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INSTALACIONES DE AGUA CALIENTE SANITARIA (ACS)

Calor y frío industrial Antonio Soria

Agua caliente sanitaria

INDICE - Formas de producción - Componentes de las instalaciones de ACS - Esquemas de producción - Energía solar térmica (Código Técnico de la Edificación) - Dimensionado Agua caliente sanitaria (ACS) es agua destinada a consumo humano (potable) que ha sido calentada.

Agua caliente sanitaria: Formas de producción

Sistemas de calefacción centralizados: -

-

Debido a que el agua de calderas no es apta para el consumo humano, siempre deben existir intercambiadores en cuyo interior se transfiera el calor de las calderas (primario) al ACS (secundario) sin que exista mezcla entre ambos circuitos. Como las distancias entre los puntos de producción y los de consumo suelen ser largas, si no se adoptasen medidas para ello, los usuarios deberían esperar un tiempo excesivo para recibir el ACS, lo que implicaría consumos innecesarios de agua. Para evitarlo, las instalaciones centrales cuentan con los circuitos de recirculación, que consisten en una red de tuberías que retornan el agua desde los puntos de consumo mas alejados, hasta el lugar de producción, mediante bombas de recirculación, que mantienen las tuberías a la temperatura adecuada para el uso, de manera que salga de forma prácticamente inmediata por los grifos.

La producción de ACS puede ser: - Instantánea. - Con acumulación.

Agua caliente sanitaria: Formas de producción

Producción instantánea: La característica más destacable de los sistemas de producción instantánea es que el diseño de los intercambiadores está condicionado al momento de máxima demanda de la instalación, pues en ellos el agua de calderas calienta el agua de consumo al mismo tiempo que se demanda. Debido a que el agua de calderas no es apta para el consumo humano, siempre deben existir intercambiadores en cuyo interior se transfiera el calor de las calderas (primario) al ACS (secundario) sin que exista mezcla entre ambos circuitos. Producción con acumulación: Para reducir la potencia necesaria en producción y al mismo tiempo obtener funcionamientos más homogéneo de la instalación se utilizan los sistemas con acumulación en depósitos en los que se mantiene el agua caliente hasta el momento de su uso, de manera que en las puntas de demanda del edificio se utiliza el agua acumulada, solicitándose una potencia inferior a la del sistema de producción.

Agua caliente sanitaria: Componentes de las instalaciones de ACS

Intercambiadores de calor: Los intercambiadores empleados son de dos tipos: tubulares y de placas. -

Tubulares:

-

De placas:

Estos intercambiadores por lo general son de acero inoxidable.

Agua caliente sanitaria: Componentes de las instalaciones de ACS

Depósitos: Las características fundamentales para la selección de depósitos son: materiales, presión y temperatura de trabajo.

Agua caliente sanitaria: Componentes de las instalaciones de ACS

Válvulas: Suelen emplearse válvulas de 3 vías motorizadas (acumulación, agua de red y distribución de ACS).

Agua caliente sanitaria: Componentes de las instalaciones de ACS

Bombas de circulación: En las instalaciones de ACS se emplean bombas en el circuito primario para transferir el calor desde el circuito de calderas hasta el de agua de consumo; bombas de secundario cuando la producción se realiza por acumulación con intercambiadores externos, y bombas de recirculación para la circulación del agua por todo el edificio.

Tuberías: Para su selección se deben tener en cuenta los siguientes aspectos: -

Compatibilidad con el fluido. Presión de trabajo. Temperatura de trabajo.

Agua caliente sanitaria: Componentes de las instalaciones de ACS

Aislamiento: En el RITE se especifica el aislamiento térmico para las instalaciones de ACS.

Agua caliente sanitaria: Esquemas de producción

Esquemas de producción: Los esquemas de producción típicos son: -

Producción instantánea.

-

Producción con acumulación: -

Basada en interacumuladores.

-

Basada en acumuladores.

