencia son: No es necesario vaciar el calderín para cambiar la resistencia. Gran resistencia a la corrosión debido a la vaina esmaltada. Elevada resistencia a las incrustaciones debido a una amplia superficie de intercambio del calor. Los depósitos de cal resultan por tanto inferiores.

9 Termo eléctrico tradicional Componentes Resistencia sumergida Resistencia en seco o cerámica 4 1. Ánodo 2. Vaina termostato 3. Resistencia 4. Termostato 5. Vaina resistencia

10 10 Termo eléctrico tradicional Componentes TERMOSTATOS El termostato controla la temperatura del agua en el interior del aparato. Éste realiza dos funciones: Control de la temperatura durante el funcionamiento normal, permitiendo al usuario ajustarlo manualmente a través de un selector externo. Seguridad térmica. Si el dispositivo de control de la temperatura funcionase de manera incorrecta, la temperatura del agua podría aumentar y producir vapor. Para evitar dicha posibilidad, un dispositivo independiente de seguridad quita la alimentación eléctrica. Para volverla a restablecer, se requiere un rearme manual. No obstante se aconseja localizar la causa del problema antes de volver a realizar la conexión del termo. Termostato de varilla Se basa en el principio de la diferencia de expansión térmica de dos materiales. Los componentes de un termostato de varilla son los siguientes: Expansión térmica 2. Primer dispositivo de seguridad 3. Calderín 4. Expansión térmica 5. Lámpara señalización 6. Resistencia 7. Segundo dispositivo de seguridad 8. Agua caliente

11 Termo eléctrico tradicional Componentes 11 El tipo de termostato usado depende de muchos parámetros como la capacidad del calderín, la potencia de la resistencia, etc. Ejemplos: Termostatos de varilla Termostato de bulbo Este tipo de termostato se basa en un principio neumático. El bulbo contiene un gas cuya presión varía con la variación de temperatura. La variación de temperatura actúa en la célula presostática que activa un contacto eléctrico Bulbo 2. Capilar 3. Célula presostática 4. Contacto eléctrico Termostatos de bulbo

12 12 Termo eléctrico tradicional Componentes ÁNODO La corrosión es un proceso químico normal que se produce entre el metal del termo (calderín, tubería, resistencia) y el agua que lo rodea. Este fenómeno produce perforaciones en el calderín, reduce la resistencia mecánica de los elementos y daña la resistencia. Las causas de la corrosión son las siguientes: 1. Oxígeno disuelto (de 5 mg/l a temperaturas elevadas y hasta 12 mg/l a temperaturas bajas). 2. Sales que convierten el agua en abrasiva. Para prevenir la formación de perforaciones en el calderín, se usa un ánodo de magnesio. Supongamos que tenemos una visión de los átomos individuales. La corrosión se desarrolla en tres fases: 1. El oxígeno disuelto en el agua está en contacto con la superficie interna del aparato. 2. El hierro del aparato tiende a disolverse (el átomo pierde dos electrones y se convierte en ión Fe++) 3. El ión de hierro deja la superficie del aparato y se combina con el oxígeno convirtiéndose en óxido (FeO). Se acaba de iniciar la formación de una perforación O O O O O O Molécula de oxígeno disuelto (O 2 ). Molécula de agua ( 2 O). Átomo de hierro (el principal elemento que constituye el aparato). Óxido ferroso (óxido) producto de la corrosión. O O Fe Fe Fe Fe Fe Fe O Fe Fe Fe Fe Fe Fe O O O O O O O O Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe O Fe O O O Fe O Fe O O Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe O

13 Termo eléctrico tradicional Componentes 13 Tipos de ánodo: Ánodo de magnesio Obstaculiza la corrosión del calderín de acero y actúa por electrólisis. Añade una posterior protección a la que proporciona el propio esmalte o vitrificado del calderín. Es la protección catódica. La vida operativa del ánodo depende de la cantidad, de la calidad y de la temperatura del agua. El ánodo debería ser controlado y cambiado antes de que se deteriore completamente. En resumen la corrosión no se impide totalmente pero resulta dañado el ánodo de magnesio (2) y no el aparato (1) 2 1 O O O O O 2 O O O O O O O O O O Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe 3 Fe Fe Fe Fe Fe Fe 1 O 1. Aparato de hierro (Fe). 2. Ánodo de magnesio (). 3. Competencia entre el hierro y el magnesio. Reacción entre el oxígeno y el magnesio generando oxído de magnesio y no óxido ferroso, y por tanto, preservando protegido el calderín de hierro. Tanto el hierro como el magnesio tienden a ser solubles en agua; ya que el magnesio es más electropositivo que el hierro (tiende fácilmente a convertirse en ++). Es el mismo magnesio que da inicio a la solución: en ese momento el magnesio deja el ánodo y se une a los átomos de oxígeno; la corrosión ha terminado, en otras palabras el ánodo de magnesio se deteriora mientras que el calderín permanece intacto.

