Especial calderas de condensación

¡El calor aprovechado al máximo!

Principios básicos de la condensación
         
  La Condensación

El proceso de condensación es un cambio de fase de una sustancia del estado gaseoso (vapor) al estado líquido. Este cambio de fase genera una cierta cantidad de energía llamada "calor latente". El paso de gas a líquido depende, entre otros factores, de la presión y de la temperatura. La condensación, a una temperatura dada, conlleva una liberación de energía, así el estado líquido es más favorable desde el punto de vista energético.

ciclo de condensación

Figura 1. Ejemplo del ciclo de condensación

 
 

Comparemos los distintos sistemas

Con una caldera clásica de tipo atmosférico, una parte no despreciable de dicho calor latente es evacuada por los humos, lo que implica una temperatura muy elevada de los productos de combustión del orden de 150°C. La utilización de una caldera de condensación permite recuperar una parte muy grande de ese calor latente y esta recuperación de la energía reduce considerablemente la temperatura de los gases de combustión para devolverle valores del orden de 65°C limitando así las emisiones de gas contaminantes.

Poder Calorífico Inferior (PCI) y Poder Calorífico Superior (PCS)

El poder calorífico inferior (PCI) indica la cantidad de calor que se puede producir con una cierta cantidad de combustible (sólido, líquido o gaseoso). Con este valor de referencia los productos de combustión están disponibles en estado gaseoso.
El poder calorífico superior (PCS) contiene en comparación con el poder calorífico inferior un porcentaje de energía añadido en forma de calor por condensación de vapor de agua, el llamado "calor latente".

Utilizaremos como ejemplo un metro cúbico de gas.
                                                                                                                                                                                

rendimiento de la caldera de condensaciónRendimiento caldera superior al 100 %

La caldera de condensación debe su denominación al hecho de que, para producir el calor, utiliza no sólo el poder calorífico inferior PCI de un combustible sino también su poder calorífico superior PCS. Para todos los cálculos de rendimiento, las normas europeas retuvieron como hace referencia el PCI. Utilizando el PCI para describir una caldera de gas de condensación, conseguimos rendimientos superiores a 100 gracias a la restitución del calor latente que representa el 11 %. Este método representa el solo medio de comparación entre las calderas clásicas y las calderas de condensación. Con relación a las calderas modernas a temperatura baja, es posible obtener rendimientos superiores del 15 %. Con relación a las instalaciones antiguas, los ahorros de energía pueden alcanzar el 40 %. Si se compara la utilización de energía de las calderas actuales con temperatura baja con la de las calderas gas a condensación, obtenemos el balance que sigue en calidad de ejemplo:

Calor por condensación (calor latente)

Con gas natural, la parte de calor por condensación es el de11 % con relación al PCI. Este valor queda inutilizado sobre las calderas a baja temperatura. La caldera de gas por condensación permite la utilización continua de este potencial de calor, gracias a la condensación del vapor de agua.
                                                                                                                                                        

Pérdidas por los vapores (calor sensible)

De las calderas a baja temperatura sale vapor a temperaturas relativamente elevadas entre 150 y 180ºC, produciéndose así una pérdida de calor de alrededor del 6 al 7 %.

La disminución importante de la temperatura del vapor sobre las calderas de condensación a gas (temperaturas que pueden descender hasta 30º) permite la utilización de la parte de calor sensible del gas de combustión y reduce de manera importante las pérdidas por vapor.

Las virtudes de la condensación
   

La principal virtud de las calderas de condensación es que produce agua caliente a baja temperatura
(40-60°C), con un alto rendimiento.

Como hemos explicado en el apartado Principios Básicos de la Condensación, el rendimiento de estas calderas resulta ser superior al 100% (medido en las condiciones tradicionales, sobre el poder calorífico inferior), lo que puede resultar chocante, pero que es cierto. Sobre el poder calorífico superior (teniendo en cuenta el calor latente del agua) es, por supuesto, un rendimiento inferior al 100%.

principios básicos de la condensación

El poder calorífico inferior, que no tiene en cuenta el calor de condensación del agua, se definió como el máximo calor que se podía obtener en una combustión racional sin poner en peligro la caldera.

