“Parte de las demandas energéticas deben cubrirse mediante la incorporación de sistemas de aprovechamiento de calor, o bien renovable, o bien residual, o procedente de procesos de cogeneración renovables”
Tanto la sección HE4 del CTE, de donde hemos extraído el párrafo anterior, como en el RITE han actualizado sus exigencias y han endurecido la contribución mínima procedente de energías renovables para la demanda de agua caliente sanitaria.
La eficiencia energética en la producción de agua caliente sanitaria (ACS) se ha convertido en un tema fundamental en el diseño y dimensionado de las instalaciones ACS, con normativas como el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) y el Código Técnico de la Edificación (CTE), de donde se ha extraído este párrafo, que establecen requisitos y directrices precisas.
En este artículo, explicaremos las claves de la eficiencia energética en ACS y cómo se ven reflejadas en la normativa.
¿Cuáles son exactamente estos cambios? ¿En qué les influyen estas novedades a los actuales sistemas de producción por acumulación de ACS? Si quieres saber más, sigue leyendo.
Contribución mínima de energía renovable para la demanda de ACS
Una de las novedades más relevantes es la contribución mínima de energía renovable requerida para cubrir la demanda de ACS. Ya no se limita únicamente a la demanda de agua caliente sanitaria, como lo hacía el RITE, sino que abarca todas las demandas energéticas. Esto implica que se deben considerar todas las fuentes renovables, residuales o incluso de cogeneración para cumplir con este requisito.
¿Dónde aparece el procedimiento y la exigencia de la contribución renovable mínima de energía renovable para la demanda del agua caliente sanitaria? Viene establecido en el CTE (Código Técnico de la Edificación), concretamente, en la sección HE4 y, en una pequeña parte, en la sección HE0.
Por lo tanto, la novedad es que, además de unos mínimos de ahorro que debe tener la energía renovable, la instalación debe cumplir los valores establecidos por esta sección y un límite de consumo de energía primaria.
Cambios para mejorar la eficiencia energética en ACS en la Sección HE4 del CTE
La sección HE4 del CTE establece claramente los objetivos y requisitos para mejorar la eficiencia energética en la producción de ACS.
HE4 – 3.1. Contribución renovable mínima para ACS y/o climatización de piscina: La contribución mínima de energía procedente de fuentes renovables cubrirá al menos el 70% de la demanda energética anual para ACS y para climatización de piscina, obtenida a partir de los valores mensuales, e incluyendo las pérdidas térmicas por distribución, acumulación y recirculación. Esta contribución mínima podrá reducirse al 60% cuando la demanda de ACS sea inferior a 5000 l/d.
Uno de los puntos más destacados es la contribución mínima de energía renovable, que debe cubrir al menos el 70% de la demanda energética anual para ACS y climatización de piscinas, incluyendo las pérdidas térmicas por distribución, acumulación y recirculación.
Hay que darle una atención especial a las pérdidas energéticas que no se suelen tener en cuenta y que en edificios antiguos suponen una parte muy importante de la energía consumida.
Conocemos ejemplos de edificios que consumen, solo en el circuito de retorno ACS, la friolera de 1.300KWh de energía cada día (Lo que supone casi 5 millones de KWh al año) ¿Alguien ha calculado el 70% de esta cantidad?
Este requisito puede reducirse al 60% en casos donde la demanda de ACS sea inferior a 5000 litros por día. Además, se establecen estándares de rendimiento para las bombas de calor utilizadas en la producción de ACS, lo que fomenta la utilización de fuentes de energía renovable.
Aportación renovable de las bombas de calor
HE4 – 3.1.5. Las bombas de calor destinadas a la producción de ACS y/o climatización de piscina, para poder considerar su contribución renovable a efectos de esta sección, deberán disponer de un valor de rendimiento medio estacional (SCOPdhw) igual o superior a 2,5 cuando sean accionadas eléctricamente e igual o superior a 1,15 cuando sean accionadas mediante energía térmica. El valor de SCOP se determinará para la temperatura de preparación del ACS, que no será inferior a 45ºC.
Las bombas de calor destinadas a la producción de ACS y climatización de piscina deben cumplir con requisitos específicos para ser consideradas una fuente de energía renovable. Para ello, deben tener un valor de rendimiento medio estacional (SCOPdhw) igual o superior a 2.5 cuando sean accionadas eléctricamente y 1.15 cuando sean accionadas mediante energía térmica. Esto promueve el uso de bombas de calor eficientes en la producción de ACS.
A tenor de esta actualización, vemos que desaparece todo lo relacionado con energía solar térmica, y las pocas citas a las que se hace referencia sobre la fuente de calor, son hacia las bombas de calor que tienen consideración de energías renovables.