14 14 Termo eléctrico tradicional Componentes Como ya se ha explicado en el capítulo sobre la corrosión, el ánodo protege el calentador contra la corrosión. Dicha protección desgasta el ánodo de magnesio y no el aparato. Esta protección no dura eternamente. Para el uso normal del aparato se calcula que su duración sea de aproximadamente dos años: por lo tanto se debería cambiar el ánodo cuando se realice el mantenimiento del aparato. Ánodo activo En este caso se incorpora un circuito electrónico que crea una diferencia de potencial entre el calderín de agua caliente y un electrodo de titanio, garantizando una óptima protección del calderín y obstaculizando la corrosión. Por medio de una corriente eléctrica aplicada exteriormente, la corrosión se reduce virtualmente a cero y el calderín no sufre deterioro durante un tiempo indefinido. Este efecto se debe a que el ánodo catódico neutraliza la acción corrosiva del oxígeno. Para asegurar el correcto funcionamiento del sistema de protección, éste debe estar continuamente conectado a la toma de corriente. Para que funcione correctamente el aparato ha de estar conectado a la red de 230V Ánodo de titanio 2. Vaina

15 Termo eléctrico tradicional Componentes MANGUITOS DIELÉCTRICOS El contacto entre dos materiales de naturaleza diversa, cobre y acero, conlleva un cierto peligro. En algunos casos se puede producir el fenómeno de la electrólisis, y por consiguiente la corrosión. Esta corrosión galvánica es mayor cuando la diferencia de potencial entre los dos metales o aleaciones es notable como en el caso del hierro y cobre. Para obstaculizar la corrosión del aparato en los tubos de entrada y salida, es necesario evitar el contacto directo entre estos dos metales. Por eso la conexión del termo a la instalación hidráulica de la vivienda se ha de realizar con unos manguitos dieléctricos de resina que se colocan en los tubos de entrada y salida del agua, de modo que se evita el contacto directo de éstos con los tubos de la instalación hidráulica, sobre todo cuando éstos últimos son de cobre. Manguitos dieléctricos VÁLVULA DE SEGURIDAD Funciones de la válvula de seguridad: Controla la presión del agua en el interior del calderín. Es entonces una seguridad contra valores elevados de presión e interviene cuando la presión interna supera los 7-8 kg/cm2. Tiene la función de retención ya que no permite el vaciado del calderín en caso de falta de agua en la red.

16 16 Termo eléctrico tradicional Componentes Funcionamiento de la Válvula de Seguridad 1º Alimentación: A más de 0,1 kg/cm 2 el agua fría entra en el termo. 2º Antirretorno: Cuando el termo se encuentra en funcionamiento comienza la dilatación del agua por el aumento de la temperatura por lo que la presión va aumentando. La válvula antiretorno evita que el agua retorne por el tubo de agua fría. 3º Expansión: Si la presión de la tubería del agua fría es superior a 4 kg/cm 2 sin consumo de ACS, estando el termo en funcionamiento, fácilmente se generan contraprestaciones superiores a los 8-9 kg/cm 2, activándose así la fase de expansión, y expulsando el agua al exterior para evitar roturas de tuberías y termo. Por esto es obligatorio un desagüe conducido, para evitar derrames del agua y demás riesgos. 1. Antirretorno 2. Alimentación 0,1 kg/cm 2 3. Expansión 8±0,5 kg/cm Válvula de seguridad Grupo de seguridad Grupo de seguridad Es una válvula de seguridad más fiable y precisa que las convencionales. Además incorporan una válvula de interceptación y otra válvula de retención controlable.

17 Termo eléctrico tradicional Componentes VASO DE EXPANSIÓN SANITARIO Cuando la presión de la red es elevada se recomienda colocar un vaso de expansión de agua caliente sanitaria a la entrada del termo, de este modo se consigue disminuir el goteo continuo del grupo de seguridad. Este componente se colocará entre el termo y la propia válvula. Determinación de la capacidad del vaso de expansión: Vu = Volumen del agua dilatada Va = Contenido del acumulador de agua caliente Vn = Coeficiente de dilatación en función de la temperatura media. A 40º= 0, º=0, º=0, º=0, º=0,0296 N = Factor de presión Alt = bar+1 Vt = Volumen total del vaso de expansión Fórmulas: Fórmula 1 Fórmula 2 Fórmula 3 Vu = Va x Vn n = Presión final alta- Presión de la red Alta Presión final alta Vt = Vu n Nota: Los vasos de expansión tienen una precarga de 3 bares. Antes de instalarlo es necesario comprobar dicha presión y ajustarla en caso de desviación. Ejemplo de cálculo: Termo eléctrico de 200 Litros Temperatura media de 70ºC Presión del agua de red=3 bares Presión t.válvula seguridad 8 bares Fórmula 1 Fórmula 2 Fórmula 3 Vu = Va x Vn n = (8+1)-(3+1) = 0,55 (8+1) Vt= 4,56 = 8,20 l 0, x 0,0228 = 4,56 l

