Descripción

El diseño del sistema de distribución de Agua Caliente Sanitaria (A.C.S.) en el sector terciario varía en función del uso que se realice del edificio. El mayor consumo en este tipo de instalaciones se realiza en los hoteles, donde llega a ser el principal, alcanzando el 24% del consumo energético total. En los hospitales el consumo es de un 17% y por último se encuentran los centros deportivos con piscina y los docentes, donde los porcentajes no superan en ningún caso el 15%. En el resto de edificios como: las oficinas, las grandes superficies de venta, los hipermercados y el pequeño comercio, los consumos no son representativos. Todos estos datos se reflejan en la figura siguiente.

Las tendencias normativas en este tipo de sistemas son:

  • La incorporación en el Código Técnico de la Edificación (CTE) de la obligación de instalar energía solar térmica para el calentamiento del agua caliente sanitaria, reduciendo el consumo de combustibles fósiles.
  • Inspección periódica en calderas de mas de 15 años, para que cumpla los requisitos que se indican en el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE).
  • Obligación de cumplir la normativa de Etiquetado Energético para los calentadores de agua y almacenadores de agua caliente sanitaria.

Conceptos básicos

Sistema de producción instantánea

Es aquel en el que se calienta el agua en el mismo momento en que es demandada. Dentro de esta categoría los más habituales son los calentadores de gas o eléctricos, así como las calderas murales de calefacción y agua caliente sanitaria (calderas mixtas). En la figura se muestra un ejemplo de una instalación de un sistema de A.C.S. instantánea.

Ventajas

  • Disponibilidad inmediata y continua de agua caliente sanitaria.
  • Ocupan menos espacio que los de acumulación debido a que no precisan del espacio correspondiente para el acumulador.

Inconvenientes

  • Dificultad para abastecer simultáneamente varios puntos de consumo.
  • Existe un tiempo de espera entre el momento de demanda y el tiempo que tarda la caldera en calentar el agua a la temperatura demandada.

Sistema de acumulación

En este tipo de sistemas se calienta el agua previamente a la demanda, el tiempo de preparación depende del volumen acumulado y de la temperatura de almacenamiento. El sistema está constituido, esencialmente, por una caldera, un depósito acumulador con intercambiador incorporado (interacumulador) y una bomba de circulación del agua entre la caldera y el intercambiador. El esquema de la figura refleja los equipos que componen una instalación de producción de A.C.S. mediante acumulación.

Ventajas

  • Más eficientes, evitan continuos encendidos y apagados de los equipos generadores.
  • La potencia de los cuerpos generadores es menor que en el caso de la producción instantánea.
  • Pueden abastecer a varios puntos de consumo a la vez.
  • Posibilidad de utilizar la tarifa nocturna.

Sistema de distribución

El sistema de distribución de ACS está compuesto por los siguientes elementos fundamentales:

  • Sistema de bombeo
  • Tuberías
  • Válvulas

Los mayores problemas que afectan a este sistema son los siguientes:

  • Pérdidas energéticas debidas a desequilibrios hidráulicos de la red.
  • Pérdidas energéticas debidas a fallos en los aislamientos.

Las soluciones más extendidas para estos problemas son las siguientes:

  • Instalación de válvulas termostáticas mezcladoras para sustituir a las válvulas de tres vías convencionales en la “impulsión del circuito”.
  • Instalación de válvulas termostáticas en los retornos.
  • Instalación de válvulas termostáticas en los puntos de consumo.
  • Aislamiento de todas las conducciones.

De esta forma, se puede conseguir mantener la misma temperatura en todos los puntos de retorno y reducir la temperatura del agua de impulsión, produciendo ahorro energético, ya que se minimizan los tiempos de espera y mezcla para conseguir agua a la temperatura deseada.

Integración de energía solar térmica

Otra variante de las instalaciones con acumulación, consiste en añadir colectores solares, que aprovechan para el calentamiento del agua, la energía gratuita que proporciona la radiación solar. Debido a que la radiación solar no está siempre disponible (durante las noches y los días nublados), es necesario disponer de una energía auxiliar de apoyo (caldera) para suplir estas carencias. Entre los valores óptimos para un consumo de ACS a 45ºC, tenemos:

  • Superficie de colectores solares: por cada 60l a 90l de consumo diario de A.C.S. se precisa 1m2 de superficie colectora.
  • Volumen de acumulación: de 90l a 150l por cada m2 de colectores solares o 1,5 veces el consumo diario.

El esquema de la figura representa una instalación para la producción de A.C.S. mediante paneles solares y caldera de apoyo.