Como consecuencia de la menor temperatura del agua preparada, los emisores finales del calor deben tener mayor superficie de intercambio (radiadores más grandes) o ser de baja temperatura (suelos radiantes o calefacción por aire).

En definitiva, permite obtener una cantidad de calor mayor a igualdad de combustible quemado, con un ahorro evidente.

El aspecto medioambiental y la reducción de contaminantes

medio ambienteLas calderas de condensación emiten una menor cantidad de sustancias contaminantes que una caldera convencional: los consumos pueden reducirse hasta el 30%, y las emisiones de NOx y CO hasta el 70%, lo que la convierte en un producto respetuoso con el Medio Ambiente.

En respuesta a la conciencia internacional de los efectos nefastos sobre el medio ambiente vinculados a la actividad humana, los diferentes representantes de los países industriales así como de los países en vías de desarrollo, se reunieron en Kyoto en 1997 para definir un plan de acción con el fin de limitar las emisiones contaminantes de gases de efecto invernadero, que contribuyen al proceso de recalentamiento del planeta.

Europa se comprometió a reducir un 8% las emisiones de gases de efecto invernadero para el próximo 2010. El compromiso de España es el de no incrementar las emisiones más de un 15% sobre el nivel de 1990.

Estadísticamente el impacto medioambiental del uso de la energía en el sector doméstico es responsable de más del 25% de las emisiones de CO2 a la atmósfera. Con las calderas a condensación, las emisiones contaminantes que contribuyen al efecto invernadero resultan 3 veces inferiores a las normas europeas vigentes, en respeto de los acuerdos de Kioto.

Además, unidas al empleo de la energía solar constituyen una solución mucho menos contaminante y más economica, puesto que la solar es una energía gratuíta, más allá del coste de la intalación.

Las calderas de condensación en Europa

Países como Holanda, Alemania o el Reino Unido han impulsado el uso de calderas de condensación, cuyas estadísticas de consumo reflejan unos porcentajes el 90, 70 y 71 por ciento, respectivamente. Mientras, en Francia, Italia y España, estos porcentajes son del 9, 6 y 0'4 por ciento, respectivamente.
Según el anuario publicado por Ambienteyclima, en nuestro país se vendieron en 2005 alrededor de 2.000 unidades de calderas de condensación.

Diferentes tipos de calderas de condensación
     

Con el fin de explotar el calor latente del vapor de agua contenido en los gases de combustión, estos últimos deben ser enfríados hasta una temperatura por debajo del punto de rocío. El aumento de la superficie de intercambio permite enfríar bastante los productos de combustión, permitiendo así la recuperación de dicho calor latente.

El sistema de enfriamiento de los productos de combustión (el condensador) puede estar, integrado en la caldera o separado de ella.

Ejemplos de condensador integrado:

   
     
Figura 1. Ejemplo de caldera suelo

 

     

   
Figura 2. Ejemplo de caldera mural
 

Ejemplo de condensador no integrado en la caldera. Este condensador se coloca sobre el lugar de salida de los gases de combustión de la caldera:

     
Figura 3. Ejemplo de condensador separado
     

Un ejemplo de la economía de explotación:

Zona
CON CLIMA CONTINENTAL
Tipo de habitación
CASA
Superficie en m2
160
118,9
107,25
Temp. Mini. Ext. en °C
-15
-15
-15
Temps Int. en °C
20
20
20
Consumo en kWh/año
25 692
19 093
17 222
Rendimiento Caldera clásica
90% sobre PCI
81% sobre PCI
90% sobre PCI
81% sobre PCI
90% sobre PCI
81% sobre PCI
Rendimiento caldera de condensación
109% sobre PCI
98% sobre PCI
109% sobre PCI
98% sobre PCI
109% sobre PCI
98% sobre PCI
Consumo en kWh/año por una caldera clásica
31 719
23 571
21 262
Consumo en kWh/año por una caldera de condensación
26 217
19 482
17 573
Diferencia
5 502
4 089
3 688
Diferencia en %
17,35%

 

Verdades y mentiras sobre las calderas de condensación
   

Por falta de costumbre o por desconocimiento, España continúa atrás en la instalación de calderas de condensación en comparación con otros países europeos como Inglaterra o Alemania. En muchas ocasiones esta falta de decisión por parte de los usuarios de instalar una caldera de condensación se debe a que en torno a este tipo de calderas, circulan una serie de mitos que en la mayoría de los casos carecen de fundamento.