18 18 Termo eléctrico tradicional Funcionamiento básico 1.2 FUNCIONAMIENTO BÁSICO El calderín está siempre lleno de agua y a una cierta presión. Cuando se alcanza la temperatura deseada, el termostato de funcionamiento interrumpe la alimentación de corriente hacia la resistencia. Cuando se utiliza el agua caliente, penetra agua fría en el calderín. El termostato se enfría y cierra el circuito poniendo en funcionamiento la resistencia. El agua fría se calienta hasta que se alcanza la temperatura fijada en el termostato. Toda el agua que está en el calderín permanece caliente y preparada hasta que hay demanda de consumo. El principio de funcionamiento de un termo se basa en la estratificación de diferentes temperaturas del agua, es decir, el agua forma capas a diferentes temperaturas que no se mezclan entre sí. ay una explicación muy simple a este proceso: cuando el agua se calienta se expande y tiene una densidad menor que el agua fría. El agua más caliente entonces tiene una densidad menor y ocupa la parte superior del calderín. Las otras capas de agua menos caliente se forman debajo de ésta en función de la temperatura decreciente. Cuando el agua caliente sale por la parte superior del calderín, ésta es sustituida por agua fría que entra por debajo. El equilibrio de densidad se mantiene. Se puede imaginar un pistón de agua fría debajo que empuja un pistón de agua caliente en la parte alta cuando se utiliza el agua (ver dibujo a continuación). AC AF AC 1er ciclo de AF AC Fin ciclo de AF Llenado inicial calentamiento calentamiento

19 Termo eléctrico tradicional Funcionamiento básico 19 Instalación de un termo eléctrico A la hora de definir la colocación del termo eléctrico dentro de la vivienda hay que tener en cuenta tres aspectos principales: 1. El termo se debe instalar en una pared maestra o en una pared capaz de sostener una carga como tres veces el peso del aparato lleno de agua. 2. Es necesario dejar libre un espacio de al menos 50 cm para facilitar el acceso a componentes eléctricos para el mantenimiento del aparato. 3. El calentador debe ser instalado lo más cerca posible a los puntos de utilización del agua caliente para limitar las pérdidas térmicas debidas a la longitud de los tubos de conexión. La conexión hidráulica ha de seguir el siguiente gráfico: 5 cm cm cm Salida agua caliente 2. Entrada agua fría 3. Grupo de seguridad 4. Grifo 5. Manguitos dieléctricos 6. Desagüe

20 20 Termo eléctrico tradicional Dimensionado básico 1.3 DIMENSIONADO BÁSICO La base de cálculo para determinar la capacidad del termo eléctrico en una vivienda se basa en la cantidad de litros que puede entregar el aparato en un momento dado partiendo de los 65ºC a los que se almacena el agua. El segundo factor a tener en cuenta es el tiempo de recuperación de la temperatura una vez se ha consumido agua. El cálculo de la demanda de A.C.S acumulada se basa en los consumos siguientes a 60ºC: Dimensionado básico Elemento Caudal ACS (l/ min) Tiempo (min) Consumo unitario a 60ºC Consumo unitario a 45ºC Lavamanos 1,8 1,5 2,7 4,1 Lavabo 3,9 2 7,8 11,7 Ducha ,0 Bañera > 1,4 m ,0 Bañera < 1,4 m ,5 Bidé 3,9 2 7,8 11,7 Fregadero doméstico ,0 Lavadero ,0 Grifo aislado ,0

21 Termo eléctrico tradicional Dimensionado básico 21 Determinación de la capacidad del termo 1. Determinar el nivel de confort deseado. Según este confort se corregirá el consumo con el factor correspondiente: Confort bajo f=0,5 Confort medio f=0,7 Confort alto f=0,9 2. El consumo total es la suma de los consumos unitarios multiplicados por el factor de confort. 3. Seleccionar el volumen equivalente del termo eléctrico. 4. Comprobar que el tiempo de recuperación del aparato cuadra con la utilización real en la vivienda. Ejemplo Se desea calcular el termo necesario para una vivienda de 3 personas en la que hay una ducha y un lavabo. La ducha se utilizará siempre por la mañana y el lavabo mínimo 2 veces con intervalos de 1 hora. Elemento Nº consumos Consumo unit. a 45ºC (l) Consumo total (l) Lavabo 4 23,4 46,8 Ducha 3 54,0 162,0 77,4 208,8 Dependiendo del nivel de confort deseado obtenemos el siguiente consumo: Nivel de confort f Consumo a 45ºC (l) Bajo 0,5 104,4 Medio 0,7 146,2 Alto 0,9 187,9

22 22 Termo eléctrico tradicional Dimensionado básico A continuación vamos a la tabla de termos eléctricos. Dependiendo de la capacidad y de la temperatura máxima podemos calcular la cantidad de litros que produce el termo a 45ºC. Los valores son los siguientes: Térmos eléctricos* Capacidad (l) Consumo a 45ºC (l) Potencia (kw) Cálculo tiempo recuperación (h)** SAPE S 10 16, ,48 SAPE S 15 25, ,73 SAPE S 30 50, ,16 PRO ECO 50 83, ,94 PRO ECO SLIM , ,10 PRO ECO , ,10 PRO ECO , ,88 PRO B V , ,84 PRO B V , ,84 PRO B STI , ,81 PRO B STI , ,84 * Datos de los termos marca ARISTON ** Cálculo realizado considerando la temperatura de agua fría de red igual a 15ºC. Con lo que el termo a elegir en caso de confort bajo, medio o alto será: 65,100 o 150 litros, respectivamente. Por último se ha de comprobar el tiempo de recuperación del termo. Comprobamos que por ejemplo el termo de 65 litros tiene un tiempo de recuperación de 2 horas, con lo que es correcta la estimación realizada para el consumo del lavabo consistente en cuatro consumos en ese periodo, aprox. Dimensionado simplificado También existen aproximaciones estándares para estimar el consumo por número de personas. En este caso la aproximación se realiza en función del número de dormitorios de la vivienda. La estimación del consumo por habitante es la siguiente: Criterio de demanda* Consumo unitario (litros/persona x día) a 45ºC Viviendas/Apartamentos 40 *Según Norma UNE 94002:2005

