Plantas Centrales para Generación Comunitaria de Agua Caliente y Fría Destinada a Servicios de Calefacción, ACS y Refrigeración

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Contenido

Calderas

Las calderas, presentes en la mayoría de los esquemas que siguen, pueden ser de los modelos convencionales a gas natural (monobloc, modulares, con mecheros atmosféricos, con quemador presurizado, etc).

Pueden adoptarse también calderas de biomasa, solución que, al utilizar como combustible este material renovable, permite prescindir del apoyo de los preceptivos paneles solares térmicos para ACS.

Grupos de Cogeneración

Dichos grupos ofrecen la generación simultánea de energía eléctrica y de agua caliente, bien mediante microturbina, o mediante motor térmico de ciclo Otto, en ambos casos utilizando gas natural como combustible.

Además de generar agua caliente para los servicios de calefacción y ACS, - y eventualmente vapor, en el caso de la microturbina-, dichos fluidos pueden alimentar además una planta frigorífica de absorción, para producir agua fría destinada a climatización ambiental, con lo que el conjunto se convierte en un sistema de trigeneración.

Como las plantas de absorción de media y alta capacidad condensan agua, ésto requiere añadir a las mismas una torre de refrigeración, salvo que se disponga para tal función de agua de otro orígen.

La adopción de dicho modelo de plantas favorece sinergias con plantas industriales vecinas, en las que, como resultado de los procesos desarrollados en las mismas, se registren superávits de agua caliente a alta temperatura, o de vapor. Estos fluidos residuales pueden alimentar entonces las plantas de absorción en condiciones económicamente ventajosas.

El empleo de los citados grupos de cogeneración, - así como de otros equipos alimentados con energías renovables, permite prescindir de paneles solares térmicos para el servicio de ACS, de acuerdo con la normativa vigente al respecto.

Plantas Frigoríficas

Como alternativa a las plantas frigoríficas de absorción mencionadas, la producción centralizada de agua fría destinada a refrigeración de las viviendas cabe obtenerla mediante plantas frigoríficas eléctricas convencionales, generalmente por condensación por aire, alimentadas con la misma energía eléctrica generada por los grupos cogeneradores, en forma exclusiva, o alternando con la conexión a la red exterior.

El mercado ofrece las siguientes opciones para dichas plantas :

a).- plantas generadoras sólo de agua fría (a + 7ºC, como valor standard del agua de salida).

b).-plantas como a), incorporando recuperador de calor, para producción de agua caliente (hasta ~ 50ºC) simultánea con el proceso de refrigeración.

c).- plantas como a) y/o b), para funcionamiento alternativo como bomba de calor, suministrando agua caliente también a ~ 50ºC en este régimen.

d).- plantas para producción simultánea de agua fría y de agua caliente a 4 tubos, con temperaturas de uno y otro fluido moduladas en función de los consumos efectivos de refrigeración y calefacción del sistema, en cada momento. El régimen de refrigeración incluye el suministro de agua caliente mediante recuperación de calor del circuito frigorífico, en forma similar a b).

e).- plantas como a), b) y c) equipadas con :

- ventiladores centrífugos de alta presión, para facilitar el alojamiento de la planta en recinto cerrado que implique el empleo de conductos para descarga de aire al exterior.

-ventiladores axiales especiales para reducidos niveles de potencia acústica.

f).- plantas condensadas por aire exterior enfriado adiabáticamente, para optimización de la eficiencia energética de las mismas, al condensar con aire a menor temperatura que la del aire exterior.

g).-plantas frigoríficas / bomba de calor reversibles, agua/agua, para condensación por torre de refrigeración, o de diseño especial para circuitos diseños geotérmicos, aguas freáticas, etc.

Más abajo se muestran esquemas ilustrativos de cuatro diseños básicos de plantas centralizadas comunitarias para generación centralizada de agua caliente y fría, dispuestas para el servicio de dichos fluidos a las distintas viviendas de un edificio plurifamiliar.

Dichos diseños se muestran a título orientativo, como ejemplo de las diversas variantes y alternativas susceptibles de adoptar en función de parámetros y condicionantes tales como:

  • Zona climática en que se encuentra situado el edificio ;
  • Orientación geográfica del mismo ;
  • Combustible más ventajoso para alimentación de la caldera (gas natural, GLP, o biomasa) ; etc.

Unidades Climatizadoras Terminales

Para una mayor simplificación de los esquemas , en todos ellos (salvo el C) se prevé fancoils a 2 o a 4 tubos, como unidades climatizadoras terminales de las viviendas, como equipo único de techo, - para distribución de aire mediante conductos a todas las dependencias climatizadas de una vivienda - , o como unidades murales o de consola, distribuidas entre dichas dependencias.