Veamos algunos de los más comunes:

- Las calderas de condensación son demasiado caras

El precio de las calderas de condensación se ha reducido considerablemente en los últimos años. Hoy en día podemos adquirir una caldera de condensación al mismo precio que una caldera convencional. Además, la inversión merece realmente la pena si tenemos en cuenta el ahorro de combustible que este tipo de calderas garantiza a medio-largo plazo.

- No son compatibles con sistemas ya instalados

Falso. Las calderas de condensación pueden instalarse sin ningún problema sustituyendo una instalación anterior y son perfectamente compatibles con radiadores y suelo radiante. Tan sólo debe llevarse a cabo una buena limpieza del antiguo sistema de calefacción.

- Su instalación es muy complicada

La única diferencia entre una caldera de condensación y una convencional es que las primeras necesitan un desagüe para los restos de la condensación, consistente en un simple tuvo de PVC. Por otra parte, su emplazamiento no tiene por qué ser distinto al de las calderas convencionales. Lo único que se debe tener en cuenta que el vapor que surge de la condensación puede ser visible en determinadas ocasiones, con lo que conviene colocar la salida de gases en un lugar donde no moleste éste vapor.

- Sólo obtienen un buen rendimiento cuando condensan

No es cierto. Siempre tendrán mejor rendimiento que una caldera convencional estén condensando o no. Una caldera de condensación obtiene una eficiencia de rendimiento de entre un 84 y un 92 por ciento, comparado con una caldera tradicional, que obtiene un 78 por ciento y una caldera antigua que obtiene de 55 a 65 por ciento.

- Las calderas de condensación requieren radiadores más grandes

Nada más lejos de la realidad. En la gran mayoría de las instalaciones, los radiadores son ya de gran tamaño. Existe una ventaja marginal aproximadamente del 3 % que puede ser obtenida al aumentar el tamaño de los radiadores para un nuevo sistema, lo que facilitaría ligeramente la vuelta del agua refrigerada a la caldera y maximizaría el tiempo gastado en la condensación, pero esto es por lo general poco rentable y poco práctico.

- Son menos fiables

Falso. En Estados Unidos se lleva utilizando este tipo de caldera desde los años 80. En nuestro país todavía no son muy utilizadas, pero la tecnología actual y los años de experiencia en otros países europeos demuestran que este tipo de calderas funcionan igual de bien que las calderas tradicionales.

- Son difíciles de mantener y reparar

No es cierto. La única diferencia con las calderas convencionales es que hay que asegurarse de que el tubo de extracción esté limpio mientras esté en activo.

- Si no se instalan tantas calderas de éste tipo es porque no hay mucha oferta

Falso. El de las calderas de condensación es un mercado en alza en nuestro país. Existen una gran variedad de marcas que ofrecen calderas de condensación de diferentes características y cualidades. Consulte siempre a su instalador de confianza que le recomendará el modelo que mejor se adapte a sus necesidades.

 

 

Monográfico patrocinado por:

Junkers patrocina este monográfico

 

Climatización y Eficiencia Energética  
   
1.- Cimatización es energía
 
Todo sistema de climatización consume energía, ya sea ésta del tipo no renovable (la mayoría de los casos) o renovable. Cuanta más energía necesitamos para alcanzar y mantener los condiciones de confort en un edificio menos eficiente será su sistema de climaización ( en términos energéticos) y mayor será su impacto ambiental. El consumo de energía de un sistema de climatización depende, dados un clima y una condiciones de sitio determinados, de los siguientes parámetros:
1) Diseño del edificio considerado en su orientación, forma, materiales tipo y dimensión de huecos y carpinterias, etc.
2)Utilización de mecanismos de aislamiento e inercia térmica

