Miniserie Medidas de Ahorro: ACS – Generadores de calor (2)

En la anterior entrada, hablamos en general de los elementos de la instalación responsables de la generación de la energía térmica necesaria para satisfacer las necesidades de ACS del usuario de la misma.  Como vimos, esta demanda típicamente suele cubrirse usando calderas que pueden ser apoyadas o complementadas con sistemas de captación renovable, regulada su contribución mínima en el CTE mediante el DB-HE.

También comentamos un poco sobre los tipos de captadores solares y su caracterización en cuanto a rendimiento y estructura por lo que a continuación vamos a tratar la interesante alternativa que se conoce como Paneles Solares Termodinámicos (PST).  Sin embargo, nos gustaría completar la entrada anterior comentando brevemente las configuraciones comerciales más habituales de los sistemas termosolares.

 

En general, podemos clasificar los sistemas de captación solar térmica en dos grupos, los equipos compactos y los sistemas forzados:

 

Equipos Termosolares Compactos

Los equipos compactos destacan por su facilidad de montaje e integración estética gracias a su diseño. Suelen estar perfectamente equipados para regular su orientación (adaptables a todo tipo de tejados), facilitando una mejor captación de la radiación solar y en general representan la opción más económica y resistente. También se denominan termosifónicos o autónomos debido a su principio de funcionamiento que se basa en el siguiente efecto: al calentarse el agua en el colector, ésta asciende hacia el depósito, situado en su parte más alta. Si el agua del depósito está más fría, desciende por otro conducto a la parte baja del colector recirculándola constantemente.

En cuanto a las ventajas de este tipo de equipos podemos comentar:

TERMOSIFON 1
• Cómodo “kit” con todos los elementos
necesarios para su rápida instalación.
• Se puede configurar a medida, eligiendo
distintas capacidades del termoacumulador (120,
150, 200, 300 Lts…), el número de placas solares
(1, 2, 3…), su posición de trabajo (vertical – horizontal), etc.
• Los accesorios, las válvulas, conexiones y
estructuras están pensadas para todo tipo de
viviendas.

• No necesita electricidad para su funcionamiento

 

¿Y entonces, si sólo hay ventajas, porqué los calentadores de agua por termosifón son poco frecuentes?

Bien, en primer lugar es obvio que el depósito debe imperativamente colocase más alto que los captadores con el fin de permitir la termocirculación natural, lo cual para muchas configuraciones de viviendas resulta una dificultad importante y finalmente debido a las pérdidas de carga que pueden aparecer en el circuito hidráulico.

Las pérdidas de carga caracterizan las resistencias al paso del agua en los circuitos. La resistencia a la acumulación es causada por la longitud de los tubos con desviaciones, como los codos, conexión de tubos de secciones diferentes o la presencia de los distintos accesorios de regulación o de seguridad. Si las pérdidas de carga son demasiado importantes, el agua se  frena y puede incluso llegar a no poder circular. Por el contrario, si la tubería es demasiado amplia, el agua circula libremente, pero demasiado lentamente y el rendimiento no es tan bueno.

En cuanto a precio, típicamente un sistema como este puede oscilar entre los 1.400 euros con capacidad para 150 litros y los 2.500 euros para equipos de hasta 400 litros de acumulación.

 

Equipos Termosolares Forzados

Los equipos forzados se diferencian de los anteriores en que el acumulador no se encuentra integrado y por lo tanto, es necesario una circulación forzada con lo que el circuito hidráulico gana en complejidad y capacidad de regulación.

Por lo tanto las ventajas de este tipo de equipos serían:
• Múltiples usos: son ideales para acumularTERMOFORZ 1
grandes cantidades de agua caliente y
suministrarla en comunidades, casas, hoteles,
centros médicos, climatización de piscinas,
calefacción por suelo radiante, instalaciones
deportivas, campings, etc.
• Acumuladores con seguridad absoluta de
funcionamiento.
• Periodo de vida muy largo con garantía de 10 años.