23 Termo eléctrico tradicional Consumo energético CONSUMO ENERGÉTICO Una vez determinado el consumo anual de la vivienda, para calcular la demanda de energía se calculará con la siguiente fórmula: Donde DE = demanda anual en (kw/h/año) Q = consumo diario (litros/día) N = número de días al año Tacs = Temperatura agua caliente ( 0 C) Taf = Temperatura agua fría ( 0 C) -3 DE = Q x N x (Tacs - Taf) x 1,16 x 10 El cálculo del consumo energético se basará en los datos estimados de consumo según la Norma UNE 94002:2005. Cálculo del consumo energético Nº dormitorios Nº personas Consumo a 45 0 C l / día Capacidad termo eléctrico l Dispersión térmica * kwh / 24h 1,22 1,39 1,50 1,50 1,80 Energía necesaria día** kw/h/día 4,2 5,6 8,4 9,7 11,1 Energía necesaria año kw/h/año 1.524, , , ,6 4064,4 Eficiencia del termo % 77,4 80,0 84,8 86,7 86,1 Consumo energético kw/h/año 1.969, , , ,6 * Datos de los termos marca ARISTON ** Cálculo realizado considerando la temperatura de agua fría igual a 15ºC.

24 24 Termo eléctrico inteligente 2ª generación Componentes 2. TERMO ELÉCTRICO INTELIGENTE 2ª GENERACIÓN 2.1 COMPONENTES La principal novedad aplicada en los termos eléctricos está en la incorporación de la electrónica para mejorar la precisión en el funcionamiento de la resistencia eléctrica y la incorporación de nuevas funciones para controlar el funcionamiento de la misma. A continuación se propone una alternativa, ya presente en el mercado con la que se consigue una mejora del rendimiento del termo de hasta un 10%, que consiste en utilizar un termostato electrónico compuesto por dos o tres sondas NTC y una tarjeta base que lo pilota. Esta tarjeta electrónica permite memorizar ciclos de funcionamiento para prever y anticiparse al consumo con su correspondiente ahorro energético. Termostato electrónico El termostato está construido con material compuesto de resina epoxi (tipo CEM-1), sobre el que se ha impreso el circuito electrónico, sobre este circuito están soldadas a una cierta distancia entre ellas dos sondas NTC para la detección de la temperatura. Termostato electrónico El rango de funcionamiento de este termostato es de C ±3K mientras que uno tradicional de varilla la temperatura máxima de funcionamiento es 75±5 C, y la temperatura de seguridad desactiva la resistencia a 83 C. Como se puede apreciar en estos datos, la lectura de la temperatura con las sonda NTC es más precisa que con un termostato tradicional, con lo que se pueden prever temperaturas de trabajo superiores a C, es decir, se puede llegar incluso a trabajar con temperaturas de hasta 80 C.

25 Termo eléctrico inteligente 2ª generación Componentes 25 Ventajas: Al acumular el agua a 80ºC, se obtienen hasta 40 litros más de agua a 40ºC por cada ciclo de calentamiento. La precisión en la lectura de la temperatura siempre es una seguridad adicional que ofrecen estos termos. Tarjeta electrónica En la caja del termostato se encuentra el circuito electrónico; las conexiones faston para la conexión con la resistencia eléctrica; la regleta para la conexión a la red de alimentación eléctrica. El termostato está conectado a la tarjeta electrónica a través del correspondiente cable Sonda; 2. Caja del termostato; 3. Regleta de conexión del termostato; 4. Cableado de conexión del termostato a la tarjeta; 5. Tarjeta electrónica; 6. Botonera.

26 26 Termo eléctrico inteligente 2ª generación Funciones adicionales 2.2 FUNCIONES ADICIONALES Gracias a la electrónica se pueden programar las siguientes funciones: Función ECO FUNCIÓN ECO: MEMORIZA ABITOS DE CONSUMO La función ECO consiste en un software de ayuda para el análisis de los consumos del usuario que permite minimizar las dispersiones térmicas y maximizar el ahorro energético. El algoritmo funciona sobre un periodo de 7 días: cada semana se configura un perfil de temperatura que se modela con los datos obtenidos en la semana precedente. Las temperaturas a las que se hace siempre referencia, donde no está explícitamente especificado son las del tubo de salida del termo eléctrico. Si hay una falta de alimentación eléctrica la función ECO se reinicia totalmente. Para soportar eventuales usos extras fuera de lo habitual ECO siempre mantendrá una temperatura mínima de seguridad (45 C) para garantizar una reserva de agua caliente. En el siguiente gráfico se detalla cual sería el funcionamiento de un termo eléctrico con dicha función: Temperatura 75 C Inicio función Eco 45 C Tiempo Funcionamiento Eco Funcionamiento convencional

