Calderas de gas de condensación Enero 2016
Argumentos de la condensación Eficiencia: La utilización de la condensación está plenamente justificada en instalaciones de baja temperatura, en donde el aprovechamiento de la condensación es total, pero también en instalaciones de alta temperatura, en las que podemos obtener ahorros del 15-21 % frente a calderas convencionales. Ecológicos: La reducción del nivel de las emisiones contaminantes en más de un 90 %, justifica plenamente la caldera de condensación frente a otras posibles soluciones. Reglamentaciones: Enfocadas a la prevención del cambio climático, van a acabar de inclinar la balanza a favor de la utilización de la condensación. -RITE -ErP
Rendimiento de las calderas q hs P útil = P nominal - P rc - P hs 120 140ºC η= 100 - q rc - q hs P P ú 100 qrc qhs q rc q rc η calderas convencionales = 88 92 % η calderas condensación = 97 108 % P útil Gasto calorífico
Productos de la combustión La combustión de cualquier hidrocarburo se puede expresar de forma genérica como: Uno de los componentes principales de los PDC de un hidrocarburo es el vapor de agua. Este vapor de agua se debe eliminar por la chimenea.
Poder calorífico del combustible PCS (Poder calorífico superior): Es la energía calorífica total que se libera en la combustión, incluyendo el calor latente de condensación. CC: Calor latente de condensación. PCI (Poder calorífico inferior): Es la energía que se desprende de la combustión sin tener en cuenta el calor latente de condensación.
Punto de rocío de los productos de la combustión El punto de rocío de un combustible es la temperatura a la que el vapor de agua contenido en los PDC cambia de estado gaseoso a líquido. Para que las calderas de condensación recuperen la parte más importante de la energía contenida en el vapor de agua (calor latente) se deben enfriar los PDC por debajo del punto de rocío.
Instalación de calefacción Condiciones de trabajo de una instalación antigua con caldera que no es de condensación. 120/140ºC No condensación η no condensación = 92% 75ºC 60/55ºC
Instalación de calefacción Condiciones de trabajo de una instalación antigua con caldera de condensación. 70/65ºC Condensación η no condensación = 92% η condensación = 97% Ahorro = 5% Temperaturas de trabajo > 53ºC (NO CONDENSA) La mejora en el rendimiento es atribuible al diseño mejorado del intercambiador humos/agua. 75ºC 60/55ºC
Instalación de calefacción Condiciones de trabajo de una instalación antigua con caldera de condensación bajando impulsión. Condensación 70/65ºC 58/55ºC η no condensación = 92% Ahorro 9% η condensación 101% Temperatura de retorno < 53ºC (CONDENSA) 75ºC 60/55ºC 50/45ºC 65ºC
Cámara de combustión de las calderas de condensación
Cámara de combustión de las calderas de condensación 65ºC 50/45ºC Solo condensa aproximadamente un 17% del intercambiador. No condensa Si condensa
Cámara de combustión de las calderas de condensación 53ºC 38/33ºC Para condensar en el 100% del intercambiador, la temperatura de impulsión debe ser 53ºC No condensa Si condensa
Instalación de calefacción Condiciones de trabajo de una instalación antigua con caldera de condensación bajando impulsión. Condensación 70/65ºC 46/43ºC η no condensación = 92% η condensación 108% Ahorro = 16% PROBLEMA: Todas las instalaciones no pueden trabajar con temperaturas de impulsión tan bajas. 75ºC 60/55ºC 38/33ºC 53ºC
Instalación de calefacción Condiciones de trabajo de una instalación en función de los emisores: Tipo de emisor Temperaturas máximas de trabajo Tº < 53ºC Suelo radiante Entre 35 y 45 ºC SI Fancoils Entre 45 y 50 ºC SI Emisores de baja temperatura Entre 40 y 50 ºC SI Radiadores Entre 70 y 75ºC NO Antes de la revisión del RITE del 2013: Después de la revisión del RITE del 2013: 20 ºC 20 ºC 80 ºC 70 ºC t=50 ºC 70 ºC 60 ºC t=40 ºC 60 ºC 50 ºC Implica mayor número de elementos por radiador.
Cálculo de la demanda de calor de un edificio Temperatura mínima exterior 2ºC Temperatura media exterior 10ºC Aislamientos Temperatura de confort interior 20ºC Perdidas de calor 50 kw Perdidas de calor 35 kw Para las condiciones más desfavorables debemos instalar : Una caldera de 50 kw. Un sistema de emisores que emitan 50 kw. Instalación sobredimensionada
Adaptación del generador a la demanda. El ratio de modulación es el cociente entre la potencia mínima y la máxima de una caldera. Cuanto mayor sea este, mayor será la capacidad de la caldera de adaptarse en todo momento a las diferentes necesidades de potencia que se requieran tanto en calefacción como en agua caliente sanitaria (ACS). Esto permite reducir los encendidos y apagados de la caldera. Para una caldera de potencia nominal 50 kw Potencia Ratio de modulación Potencia mínima 1:4 12,5 kw R.M. alto R.M. bajo Tiempo 1:6 8,3 kw 1:7 7,1 kw 1:9 5,6 kw 1:10 5 kw
Adaptación del generador a la demanda. En instalaciones de mayor potencia la tendencia es trabajar con calderas en cascada en lugar de trabajar con un único generador. Para una caldera de potencia nominal 610 kw Para una cascada de potencia nominal 645 kw (3x215 kw) Ratio de Potencia Ratio de Potencia modulación mínima modulación mínima 1:6 100 kw 1:6 36 kw Se ajusta mejor al espacio disponible. Mayor seguridad de suministro de servicio.
