{"id":2308,"date":"2021-10-25T17:00:57","date_gmt":"2021-10-25T15:00:57","guid":{"rendered":"https:\/\/www.atecyr.org\/blog\/?p=2308"},"modified":"2021-10-25T17:00:57","modified_gmt":"2021-10-25T15:00:57","slug":"anillo-de-distrito-por-ricardo-garcia-san-jose","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.atecyr.org\/blog\/2021\/10\/25\/anillo-de-distrito-por-ricardo-garcia-san-jose\/","title":{"rendered":"Anillo de distrito por Ricardo Garc\u00eda San Jos\u00e9"},"content":{"rendered":"\n
\"\"<\/figure>
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Ricardo Garc\u00eda San Jos\u00e9<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Vicepresidente del Comit\u00e9 T\u00e9cnico de Atecyr<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

INTRODUCCI\u00d3N<\/strong><\/p>\n\n\n\n

El objetivo de emisiones neutras de gases de efecto invernadero en 2050 dentro de la Uni\u00f3n Europea supone un reto muy ambicioso, que va a obligar a realizar las instalaciones t\u00e9rmicas de los edificios sustituyendo los consumos de combustibles f\u00f3siles por energ\u00eda el\u00e9ctrica (de origen renovable) y de fuentes de energ\u00eda renovable o residual.<\/p>\n\n\n\n

En este escenario un protagonista fundamental es la Bomba de Calor, que en su versi\u00f3n \u201creversible\u201d puede proporcionar fr\u00edo O<\/strong> calor. La oferta de equipos que al mismo tiempo pueden proporcionar frio Y<\/strong> calor es cada vez m\u00e1s habitual. Esta producci\u00f3n simult\u00e1nea de fr\u00edo Y<\/strong> calor tambi\u00e9n puede conseguirse con dise\u00f1os adecuados de las instalaciones.<\/p>\n\n\n\n

Entre los equipos que pueden proporcionar frio Y<\/strong> calor simult\u00e1neamente est\u00e1n (Figura 1<\/strong>):<\/p>\n\n\n\n

  • Enfriadoras con recuperaci\u00f3n de calor<\/strong>: Son unidades dise\u00f1adas para proporcionar refrigeraci\u00f3n que una vez en marcha pueden recuperar calor, con dos opciones:<\/li>
  • Recuperaci\u00f3n Parcial<\/strong> a Alta Temperatura: Si el nivel t\u00e9rmico necesario en calor es alto s\u00f3lo resulta aprovechable la descarga de los compresores, siendo una parte de la energ\u00eda disipada en el condensador.<\/li>
  • Recuperaci\u00f3n Total<\/strong> a Temperatura Media: Si existen necesidades de calor a menores temperaturas puede recuperarse todo el calor de condensaci\u00f3n.<\/li>
  • Bombas de calor Polivalentes: <\/strong>Tambi\u00e9n denominadas a 4 o 6 tubos; pueden entrar en funcionamiento indistintamente para producir fr\u00edo o calor, pero aprovechando de manera simult\u00e1nea los dos efectos: fr\u00edo y calor; este \u00faltimo puede proporcionarse s\u00f3lo a media temperatura (4 tubos<\/strong>) o una parte a alta temperatura y el resto a temperatura media (6 tubos<\/strong>).<\/li><\/ul>\n\n\n\n

    explicamos y justificamos a continuaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

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    Figura 1<\/strong>: Ciclo de compresi\u00f3n indicando los niveles t\u00e9rmicos habituales en evaporaci\u00f3n y las posibilidades de aprovechamiento de la condensaci\u00f3n con dos niveles diferentes.
    Esquemas simplificados de unidades condensadas por aire: enfriadoras con recuperaci\u00f3n de calor y bombas de calor polivalentes.
    Esquemas de unidades agua\/agua, con uno o dos niveles t\u00e9rmicos en condensaci\u00f3n.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Esta amplia gama de equipos permite que la bomba de calor pueda adaptarse muy eficientemente a la gran mayor\u00eda de edificios, siendo especialmente eficaces cuando se puedan utilizar de manera conjunta las producciones de fr\u00edo y calor.<\/p>\n\n\n\n

