Las instalaciones deportivas no deben ser un pariente pobre
Estudio de caso Sistema de calefacción con ayuda de la cogeneración Centro de tenis de mesa alemán
Los componentes individuales y la nueva tecnología de calefacción en el renovado Centro Alemán de Tenis de Mesa de Düsseldorf Por lo tanto, el énfasis en lo "innovador" no es apropiado porque los componentes han pasado varios años de la etapa de innovación: Las calderas de condensación y los sistemas de cogeneración son ahora lo más avanzado y el principio de mezclador multivía está cada vez más extendido. Sin embargo, lo que hace que la instalación en el DTTZ sea digna de mención es la ubicación del suministro de calor ejemplar, es decir, en la instalación deportiva, que normalmente es el pariente pobre en términos de tecnología de calefacción, la inteligencia de la combinación de dispositivos en términos de circuitos y su eficacia documentada.
Los clientes públicos invirtieron deliberadamente en servicios técnicos de construcción ejemplares, dando ejemplo a instalaciones similares. Por supuesto, el paquete de reformas sólo puede ser un modelo ejemplar si demuestra su valía. Sin embargo, los primeros resultados ya son claramente favorables, como se desprende de los informes de medición. Una de las piedras angulares del subcampeonato mundial del equipo alemán de tenis de mesa en los Campeonatos Mundiales de Tokio 2014 se encuentra en Düsseldorf. Más concretamente, en el distrito de Grafenberg y allí en el Centro Alemán de Tenis de Mesa DTTZ (imagen 1), que se encuentra en los edificios del tradicional club Borussia Düsseldorf. Las vitrinas del Borussia contienen un sinfín de trofeos de campeonatos alemanes ganados. Los jugadores del club figuran regularmente en la élite mundial absoluta, como Steffen Fetzner y Jörg Rosskopf, que ganaron el dobles en el Campeonato del Mundo de 1989, o el actual profesional Timo Boll. Éste logró la hazaña de alcanzar temporalmente el número uno de la clasificación mundial por delante de los avasalladores chinos.
Imagen 1: Centro Alemán de Tenis de Mesa de Düsseldorf (DTTZ)
Único en Alemania
En 2006, la Asociación Alemana de Tenis de Mesa (DTTB) trasladó su centro de talentos de Heidelberg a Düsseldorf. Las instalaciones y las oportunidades que ofrecía el entorno del Borussia, campeón histórico, ofrecían estructuras más eficaces para promocionar a las futuras generaciones. Esto significa que tanto la DTTB como los financiadores del proyecto -la ciudad de Düsseldorf (50 %), el estado de Renania del Norte-Westfalia (30 %) y el gobierno federal (20 %)- tienen naturalmente grandes expectativas en la inversión de 5 millones de euros en la base nacional (con internado).
Ser actualmente el número 2, por detrás de China, satisface este tipo de exigencia a la selección nacional. Sin embargo, la sostenibilidad de un puesto entre los primeros depende en parte de la continua utilización y utilidad de las instalaciones, es decir, de su atractivo. Por ello, las partes implicadas eran conscientes de que incurrirían en costes de seguimiento. Cuando se entregó el centro de entrenamiento y competición a la DTTB en 2006, los planificadores estimaron en 200.000 euros los costes anuales de funcionamiento sólo para el equipamiento técnico. Una de las razones de esta partida relativamente alta se esconde en el encaje de lo viejo y lo nuevo. El diseño realizado con la integración de la base nacional en la propiedad del club de Grafenberg tuvo que utilizar las instalaciones existentes en la medida de lo posible en lo que respecta al suministro de energía, lo que, sin embargo, se aplica a las renovaciones en general. Simplemente no se disponía de más de 5 millones de euros para edificios y tecnología.
Lo nuevo y lo viejo encajan
Figura 2: Parte del sistema de ventilación
Por supuesto, el edificio existente tenía unos cuantos años a sus espaldas: el complejo data de 1994, cuando lo construyó un contratista general holandés. Éste había traído de los Países Bajos la tecnología de calefacción de su subcontratista: gas atmosférico. Sin embargo, tanto el contratista general como el fabricante de la instalación se retiraron tras la construcción. Por ello, la empresa Florack GmbH, con sede en Düsseldorf, se encargó de los servicios del edificio durante muchos años. Esto supuso mucho trabajo. La antigua instalación desarrolló defectos con relativa rapidez, desde el sistema de control hasta defectos en el sistema de calefacción monotubo, por ejemplo en las válvulas. Las tuberías tenían muchos: 240. Las reparaciones y reformas parciales llenaron la cartera de pedidos. En un momento dado, se añadió un sistema de ventilación para el gran vestíbulo, por lo que la caldera ya no era capaz de mantener los edificios a una temperatura agradable, ni siquiera cuando funcionaba las 24 horas del día. Los 120 kW adicionales del sistema de ventilación superaban su reserva de potencia. Por el momento, el generador de calor no tuvo más remedio que distribuir una deficiencia.