En función de las características y condicionantes del edificio, y de su emplazamiento geográfico, caben seños que complementen las funciones de dichos fancoils, o que constituyan alternativas a estos en régimen de calefacción : radiadores de agua caliente, suelos radiantes, etc.

En todos los casos se requiere un estudio pormenorizado de las soluciones, a partir de la generación centralizada de agua caliente y fría, para optimizar técnica y económicamente las prestaciones de los equipos terminales, evitar duplicación de circuitos hidráulicos, liberar espacios, etc.

Cualquiera sea el diseño adoptado para los servicios de calefacción, ACS y refrigeración de cada vivienda mediante los referidos fluidos, es preceptiva la facturación de los gastos de explotación del sistema en función del consumo energético real de cada vivienda, y que los respectivos usuarios puedan regular el consumo según sus necesidades a lo largo del año.

Los avances en informática facilitan dicho control de consumos, tanto desde cada vivienda, como desde el comando de gestión energética del edificio plurifamiliar, gestión que cada vez más frecuentemente corre a cargo de empresas especializadas.

Los colectores de agua caliente y fría que enlazan la planta generadora comunitaria con las viviendas mediante circuitos tendidos en los distintos patios de servicios del edificio, se ramifican en la entrada de cada vivienda a través de un panel de maniobra y control de los respectivos circuitos hidráulicos de la misma.

Los circuitos interiores de agua fría para refrigeración enlazan directamente con los correspondientes colectores comunitarios; los circuitos de agua caliente pueden acometer también en forma directa, o varias alternativas, más sofisticadas a través de intercambiador (es) de calor, y por tanto, con circuitos hidráulicos interiores independientes de los colectores de agua caliente, según los elementos terminales que se adopten.

Empresas especializadas en diseño y montaje de estos circuitos ofrecen módulos normalizados individuales, pre ensamblados en fábrica, alojando los instrumentos y demás componentes necesarios para asegurar las funciones según los requerimientos de cada caso.

El siguiente esquema ilustra la disposición de un módulo simple de acometida directa a colectores comunitarios de agua fría y caliente, para una vivienda tipo de un edificio plurifamiliar, climatizada con una o varias unidades fancoil para ambos servicios de calefacción y refrigeración. (Para mayor claridad, se excluye el circuito adicional de paneles solares comunitarios, preceptivos en edificios de viviendas ) .

En el esquema, la acometida hidráulica AF/AC a los fancoils es a 4 tubos (ida/retorno agua caliente; ida/retorno agua fría) hasta las dos válvulas diversoras motorizadas integrantes del módulo de instrumentos de la vivienda. Las válvulas sirven para conmutar entre ambos circuitos, derivándolos a un único circuito interno a 2 tubos, por el que se suministra a los fancoils agua caliente o fría alternativamente, en función del régimen preseleccionado, comando que para los fancoils de una misma vivienda puede ser manual desde el panel de control de la misma, o automático mediante bajo control termostático.

El empleo de válvulas motorizadas de 2 vías regula el caudal de agua circulante mediante el termostato ambiental, lo que se traduce en caudales variables en los colectores comunitarios, y en bombas de velocidad regulables para los colectores comunitarios, por consiguiente el consumo eléctrico puede variar en función de las necesidades globales del edificio.

Esquema planta centralizada para climatización InnoCons.jpg

Esquema de Circuitos Hidráulicos Individualizados AC/AF para Vivienda en Edificio Plurifamiliar

Esquema según diseño simple de acometida directa a colectores comunitarios.

En diseños más sofisticados, los circuitos internos de agua caliente de cada vivienda se independizan de los colectores comunitarios mediante intercambiador de calor del tipo de placas, a fin de que los primeros operen a caudal constante y a baja presión, con su propia bomba aceleradora, limitándose la modulación del caudal de agua caliente a los colectores comunitarios, los cuales cuentan ,en tal caso, con bombas de velocidad variable en función del consumo energético global de las viviendas por AC y ACS .

El circuito de agua fría de cada vivienda se plantea generalmente en acometida directa a los colectores comunitarios, y a caudal variable en ambos trazados, porque los condicionantes operativos de las plantas frigoríficas usuales limitan, en la práctica, la temperatura de generación del agua fría a 5-6ºC, para que llegue a los fancoils terminales a 7ºC, aprox., (temperatura standard de funcionamiento ) . Ello impide el empleo de intercambiadores de calor de tamaño reducido y eficiente, al ser mínimo el térmico admisible entre sus circuitos primario y secundario.

Dichas limitaciones se superan empleando agua glicolada a temperaturas inferiores. Este recurso requiere un análisis previo, para asegurar su viabilidad antes de incorporarlo al diseño básico de generación centralizada de agua fría para refrigeración.

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