    La limitaci\u00f3n de las bombas de calor la establecen las temperaturas necesarias en las instalaciones, cuanto m\u00e1s altas sean las requeridas para calor sus prestaciones son menores, existiendo siempre una limitaci\u00f3n en funci\u00f3n del modelo seleccionado; por ello en nueva edificaci\u00f3n el dise\u00f1o de las instalaciones debe permitir trabajar con temperaturas lo m\u00e1s bajas posible.<\/p>\n\n\n\n

    En refrigeraci\u00f3n es m\u00e1s eficiente trabajar con las temperaras m\u00e1s altas posibles, compatibles con las necesarias para el servicio (combatir la carga latente), pero en este uso los l\u00edmites necesarios no generan problemas especiales a las unidades ofrecidas en el mercado.<\/p>\n\n\n\n

    En los edificios el servicio que mayores temperaturas suele requerir es el Agua Caliente Sanitaria (ACS) que para prevenci\u00f3n de la Legionelosis necesita temperaturas en el primario superiores a 70\u00baC.<\/p>\n\n\n\n

    Dise\u00f1o de instalaciones conectadas a anillos exteriores<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Una soluci\u00f3n que optimiza la eficiencia de las instalaciones consiste en interconectar diferentes edificios con un circuito externo (Anillo exterior) en el que se integrar\u00e1n las bombas de calor agua\/agua de cada edificio; de modo que este circuito exterior trabajar\u00e1 a bajas temperaturas (15 a 30\u00baC) aportando, o disipando calor en cada edificio. El comportamiento ser\u00e1 optimo cuando se combinen edificios que requieren fundamentalmente calor, con otros que al mismo tiempo requieran fr\u00edo (viviendas, oficinas, locales comerciales, hoteles, etc.) de manera que se trasvase energ\u00eda de unos a otros.<\/p>\n\n\n\n

    En la Figura 2<\/strong> se muestra una instalaci\u00f3n tipo para un edificio, la bomba de calor agua\/agua trabaja simult\u00e1neamente con sendos acumuladores de inercia, uno conectado al evaporador, con temperaturas del orden de 7\u00baC, y otro asociado al condensador con temperaturas en el entorno de 50\u00baC. A los dep\u00f3sitos se conectan los colectores de las distribuciones de frio y\/o calor interiores y se comunican con la distribuci\u00f3n exterior mediante un intercambiador.<\/p>\n\n\n\n

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    Figura 2<\/strong>: Esquema de una instalaci\u00f3n con un equipo agua\/agua que proporciona simult\u00e1neamente fr\u00edo Y<\/strong> calor, conectado a una fuente de calor exterior (hidrotermia, geotermia, etc.), se trata del equipo base para soluciones con Anillo exterior.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    En el uso habitual del edificio siempre habr\u00e1 un servicio con mayor demanda; cuando la prioritaria sea de fr\u00edo el sistema cubrir\u00e1 la demanda total del edificio y la de calor simult\u00e1nea, disipando en el anillo el excedente de calor producido; si la demanda mayoritaria es la de calor la bomba de calor atender\u00e1 a este servicio disipando el fr\u00edo restante en el anillo exterior (Figura 3<\/strong>).<\/p>\n\n\n\n

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    Figura 3<\/strong>: Instalaci\u00f3n de la figura 2 con las dos posibilidades de funcionamiento: Cuando sean mayoritarias las demandas de fr\u00edo o de calor.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Para disipar la energ\u00eda en el anillo exterior se disponen v\u00e1lvulas motorizadas de tres v\u00edas que adecuan las temperaturas de disipaci\u00f3n a las compatibles con el anillo, manteniendo en los dep\u00f3sitos de inercia las temperaturas compatibles con los servicios t\u00e9rmicos del edificio.<\/p>\n\n\n\n