 

Y en cuanto a las desventajas, ya las hemos comentado indirectamente, y serían fundamentalmente el incremento en complejidad del sistema ya que necesita de varios elementos auxiliares como las bombas, la valvulería y el sistema de regulación.  En cuanto a su precio, podemos decir que a igual capacidad de acumulación el coste respecto de un sistema compacto suele ser en torno a 500-700 euros superior debido a los elementos que acabamos de mencionar.

En general la rentabilidad de este tipo de instalaciones va a depender mucho de diferentes factores y en especial de los precios actuales de la electricidad y de los combustibles usuales para calderas por una parte, y por supuesto de la radiación disponible en cada zona.  Con los valores típicos hemos realizado varias simulaciones y los valores obtenidos para el Payback difícilmente bajan de 6 años por lo que un valor realista estaría entorno a 8 años.

Por lo tanto, si en principio estas instalaciones tienen una rentabilidad muy interesante ¿dónde está el problema?. Bien, lo primero es hacer una pequeña aclaración para evitar cualquier malentendido: No es que nosotros no estemos convencidos de las bondades de la energía solar térmica, ni que tengamos ningún tipo de interés especial en este o aquel sistema. Rotundamente no, simplemente queremos aportar valor y contarte toda la historia para que puedas decidir en consecuencia.

El principal problema de este tipo de instalaciones está relacionado con la fiabilidad ya que por una parte necesitan poder disipar los excedentes de producción que típicamente se producen en los meses más calurosos, y por otra parte que no haya estancamiento, es decir que haya un consumo mínimo. En consecuencia, el problema es que muchas de las urbanizaciones que se construyeron al calor del boom inmobiliario, y que obligatoriamente siguiendo el CTE, incluyeron instalaciones de captación solar térmica, no alcanzan la ocupación mínima ya que o bien no encontraron compradores debido a la crisis, o simplemente se trata de segundas residencias que sólo se ocupan de manera ocasional.

El otro frente por el que esta tecnología ha tenido malas referencias tiene que ver con la falta de calidad de los materiales y con la multitud de pequeñas empresas que han intentado aprovechar el tirón de esta industria.  Por lo tanto, si queremos que nuestra instalación tenga unos costes de mantenimiento razonables y la vida util que teníamos prevista en proyecto, necesitaremos exigir las garantías de todos los componentes y revisar el contrato de mantenimiento para asegurarnos que la instalación permanezca en perfecto estado transcurridos los primeros años.

 

Paneles Solares Termodinámicos 

Por fin llega el momento de hablar sobre los PST que representan una cierta novedad con respecto a los sistemas termosolares ya que supone incorporar a nuestra instalación las prestaciones de la “bomba de calor”. La bomba de calor se trata de otro de los elementos que pueden aportar energía térmica, y por lo tanto deberíamos hablar sobre ella un poco en este apartado. Sin embargo la vamos a tratar más en profundidad cuando hablemos de climatización ya que su uso en ese ámbito está mucho más popularizado.

Los paneles solares termodinámicos son una alternativa a los paneles solares convencionales. Pero a diferencia de éstos, no sólo captan energía de la radiación solar, sino que basándose en los principios de la termodinámica, captan la energía del ambiente exterior (el calor del sol, del agua de lluvia, del viento…), siempre y cuando la temperatura exterior impida que se realice el ciclo termodinámico.

Esta circunstancia hace que los paneles termodinámicos puedan producir energía en días nublados y durante la noche, factor muy interesante a la hora de valorar la eficiencia de este sistema de captadores.

En cuanto a los captadores, suelen estar fabricados en aluminio anodizado de 30 micras y poseen una doble canaleta por la que circula el fluido refrigerante. Sus dimensiones son de 2 metros de largo por 0,80 metros de ancho y su peso es de aproximadamente unos 8 kg.