Lamentamos comunicar que desconocemos los motivos por los que se está denostando la energía solar térmica , la cual nos puede aportar: Calor directo sin procesos intermedios + Altísimo rendimiento a muy bajo coste + Alta temperatura + la capacidad de parar el productor principal cuando hay suficiente sol.
¿Quizá la energía solar térmica es mala porque cada vez quedan menos técnicos que la entiendan, sepan de hidráulica, electricidad y termodinámica al mismo tiempo?…. esto es lo que nos trae la era del «Plug and play».
Límites de consumo de energía primaria en edificios
La actualización del RITE, ya nos dice respecto de la contribución de energía renovable o residual para la producción térmica del edificio: “Estos sistemas se diseñarán para alcanzar, al menos, la contribución renovable mínima para agua caliente sanitaria y para climatización de piscinas cubiertas establecida en la sección HE4 del Código Técnico de la Edificación, y los valores límite de consumo de energía primaria no renovable de acuerdo con lo establecido en la sección HE0, del Código Técnico de la Edificación. En la selección y diseño de la solución se tendrán en consideración los criterios de balance de energía y rentabilidad económica”.
La sección HE0 del CTE establece límites para el consumo de energía primaria no renovable en los edificios.
HE0 – 3.3.1. El consumo de energía primaria no renovable (Cep,nren) de los espacios contenidos en el interior de la envolvente térmica del edificio o, en su caso, de la parte del edificio considerada, no superará el valor límite (Cep,nren,lim) obtenido de la tabla 3.1.a-HE0 o la tabla 3.1.b-HE0.
Esto significa que las instalaciones de ACS deben cumplir con los valores límite de consumo de energía primaria no renovable de acuerdo con lo establecido en esta sección.
Estos límites se aplican a las demandas globales de energía en el edificio, no solo a la instalación de ACS, lo que fomenta la adopción de estrategias más amplias de eficiencia energética en toda la edificación.
Novedades y limitaciones para los acumuladores de ACS
Una de las novedades destacadas para mejorar la eficiencia energética en ACS es la inclusión de acumuladores de doble serpentín, que permiten la acumulación de energía renovable y convencional en un solo dispositivo.
Hasta ahora, no se permitía en el mismo acumulador, acumulación renovable y acumulación convencional, por ejemplo, con una caldera como fuente de calor. Tenía que ir en otro acumulador para no disminuir la aportación renovable.
Ahora pueden utilizarse acumuladores o inter-acumuladores de doble serpentín.
¿En qué consisten los acumuladores de doble serpentín?
El acumulador consta de 2 conexiones para los circuitos primarios:
- En la parte de arriba: Conectada a un intercambiador (que facilita mucho los esquemas de principio). Aquí podemos tener un intercambio de calor para producción de agua caliente del generador auxiliar, que muchas veces suelen ser de alta temperatura.
- En la parte de abajo: conectada a una instalación a baja temperatura (instalación solar térmica, bomba de calor, etc.
El serpentín intercambiador inferior debe ser más generoso para poder trabajar a baja temperatura, como hemos dicho, siempre que no se disminuya la aportación renovable.
En la parte superior se acumularía el agua calentada por este generador auxiliar cuando esté en marcha, o si está detenida, se acumularía todo lo que está produciendo la fuente de baja temperatura (energía solar térmica o bomba de calor) siempre, reservando un volumen mínimo a la fuente renovable: una bomba de calor (aerotérmica o geotérmica, solar térmica, etc.)
Sin embargo, estos acumuladores presentan inconvenientes respecto a eficiencia energética en ACS, como la reducción del rendimiento de sistemas solares térmicos, ¿Qué pasa con la recuperación de calor? y problemas de estratificación que pueden favorecer la proliferación de Legionella, que veremos más adelante. Y por último… ¿Quién se va a encargar de limpiar y desinfectar un acumulador lleno de tuberías por dentro?
Desde Hydronik, creemos que mezclar fuentes de calor de distinta temperatura en un mismo acumulador, no tiene sentido puesto que se reduce la eficiencia del conjunto de una forma considerable.
Dimensionado de ACS: Ahora contemplado en el RITE
Ya conocemos el documento reconocido para la aplicación del RITE para el dimensionado de agua caliente, la Guía Técnica de ACS, además de respetar la normativa higiénico sanitaria, RD 487/2022.
El RITE ahora ofrece criterios y directrices para el dimensionamiento de las instalaciones de ACS, en su IT 1.2.4.1.2.4 1.
Estos criterios se basan en la sección HE4 del CTE, que establece la contribución mínima renovable que debe cumplir la instalación. Además, se hace referencia a la sección HS 4 del Documento de salubridad del CTE, que habla del suministro de agua fría y caliente y a la Norma Norma UNE 12831-3:2019.
Esta última nos permite optimizar el volumen de acumulación y nos permite comprobar que la instalación satisface las necesidades del edificio de sus ocupantes en cuanto a suministro de agua caliente durante 24 horas.