27 Termo eléctrico inteligente 2ª generación Funciones adicionales 27 Durante la primera semana, en la que el termo está memorizando las temperaturas y los consumos, funcionará como un termo tradicional. A partir de entonces el termo prepara el agua a temperatura suficiente para abastecer la necesidad de agua caliente según las cantidades y en el periodo que tiene memorizado. En el resto del tiempo, mantiene el agua a 45ºC. La regla de consumos se va actualizando cada semana en función de los consumos reales, ajustándose al máximo a la realidad de cada vivienda. Función de anti-legionela Consiste en un ciclo de calentamiento a una temperatura de 73 C, aproximadamente. El primer ciclo arranca después de 3 días que el producto se ha encendido y después a cada 30 días de funcionamiento (naturalmente si en este periodo el termo eléctrico no ha alcanzado nunca la esta temperatura (73ºC) al menos una vez) Al final de cada ciclo, la temperatura de funcionamiento vuelve al valor programado previamente por el usuario. Cuando el producto está apagado, la función no está activa. Si el aparato se apaga durante el ciclo, el producto se apaga y la función se deshabilita. Función de seguridad térmica Al final de cada ciclo de calentamiento el termo hace una doble desconexión de la línea eléctrica, garantizando así una completa seguridad. Sistema anti-quemaduras En caso de mal funcionamiento del termostato el termo eléctrico se bloquea, evitando el sobrecalentamiento de hasta 100 C del agua (como podría ocurrir en los productos tradicionales) y protegiendo al usuario de eventuales quemaduras accidentales. Sistema anti-hielo Si el termo está conectado a la línea eléctrica de alimentación, la resistencia se activa cuando la temperatura del agua acumulada cae por debajo de 5 C. Con este sistema se evitan posibles roturas debido a la expansión causada por la congelación del agua en el interior.

28 28 Termo eléctrico inteligente 2ª generación Funciones adicionales Sistema anti-funcionamiento en seco Se trata de un sistema de protección diseñado para asegurar que el termo no se caliente en caso de falta de agua en el depósito, evitando así el sobre calentamiento interno y la consiguiente ruptura de los componentes internos. Este sistema asegura una instalación y un mantenimiento más seguros. Función auto-diagnóstico Ante una anomalía de funcionamiento, el termo eléctrico puede indicar con los leds del display qué tipo de fallo tiene. Por ejemplo: 1. Avería interna de la tarjeta 2. Avería sonda temperatura NTC1/NTC2 3. Sonda rota (abierta en corto circuito) 4. Media temperatura tomada de las sondas NTC1/NTC2 exceden lo configurado en 12 C. 5. Aumento de la temperatura del agua que supera el valor de 105 C 6. Funcionamiento en seco, falta de agua en el calderín.

29 GGARANTÍA TOTAL 2 AÑOS EL Termo eléctrico inteligente 2ª generación Ejemplos EJEMPLOS SAPE PREMIUM C Capacidad TERMO ELÉCTRICO DE MEDIANA CAPACIDAD INSTALACIÓN VERTICAL RESISTENCIA BLINDADA EFFICIENZA ARANTÍA TOTAL 2 AÑOS CALDERÍN GARANTÍA 5 AÑOS PARA ARISTON CFC FREE EFFICIENZA CFC FREE RESPETO MEDIOAMBIENTAL SLIM REGULACIÓN ELECTRÓNICA DE LA TEMPERATURA CFC FREE CFC FREE Datos técnicos - Dimensiones del producto DISPLAY LCD CON BOTONES SOFT TOUC DISEÑO EXCLUSIVO 5 AÑOS DE GARANTÍA DE CALDERÍN PROGRAMACIÓN DIARIA Y SEMANAL ÁNODO DE MAGNESIO DE GRANDE EFFICIENZA DIMEN- SIÓN CALDERÍN ESMDO AL TITANIO TESTA- DO A 16 BAR MODELOS CON DIAMETROS SUPER REDU- CFC FREE CFC CFC FREE FREE CIDOS (SLIM) REGULACIÓN PRECISA Y PERSONALIZA- BLE DE LA TEMPERATURA RESET FÁCIL E INMEDIATO VÁLVULA SEGURIDAD TESTADA A 8 BAR SAPE PREM. SAPE PREM. SAPE PREM. SAPE PREM. SAPE PREM. 50 V 80 V 100 V 50 V SLIM 65 VSLIM Capacidad l Potencia W Voltaje V Tiempo calent. ( T=45 0 C) h. min. 1,32 2,27 3,03 1,32 1,59 Temp. max. ejercicio 0 C Dispersión termica 65 0 C kwh/24h 0,80 0,94 1,08 1,01 1,08 Presión max. ejercicio bar Peso neto kg 19,0 23,5 27,0 19,0 21,0 Índice protección IP IPX4 IPX4 IPX4 IPX4 IPX4 tecnología y diseño EFFICIENZA EFFICIENZA SAPE PREM. SAPE PREM. SAPE PREM. SAPE PREM. SAPE PREM. 50 V 80 V 100 V 50 V SLIM 65 V SLIM Tubos entrada/ salida 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 a mm b mm c mm S S S SAPE PREMIUM V S SAPE PREMIUM V SLIM LEYENDA E Entrada agua fría. S Salida agua caliente.