Agua caliente sanitaria: Esquemas de producción

Producción instantánea: El componente básico de los sistemas de producción instantánea es el intercambiador, siendo los más habituales los intercambiadores de placas de acero inoxidable; a los mismos se conecta en el primario el circuito de calderas y en el secundario el de agua de consumo. Cuando la producción de ACS sea crítica (hospitales, clínicas, hoteles, etc.) las bombas serán dobles, de manera que, en caso de fallo de la principal, entre en funcionamiento la bomba de reserva.

Agua caliente sanitaria: Esquemas de producción

Producción instantánea:

Agua caliente sanitaria: Esquemas de producción

Producción instantánea:

Agua caliente sanitaria: Esquemas de producción

Producción instantánea:

Agua caliente sanitaria: Esquemas de producción

Producción con acumulación: interacumuladores

Agua caliente sanitaria: Esquemas de producción

Producción con acumulación: interacumuladores

Agua caliente sanitaria: Esquemas de producción

Producción con acumulación: acumuladores

Agua caliente sanitaria: Esquemas de producción

Conexión de los acumuladores La conexión en PARALELO es más sencilla y provoca menores perdidas de carga; como contrapartida se tiene una mayor zona de mezcla, ya que la misma se da en todos los depósitos, con un menor aprovechamiento del volumen acumulado.

Agua caliente sanitaria: Esquemas de producción

Conexión de los acumuladores en serie

Agua caliente sanitaria: Esquemas de producción

Conexión de los acumuladores La conexión en SERIE reduce la zona de mezcla, aprovechando mejor la estratificación; las conexiones hidráulicas son más complejas: en caso de avería en alguno de los depósitos hay que prever conexiones que permitan dejarlos fuera de servicio sin afectar al resto de los depósitos, y las pérdidas de carga son mayores.

Agua caliente sanitaria: Esquemas de producción

Conexión de los interacumuladores → siempre paralelo

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Contribución solar mínima a ACS: Aplicable en edificios de nueva construcción y rehabilitaciones que cuenten con demanda de ACS y/o climatización de piscinas. Disminución: - Aprovechamiento de otras renovables. - Reducido acceso al Sol por barreras externas. - En rehabilitación: limitaciones de la configuración previa. - En edificios nuevos: limitaciones de la normativa urbanística. - Determinación del órgano de protección histórico-artística. Tecnologías aplicables: - Circulación natural o termosifón. - Circulación forzada.

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Sistema termosifón

Consideraciones: - Instalaciones con menos de 10 m2 en un circuito primario. - Reducir la pérdida de carga (no usar válvulas antirretorno).

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Circulación forzada

Objetivos de la instalación: - Optimizar el ahorro energético. - Garantizar durabilidad y calidad de la instalación. - Garantizar un uso seguro. - Garantizar un uso prolongado sin una degradación significativa.

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Contribución solar mínima

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

En energía solar térmica la sobreproducción es un problema grave: - Puede producirse ebullición del fluido. - Algunos materiales pueden degradarse con la Tª. - La ebullición de la mezcla de agua y anticongelante puede producir compuestos altamente corrosivos. En caso de tener una producción superior al 110% de la demanda en un mes o al 100% durante tres meses seguidos, se adoptarán medidas: -

Instalaciones de disipación. Tapado parcial de captadores. Vaciado parcial de los captadores. Desvío de excedentes a otras aplicaciones.

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Orientación óptima: Sur Inclinación óptima: - Demanda constante anual: Latitud. - Demanda preferente en invierno: Latitud + 10°. - Demanda preferente en verano: Latitud - 10°.

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

ρ ⋅ Dm (T ) ⋅ C p ⋅ (T − Tred ) = ρ ⋅ Dm ( 60º C ) ⋅ C p ⋅ ( 60 − Tred )  60 − Tred  Dm (T ) = Dm ( 60º C ) ⋅    T − Tred 

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Temperatura de red: UNE 94002

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Uso residencial

Para el cálculo de la contribución solar mínima se considera ocupación plena (excepto en residencial turístico). Si hay diferencias de más del 50% entre días de la semana → Día medio. Sistema de acumulación capaz de cubrir la mayor demanda. Piscinas cubiertas: - 26°C ≤ Tª seca del aire ≤ 28°C - Tª seca del aire ∼ Tª agua + 3°C - 55% ≤ Humedad relativa ≤ 70%

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Protección contra sobrecalentamientos: Se evitará regular el sobrecalentamiento con un gasto excesivo de agua de red. Trabajando con aguas duras (sales de Ca entre 100 y 200 mg/l), evitar Tª mayor a 60°C en todo punto, considerando la normativa antilegionela. Protección contra quemaduras: En el punto de consumo la Tª ha de limitarse a 60°C, pudiendo ser mayor en la producción. Protección de materiales ante alta Tª: Todo componente ha de ser capaz de soportar la máxima temperatura permitida.