En esta norma hay unos perfiles de carga. En función del perfil de carga del edificio se puede determinar lo que está produciendo y acumulando la instalación y las necesidades del edificio. Y hay que comprobar que la producción con acumulación está por encima de las necesidades acumuladas de todo el día…. «Sobre el papel es muy bonito, pero cuidado con las temperaturas intermedias que se producen durante los periodos de consumo punta + los tiempos de recuperación del acumulador (temperatura)»
Cálculo de demandas y redes
¿Cuál es el método que nos proporciona la Norma UNE 12831-3?
“Estudiar minuto a minuto la demanda de agua caliente del edificio según el perfil de carga, acumulando el consumo de energía a lo largo del día. Así se crea una demanda energética acumulada, al principio como volumen de agua y luego energéticamente.”
Como hemos dicho, estudiamos esta demanda de agua caliente en función del perfil de carga del edificio.
Para ello, contiene un apéndice con perfiles de carga del edificio y, en función de eso, podemos tener el gráfico del consumo que vamos teniendo en ese edificio a lo largo de un día (El consumo de energía) y de esa manera se crea una curva de demanda energética acumulada.
- Partimos de una curva de demanda a las 12 de la noche. Es decir, donde aún no necesitamos energía.
- Vemos cómo se va necesitando energía y se va acumulando. A partir de las 12, a medida que pasan las horas y se va necesitando energía, va subiendo también la curva la energía acumulada.
- Conforme va avanzando el día, va subiendo cada vez más.
Así vamos viendo la curva de demanda energética acumulada.
¿Qué tiene que suministrar el sistema de producción? La cantidad de energía necesaria.
- También se estudia la cantidad de energía necesaria minuto a minuto, teniendo en cuenta que el funcionamiento no es continuo.
- El sistema para, cuando los depósitos están calientes y se arrancan otra vez los mismos cuando están fríos.
- Vamos viendo la energía producida y acumulada a lo largo del día.
Hay que tener en cuenta también las pérdidas que se tienen, por ejemplo, por el enfriamiento de los acumuladores, pérdidas en la distribución/retorno, pérdidas en intercambiadores, etc.
- La curva representada en azul es la energía que se ha ido necesitando a lo largo del día.
- Habiendo calculado un coeficiente de seguridad, representada con una línea discontinua, vamos calculando la curva de “oferta” o “producción” que tiene que estar por encima de la curva anterior. Sería la representada en rojo.
- A lo largo del día, debido a las pérdidas propias de estos sistemas de acumulación (pérdidas de energía del acumulador, de la caldera, de las bombas, etc.), llega un punto que es necesario el arranque. Entonces esta curva, digamos, de funcionamiento, durante el tiempo en que la caldera tarda en arrancar baja un poquito.
¿Con este método que podemos averiguar? Observamos que durante las horas de la noche se necesita poca demanda acumulada, por tanto, sobra energía. Esta energía se puede acumular para el resto del día.
En conclusión, tenemos una comprobación de que la producción está por encima de la demanda (gráfica superior) y la optimización que podemos hacer de aprovechar las horas de la noche para que, al ritmo de la potencia que suministra el generador, ir acumulando calor y evitar el sobredimensionamiento de la potencia del generador (gráfica inferior).
Para saber más sobre este procedimiento os recomendamos ver el vídeo de Javier Ponce donde habla sobre las novedades en Sistemas de Producción de ACS. Podéis acceder desde aquí.
Alternativas más eficientes para incrementar la eficiencia energética en ACS frente a los sistemas de acumulación tradicionales
Tanto en el RITE, como en el CTE, como en las guías para las instalaciones de agua caliente sanitaria se hace alusión a realizar un correcto dimensionamiento y a determinar una contribución mínima de energía renovable en sistemas de acumulación, tanto si son acumuladores como inter-acumuladores. De hecho, hemos hablado más arriba de los acumuladores de doble serpentín.
Estos acumuladores tienen la ventaja de poder conectar dos circuitos primarios. Uno, el habitual, conectado al generador auxiliar, como por ejemplo, la caldera, que suele ser de alta temperatura. Otro, conectado a una instalación de baja temperatura, como es la energía solar térmica o las bombas de calor.
De esta manera, la parte superior acumularía el agua calentada por el generador auxiliar cuando esté en funcionamiento, y cuando se detuviera, se acumularía todo lo que está produciendo la fuente de baja temperatura, que para cumplir la contribución mínima renovable tendría que ser energía solar térmica o bomba de calor (aerotérmica/geotérmica) con un SCOP inferior al 2,5 (Como hemos visto más arriba).
Pero… ¿Estos acumuladores de doble serpentín son todo ventajas? Pues… sentimos ser siempre la nota discordante, pero NO.