30 GGARANTÍA TOTAL 2 AÑOS EL 30 Termo eléctrico inteligente 2ª generación Ejemplos b a PRO ECO Capacidad TERMO ELÉCTRICO DE MEDIANA CAPACIDAD INSTALACIÓN VERTICAL U ORIZONTAL (MODELOS DISTINTOS) RESISTENCIA BLINDADA EFFICIENZA ARANTÍA TOTAL 2 AÑOS CALDERÍN GARANTÍA 5 AÑOS PARA ARISTON EFFICIENZA AISLAMIENTO POLIURETANO SLIM C Datos técnicos - Dimensiones del producto 5 AÑOS DE GARANTÍA DEL CALDERÍN CALDERÍN ESMDO AL TITANIO A C MODELOS CON DIÁMETROS SUPER- REDUCIDOS (SLIM) EFFICIENZA REGULACIÓN PRECISA Y PERSONALIZA- BLE DE LA TEMPERATURA RESET FÁCIL E INMEDIATO ÁNODO DE MAGNESIO DE GRANDES DIMENSIONES VÁLVULA SEGURIDAD TESTADA A 8 BAR MÁXIMO CONFORT PRO ECO PRO ECO PRO ECO PRO ECO PRO ECO PRO ECO PRO ECO PRO ECO 50 V 80 V 100 V V SLIM 50 V SLIM 65 V SLIM Capacidad l Potencia W Voltaje V Tiempo calent. ( T=45 0 C) h. min. 1,56 3,06 3,52 3,06 3, ,37 2,06 Temp. max. ejercicio 0 C Dispersión termica 65 0 C kwh/24h 0,96 1,22 1,39 1,48 1,65 0,86 1,21 1,35 Presión max. ejercicio bar Peso neto kg 16,5 22,0 25,5 22,0 25,5 14,5 16,5 19,5 Índice protección IP IPX3 IPX3 IPX3 IPX1 IPX1 IPX3 IPX3 IPX3 confort y ahorro EFFICIENZA EFFICIENZA EFFICIENZA PRO ECO PRO ECO PRO ECO PRO ECO PRO ECO PRO ECO PRO ECO PRO ECO 50 V 80 V 100 V V SLIM 50 V SLIM 65 V SLIM Tubos ent./ sal. 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 a mm b mm c mm d mm S S 96,5 100 S S S S 100 PRO ECO VERTICAL PRO ECO ORIZONTAL PRO ECO SLIM VERTICAL LEYENDA E Entrada agua fría. S Salida agua caliente.

31 Termo eléctrico inteligente 2ª generación Ahorro energético AORRO ENERGÉTICO Debido a la utilización de una sonda electrónica y una tarjeta electrónica que memoriza el histórico de consumos se obtiene un ahorro del 10% de la energía, ya que el termo consigue aumentar su rendimiento en 10 puntos comparándolo con un termo tradicional. Esta diferencia de rendimientos se explica principalmente por dos factores: 1. Los termos tradicionales mantienen el agua a 65-70ºC durante todo el día, mientras la temperatura de almacenaje del termo ECO es de 45ºC. Sólo eleva la temperatura hasta 65-70ºC cuando prevé que va a haber consumo. 2. La dispersión térmica aumenta a medida que aumenta la temperatura de almacenamiento en el interior del termo. Por ejemplo en un termo de 100 litros la dispersión térmica a 65ºC es igual a 1,39 kwh cada 24 horas, mientras a 45ºC la dispersión es igual a 0,699 kwh. La siguiente tabla detalla a modo de ejemplo la diferencia de rendimientos de dos termos, uno tradicional y otro con función ECO en una vivienda de 4 personas: Ahorro energético Nivel de confort Necesidad de energía (kwh/día) Dispersión térmica en 24 h Rendimiento Termo tradicional 5,6 1,39 kwh a 65ºC 80,0% PRO ECO 100 litros 5,6 0,699 kwh a 45ºC 88,8%

32 32 Bomba de calor para agua caliente sanitaria Componentes 3. BOMBA DE CALOR PARA AGUA CALIENTE SANITARIA 3.1 COMPONENTES Otro sistema para la producción de agua caliente, es la bomba de calor aire-agua, que utiliza el calor del aire para calentar el agua del acumulador. Utiliza un ciclo termodinámico para calentar el agua contenida en el calderín a través del aire aspirado por el grupo térmico Componentes de la bomba de calor para ACS: 1. Compresor, 2. Condensador, 3. Válvula de expansión, 4. Evaporador. 4 Este mecanismo es inverso del que se utiliza en los frigoríficos: Un fluido refrigerante, mediante cambios de estado, extrae el calor contenido en el aire a temperatura inferior y lo cede al agua a temperatura superior, invirtiendo así el flujo natural del calor. Con este sistema se pueden alcanzar hasta 55ºC o 62ºC según la capacidad de acumulación, por ello se suele combinar con unas resistencias eléctricas de apoyo, que actúa únicamente para conseguir temperaturas mayores a las que llega la bomba de calor. Este sistema consta básicamente de dos partes, el grupo bomba de calor situado en la parte superior y el depósito de acumulación en la parte inferior. La bomba de calor se basa en aprovechar la energía que producen los cambios de estado del fluido refrigerante tipo R134a. Este fluido circula por el interior de un circuito cerrado que consta de: 1. El compresor, cuyo trabajo permite el desarrollo del proceso y que requiere de

