Equilibrado de instalaciones hidráulicas: Real Decreto 14/2022 vs. RD 736/2020

Cuando todavía no se ha agotado el periodo de adaptación de instalaciones de calefacción a las disposiciones del Real Decreto 736/2020, sobre calefacción residencial, el Real Decreto 14, de agosto de 2022 pone sobre la mesa la urgente necesidad de reducción del consumo de energía en climatización y calefacción de edificios públicos y privados, de uso colectivo, tal como centros de trabajo, escuelas, hospitales o locales comerciales. El RD cita el inseguro suministro y el precio del gas¹, abogando por el ahorro: hoy por hoy, las energías renovables no pueden reemplazarlo.

Válvula de radiador con control automático de caudal y cabezal termostático.

No obstante, creemos que por lo urgente de su lanzamiento, el nuevo RD no tiene el detalle técnico que expresaba el RD736/2020: la medida principal expuesta en él afecta al confort para reducir el consumo, mientras que las disposiciones del texto de 2020 mencionan medios técnicos para conseguir un ahorro sostenible en el tiempo. La medida de reducir la consigna en calefacción hasta los 19°C y aumentar la consigna de refrigeración en verano hasta 27°C (existen excepciones) tiene un impacto positivo cuantificable y no desdeñable: los estudios de IMI Hydronic con varias universidades europeas muestran el caso inverso, que cada grado de variación de consigna de ±1°C (calor-frío) puede llegar a costar entre un 6 a un 18% anual más².

Figura 1: *Impacto del cambio de consigna en el consumo total anual.

Pero, como es habitual en instalaciones térmicas, las leyes de transmisión de calor y mecánica de fluidos, los resultados de cambios de variables no son lineales: dependen de los correctos equilibrado y control de las instalaciones de los edificios. Las medidas ideales a tomar, sin desatender a la apremiante necesidad de ahorro del RD 14/2022, serían revisar parámetros térmicos e hidráulicos de las instalaciones de control y equilibrado, de acuerdo a lo vigente en el RITE y/o del RD 736. Son medidas que en términos de ahorro tienen a corto plazo un impacto más relevante que el cambio de las consignas.

• Durante la primera puesta en servicio de los elementos de control y equilibrado, según RITE³.
• Cuando se detecte que no se alcanza o varía la temperatura ambiente en muchos locales.
• Cuando se reforme la envolvente, se reajusten los caudales de ventilación en el edificio, etc.
• Cuando una instalación residencial se adapte a lo dispuesto en el RD 736/2020.

La tarea no es fácil; las instalaciones antiguas pueden tener reformas que no aparecen en planos.

- Trazados reconvertidos desde sistemas de circulación por convección natural, o bitubo en vivienda⁴ que deriven de monotubo en verticales⁵.

- Retorno invertido conectado dentro de sistema de retorno directo, anillos, etc.

1. Uso idóneo de la potencia térmica o frigorífica instalada, equilibrando la instalación. Un ejemplo: el equilibrado de una instalación residencial tuvo un doble impacto favorable. Se sustituyeron calderas de fuel por calderas de condensación, pero no se conseguían los ahorros previstos y el número de avisos a los técnicos era elevado. Las quejas de los vecinos por falta de calefacción, aconsejaron otro enfoque. Al equilibrar se consiguió el ahorro esperado y redujo el número de intervenciones de los técnicos, para tranquilidad de los propietarios.

2. Aprovechar el potencial de ahorro del control modulante de capacidad según demanda. Para instalaciones de refrigeración o calefacción con capacidad total mayor a 70 kW, el Reglamento exige el control modulante del caudal de agua de acuerdo a la carga térmica. En las instalaciones de calefacción según el RD736, es aconsejable dotar elementos de control individuales, cabezales termostáticos que ajusten el caudal a la demanda, de forma progresiva.

Usar válvulas con curva de respuesta isoporcentual permiten reducir el consumo de bombeo, hasta un 60% respecto al régimen de caudal constante.

El aumento del salto térmico incrementa la eficiencia de producción, tanto en calderas de condensación como de enfriadoras, al elevar la temperatura de evaporación, pero al usar controles todo nada, se observa en la figura 4, la reducción de la temperatura de retorno a las enfriadoras.

3. Reducción del consumo de bombeo con un control eficaz de los variadores de velocidad⁶. El consumo de bombeo se reduce con el uso de variadores de velocidad en circuitos de caudal variable, pero para aprovechar adecuadamente la acción del variador se requiere que exista estabilización de presión diferencial sobre las válvulas de control en el ramal elegido, (para mantener su autoridad a baja demanda), o el uso en cada terminal de válvulas de control independientes de la presión diferencial. El resultado de usarlas, siendo bueno, requiere durante la puesta en marcha controlar la optimización de la altura de bomba. El caudal obtenido es el sumatorio de los caudales máximos de todos los emisores, pero en las válvulas más desfavorecidas se absorbe una presión diferencial mayor que la mínima necesaria para su operación (ver figura 5 izquierda).