3) Tipos de infiltraciones y ventilación
4) Usos y constumbres de los usuarios
5)Disponibilidad de sistemas de gestión
 
2.- Impacto ambiental
 

Climatización es energía y energía es impacto ambiental. El uso de energías no renovables ( de origen fósil y nuclear especialmente), comporta el bombeo incesante de recursos naturales que estamos agotando y no podemos reponer nunca más. Emplear energías no renovables es también lanzar al aire grandes emisiones de CO2, causa principal del cambio climático que sufrimos, subidas de temperaturas, dehielo, temporales, inundaciones, etc.
El consumo energético de climatización en una vivienda estandard, supone el 45% de la energía y el 39% de las emisiones de CO2 asociadas totales.Por tanto:
1) Diseñar el sistema de climatización para el mínimo consumo energético
2)Utilizar el máximo posible de energías renovables.
¿Cúanto y qué tipo de energía consume su sistema de climatización?

 
3.- Clima y climatización
 

Los edificios son barreras a la lluvia, al viento y a veces filtros sutiles a luz y el calor. Muchos de ellos se proyectan ignorando las condiciones del clima y luego su climatización se resuelve a puro consumo energético. Cada uno de los tipos climáticos (cálido-seco, cálido-húmedo, frío, templado, etc. ) implica una caracterización básica que permita plantear las grandes líneas arquitectónicas.Así mismo es importante conocer el microclima y las condiciones del entorno inmediato ( una pendiente al sur o al norte puede significar más de 3º C de diferencia de temperatura, por ejemplo). El sol, el viento y la lluvia no deben ser ignorados sino tenidos en cuenta en el proyecto, pués allí comienza la estartegia de climatización del edificio.

 
4.- Parámetros del confort
 
El clima, para decirlo de un modo simplificado, depende de cuatro parámetros objetivos: temperatura del aire, radiación de las superficies, humedad relativa y velocidad del movimiento del aire. La combinación correcta entre los cuatro ( y no solo entre temperatura y humedad del aire) crea las condiciones de confort humano que pueden establecerse con temperaturas de aire entre 15 y casi 30ºC. No obstante, hablar de clima es también hablar de la forma que cada uno de nosostros lo percibe, que varía de cultura y hasta de persona en persona. Una climatización bien resuelta debería permitir la regulación de los cuatr factores objetivos y además disponer de suficiente flexibilidad ( regulación, confort, sectorización, etc.) como para adaptarse adistintos usuarios.
 
5.- Más energías renovables  
Estamos acostumbrados casi exclusivamente a la electricidad y al gas como las fuentes de energía, aunque el futuro está en aquellas otras que tienen origen en el sol: eólica, solar fotovoltaica, solar térmica, biogás, biomasa, etc. Estas fuentes de energía, además de no agotar recursos ni contaminar, son las que más crecen en todo el mund: eólicas, 30%, fotovoltáica 21,5%( mientras tanto el gas natural lo hace en un 2,2%, el petroleo en 1,3%, y las nucleares en 0,6%). Si bien aún no podemos hablar de una sustitución energética sostenible total, las renovables cada vez se usan más, gracias al desarrollo competitivo del sector, el afloramiento de los costes ambientales de las no renovables y las ayudas económicas ( por ejemplo del IDAE y del ICAEN)
 
6.- Menos energías fósiles y nucleares  
 

El pico máximo del petroleo se sitúa en 2010, y a partir de allí habrá menos crudo y cada vez será más caro. La alternativa nuclear, como sabemos, implica graves riesgos de escapes radiactivos y la generación de unos residuos, también radioactivos durante milenios. Es urgente entender que ya estamos frente a un cambio energético que implica asumir: 1) La racionalización del uso de la energía y 2) el desarrollo de las energías renovables.
Con todo, hay energías no renovables más eficientes que otras: un KWh eléctrico supone entre 2 y 2,5 veces más emisiones de CO2 que la misma potencia térmica generada por gas natural o gasóleo, que aún puede optimizarse mediante sistemas de cogeneración (energía y calor), por ejemplo