33 Bomba de calor para agua caliente sanitaria Componentes 33 electricidad para su funcionamiento. Este es el componente que supone la mayor parte del consumo de energía eléctrica de NUOS. 2. El condensador. Intercambiador de calor situado a lo largo del calderín y a través del cual el fluido refrigerante en forma de vapor cede toda su energía al agua del depósito. A medida que va cediendo la energía condensa y vuelve a estado líquido. 3. Válvula de expansión. Componente del circuito por el que pasa el fluido refrigerante y que por medio de su cambio de sección, supone una reducción brusca de la presión y también un descenso notable de la temperatura. 4. Evaporador. Otro intercambiador de calor situado en la parte superior, que a través de su superficie ampliada por un sistema de aletas, permite el intercambio entre el fluido refrigerante y el aire ambiente. En este intercambiador el fluido refrigerante pasa a estado vapor. Como la energía térmica solamente puede ir de un nivel de energía más alto a otro más bajo, el fluido refrigerante presente en el evaporador, necesariamente debe estar a una temperatura menor que la del aire ambiente. Por otra parte, el fluido refrigerante situado en el condensador debe tener también necesariamente, una temperatura superior a la del agua a calentar en el depósito para poder cederle energía.

34 34 Bomba de calor para agua caliente sanitaria Funcionamiento 3.2 FUNCIONAMIENTO El principio de funcionamiento de la bomba de calor se puede estructurar en 4 pasos: - En el primer paso, el fluido refrigerante se encuentra a baja temperatura y a baja presión y por lo tanto, en estado líquido. El aire aspirado del ambiente pasa a través del evaporador, dónde el fluido refrigerante absorbe la temperatura del aire ambiente y cambia de estado. Al mismo tiempo, el aire es expulsado a una temperatura más baja. - El fluido refrigerante llega al paso 2 en forma de vapor pero todavía a baja presión. Pasándolo a través del compresor se produce un aumento de la presión con el consiguiente aumento de temperatura. Fluido refrigerante al estado líquido 1 4 Salida de aire aspirado Entrada agua sanitaria Energía renovable EVAPORADOR CONDENSADOR Energía calorífica total Entrada de aire aspirado Compresor Salida agua sanitaria 2 3 Energía eléctrica Fluido refrigerante al estado gaseoso - Como resultado se obtiene vapor en un estado elevado de energía. Este vapor situado en el paso 3 es el que circula por el condensador situado a lo largo del calderín donde va cediendo toda la energía al agua acumulada, volviendo así a estado líquido. - En el último paso del proceso, el fluido refrigerante ya en estado líquido se hace pasar por la válvula de expansión para obtener de nuevo el fluido en sus condiciones iniciales, es decir, a baja presión y a baja temperatura. De esta forma se puede volver a iniciar el proceso.

35 Bomba de calor para agua caliente sanitaria Ejemplos Ejemplos NUOS Capacidad BOMBA DE CALOR MURAL PARA AGUA CALIENTE SANITARIA R134A EFFICIENZA EFFICIENZA E RESPETO MEDIOAMBIENTAL REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA PUNTO DE INSPECCIÓN ANTI LEGIONELA GAS ECOLÓGICO R134A AORRO ENERGÉTICO FÓRMULA CINCO FÓRMULA CINCO FÓRMULA CINCO FÓRMULA CINCO EFFICIENZA COP 3,0 EFFICIENZA MODALIDAD DE FUNCIONAMIENTO EN BOMBA DE CALOR (55 ºC) QUE GARANTIZA UN EXTRAORDINARIO AORRO ENERGÉTICO EFFICIENZA BAJO CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA (300W) SI FUNCIONA SÓLO CON BOMBA DE CALOR RESISTENCIA INTEGRADA DE APOYO 1200 W PROGRAMADOR DIARIO DE FUNCIONAMIENTO ANTILEGIONELA DOBLE ÁNODO DE SEGURIDAD Tecnología innovadora de clase A E C Datos técnicos - Dimensiones del producto NUOS NUOS NUOS Capacidad l Potencia térmica media* W Consumo eléctrico medio bomba de calor* W COP 3,0 3,0 2,6 Tensión V Temperatura máxima bomba de calor 0 C Temperatura aire mín./máx. 0 C 10/37 10/37 10/37 Cantidad máx. agua a 40 ºC en una extracción única l Tiempo de calentamiento * h, min 4,05 5,40 6,20 Nivel sonoro db (A) Caudal de aire nominal m 3 /h Volumen mínimo del local ** m Longitud máx. conductos m Cantidad de agua cond. (temp. aire entrada 20/25 ºC) l/h 0,2-0,6 0,2-0,6 0,2-0,6 Potencia resistencia W Temperatura máx. resistencia 0 C Presión máx. de ejercicio bar Peso neto Kg Protección IP IPX4 IPX4 IPX4 NUOS 80 NUOS 100 NUOS 120 a mm b mm a 525 b *aire ambiente 20 ºC, temp agua entrada 15 ºC y temperatura de agua en depósito a 55 ºC (según EN 255-3) ** volumen mínimo local en caso de instalación sin canalizaciones S S LEYENDA E Entrada agua fría. S Salida agua caliente. 100 S G 1/2