    En las \u00e9pocas del a\u00f1o en las que el edificio demanda solo un uso t\u00e9rmico, con el fin de incrementar las prestaciones estacionales, el control puede modificar las temperaturas de evaporaci\u00f3n, subi\u00e9ndola cuando no se requiere refrigeraci\u00f3n, o bajando la de condensaci\u00f3n cuando no se est\u00e9 utilizando la calefacci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

    Si se requiere un servicio con mayor temperatura, como el de ACS, se puede alcanzar con una segunda bomba de calor (Figura 4<\/strong>), habitualmente de menor potencia, con su evaporador conectado al dep\u00f3sito de inercia de calor mediante una v\u00e1lvula motorizada de tres v\u00edas, que estabilice la temperatura de evaporaci\u00f3n al nivel t\u00e9rmico requerido por esta unidad para alcanzar la temperatura necesaria en el condensador, que puede ser superior a 70\u00baC.<\/p>\n\n\n\n

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    Figura 4<\/strong>: Esquema de una instalaci\u00f3n con un circuito de alta temperatura alimentado con una segunda bomba de calor agua\/agua con el evaporador conectado al dep\u00f3sito de inercia de calor (condensador de la bomba de calor base).<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Los esquemas anteriores se limitan a una \u00fanica bomba de calor para todo el edificio, o a una sola unidad para el servicio de alta temperatura. No obstante, cada instalaci\u00f3n puede disponer de las unidades que sean necesarias para un adecuado fraccionamiento de potencia, o para lograr una mayor fiabilidad del servicio en caso de aver\u00eda de alguna de las unidades instaladas, como se muestra en la Figura 5<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

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    Figura 5<\/strong>: Esquema de una instalaci\u00f3n con dos bombas de calor conectadas a una fuente t\u00e9rmica exterior (Anillo) trabajando en paralelo para cubrir las demandas t\u00e9rmicas del edificio, complementadas con otras dos bombas de calor, tambi\u00e9n en paralelo, para los servicios de alta temperatura.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Adem\u00e1s de las unidades agua\/agua mostradas en los esquemas, las unidades interiores de los edificios, o locales, conectados a la red exterior pueden ser tambi\u00e9n aparatos de expansi\u00f3n directa o equipos agua\/aire; es decir que el anillo se puede utilizar para todo tipo de sistemas de climatizaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

    Evidentemente el conjunto de edificios pr\u00e1cticamente nunca estar\u00e1 totalmente en equilibrio t\u00e9rmico, siempre se tendr\u00e1n mayores necesidades de calor o de frio. Los mayores desequilibrios se dar\u00e1n en los d\u00edas m\u00e1s fr\u00edos del a\u00f1o, en los que la demanda mayoritaria ser\u00e1 de calor, y en los d\u00edas m\u00e1s c\u00e1lidos en los que ser\u00e1 el frio el servicio solicitado prioritariamente.<\/p>\n\n\n\n

    Por ello el anillo debe ser alimentado con producciones t\u00e9rmicas externas a los edificios. Al tratarse de un anillo en baja temperatura admite la integraci\u00f3n de todo tipo de producciones renovables:<\/p>\n\n\n\n

    • Hidrotermia<\/li>
    • Geotermia<\/li>
    • Solar t\u00e9rmica en baja temperatura<\/li>
    • Etc.<\/li><\/ul>\n\n\n\n

      Para las necesidades punta de calor se pueden prever calderas, por ejemplo, de biomasa, o de hidr\u00f3geno verde (cuando la tecnolog\u00eda lo permita), cogeneraci\u00f3n, energ\u00edas residuales, etc. La integraci\u00f3n de estos sistemas exige una reducci\u00f3n entre su temperatura de producci\u00f3n y la de conexi\u00f3n al anillo (Figura 6<\/strong>).<\/p>\n\n\n\n