Imagen 3: La tecnología de ventilación sólo se dotó de una fase de deshumidificación en años posteriores. Antes de la medida, los profesionales jugaban en días desfavorables, literalmente envueltos en un velo de humedad. En la imagen de la derecha el empleado de DTTZ y técnico de edificios Danilo Enz, al fondo junto a Peter Weber el asesor de CHP Thilo Braun de Vaillant
Esta deficiencia se hizo cada vez más evidente con la creciente popularidad del tenis de mesa debido al éxito de la selección nacional y del club Borussia Düsseldorf: aire interior húmedo y mojado en lugar de condiciones de aire interior orientado hacia delante. Orientado hacia delante significa que el deporte con celuloide es generalmente conocido por su susceptibilidad al viento y las corrientes de aire. El balón, ligero como una pluma, pesa sólo 2,7 gramos, de modo que casi cualquier brisa lateral lo empuja en la dirección deseada. Menos conocida, sin embargo, es la considerable influencia de la humedad en la trayectoria. Los profesionales juegan con topspin. Esta técnica especial de golpeo hace que la pelota gire, lo que hace que su dirección sea difícil de predecir después de rebotar en la mesa.
Apenas topspin en condiciones húmedas
Cuanto mayor sea la fricción entre la bola y el palo, mayor será el efecto. La humedad, en cambio, debilita el resultado. Cubre literalmente el revestimiento de granos de la raqueta con una película lubricante. La pelota pierde efecto y se vuelve predecible para el adversario. El antiguo sistema estaba configurado así: Los paneles radiantes del techo (ver Fig. 1) funcionaban básicamente en combinación con una elevada proporción de aire exterior. El aire de impulsión circulaba por debajo del techo hasta los registros sin deshumidificar, calentándolos y empujándolos hacia abajo. Esto aumentaba la humedad relativa en la sala, especialmente en los días húmedos y lluviosos. Durante los partidos de la Bundesliga o de la selección nacional con mil o más espectadores, ya rondaba el límite permitido. "Permisible" aquí no se refiere a las condiciones higiénicas de confort, "permisible" se refiere a la pelota y la raqueta de celuloide. "En días desafortunados, jugábamos literalmente en la niebla", dice Jo Pörsch, director general del Borussia Düsseldorf e. V., echando la vista atrás. Por ello, en 2009 se reformó el sistema de ventilación (Fig. 2) para crear un sistema de aire acondicionado, se impidió que el aire fresco pasara por los radiadores del techo -aunque se conservaron los paneles por los que circulaba agua caliente- y, en su lugar, se canalizó a través de una etapa de deshumidificación adecuada (Fig. 3) como una de las primeras medidas de reequipamiento. Este reequipamiento garantizó que se pudiera volver a jugar correctamente.
Cogeneración económica
Imagen 4: La generación de calor (y electricidad) en la renovada DTTZ corre a cargo de una unidad de cogeneración Vaillant de 4,7 kW de potencia eléctrica y 12,5 kW de potencia térmica y una caldera de condensación de gas "Ecocraft". A la derecha, el ingeniero de instalaciones Peter Weber, de la empresa constructora de instalaciones Florack GmbH, Düsseldorf; en el centro, el asesor energético Martin Halbrügge, de Ecoteam, Halver. En el extremo izquierdo, Hans-Georg Baunach, desarrollador de rendeMIX.
Con esta y otras ampliaciones, el tiempo de la caldera de gas atmosférico había llegado a su fin. Como se ha indicado, de todos modos solo era capaz de suministrar al inmueble una temperatura de impulsión máxima de 40 °C durante el periodo de calefacción. Por ello, en 2013 se renovaron por completo los servicios del edificio, incluso con una caldera de condensación de gas, que recibió el apoyo de una pequeña unidad de cogeneración por consejo de la Agencia de Medio Ambiente de la ciudad de Düsseldorf. ¿Por qué la Agencia de Medio Ambiente? Porque la autoridad de la capital del Estado federado ofrece a los clubes deportivos asesoramiento sobre instalaciones energéticamente eficientes en el contexto del debate sobre el clima. La eficiencia energética no es necesariamente una prioridad absoluta en muchas propiedades de los clubes. Aunque todos los equipos directivos de los clubes observan con recelo la evolución de los costes energéticos y de funcionamiento, rara vez figuran entre los principales temas de trabajo, habida cuenta de los intereses heterogéneos de los socios. Los socios quieren ante todo un suministro de calefacción que funcione, no económico. El sector público, por su parte, como organismo financiador o subvencionador, ve la electricidad y la calefacción sobre todo como un factor de coste. Hablando del factor coste: ¿por qué las autoridades públicas se decidieron por una pequeña unidad de cogeneración a pesar de las finanzas notoriamente ajustadas de la ciudad? "Existe un interés público por las instalaciones deportivas. Por eso, cuando se trata de inversiones, el sector público aporta un determinado porcentaje. Esto se aplica a todas las instalaciones deportivas de distrito. Si ahora también se tienen en cuenta los requisitos ecológicos, la ciudad también está dispuesta a aceptar una subvención algo mayor. Eso es lo que ha ocurrido en este caso", explica el consultor energético semioficial Martin Halbrügge. Su empresa de ingeniería IAS Halbrügge encargó a la agencia de medio ambiente la gestión energética del DTTZ, con la creación de un plan director - de ahí el atributo "semioficial".