La principal diferencia en este tipo de captadores es el fluido que circula por el captador.  Mientras que en los sistemas termosolares el fluido caloportador era típicamente una solucion de agua-anticongelante, en los PST se utilizan gases refrigerantes. Un gas refrigerante es: “una sustancia de bajo punto de ebullición, capaz de absorber grandes cantidades de calor al producirse un cambio de estado”.
Debemos saber que todo gas al condensarse y convertirse en líquido desprende calor. El proceso contrario, cuando un gas en estado líquido alcanza su punto de ebullición, se evapora, y se convierte nuevamente en gas absorbiendo calor.

Los gases utilizados tienen además otras propiedades importantes, que los hacen apropiados para su uso en los equipos termodinámicos existiendo una legislación muy restrictiva al respecto:

  • Estabilidad química ante distintas presiones y temperaturas.
  • Son incombustibles
  • No son corrosivos, ni tóxicos, ni tienen efectos perjudiciales para la capa de ozono.

 

termodinamico_esq_02

 

El resto de elementos que componen el sistema son:

  • Compresor
    Es el lugar donde se produce la compresión del gas, elevando por tanto su temperatura.
  • Condensador (Intercambiador)
    Es el lugar donde se produce la condensación de gas a líquido, con el correspondiente intercambio de calor entre la fuente caliente y la fuente fría.
  • Válvula de expansión
    Es el lugar donde se produce la expansión del gas, que llega ya en estado líquido, disminuyendo su termperatura.
  • Bloque termodinámico
    Es el elemento de la instalación donde se encuentran el compresor y la válvula de expansión, y donde el que regula el funcionamiento de todo el proceso.
  • Termoacumulador
    Es el elemento de la instalación donde se encuentra el condensador y se produce el intercambio de calor entre el gas a altas temperaturas, y el agua que necesitamos calentar para el consumo en ACS o calefacción.

 

PST 01

 

 

Lógicamente, además de la configuración exterior, podemos encontrar otras en las que no existen captadores propiamente dichos, con lo que estaríamos hablando de equipos de aerotermia, o mezclas de ambas con equipos que combinan el aporte exterior con el interior. Así podemos encontrar soluciones con:

  • Panel externo que capta tanto la radiación solar como la energía ambiental.
  • Intercambiador de calor interno, solución ideal para lugares donde no se puede instalar un panel.
  • Panel externo + intercambiador interior, proporcionando el máximo rendimiento incluso en ausencia de radiación solar.

En cuanto a las ventajas competitivas de esta tecnología podríamos citar:
• Instalación fácil dimensiones y peso reducido.

PST integración arquitectónica

PST integración arquitectónicaque no requiere mantenimiento.

• Integración arquitectónica: varios colores
disponibles para la adaptación a la cubierta.

• Materiales de alta calidad y resistentes a la
corrosión que dotan a la instalación de
larga vida útil y fiabilidad.

• Alta eficiencia energética
independientemente de las condiciones
meteorológicas.

 

Prácticamente todas las ventajas tienen su raíz en que los paneles no dependen de la radiación directa del sol para producir energía, sino que, como hemos visto, el rendimiento de los PST depende sencillamente de la variación de temperaturas entre el gas (a su paso por el panel) y el ambiente exterior.

Es evidente que la existencia de sol en un día cualquiera, hace que dicho día sea más caluroso, por lo que mejora el rendimiento del panel, pero debemos dejar claro que no es debido a la radiación solar directa, sino al aumento de temperatura que dicha radiación provoca en el ambiente. Lo mismo sucede si un panel recibe la radiación directa del sol, el panel absorberá más calor, pero insistimos que no es un factor determinante en el rendimiento de la instalación.