Adaptación de los emisores a la demanda. 20 ºC 70 ºC Para las condiciones más desfavorables 60 ºC t=40 ºC 50 ºC 80 70 Temperatura (ºC) 53 60 50 40 30 20 10 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 9 Temperatura exterior (ºC)
Adaptación de los emisores a la demanda. Temperaturas exteriores en Barcelona de octubre a abril. Durante una temporada completa de calefacción (Octubre a Abril), observamos que en Barcelona el 71% del tiempo tenemos temperaturas 9 por encima de los 9ºC. 71%
Las calderas de condensación pueden trabajar a máximo rendimiento incluso en instalaciones tradicionales con radiadores. Sonda exterior Para hacerlo sólo es necesario que la temperatura de impulsión a los emisores no sea siempre la máxima si no que module a lo largo del invierno y se adapte según las necesidades reales del edificio Termostato ambiente modulante
Regulación de las instalaciones. Sonda exterior: En función de la temperatura exterior ajusta la temperatura de impulsión. Se debe programar la pendiente del circuito en función del tipo de instalación. Sonda exterior. 70 2
Regulación de las instalaciones. Termostato modulante: En función del diferencial entre la temperatura de ambiente y la consigna ajusta la temperatura de impulsión. Con esta regulación se tiene en cuenta los focos de calor del interior de la vivienda (luces, personas, máquinas, ).
La regulación ideal tiene en cuenta los dos sistemas. - Con la sonda exterior nos avanzamos a los posibles cambios de temperatura ambiente en función de las condiciones exteriores. - Con el termostato ambiente modulante modificamos la temperatura de impulsión en función de las variaciones de las condiciones interiores.
Regulación de las instalaciones. Centralitas de control convencionales para múltiples circuitos: Las centralitas de control para múltiples circuitos pueden calcular la temperatura de cada circuito en función de la sonda exterior y sondas de ambiente. Las centralitas que se suelen utilizar se comunican con la caldera con una señal de paro/marcha. Esto implica que la temperatura de trabajo de la caldera debe ser igual a la temperatura máxima del circuito que necesite la impulsión más caliente.
Regulación de las instalaciones. Centralitas de control convencionales para múltiples circuitos: 0ºC Señal paro/marcha 75ºC 60ºC 50ºC 55ºC 75ºC
Regulación de las instalaciones. Centralitas de control convencionales para múltiples circuitos: 0ºC Señal paro/marcha OFF 60ºC 50ºC 55ºC 75ºC
Regulación de las instalaciones. Centralitas de control convencionales para múltiples circuitos: 10ºC Señal paro/marcha 75ºC 55ºC 45ºC 40ºC 43ºC ESTA CALDERA NO VA A CONDENSAR CASI NUNCA
Regulación de las instalaciones. Centralitas de control para múltiples circuitos optimizadas para calderas de condensación: Las centralitas de control para múltiples circuitos pueden calcular la temperatura de cada circuito en función de la sonda exterior y sondas de ambiente. Las centralitas optimizadas para calderas de condensación se comunican con la caldera mediante un bus de comunicación. Esto implica que la temperatura de trabajo de la caldera es variable en función de la demanda.
Regulación de las instalaciones. Centralitas de control para múltiples circuitos optimizadas para calderas de condensación: 75ºC 60ºC 50ºC 0ºC 75ºC
Regulación de las instalaciones. Centralitas de control para múltiples circuitos optimizadas para calderas de condensación: OFF 60ºC 50ºC 0ºC 60ºC
Regulación de las instalaciones. Centralitas de control para múltiples circuitos optimizadas para calderas de condensación: OFF OFF 50ºC 0ºC 50ºC
Regulación de las instalaciones. Centralitas de control para múltiples circuitos optimizadas para calderas de condensación: 55ºC 45ºC 40ºC 10ºC 55ºC ESTA CALDERA VA A ESTAR CONDENSANDO LA MAYOR PARTE DEL TIEMPO
Componentes principales de las calderas de condensación
Intercambiador del circuito primario (humos/agua) Intercambiador de acero inoxidable: Esta solución se basa en un serpentín de inoxidable conformado por espiras (número de espiras variable en función de la potencia) por cuyo interior circula el agua. El serpentín conforma en su interior una cámara de combustión cilíndrica en donde se aloja el quemador. El paso de humos se produce en el pequeño paso entre espiras de a penas 1 mm. El contenido de agua es muy reducido y el caudal muy bajo, esto hace que se deba respetar un caudal mínimo de caldera en función de la potencia.
Intercambiador del circuito primario (humos/agua) Intercambiador de Al-Si: Buena resistencia a la corrosión en base a la formación de una capa superficial protectora de óxido de aluminio. Calderas de pie de gran potencia constituidas por elementos. Circuito de humos formada por protuberancias que provocan circulación turbulenta y proporcionan gran superficie de intercambio.
Circulador de calefacción Circulador convencional: El caudal se mantiene constante. Al modular la potencia de caldera lo que varia es la temperatura de retorno. Potencia = caudal x (Tºimp Tºret) = = 75 Temperatura (ºC) 70 65 60 55 50 45 Zona donde condensamos Timp Tret 40 24 23 22 21 19 18 17 16 15 14 12 11 10 9 8 7 5 4 3 Potencia (kw)
Circulador de calefacción Circulador modulante: La electrónica de la caldera modifica el caudal para mantener constante el salto térmico entre impulsión y retorno. Potencia = caudal x (Tºimp Tºret) = = 75 Temperatura (ºC) 70 65 60 55 50 45 Zona donde condensamos Timp Tret 40 24 23 22 21 19 18 17 16 15 14 12 11 10 9 8 7 5 4 3 Potencia (kw)
Gracias por su atención