 
  7.-Evaluación energética    
 
Hasta hace poco tiempo predecir la demanda y el consumo energético de la climatización( también de la iluminación, los materiales, etc.) de un edificio requería largos y complejos estudios. Actualmente y gracias al desarrollo de programas informáticos como Transis, Calener, Líder, etc. es posible simular el comportamiento energético de un edificio en menos tiempo y de forma más accesible. Una vez "construido" un edificio virtual mediante estos programas ( y en forma paralela al proceso del proyecto) sabemos cúanta energía necesitará para funcionar. Jugando con su orientación, tipo de envolvente, uso, parámetros de confort, sistema de climatización, etc. podemos optimizarlo sucesivamente hasta encontrar las alternativas energéticamente más eficientes, que aportarán ahorros ambientales ( y económicos) muy significativos durante toda su vida útil
   
8.-Orientación del edificio    
 
El rechazo o la captación de energía por parte de las diferentes fachadas del edificio a lo largo de las estaciones del año junto con la resolución constructiva del mismo(huecos, tipos de acristalamiento, aislamiento e inercia térmica, etc.) en cada una de las orientaciones puede aumentar o reducir significativamente las necesidades de cañefacción y refrigeración de manera que la demanda energética disminiya sin sacrificar confort.
El aprovechamiento de la radiación solar hasta 1.700kwh/año en la península íberica, se logra optimizando la orientación sur respecto a una orientación media este-oeste, pudiendo de esta manera alcanzarse hasta un 34% de ahorro en consumo de calefacción, lo quee representa un 14% de energía y un 11% de emisiones de CO2 totales para una vivienda estandard.
   
  9.-Consideraciones sobre la envolvente    
 
La piel del edificio es una interfaz energética. Puede captar orechazar la energía solar, conservar o disipar la energía del sistema de climatización artificial, ayudar o perjudicar a una correcta ventilación natural. factores todos que repercutirán sensiblemente en las necesidades energéticas de climatización. Existen numerosos mecanismos para resolver correctamente la envoltura pero cuyo conocimiento y uso son aún incipientes. El diseño de la protección solar, la disposición del aislamiento, el aprovechamiento del muro como colector y almacenador de calor, la cubierta como captadora de energía térmica y fotovoltaica, la utilización de acristalamientos selectivos y otros filtros solares y los mecanismos de refrescamientos de la estructura por ventilación natural y forzada desde las fachadas frias, entre otros, pueden ayudarnos a disminuir las necesidades de climatización artificial.
   
10.-Aislamiento térmico:conservación de la energía    
Primer mecanismo térmico que preserva condiciones de confort regulando el intercambio energético entre el ambiente interior y el exterior, disminuyendo las transferencias térmicas por transmisión de la envolvente ( soleras, muros,y cubiertas) y la eliminación de puentes térmicos combinada con el doble acristalamiento con cámara de aire ( considerando un 25% de la superficie de fachadas) se puede ahorrar hasta un 27% en cinsumo de calefacción ( 11% por aumento del aislamiento y 16% por doble acristalamiento). Tal reduccióm implica un 11% menos de energía y un 9% menos de emisiones de CO2 totales para el caso de vivienda estándar.
   
11.-Inercia térmica:uso diferido de la energía    
 
Segundo mecanismo térmico que se encuentra presente en los sistemas constructivos habituales, la inercia térmica que suele ser ignorada por completo. La inercia térmica es la capacidad que tienen las grandes masas de materiales de alta densidad ( estructura de hormigón, muros de ladrillos, etc.) para conservar le energía térmica que les llega y liberarla en tiempo diferido, colaborando a disminuir las demandas de calefacción y de refrigeración. Mecanismos tales como el invernadero o el muro trombe, valiéndose de la conductividad térmica y del espesor de los diferentes materiales, permiten administrar la energía solar con retards de factor 0,3-0,7, demanera tal que ésta es absorbida cuando el calor sobra en el ambiente y, por el contrario, es emitida cuando hace falta.
   
