Sistemas Híbridos, ACS y Estratificación: Sailer & Teula

La tecnología de estratificación del agua en los depósitos de inercia permite utilizar sistemas híbridos para climatización y agua caliente sanitaria que dan servicio en los edificios. Con esta solución se pueden instalar sistemas de producción de frío y calor con un elevado rendimiento y con importantes ahorros en la factura energética.

La empresa de sistemas Teula es la representante en España del fabricante alemán Sailer, especializado en la fabricación de depósitos de inercia estratificados para climatización (HVAC) y estaciones de agua caliente higiénica (ACS). La estratificación en un depósito de inercia basado en el sistema Sailer, básicamente, cubre los siguientes objetivos:

• Consigue una distribución de temperaturas del fluido de forma estable dentro del depósito, variando la temperatura en función del nivel al que se encuentran los estratos o capas.
• Permite conectar diferentes generadores de calor, con distintas fuentes de energía, al mismo depósito de forma simultánea.
• Permite extraer la energía para climatización, conectando uno o varios tipos de elementos terminales al mismo depósito de forma simultánea.
• Admite la producción de ACS con estaciones externas acopladas al depósito de inercia, 
• Posibilita la conexión de los generadores de calor, de los elementos terminales y de la estación de producción de ACS a las temperaturas de consigna deseadas.

  Generadores de calor acoplados a un depósito de inercia con sistema Sailer Sistema Sailer para suelo radiante Para lograr la estratificación dentro de los depósitos y que no se rompa dicha estratificación se utilizan los elementos estratificadores, que son los encargados de mantener las condiciones de temperatura óptimas dentro de los depósitos. En estado de reposo o estacionario todos los depósitos estratifican, existiendo mayores temperaturas en la parte superior del depósito y temperaturas más bajas en la parte inferior. Sin embargo, el problema se origina cuando los depósitos entran en funcionamiento, cuando el sistema entra en servicio. Fundamentalmente, la estratificación de los depósitos se rompe por dos factores; por caudal (caudal de retorno) o por temperatura (temperatura de retorno). En la siguiente imagen se puede observar cómo se rompe la estratificación por caudal de retorno, generando una temperatura uniforme en todo el depósito, por lo que no se cumpliría con las temperaturas de diseño exigidas por las condiciones de climatización y/o ACS en la mayor parte de las ocasiones. Rotura de la estratificación de temperaturas en depósitos convencionales La solución a este problema pasa por colocar elementos estratificadores que están diseñados y calculados en función de los caudales (caudales de retorno). El caudal de retorno es conducido a través del elemento estratificador, sistema patentado por Sailer de deflectores de caudal, que consigue frenar y fragmentar el caudal de retorno, de forma que se produce la mezcla dentro de ese elemento estratificador (no se produce la mezcla fuera de esa elemento y en otras zonas del depósito). El resultado conseguido es el siguiente: Estratificación en depósitos con sistema Sailer Con este sistema se consigue cumplir con las condiciones de temperatura de diseño y también se permite aporte de energía eficientemente para los elementos terminales que operan a baja temperatura. Además, el sistema patentado por Sailer para carga por termosifón con estratificador horizontal también soluciona el problema de la rotura de la estratificación originada por el factor de temperatura de retorno. Los sistemas de estratificación incorporan multitud de ventajas frente a otros sistemas de producción más tradicionales. A continuación se aporta dicha información basada en tres criterios: eficiencia, versatilidad y durabilidad. Todas las ventajas que se van a detallar no son fácilmente alcanzables por un único sistema, convirtiéndose el sistema Sailer en una solución óptima si la comparamos con otras alternativas en el campo de la climatización y ACS. Si nos centramos en la eficiencia de estos sistemas, a destacar los siguientes aspectos:

• Equilibrado hidráulico óptimo del sistema, todas las fuentes de energía y todas las corrientes que extraen energía del sistema están conectados sobre un mismo equipo que la hace la función de aguja hidráulica.
• Permite reducir las potencias instaladas de los equipos de generación.
• Admite la conexión de carga térmica variable de los diferentes elementos terminales.
• Permite mejorar el rendimiento de todos los equipos de generación, especialmente aquellos de baja temperatura: energía solar térmica, bombas de calor y calderas de condensación.