Por tanto, existen diferencias significativas a tener en cuenta con este tipo de paneles:

  • Los paneles termodinámicos funcionan de forma continua (día y noche, y en todo tipo de condiciones meteorológicas), siempre y cuando la temperatura exterior sea mayor de 0-5ºC (en función del tipo de panel). Es decir, sólo a muy bajas temperaturas, temperaturas bajo cero, el rendimiento del panel es nulo.
  • Asimismo, el rendimiento de dichos paneles mejora cuanto mayor es la diferencia de temperaturas entre el exterior y el gas, llegando a alcanzar rendimientos de entre el 70 y el 80%, muy superiores a aquellos producidos por las placas solares.
  • Con un correcto dimensionado, una instalación de paneles termodinámicos puede cubrir el 100 % de la demanda de calefacción y ACS de un edificio.
  • Los paneles termodinámicos funcionan por ambas caras, por lo que la superficie de captación es el doble que la de un panel solar de las mismas dimensiones, y en consecuencia, el espacio necesario para su instalación es menor.
  • La orientación de los paneles y la proyección de sombras sobre ellos (arrojadas por cualquier obstáculo o por los propios paneles entre sí) no influye de forma determinante en su producción. Aunque sí es recomendable una buena orientación e inclinación de los paneles, tienen una mayor flexibilidad a la hora de su ubicación en las distintas partes del edificio, y en consecuencia, más facilidad para la correcta integración en el mismo.
  • Los paneles termodinámicos no se saturan por exceso de calor, al contrario, cuanto mayor es la temperatura, mayor es su rendimiento.
  • Otro aspecto positivo de los paneles son su escaso o nulo mantenimiento, dado que el gas refrigerante no se consume, no es corrosivo, ni tiene efecto alguno en los lubricantes del compresor.
  • También debemos destacar el reducido peso de los paneles solares termodinámicos (8 kg), lo que facilita enormemente su transporte y manipulación.

 

Por contra, este tipo de instalaciones resultan económicamente mucho más caras que los sistemas solares térmicos convencionales de tal manera que para un sistema de 200 litros, el precio puede rondar los 3.500 euros frente a los 1.600 euros de un equipo compacto básico.  Por lo tanto, aunque a nivel general los equipos termodinámicos son muy interesantes como apoyo a otras calderas convencionales, para la producción del 100% de la demanda de viviendas unifamiliares no es competitivo frente a energías renovables de consumos eléctricos parecidos, como puede ser la geotermia, cuyo consumo eléctrico es similar y su coste es en la mayoría de los casos es inferior. A día de hoy, la geotermia tiene un periodo de amortización de unos 8-10 años para una vivienda unifamiliar estándar (unos 200m²) frente a los 12-15 años de los paneles solares termodinámicos.

Sin embargo, parece que los paneles termodinámicos son muy eficaces a la hora de calentar consumos más importantes, y son muy adecuados para la climatización de piscinas. Por este motivo, en la actualidad, la instalación de equipos termodinámicos como única producción de ACS y calefacción, se está orientando con mayor frecuencia al sector terciario, siendo los hoteles con piscinas (spas, vestuarios, etcétera) los lugares donde mayoritariamente se está implementando.

 

 

Uso de PST en sector terciario

Uso de PST en sector terciario

 

Con respecto al CTE, se debe hacer una justificación en función del Factor de Rendimiento Medio Estacional (SPF por sus siglas en inglés), según el cálculo descrito en La Directiva Europea 2009/28/CE.

Según la documentación aportada por diferentes fabricantes, los PST cumplen los valores mínimos exigidos en dicha justificación, por lo que su utilización es compatible con el CTE, como alternativa a los paneles solares convencionales.

A modo de conclusión, la idea que nos queda con respecto a los PST es la sensación de que el potencial del sistema termodinámico está todavía sin aprovechar completamente, por lo que entendemos que esta industria debe aún desarrollar sistemas más rentables para que puedan ser utilizados en todo tipo de edificios.

 

Como siempre esperamos que os haya parecido interesante y os animamos a hacer vuestra aportación. Os esperamos en nuestra siguiente entrada donde continuaremos hablaremos del otro elemento importante en la generación de calor: “La bomba de calor”.

 

Sin comentarios

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>