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Resistencia a presión: Prueba de presión: 1,5 veces la presión máxima de servicio, tras 1 hr pérdida < 10%. Considerar la máxima presión de la red. Prevención de flujo inverso: Evitar pérdidas debidas a flujo inverso. Empleo de válvulas antirretorno, excepto en instalaciones de circulación natural.

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

En el proyecto aparecerá: - Demanda de energía térmica. - Energía solar térmica aportada. - Fracción solar mensual y anual. - Rendimiento medio anual. (>20% en periodo de uso) - Comprobación de existencia de sobrecalentamiento. Captadores: Sistema homologado (RD 831/1980 de 14 de Abril).

Rendimiento > 40% U0 < 10 Wm2/K Placa características

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Conexionado de captadores: Conexión en serie o paralelo. En serie máx. 10 m2 en zonas I y II, 8 m2 en zona III y 6 m2 en zonas IV y V. Equilibrar el circuito y aislar con válvulas. Acumuladores: Instalación en interiores. Instalación vertical (estratificación).

Consumo De captadores

Hacia captadores Agua de red

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Sistema de intercambio: Intercambiador independiente: Suposición I > 1000 W/m2 η > 50%. P ≥ 500·A Intercambiador incorporado: AI ≥ 0,15·A Tuberías: Evitar pérdida de carga debida a elementos (codos…) Tramo horizontal: pendiente 1% en sentido circulación. Primario: Cu o Acero inox. Secundario: Cu, Acero inox. Plástico Vasos de expansión: Situados a la aspiración de la bomba. Capaz de compensar todo el volumen + 10%

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Bomba de circulación: Montaje en zonas frías En instalaciones > 50 m2 montar bombas de reserva en // En piscinas: Bomba → Filtro → Captadores.

Purgadores: Situados en todos los máximos relativos de la instalación. Soportar hasta 130°C en zonas I, II y III y 150°C en IV y V. Sistema aporte auxiliar: Nunca situarlo en el circuito primario. Se dimensionará para cubrir la demanda completa. Se utilizará cuando sea estrictamente necesario.

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Sistema de control: Sistema forzado → Control diferencial. - Medida en parte alta de colectores y baja de tanque. - Si ∆T < 2°C interrumpir la circulación. - Si ∆T > 7°C circular siempre. - Diferencia de Tª de parada y reanudación > 2°C. Sistema de medida: En toda instalación: - Medida de presión y Tª que permita la correcta operación. En instalaciones > 20 m2 además: - Tª de entrada de agua de red. - Tª de salida del acumulador. - Caudal de agua fría de red. Objetivo del sistema de medida: obtener al menos la energía solar térmica acumulada a lo largo del tiempo.

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

Pérdidas límite

Se han de cumplir siempre las tres condiciones. Integración arquitectónica: doble función energética y arquitectónica. Superposición: captadores // a evolvente del edificio. General: captadores en azotea. Captadores solares térmicos: - Demanda constante anual: φ. - Demanda preferente en invierno: φ + 10°. - Demanda preferente en verano: φ - 10°. Módulos fotovoltaicos: - Siempre: φ - 10°.

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

φ = 41°

Agua caliente sanitaria: Energía solar térmica (CTE HE4)

φ ≠ 41° βmax = βmax(41°) – (41° - φ) βmin = βmin(41°) – (41° - φ)

((Mínimo 5°))

En casos cerca del límite o como verificación: Perdidas(%) = 100·[1,2·10-4·(β - βopt)2 + 3,5·10-5· α2] Perdidas(%) = 100·[1,2·10-4·(β - βopt)2] Pérdidas por sombreado:

15°< β