36 36 Bomba de calor para agua caliente sanitaria Consumo energético 3.4 CONSUMO ENERGÉTICO Una vez conocido el funcionamiento de este proceso y para poder hablar de la eficiencia de la bomba de calor, debemos recurrir al COP (Coefficient of Performance) que es el coeficiente que mide el rendimiento de las bombas de calor. Este coeficiente nos da la relación entre la potencia suministrada y la potencia consumida. En este caso, una relación entre el calor cedido al agua a calentar y la energía eléctrica consumida principalmente por el compresor. Un COP de 3, significa que por cada 1kW/h de energía consumida se producen 3 kw/h. El COP es variable según el tipo de bomba de calor y según las condiciones a las que se refiere su funcionamiento. Los factores que afectan directamente sobre el COP son: 1. La humedad relativa 2. Temperatura agua fría 3. Temperatura ambiente En la siguiente gráfica se puede ver como varía el valor del COP en función de la temperatura ambiente para una Ta fría de 15ºC. NUOS 100 COPt (EN 255-3:1998) 3,80 3,60 3,64 3,40 COPt 3,20 3,00 2,80 2,80 2,60 2,40 2,46 2, Temperatura ambiente (Cº)

37 Bomba de calor para agua caliente sanitaria Consumo energético 37 Aunque el valor del COP es variable, siempre se expresa bajo unos valores fijos de temperatura y de humedad, estos son, según la norma EN 255-3: 1. Temperatura ambiente = 20 C 2. umedad relativa = 37% 3. Temperatura agua fría = 15 C De todas formas para calcular el ahorro obtenido en un año hay que calcular el COP dependiendo de la zona en la que se instala el aparato. Ejemplo Se calculará el consumo energético de una bomba de calor modelo NUOS 100 litros de la marca ARISTON, instalada en una vivienda de 4 personas en Tarragona. La demanda de energía para la vivienda es de kwh anuales tal como indica la siguiente tabla: Tarragona Días Necesidad energía (kwh/día) Demanda (kwh) Enero 31 5,57 172,61 Febrero 28 5,57 155,90 Marzo 31 5,57 172,61 Abril 30 5,57 167,04 Mayo 31 5,57 172,61 Junio 30 5,57 167,04 Julio 31 5,57 172,61 Agosto 31 5,57 172,61 Septiembre 30 5,57 167,04 Octubre 31 5,57 172,61 Noviembre 30 5,57 167,04 Diciembre 31 5,57 172,61 ANUAL 365 5, ,32

38 38 Bomba de calor para agua caliente sanitaria Consumo energético En segundo lugar se calcula el valor del COP en función de la temperatura ambiental media en la provincia. Tarragona Temperatura ambiente COP NUOS 100 Consumo energía (kwh) Enero 10,0 2,19 78,84 Febrero 11,3 2,27 68,83 Marzo 13,1 2,37 72,83 Abril 15,3 2,50 66,86 Mayo 18,4 2,68 64,43 Junio 22,2 2,90 57,59 Julio 25,3 3,08 56,02 Agosto 25,3 3,08 56,02 Septiembre 22,7 2,93 57,02 Octubre 18,4 2,68 64,43 Noviembre 13,5 2,39 69,79 Diciembre 10,7 2,23 77,40 ANUAL 17,2 2,61 779,24 * Datos según GUÍA SOLAR TÉRMICA de ASIT El consumo de energía será aún menor para aquellos meses en los que la humedad relativa sea mayor de 37% ya que en estos casos el rendimiento de la bomba de calor aumenta.

39 Bomba de calor para agua caliente sanitaria Conclusiones CONCLUSIONES En el presente manual se han planteado tres tipos de generadores de calor de acumulación exponiendo sus características y el consumo energético de cada uno. A modo de resumen se concluye que con un termo eléctrico inteligente con función de aprendizaje de consumos puede haber hasta un 10% de ahorro energético y utilizando una bomba de calor el ahorro puede llegar hasta el 70%. Estos números se pueden ver reflejados en la siguiente tabla: Vivienda 4 personas Necesidad de energía (kwh/año) Consumo energía (kwh/año) RENDIMIENTO (%) Termo tradicional 100 L 2032,3 2539,7 80% Termo PRO ECO 100 L 2032,3 2287,5 89% NUOS 100 litros 2032,3 779,24 261% En este caso el ahorro de energía obtenido de colocar un termo PRO ECO o un NUOS en lugar del termo tradicional, es de: Ahorro obtenible según la fuente de ACS Vivienda 4 personas AORRO (%) Termo PRO ECO 100 litros 9,9% NUOS 100 litros 69,3%

40 Octubre 2010 TANDA ARISTON TERMO GROUP ARISTON TERMO ESPAÑA s.l.u. Parc de Sant Cugat Nord Pza. Xavier Cugat, 2 Edificio A, 2º Sant Cugat del Vallés Teléfono Atención al Cliente info@aristoncalefaccion.es