12.-Mecanismos para el control solar    
 
Tercer mecanismo térmico, que no solemos tener muy presente. La búsqueda de la transparencia y la ligereza a menudo olvida que lo primero que hay que hacer con la radiación solar excesiva, en vez de contrarestarla con refrigeración, es evitarla. En la península íberica, donde la radiación solar es elevada, en gran parte del año la sombra es imprescindible. A veces,lo olvidamos y no tenemos en cuenta el ejemplo de la arquitectura tradicional que contaba con gran cantidad de filtros que permitian reducir o tamizar gran parte de la radiación. Un mismo estudio de potencia frigorífica, dependiendo del tipo de edificio y acristalamiento, puede dar una necesidades de refrigeración ( y por tanto energía) de hasta un 50% menores si hay mecanismos de protección solar.
   
13.-La buena ventilación    
 
Cuarto mecanismo térmico, también algo olvidado, que puede ayudar a eliminar el calor excednte. Tradicionalmente hemos utilizado la ventilación para aumentar la velocidad del movimiento del aire y la disipación del calor del cuerpo, pero actualmente contamos con nuevas aplicaciones que permiten bajar sustancialmente la temperatura interior de verano a través de :
1)Inyección natural o forzada de aire de la fachada fria (ventilación cruzada direccional) o enfriado naturalmente ( por evaporación de agua, túnel ba jo tierra, etc,) y
2) Ventilando de la misma manera la estructura del edificio ( por exposición de la misma al ambiente interior, mediante forjados alveolares ventilados, etc.).
Ambas alternativas han hecho posible prescindir del aire acondicionado, aún bajo temperaturas de hasta 28ºC y humedades relativas del orden del 50-60%.
   
14.-Sistemas de calefacción    
 
Agotadas las posibilidades de la calefacción natural ( mecanismos de ivernadero, muro trombe, trampas de aire caliente, etc.), la elección del sistema de calefacción es muy importante para la eficiencia energética. Las alternativas más eficientes son las que utilizan energías renovables ( biogás, solr térmica, biomasa), calderas centralizadas de alto rendimiento de condensación a gas, bajas temperaturas de funciionamientp e inercia térmica ( como suelo radiante) y bombas de calor centralizadas a gas ( en segunda instancia eléctricas). La combinación de calderas de condensación con la mejora de la resistencia térmica de los cerramientos ( grosor del aislamiento más vidrio cámara) permite reducir el consumo energético y las emisiones asociadas de la calefacción hasta un 47%.
   
15.-Sistemas de refrigeración    
 

Agotada la refrigeración natural ( ventilación de la estructura, inyección de aire enfriado naturalmente, etc.) la alternativa artificial más eficiente es la bomba de calor a gas en instalaciones colectivas y eléctrica en instalaciones individuales. Permite ahorrar, en una vivienda estándar, hasta 475 KWh(eléctricos) año con respecto a otras tecnologías. Es importante no utilizar refrigerantes basados en gases CFC o HFC, que dañan el ozono de la atmósfera, el cual actúa como un filtro de las radiaciones solares nocivas.
Un sistema interesante pero no suficientemente desarrollado es la absorción, que aprovecha el calor ambiental y no utiliza fluidos refrigerantes para producir aire frio. En el norte de Europa también han dado buenos resultados los sistemas de superficies radiantes haciendo circular por ellos agua fría.

   
16.-Integrar el sistema    
La centralización y la gestión domótica del sistema permiten regular la aportación de calefacción y refrigeración, adecuando los flujos a las demandas de cada parte del edificio en función de la temperatura exterior, la orientación, el tipo de uso, la ocupación, las pautas de confort, la zonificación, el horario, el control de los cerramientos, la tarifa de energía, etc., aumentando o disminuyendo la generación en los equipos que producen el calor o el frío. Se ajustan así los consumos, necesidades y pérdidas, lo que implica un gran aumento de la eficiencia del sistema en su conjunto. Dependiendo del clima, el tipo de edificio, el sistema instalado y la gestión, se puede alcanzar( para calefacción) e iluminación) hasta un 30% de ahorro energético.

 

 

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