Retos en el sector de los depósitos para sistemas de calefacción y producción de acs

El acuerdo de París alcanzado en 2015 sobre la respuesta internacional a la crisis climática, ratificado por la Unión Europea en 2016 y por España en 2017, establece el compromiso sobre las políticas energéticas y cambio climático. En este contexto, la Unión Europea, establece un nuevo marco normativo y político para movilizar los fondos e inversiones precisos para la transición energética de los países de la Unión. Los objetivos vinculantes para la UE en 2030, que se recogen en estas iniciativas, son entre otros: 40% de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) respecto a 1990; 32% de energías renovables sobre el consumo total de la energía final bruta; y 32,5% de mejora en la eficiencia energética.

España ha presentado su “Plan Nacional Integrado de Energía y Clima” 2021-2030 (PNIEC), mostrando su compromiso con la crisis climática y su contribución a este esfuerzo internacional y europeo a la transición energética y la descarbonización de la economía. Las medidas contempladas en el PNIEC, permitirían alcanzar un 42% de renovables sobre el uso final de la energía y un 32% de mejora de la eficiencia energética para 2030. El avance de las renovables en el periodo 2021-2030 es relevante en todos los sectores económicos. Como dato significativo para nuestro sector, según los datos de este estudio, el avance en el uso de las bombas de calor, pasará de los 629 a los 3.523 Ktep.

El sector de la calefacción juega ya un papel muy importante en logro de todos estos objetivos, sobre todo a través de los equipos destinados a la calefacción de viviendas y la producción de agua caliente sanitaria, en la utilización eficiente de las nuevas fuentes energéticas y su capacidad de gestión de la energía.

Los depósitos, como parte fundamental de estos equipos, se convierten en el verdadero corazón del sistema, actuando como almacenes eficientes de la energía térmica proveniente de las distintas fuentes y verdaderos gestores en la utilización de la energía almacenada.

En este sentido, los retos en el sector de los depósitos a corto plazo, deberán centrarse fundamentalmente en sus características funcionales, además de su capacidad como acumulador eficiente:

• Nuevos diseños para la adaptación de los depósitos a las nuevas necesidades funcionales en los usos derivados de las nuevas fuentes energéticas y la gestión de la energía.
• Elección de productos eficientes que respondan a las nuevas exigencias normativas y expectativas de mejora, para una reducción real de la energía primaria.

Nuevos conceptos en el diseño, ya presentes en el mercado, como depósitos acumuladores de inercia que incorporan sistemas para la estratificación térmica, son soluciones que contribuyen definitivamente a la gestión de la energía en estado primario proveniente de cualquier fuente energética. De este modo y desde un solo depósito como centro neurálgico del sistema, podemos aprovechar eficazmente la energía acumulada en diferentes estadios, para su utilización posterior en circuitos de calefacción en alta o baja temperatura y/o para la producción de ACS. (Figura 1)

Figura 1. Imágenes de cámara térmica, comparativas entre un depósito de inercia con estratificación térmica y un modelo de inercia normal. Ensayos independientes.

Depósitos acumuladores denominados 'multifunción' (Fig.3), capaces de combinar varias fuentes energéticas a la vez en una sola instalación, son productos cada vez más apreciados por su versatilidad y aplicaciones combinadas en sistemas de calefacción y agua caliente sanitaria, o equipos diseñados específicamente para su instalación con bomba de calor que combinan en una sola unidad acumuladora compacta, con depósito de inercia térmica y depósito productor de ACS (Fig.2).

Figura 2. Equipo compacto con depósito de inercia térmica independiente y acumulador/productor de ACS, especialmente diseñado para su instalación con bomba de calor.

Figura 3. Depósitos acumulador “Multifunción”, para instalación combinada con diferentes fuentes energéticas para usos en calefacción y producción de ACS.

La utilización de las energías renovables en sistemas de calefacción y producción de agua caliente sanitaria, necesitan también de mecanismos de intercambio térmico incorporados en los depósitos acumuladores, adecuados a las características de producción de energía térmica primaria. La máxima eficiencia en el intercambio térmico entre circuitos se produce en sistemas de intercambio térmico integrado 'dentro' del depósito acumulador.

En este tipo de aplicaciones, como pueden ser a través de bombas de calor aire-agua, geotermia o energía solar, es necesario incorporar a los depósitos acumuladores intercambiadores térmicos de alto rendimiento (Fig.4), capaces de aprovechar toda la energía primaria aportada, incluso a baja temperatura.

Figura 4. Depósito acumulador ACS con intercambiador de 'Alto rendimiento', para instalación con sistemas de baja temperatura.

La gran ventaja de los sistemas modulares de intercambio térmico en depósitos acumuladores de gran capacidad, es que permite ajustar la potencia del intercambiador térmico a las necesidades de la instalación y/o fuente energética utilizada.