Servicio de tanque estratificado para: agua caliente sanitaria higiénica; paneles solares térmicos; caldera, radiadores y suelo radiante Si nos basamos en el criterio de la versatilidad de este sistema, las ventajas a nombrar serían las siguientes:

• Permite combinar diferentes fuentes de generación: bombas de calor, energía solar térmica, calderas de condensación, calderas de biomasa, sistemas de cogeneración, etc.
• Aporta soluciones para diferentes aplicaciones exigidas en los proyectos: ACS, ACS / Calefacción, ACS / Calefacción / Refrigeración, Refrigeración, Refrigeración / Calefacción.

Servicio de tanque estratificado para sistemas híbridos: calefacción, refrigeración y ACS Si nos basamos en el criterio de la durabilidad, las ventajas que se pueden citar serían las siguientes:

• Se trata de un sistema de trabajo sobre circuito cerrado, por lo que el riesgo de corrosión es inexistente o prácticamente inexistente.
• Todos los elementos del sistema estarán fuera del depósito de inercia, accesibles para su limpieza y mantenimiento.

En cuanto al uso de este tipo de sistemas para la producción de ACS higiénica, podemos indicar algunas ventajas de forma destacada. Los sistemas de producción de ACS al trabajar sobre sistemas de inercia:

• No almacenan, no requieren depósitos para el almacenamiento de ACS según la demanda diaria del edificio.
• Evitan el peligro de formación de legionella y el correspondiente mantenimiento preventivo.
• Aumentan la eficiencia y durabilidad de los depósitos frente a otros sistemas convencionales.

En lo referente a la utilización de equipos de inercia térmica para el diseño de sistemas híbridos, la principal ventaja radica en la combinación de diferentes sistemas generación y energía dentro de una misma instalación. Actualmente está en auge la elección de bombas de calor cómo solución prioritaria en los proyectos, debido a su alto rendimiento y a la posible combinación con diferentes tipos de energías renovables. A destacar los siguientes aspectos cuando se instalan sistemas híbridos con bombas de calor:

• Lo más importante dentro de los criterios de diseño de los proyectos es la optimización de potencia instalada de las bombas de calor. El uso de sistemas híbridos permite reducir la potencia instalada de las bombas de calor, provocando a su vez una reducción de la factura debido al consumo eléctrico.
• Para minimizar la potencia de las bombas de calor y el término fijo de potencia (tarifa energética eléctrica), hemos de considerar el mayor número de horas de funcionamiento de las bombas de calor. 
• Los criterios de diseño para bombas de calor en sistemas híbridos tienen muchas similitudes con una instalación de energía solar térmica, aunque el mantenimiento de los equipos es mucho menor. El rendimiento (COP) es variable, es mayor a menor temperatura requerida y a mayor temperatura exterior.

Finalmente, para cumplir con todos los objetivos descritos es aconsejable realizar un control y telegestión de sistema completo para climatización y/o ACS. El fabricante Sailer aporta soluciones para el control de recirculación de ACS por medio de temperatura y así reducir el gasto energético. También permite la gestión y maniobra de los circuitos de calefacción (por presión diferencial, por diferencia de temperaturas o por potencia real activa), con un control proporcional de las bombas del primario en función de la demanda real del sistema, siendo la forma más eficiente de minimizar el caudal recirculado y por tanto obtener un mayor ahorro energético. Se puede afirmar que los sistemas Sailer son soluciones de proyecto energéticamente óptimas para la construcción de edificios eficientes durante su ciclo de vida. Soluciones de sistema Sailer instaladas en diferentes edificios Fuente imágenes: Sailer / Teula 

Este artículo está relacionado con el Máster Internacional en Climatización (HVAC) con Eficiencia Energética.