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      Figura 6<\/strong>: Esquema de unidades bomba de calor conectadas a un Anillo externo; las bombas de calor de los edificios pueden ser agua\/agua (como las de las anteriores figuras) o tambi\u00e9n agua\/aire e incluso unidades de expansi\u00f3n directa, con distribuci\u00f3n t\u00e9rmica interior con tuber\u00edas de refrigerante. Se muestran diferentes opciones de aportaci\u00f3n t\u00e9rmica general.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

      Para las demandas punta de refrigeraci\u00f3n, si no son suficientes la geotermia y\/o la hidrotermia, el anillo debe complementarse con aerorrefrigeradores, torres de refrigeraci\u00f3n, incluso pueden necesitarse enfriadoras (Figura 6<\/strong>).<\/p>\n\n\n\n

      La instalaci\u00f3n de bombas de calor puede cubrir las puntas tanto de fr\u00edo como de calor.<\/p>\n\n\n\n

      Para atenuar las curvas de demanda tambi\u00e9n pueden integrarse dep\u00f3sitos de inercia.<\/p>\n\n\n\n

      CONSIDERACIONES FINALES<\/strong><\/p>\n\n\n\n

      Esta soluci\u00f3n permite utilizar \u00fanicamente electricidad o energ\u00edas renovables, lo que facilita el cumplimiento de los objetivos 2050, siempre que la producci\u00f3n el\u00e9ctrica sea de origen renovable.<\/p>\n\n\n\n

      La combinaci\u00f3n de equipos proporciona una mayor eficiencia al trasvasar energ\u00eda internamente en cada edificio y a trav\u00e9s del Anillo exterior entre edificios; la gesti\u00f3n conjunta de zonas urbanas adem\u00e1s permitir\u00eda el almacenamiento de energ\u00eda en los momentos m\u00e1s favorables para ser utilizada en las puntas, atenuando las mismas, por ejemplo, aprovechando la inercia de los propios edificios, sobre todo en invierno, o en los dep\u00f3sitos intercalados en el anillo y en los edificios.<\/p>\n\n\n\n

      Las principales ventajas son:<\/p>\n\n\n\n

      • El conjunto de las instalaciones presenta mayores eficacias debido a las temperaturas moderadas del anillo.
        • La integraci\u00f3n de un alto n\u00famero de edificios optimiza el consumo de energ\u00eda al permitir su transferencia entre los edificios.<\/li><\/ul>
          • Como el anillo trabaja a temperaturas moderas las p\u00e9rdidas de calor son despreciables y las ganancias favorecen el comportamiento del conjunto (geotermia).<\/li><\/ul>
            • Facilidad de integraci\u00f3n de las energ\u00edas renovables y electrificaci\u00f3n de consumos para la descarbonizaci\u00f3n.<\/li><\/ul><\/li><\/ul>\n\n\n\n

              Su implantaci\u00f3n impone una serie de servidumbres que pueden dificultarla, debiendo resolverse previamente:<\/p>\n\n\n\n

              • La inversi\u00f3n en el anillo supone un costo que debe imputarse a cada instalaci\u00f3n, puede requerir la creaci\u00f3n de empresas que asuman estas inversiones como sucede con las instalaciones de distrito.
                • La forma de repercutir los gastos entre los diferentes consumidores del anillo es compleja, no se trata de una venta directa de energ\u00eda puesto que en cada momento hay edificios que consumen, mientras que otros aportan; no siempre es el calor lo que se debe facturar ya que cuando el consumo mayoritario sea refrigeraci\u00f3n el anillo lo debe disipar, en ese caso los que demanden calor estar\u00e1n favoreciendo la eficiencia.<\/li><\/ul>
                  • Se tienen otros consumos, electricidad para bombeo, energ\u00eda en producci\u00f3n, etc., que tambi\u00e9n deben ser distribuidos entre los consumidores.<\/li><\/ul>
                    • En edificios existentes presenta especial dificultad la integraci\u00f3n de instalaciones individuales.<\/li><\/ul><\/li><\/ul>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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