Figura 5. Depósitos acumuladores eficientes de 'gran capacidad (>1000 litros)', con aislamiento PU inyectado en molde y doble sistema modular de intercambiadores térmicos, para instalaciones combinadas de gran tamaño o comunitarias.

El concepto “Capacidad de acumulación” de los depósitos, cobra especial relevancia para conseguir un sistema térmicamente eficiente. Los nuevos materiales de aislamiento térmico, más eficaces y ecológicos, deben de ir acompañados desde el diseño, con geometrías y procesos en la fabricación que aprovechen todas sus ventajas técnicas, una vez incorporados a los depósitos.

Además de conseguir minimizar las pérdidas caloríficas del conjunto, deberán cumplir como mínimo con todas las exigencias normativas vigentes en cuanto a su clasificación energética (clasificación ErP), cobrando especial importancia en este ámbito, los depósitos de grandes capacidades por encima de los 1000 litros, destinados a instalaciones de gran consumo o centralizadas en su contribución a la eficiencia térmica en el conjunto de la instalación.

Es por ello que los sistemas de aislamiento térmico utilizados en la fabricación de los depósitos, deben ser lo más eficientes posible para cumplir con este importante cometido.

Las capacidades de acumulación térmica mínimas en términos de pérdidas caloríficas exigidas para los depósitos, vienen establecidas por el Reglamento UE 812/2013 complementario a la Directiva 2010/30/UE para el etiquetado energético ErP (Energy Related Products) en depósitos de agua caliente y el Reglamento UE 814/2013 complementario a la Directiva 2009/125/CE para el diseño ecológico, aunque al tratarse de exigencias mínimas en este sentido, quedará en manos de cada fabricante mejorar o no los criterios y valores contemplados en la norma.

La empresa fabricante es la responsable de certificar, que las pérdidas caloríficas de sus depósitos de acumulación reflejadas en la etiqueta energética, están obtenidas de acuerdo al “procedimiento de ensayo de pérdidas de calor estáticas/UNE-EN 12897”, como indica la norma.

Hay que considerar que la tendencia en el aumento de la acumulación en los sistemas de producción de ACS por la utilización de las energías renovables, alguna de ellas a bajas temperaturas, también implica el aumento de ciertos riesgos ya conocidos, como es la proliferación de la bacteria 'Legionella pneumophilia' en este tipo de instalaciones y al que debe otorgarse la importancia que merece desde el propio proyecto.

Además de la regulación en los tratamientos en las instalaciones contra la Legionella, establecidos por normativa en el Real Decreto 865/2003 por el que se establecen los criterios higiénico-sanitarios para la prevención y control de la legionelosis, en el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los edificios (RITE) y sus instrucciones técnicas complementarias o la Norma UNE 100030:2017 como guía para la prevención y control de la proliferación y diseminación de Legionella en instalaciones, el diseño de los depósitos acumuladores es de vital importancia para evitar en lo posible este fenómeno y el problema que ello implica. Depósitos del tipo 'doble pared' en los que el agua sanitaria acumulada se rodea en su totalidad del circuito de energía térmica primaria, dotando al depósito acumulador de una homogeneidad total de temperatura, carecen de 'zonas frías' en las que pudiera proliferar la bacteria. También el correcto diseño de los intercambiadores internos al depósito acumulador, con geometrías bien estudiadas para este fin, que eviten la formación de zonas proclives a la proliferación de la bacteria en el depósito acumulador, ayudarán definitivamente en este cometido.

La utilización de las energías renovables, afecta también y de modo directo, a los materiales utilizados para la construcción de los depósitos acumuladores, por lo que deben elegirse materiales higiénicos y siempre con 'calidad alimentaria' para su construcción, capaces de soportar sin riesgos entradas de fluido con puntas de temperatura elevadas, como ocurre en instalaciones solares.

Los aceros inoxidables empleados en la construcción de los depósitos acumuladores de ACS, son especialmente apreciados como material higiénico y su resistencia a las temperaturas elevadas, aunque cuando se utiliza el acero carbono para su construcción, los tratamientos para la protección interna del depósito, con revestimientos de 'calidad alimentaria' tipo cerámico y de aplicación a alta temperatura, dotan a estos equipos de la resistencia necesaria a la temperatura de acumulación que precisan estos sistemas y de una larga vida útil del conjunto.

Para que la contribución de los depósitos acumuladores a la eficiencia global del conjunto de una instalación de calefacción y producción de agua caliente sanitaria con energías renovables, suponga la mejora necesaria en la consecución de los objetivos deseados, es siempre precisa la correcta elección del producto en cuanto a su diseño, tecnología incorporada y su capacidad de acumulación, para asegurar así su correcto funcionamiento con la fuente primaria disponible, logrando finalmente el mejor rendimiento posible del sistema y el máximo aprovechamiento energético.