Dimensionado Bomba de Calor Y ACS
UNE EN 12831-3
Nuestro CEO, Antonio Blanco, CEO de KEYTER y visionario como siempre, dice que hay once dimensiones, nueve físicas y dos tiempos, t1 y t2. Lo de las nueve dimensiones físicas ya parece que la Física lo tiene medio atado, tres ejes y en cada uno de ellos, “embebidas”, otras tres. Pero lo de los dos tiempos, t1 y t2, no está tan claro, sin embargo, en el caso de las Bomba de Calor (BdC) para Agua Caliente Sanitaria (ACS) es una completa realidad.
En el mundo HVAC siempre ha sido el kW el Rey, equipos de tanta potencia, en kW, las necesidades de climatización son tantas, en kW, las unidades terminales de tal potencia, en kW… pero cuando pasamos al plano de BdC para generación de ACS, los kW pierden el reinado para cedérselo a los kWh, nuestra segunda escala temporal, nuestro segundo tiempo (t2).
Parece algo banal, pero pensar en kWh no es tan fácil para quien siempre ha pensado en instantáneo y esa instantaneidad la ha extendido en el tiempo. Ya hemos tenido amagos de continuidad con los parámetros estacionales, pero al final eran una sucesión de instantáneos, potencia en fotogramas. En HVAC, se produce y se consume, se crea y se destruye, … es un mundo efímero energéticamente. ¿Energéticamente?, esa es la gran palabra, ENERGÍA, no potencia, repito, ENERGÍA.
Ese nuevo giro, ese segundo tiempo (t2), ese tiempo en el que la energía toma preponderancia, donde lo instantáneo es completamente secundario, donde la ENERGIA SE CREA Y SE CONSERVA, se acumula, donde el tiempo ya no tiende a cero, donde se pierde el diferencial temporal y donde no se crea para ahora, si no para luego.
Este es el escenario de las BdC para generación de ACS, generar ahora para luego, no crear potencia, si no energía, pasar del kW al kWh, del consumible al acumulable.
Para esto, RITE, nos remite a la UNE EN 12.831-3 “Eficiencia energética de los edificios
Método para el cálculo de la carga térmica de diseño.
Parte 3: Carga térmica de los sistemas de agua caliente sanitaria y caracterización de la demanda
Módulos M8-2, M8-3”.
Y así lo indica:
Sin embargo, ha pasado desapercibida, nadie la comenta, … nadie la leyó. Pero es realmente útil, es muy compleja, pero muy gráfica y nos ayuda a visualizar ese comportamiento energético, que para quien no lo sepa, se ha heredado de las Instalaciones Solares Térmicas, de la filosofía de poca potencia, durante mucho tiempo para cubrir consumos, que de forma instantánea, supondrían una eleva potencia, cara en equipos e instalaciones, en términos de BdC.
Tomemos como ejemplo una instalación con un perfil de consumo diario de ACS como el de la figura.
Este perfil, aparentemente sin importancia, es el corazón del cálculo. Si esta información no es fiel, el resto del cálculo es inútil. Es una información que deberemos obtener de la propiedad, no basada en perfiles estándar. Reitero, como se verá más tarde, la importancia de este dato.
Se podría asimilar al consumo de un hotel, de una Residencia de estudiantes… dos picos de consumo, mañana y tarde, y para los que una BdC ACS no está preparada, o debería tener una potencia muy elevada. El concepto de calentamiento al paso de las calderas es algo impensable e indeseable en nuestro caso.
Bien, pasemos esos consumos de ACS a consumos energéticos acumulados, lo que se ha ido consumiendo energéticamente hasta ese momento. Hay que indicar que este estudio se realiza minuto a minuto durante un día.
La instalación debe cubrir:
- Consumo diario de ACS (45°C): 15.000 litros
- Volumen de Acumulación: 10.000 litros
- Temperatura de Acumulación (°C): 60 °C
- Temperatura de Uso (°C): 45 °C
Obtenemos esta gráfica:
La Norma nos indica, mediante cálculos que no vienen al caso, que las energías en el depósito de ACS, óptimas y mínimas, que debemos mantener son:
Ya que tenemos el escenario donde nuestra BdC ACS debe trabajar, solo tenemos que sacarla a escena. ¿Pero cual es la potencia necesaria?.
Nota: Partiremos de depósitos cargados.
- Consumo diario de ACS (45°C): 15.000 litros
- Volumen de Acumulación: 10.000 litros
- Temperatura de Acumulación (°C): 60 °C
- Temperatura de Uso (°C): 45 °C
- Potencia BdC ACS: 20 kW
- Se sobrepasa el límite mínimo de carga energética en acumulación
- Se produce una rotura de servicio al ser insuficiente la potencia.
- Consumo diario de ACS (45°C): 15.000 litros
- Volumen de Acumulación: 10.000 litros
- Temperatura de Acumulación (°C): 60 °C
- Temperatura de Uso (°C): 45 °C
- Potencia BdC ACS: 50 kW
Tras 18.65 horas de trabajo, el equipo supera los límites mínimos y ante un consumo punta inesperado provocaría una rotura de servicio.
- Consumo diario de ACS (45°C): 15.000 litros
- Volumen de Acumulación: 10.000 litros
- Temperatura de Acumulación (°C): 60 °C
- Temperatura de Uso (°C): 45 °C
- Potencia BdC ACS: 150 kW
¿Es la correcta?, depende de la incertidumbre de la instalación respecto a su perfil de consumo prefijado. Como indicamos anteriormente este dato, el perfil de consumo es vital para el cálculo.
¿Qué ocurre si tenemos un sobre consumo punta de un 20%?
No se llega a una rotura de servicio paro si sobre pasamos los límites. Puede que no sea demasiado grave.
Bien, hemos volcado toda la responsabilidad hacia la BdC ACS, pero realmente el volumen de acumulación es un actor secundario muy importante para la instalación.
Supongamos que el volumen de acumulación es de 4.000 litros.
- Consumo diario de ACS (45°C): 15.000 litros
- Volumen de Acumulación: 4.000 litros
- Temperatura de Acumulación (°C): 60 °C
- Temperatura de Uso (°C): 45 °C
- Potencia BdC ACS: 150 kW
- El perfil de uso es una información inicial indispensable, para dimensionar correctamente la BdC ACS y el Volumen de Acumulación.
- El binomio BdC ACS y Volumen de Acumulación debe estar balanceado.
- La potencia de la BdC ACS esconde un tiempo de funcionamiento que puede encarecer la vida de la instalación
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