Los acumuladores de doble serpentín tienen los siguientes inconvenientes, a nivel general:
- Reducción del rendimiento del sistema solar térmico y de los equipos de aerotermia (bomba de calor): Estos acumuladores limitan el rendimiento del sistema al impedir que cada uno de los equipos productores de calor trabajen en su punto óptimo de funcionamiento. Cambiamos el punto óptimo en cada momento por un punto que puede ser bueno para el solar térmico y malo para la caldera/aerotermia o viceversa.
- Estratificación: En la mayoría de sistemas de acumulación, la anti-estratificación requerida para que los acumuladores de doble serpentín trabajen con un adecuado rendimiento no se da. Ya sea por el diseño del acumulador inadecuado o porque el dimensionamiento no es el correcto. Es muy difícil no estratificar en un acumulador que ha sido diseñado para jugar con las diferentes temperaturas a las diferentes alturas del acumulador.
- Proliferación de Legionella: Como ya hemos comentado en multitud de ocasiones la estratificación es uno de los ingredientes principales para que se dé la proliferación de Legionella en acumulación. Tanto es así que en la última actualización del RD 487/2022 de prevención de Legionella, se ha incrementado el nº de desinfecciones al año obligatorias para los acumuladores por ser un foco de infección habitual.
Y como las comparaciones son odiosas pero inevitables, ¿Qué alternativa más eficiente que los sistemas de acumulación existe para incrementar la eficiencia energética en ACS?
En Hydronik hemos desarrollado el sistema de producción semi-instantánea 3 en 1. El producto estándar, el IHI-800, es capaz de producir ACS como la misma capacidad de producción que un acumulador de 2000 L, sin la necesidad de disponer de:
- Acumulador: Eliminamos, por tanto, las pérdidas energéticas de estos depósitos y el riesgo de Legionella en acumulación y de corrosión.
- Intercambiador de placas: También eliminamos la disipación de energía.
- Bombas de secundario y de homogeneización o anti-estratificación.
¿Cómo mejoramos la eficiencia energética en ACS y garantizamos la seguridad sanitaria?
- A nivel de eficiencia energética:
- Eliminamos las pérdidas propias del intercambiador de placas y de las bombas de secundario, anti-estratificación y de las válvulas de regulación, que no son necesarios.
- Es compatible con cualquier fuente productora de calor: caldera, aerotermia, solar térmica, etc.
- Es compatible con fuentes productoras de alta y de baja temperatura.
- Ofrece alta eficiencia para el precalentamiento, aprovecha al máximo el potencial de fuentes de calor de baja temperatura. (Ayuda a que cada productor de calor trabaje en el punto óptimo de funcionamiento)
- Dispone de inercia térmica del circuito primario. Ofrece las ventajas de un sistema de producción instantánea más las ventajas de un sistema inercial.
- A nivel de seguridad sanitaria:
- El Intercambiador IHI-800 de Hydronik no acumula el ACS en su interior, sino agua de primario. El Intercambiador contiene en la envolvente, con forma de depósito, el agua de primario. Este agua de primario cede el calor al serpentín intercambiador INOX que tiene en su interior. El ACS únicamente transcurre por dentro de este intercambiador, que se calienta de forma instantánea. (Tenemos las ventajas de la acumulación sin las desventajas de la legionela y las corrosiones.
- La temperatura del ACS siempre está por encima de los 60º. Por lo tanto, en ningún momento, hay riesgo de proliferación de Legionella.
- Incrustaciones de cal y biopelícula, prácticamente inexistentes.
¿Quieres saber más sobre las diferencias entre los sistemas de acumulación tradicionales y el Sistema IHI de Hydronik? Tienes todos los detalles en esta comparativa que puedes descargarte de forma gratuita.
Energía Solar Térmica: Una alternativa eficiente para Incrementar la eficiencia energética en ACS
La energía solar térmica sigue siendo una alternativa muy eficiente para la producción de ACS. Es especialmente relevante en regiones con climas soleados, ya que puede proporcionar una contribución renovable significativa. Incluso cuando se utiliza otro sistema principal, la energía solar térmica sigue siendo una fuente relevante para aumentar la eficiencia energética en ACS.
En el artículo “Energía solar térmica y sistemas semi-instantáneos: Combinación perfecta para producir ACS en grandes instalaciones” explicamos cómo la energía solar térmica y los sistemas semi-instantáneos como el de Hydronik son la combinación perfecta para producir ACS en grandes instalaciones. Te invitamos a leerlo para saber más desde aquí.
En conclusión, la eficiencia energética en la producción de ACS se ha convertido en un aspecto crucial a la hora de diseñar el esquema de principio y así escoger los equipos adecuados. La implementación de fuentes de energía renovable, la optimización de sistemas y la consideración de alternativas eficientes son pasos fundamentales para cumplir con estas normativas y reducir el impacto ambiental en la producción de ACS.