Rebajar esa presión con el fin de optimizar la altura de consigna para la condición nominal de las válvula, hace necesario medir el caudal en algún punto de referencia (válvula índice del circuito más desfavorecido) o bien, medir el caudal total de la instalación en la válvula principal de instalación o en el caudalímetro de ese grupo de bombeo. Ha de monitorizarse el caudal en esos puntos de referencia, mientras se controla manualmente la velocidad de giro de la bomba, hasta obtener el resultado de la figura 5 (izquierda). La optimización final sería la aplicación del factor de simultaneidad al caudal de la distribución durante el commissioning: se ajustaría la válvula de presión diferencial de cada ramal o con válvulas independientes de la presión se podría usar el procedimiento simplificado de la derecha. Midiendo y ajustando en la válvula principal, la altura de bomba se reduce paulatinamente, hasta alcanzar la mínima compatible con el caudal general afectado del factor de simultaneidad (Fig. 5 derecha), con un muy favorable impacto en el ahorro de consumo de bombeo (hasta un -15% anual).

Para tener éxito en la transformación al modo de operación como caudal variable con medición de costes individuales, el RD736 apunta a que se usen varias técnicas fundamentales:

1. Bomba con variador de velocidad variable y elementos para vehicular su caudal mínimo.
2. Control de la presión diferencial (Δp) en ramales verticales o en las entradas a lazos de vivienda para que las válvulas termostatizables puedan operar correctamente⁷. La medición de energía se hace en la entrada de vivienda o con repartidores de coste en radiadores.

Figura 6: Disposición de las válvulas estabilizadores de presión diferencial en viviendas.

3. El RD736 especifica que los usuarios deben contar, al menos, con válvulas manuales que les permitan modificar la potencia de sus emisores (o válvulas automáticas). En nuestra opinión, las válvulas manuales no son las ideales para abrir y cerrar constantemente a voluntad del usuario. Con un coste muy razonable, las válvulas de doble reglaje con cabezal termostático llegan a proporcionar 1K de precisión. Los usuarios tienen una capacidad de control de temperatura comparable a un termostato electrónico, pero sin cableado ni consumo. En edificios de uso colectivo, muchos de los cuales cuentan con calefacción por radiadores⁸, sería muy fácil ajustar la consigna incluso a 19°C, según lo promulgado en el RD14/22.

El 70% de los edificios públicos o residenciales que existirán en 2050, ya son antiguos hoy. Su habitabilidad y rentabilidad dependen de su adaptación al RITE y al Real Decreto 736/2020.

Referencias

¹ Titulo I del RD 14/22: “el precio del gas natural en el mercado TTF cotizaba a 89 €/MWh el 23 de febrero de 2022, ….. El pasado 27 de julio, la cotización alcanzó los 209 €/MWh”.

² IMI Hydronic Engineering; Energy Facts 12-13.

³ IT 1.2.4.2.7; IT 1.2.4.3.; IT 1.3.4.4.5 a12 e IT 2.3.3, : Equilibrado de caudales de diseño de ramales y unidades terminales, ajuste de válvulas de presión diferencial, para dotar de autoridad a las válvulas de control modulante.

⁴ Con lo expresado en el RD736, una instalación residencial cumpliría el RITE.

⁵ Según el RD, las instalaciones monotubo con emisores en serie de diferentes usuarios, están exentas, aunque existen soluciones técnicas para su termostatización y contaje de energía (ver artículo del autor).

⁶ Directiva Europea EuP/ErP de Ecodiseño en 2020 ya no podrán usarse bombas de velocidad fija, pero estudios como el de Costic (Centro Francés HVAC), en 2002, muestran que en el 90% de las instalaciones, el caudal de distribución es mayor que el 150% del caudal de diseño. El excesivo consumo de bombeo resultante, más del 200%, hace inefectivos los variadores de frecuencia. Otros estudios muestran que el consumo de bombeo en oficinas, escuelas y hospitales se puede cifrar en 1.5 kWh/m²/año comparado con el consumo de 100 kWh/m²/año de una instalación de climatización “tipo” (clase B Norma Europea), según el informe «Rendimiento de bombas y ventiladores en edificios» de Caroline Markusson, Chälmers University, Mayo de 2009.

⁷ Usar el valor de presión diferencial máximo de las válvulas de radiador según la tecnología utilizada en ellas.

⁸ El uso de versiones de cabezales antivandálicos sería una magnifica opción para la aplicación efectiva de los 19ºC decretados en edificios públicos por el RD 14/2022.

BIBLIOGRAFIA

• 'L’Equilibrage Hydraulique Global', Robert Petitjean, Tour & Andersson AB, 1983.
• Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios.
• Real Decreto 736/2020, Contabilización de consumos individuales en instalaciones térmicas.
• Real Decreto 14/2022, …. medidas de ahorro, eficiencia energética y reducción de la dependencia energética del gas natural.
• 'Evidencias Energéticas' IMI Hydronic Engineering, 2013
• Artículo 'Control termostático en instalaciones monotubo' José J. Vílchez, 2021.