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30/05/2024 / Manuel Rabanal Gil / 175

Sustitución de una caldera de gasoil por una bomba de calor de alta temperatura con R-32 e integración fotovoltaica en Soto del Real (Madrid)

Ubicación de la unidad exterior. Fuente: Acoin y Clima

 

El 40 % del consumo final de energía en la Unión Europea y el 36 % de las emisiones de gases de efecto invernadero corresponden al gasto energético de los edificios. El parque edificatorio europeo es muy antiguo, y se estima que el 75 % de los edificios de la Unión Europea no son eficientes desde el punto de vista energético.

Para lograr alcanzar los objetivos medioambientales europeos, la descarbonización de las instalaciones es una parte fundamental de la estrategia para conseguir un menor consumo de energía, así como para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. La sustitución, parcial o total, de los generadores que utilizan energía procedente de combustibles fósiles para calefacción y agua caliente sanitaria por otros, como la bomba de calor aerotérmica, que utilizan energía proveniente en gran parte de una fuente renovable, es la principal palanca de cambio dentro de este contexto.

En el siguiente ejemplo analizaremos un caso de éxito en el que, manteniendo la instalación de radiadores existentes, se ha sustituido una caldera de gasoil por una bomba de calor aerotérmica combinada con energía fotovoltaica.

La vivienda objeto de estudio está ubicada en Soto del Real (Madrid) y cuenta con una superficie útil calefactada de 110 metros cuadrados. La vivienda consta de una instalación de radiadores dimensionados para trabajar a alta temperatura, y los servicios de agua caliente sanitaria y calefacción se daban a través de una caldera de gasoil. Adicionalmente, una chimenea de leña en el salón se emplea para dar soporte de calefacción a esa estancia. 

La caldera se ha sustituido por una bomba de calor Daikin Altherma de la serie SUPRA con depósito de ACS de 250 litros de capacidad. El sistema funciona con refrigerante R-32 y es capaz de impulsar agua a 70ºC sin necesidad de resistencia eléctrica, manteniendo la potencia entregada en calefacción desde -15ºC a +15ºC de temperatura exterior. Además, se ha añadido una instalación fotovoltaica de 5kW de potencia nominal que, gracias a la conexión Smart Grid de la bomba de calor, es capaz de aprovechar los excedentes fotovoltaicos para producir ACS y calefacción.

 

Ubicación de los equipos

La unidad exterior se ubica en el patio de la vivienda gracias a su reducido nivel sonoro. La presión sonora del equipo a 3 metros es de solo 35 dBA gracias al triple encapsulado del compresor, además de una placa antivibración interna y almohadillas de goma. La unidad interior (hidrokit) mural y el depósito interacumulador de acero inoxidable de 250 litros se ubican en el cuarto de instalaciones aprovechando el espacio dejado por la antigua caldera de gasoil. Además, en esta sala se montan todos los elementos adicionales de la nueva instalación: vaso de expansión para ACS, separador hidráulico, bomba de secundario, tuberías del circuito primario, etc.

 

Adaptación del nuevo sistema a la instalación existente: hidráulica y control

Un requisito importante en la instalación a la hora de sustituir la caldera por la bomba de calor era mantener los radiadores de alta temperatura y las tuberías de distribución existentes. 

Las calderas trabajan con saltos térmicos superiores a las bombas de calor por lo que, para entregar la misma potencia, las instalaciones con bomba de calor requieren de diámetros de tubería superiores (para una potencia dada, si el salto térmico disminuye el caudal aumenta y viceversa). Una elevada velocidad de agua en las tuberías causada por diámetros de tubería pequeños puede ocasionar ruidos en la instalación, desgaste de ciertos elementos y una elevada pérdida de carga que se traduzca no solo en un mayor consumo energético de la bomba circuladora, sino en pérdida de confort al no llegar el caudal de agua necesario a los elementos terminales. 

 

Comprobación de los diámetros de tubería existentes. Fuente: Daikin AC Spain

 

En base a lo anterior, se decidió desacoplar hidráulicamente la generación (bomba de calor) del consumo (radiadores de alta temperatura) mediante el empleo de un separador hidráulico con la correspondiente bomba circuladora para el circuito secundario. 

El control de la instalación es un punto clave para alcanzar los objetivos de eficiencia energética manteniendo el confort: la eficiencia depende no sólo del rendimiento del generador (bomba de calor, en este caso), sino del conjunto de la instalación y su correcta regulación. Para ello, se instala un termostato modulante que, conectado a la bomba de calor, permite no sólo dar orden de arrancar y parar al equipo, sino modificar automáticamente la temperatura de agua de impulsión a la instalación en función de la temperatura ambiente de consigna y de la temperatura real medida.

La bomba de calor también dispone de la posibilidad de modificar automáticamente la temperatura de impulsión en función de la temperatura exterior (punto de consigna flotante). El funcionamiento de la bomba del circuito secundario se comanda desde el hidrokit Altherma mediante una señal que permite arrancar o parar dicha bomba circuladora en función de la demanda

Por otro lado, la calidad del agua en las instalaciones antiguas es un aspecto crítico a considerar. Con el tiempo, se acumula suciedad y lodos en el circuito que podrían ocasionar averías en los nuevos equipos y/o disminuir su rendimiento. Para evitarlo, antes de realizar la sustitución del generador se llevó a cabo una limpieza de la instalación existente mediante el empleo de aditivos específicos. Además, el hidrokit de la bomba de calor incluye un filtro ciclónico-magnético que protege a la instalación y facilita su mantenimiento y la eliminación futura de impurezas.

Desacople hidráulico de la generación y la demanda. Fuente: Daikin AC Spain.

 

Protocolo Smart Grid

La bomba de calor Daikin Altherma dispone de protocolo Smart Grid que permite modificar el comportamiento de la unidad en función de las condiciones de radiación solar. Dentro de las diferentes tipologías de control, se optó por el método autoadaptativo por ser el más eficiente en cuanto al aprovechamiento de los excedentes fotovoltaicos.

Cuando el método de control autoadaptativo se encuentra activo, la máquina basa su filosofía de funcionamiento en acumular el excedente fotovoltaico en forma de energía térmica, que se aprovechará tanto en ACS como en climatización (calefacción en este caso). Además, lo hace de forma inteligente, ya que el equipo limita su consumo energético para intentar llegar a un vertido cero. De esta forma, se logran mayores tasas de autoconsumo y se mejora el retorno de la inversión inicial.

De cara a garantizar el confort del usuario, el equipo trabaja con dos consignas de aire (ambiente) y de ACS. Una primera consigna de confort y una segunda consigna de acumulación. Hasta que la consigna de confort no ha sido satisfecha el equipo no comienza a modular su consumo. Gracias a un medidor de pulsos que informa a la bomba de calor de cuánta energía se vierte a la red en cada momento el equipo conoce el potencial de aprovechamiento de excedentes en cada momento.

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Aprovechamiento de excedentes fotovoltaicos mediante Smart Grid. Fuente: Daikin AC Spain

 

Ficha técnica

  • Proyecto: vivienda unifamiliar en Soto del Real (Madrid).

  • Instalador: Fernando García. Acoin y Clima.

  • Realización del proyecto: 2022

  • Producto destacado: bomba de calor Daikin Altherma SUPRA con instalación PV.

 

Datos del autor
Nombre Manuel Rabanal Gil
Empresa Daikin AC Spain
Cargo Departamento de Calefacción
Biografía
Art. Online
Entrevistas
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