Componentes

Equipos generadores

Cualquier sistema de producción de ACS dispone de alguno de los siguientes tipos de equipos: Calentador instantáneo mediante combustible fósil (gas natural, gasóleo, etc.) El fluido recibe el aporte de calor por la acción directa de la llama sobre un serpentín por cuyo interior circula el agua. Caldera mural mixta Equipo generador que asegura la producción de agua caliente sanitaria y calefacción. Caldera eléctrica Utiliza como fuente de energía la electricidad y calienta el agua mediante una serie de resistencias que producen el calor por efecto Joule. Tiene la ventaja de que no se requiere ventilación, ni se desperdicia calor en los humos, por lo que son más eficientes. Bomba de calor Se trata de un sistema que extrae energía calorífica de un foco caliente a baja temperatura (el ambiente) para transferirla a un foco frío (ACS) que se encuentra a mayor temperatura que la del foco caliente. Esta transferencia se obtiene mediante la utilización de un fluido refrigerante. Se trata de la operación inversa a la función de un aire acondicionado convencional. Colector solar Son sistemas que aprovechan la energía gratuita de la radiación solar para el calentamiento de agua.

Acumuladores de A.C.S.

Dependiendo de donde esté ubicada la fuente energética y el intercambiador, se clasifican en: Acumuladores directos. Tienen en su interior el equipo generador de calor que calienta el A.C.S. Pueden ser eléctricos o de gas. No sirven para satisfacer consumos prolongados, y una vez que el acumulador se vacía, hay que esperar un tiempo hasta que se recupere.

Acumuladores indirectos. El equipo generador de calor se sitúa en el exterior del acumulador y precisan de un intercambiador para la transferencia de calor. Existen dos tipos de acumuladores indirectos: Los interacumuladores que tienen integrado en el mismo equipo el intercambiador (de ahí su nombre) y los depósitos acumuladores que necesitan de un intercambiador externo para su funcionamiento.

Bombas de circulación

La misión de una bomba en una instalación es hacer circular un fluido líquido por una red de tuberías, venciendo las pérdidas de carga que se oponen a su movimiento. Las más usadas en este tipo de instalaciones son las centrífugas, en las que el líquido es aspirado por el rodete o impulsor, que está sometido a un movimiento giratorio por el accionamiento de un motor, ordinariamente eléctrico, constituyendo ambos elementos un grupo motobomba. En el rodete se transforma la energía de giro en energía interna del fluido. La carcasa sirve para alojar el rodete y recoger el líquido descargado desde la periferia del mismo, conduciéndolo a la boca de descarga.

Medidas de eficiencia

Las calderas de agua caliente sanitaria deben someterse a revisiones periódicas. Es aconsejable una revisión anual si se espera que tenga un rendimiento adecuado. Una caldera sucia tiene dificultades para la combustión y, por tanto, consume más.

  • Regular la temperatura para obtener unos 45ºC a la salida de los grifos. Si la temperatura es mayor se despilfarra energía.
  • Aislar correctamente las tuberías de distribución y el depósito de acumulación, ya que más del 10% de la energía total puede perderse si no están bien aislados.
  • Realizar inspecciones en las instalaciones de fontanería ayuda a detectar fugas y sobreconsumos de agua por averías, consiguiendo un importante ahorro.
  • Medir periódicamente presiones y caudales en diversos puntos del circuito para detectar obstrucciones.
  • Instalar válvulas termostáticas en la impulsión, retornos y puntos de consumo para equilibrar el circuito de distribución.

Mejores equipos

Instalar mecanismos y dispositivos ahorradores de agua. Citar por ejemplo, los perlizadores, que reducen el caudal de agua y, por lo tanto, el consumo de combustible empleado para acondicionarla. En la tabla siguiente se resumen los porcentajes de ahorro según los diferentes mecanismos ahorradores.

Minimizar la distancia entre la producción del A.C.S. y el consumo, para reducir el recorrido de las tuberías y así disminuir las pérdidas. Incorporar en las bombas:

  • Arrancadores estáticos, que controlan los picos de arranque.
  • Utilizar motores asíncronos con variadores de frecuencia, así conseguiremos: ajustar el caudal y la presión y se ahorra en el consumo eléctrico del motor y en costes de mantenimiento. Se suelen amortizar en un año.
  • Instalar un reloj programador que desconecte la bomba de recirculación durante las horas centrales nocturnas (cuando no hay demanda de agua caliente). Se ahorrará en energía eléctrica.

Aprovechar calores residuales procedentes de la condensación de equipos de frío o cualquier otra energía residual, para el calentamiento de agua. En caso de cambio de caldera, hay que decantarse por la instalación decalderas de condensación y de baja temperatura. Son más caras, pero su alto rendimiento provoca ahorros económicos suficientes para amortizar el sobrecoste en un periodo de 5 a 8años, menos de la mitad de la vida útil de la máquina. También conviene saber que las calderas de cuerpo presurizado consumen un 20% menos de energía que las atmosféricas. La energía solar térmica supone una opción muy interesante para la producción de A.C.S. Estas instalaciones se dimensionan generalmente para proporcionar entre el 50% y el 70% del agua caliente demandada y la inversión necesaria se puede amortizar en menos de la mitad de la vida útil de los equipos. Calentadores sin piloto. Una llama piloto consume 13g de gas a la hora. La utilización de calentadores de agua a gas sin piloto permanente, significa un ahorro de hasta 113kg/año, si hablamos de gas natural, la cifra llega a los 120m3/año.