Crucial: analizar los perfiles de carga
Figura 5: La estrecha sala de máquinas requería una instalación compacta
En sentido estricto, no se trata sólo de un interés público, sino de un edificio público. El nuevo edificio que se añadió en 2005/2006 con la construcción del Centro Alemán de Tenis de Mesa en los terrenos del Borussia es municipal. Y los jugadores de balonmano pequeño también construyeron su propio edificio de ladrillo en 1994, en gran parte con financiación federal, estatal y municipal, porque ya entonces las instalaciones de entrenamiento eran importantes más allá del ámbito del club. "Nuestro trabajo básico", explica el ingeniero especializado, "consistió inicialmente en analizar el consumo. La unidad de cogeneración fue la elección obvia cuando las necesidades térmicas y eléctricas se hicieron evidentes". Térmica: sólo en las 16 habitaciones del hotel, el agua de las duchas sale dos o tres veces al día, concretamente después de cada sesión de entrenamiento, más de 300 días al año. Cuando no hay cursos de formación, a los expositores y visitantes de las numerosas ferias de Düsseldorf les gusta alojarse en el hotel. De todos modos, las necesidades eléctricas de iluminación, bombas y equipos existen todo el año". Martin Halbrügge registró los perfiles de carga y calculó un enorme ahorro de costes si se instalaba una unidad de cogeneración, ya que el complejo consumiría o podría consumir la electricidad que él mismo produce durante 8.000 horas al año o más. La unidad "Ecopower" de Vaillant seleccionada (Fig. 4), con una potencia de 12,5 kW térmicos (4,7 kW eléctricos), parece modesta en comparación con la demanda térmica total de 280 kW, pero los 280 kW tienen en cuenta el escenario invernal más desfavorable, con salas de entrenamiento llenas, ocupación hotelera, competición (gradas de espectadores) y otros aditivos. La demanda de calor en un centro deportivo con hotel está sujeta a fluctuaciones considerables.
Sin pérdidas por el nuevo electroencefalograma
Por cierto, debido a la potencia eléctrica de 4,7 kW, las nuevas disposiciones sobre el pago del recargo EEG no afectan a la rentabilidad de la "Ecopower". Aunque ahora la nueva CHP (que entra en funcionamiento después del 1 de agosto de 2014) también debe contribuir económicamente a la expansión de las "renovables", la anulación de la anterior exención del recargo EEG solo afecta a las máquinas con una potencia eléctrica superior a 10 kW. "Y con el contrato de mantenimiento, el operador va sobre seguro. Aunque, de todas formas, no tienen que preocuparse demasiado por la fiabilidad del grupo electrógeno. Llevamos años trabajando con Remscheid, tanto en la producción combinada de calor y electricidad como en la generación de calor con gas, y nunca ha habido ningún problema digno de mención", afirma Peter Weber, Director Gerente de Florack GmbH, explicando por qué aconsejó a su cliente combinar el "Ecopower" con la caldera de condensación "Ecocraft". Peter Weber recibió apoyo en el diseño con respecto a la tecnología energética de Vaillant por parte de Thilo Braun, ingeniero diplomado e ingeniero de ventas para energías renovables en una de las empresas líderes mundiales en tecnología de calefacción y energía (Vaillant facturó en 2013 un total del grupo de 2.381 millones de euros, 12.000 empleados). La experiencia de Florack GmbH en cogeneración estaba a disposición del cliente DTTZ en forma de una cuasi licencia expedida por Vaillant. El fabricante está preocupado por el riesgo de que su nombre de líder se vea dañado por una mano de obra deficiente. El daño podría proyectar una sombra sobre toda la marca. Por esta razón, sólo los clientes de Vaillant que han recibido una formación intensiva en la fábrica reciben la tecnología CHP, el mantenimiento y las piezas de recambio y la promesa de garantía.
El principio de la mezcla múltiple como salida
Figura 6: Instalación de mezclador para cinco circuitos de calefacción más un circuito de alta temperatura no regulado (ventilación, derecha). Los circuitos de calefacción controlados por "rendeMIX" dan servicio, entre otros, a los paneles radiantes del techo (vestíbulo grande) y a los sistemas de radiadores (hotel, vestíbulo pequeño, vestuario). Para más detalles, véase también el apartado "Análisis de los registros de temperatura"
La unidad de cogeneración y la caldera van acompañadas de un depósito de inercia suficientemente dimensionado para optimizar la eficiencia. La renovación también incluyó la sustitución del sistema de distribución de calor, parcialmente deteriorado. Como ya se ha dicho, algunos mezcladores y válvulas ya no funcionaban y las bombas entraban en la categoría de "devoradoras de energía". Sin embargo, el centro técnico ya estaba a reventar (Fig. 5). El terreno no permitía una ampliación adicional. Por tanto, las partes implicadas tuvieron que recurrir a un sistema compacto con un volumen de almacenamiento moderado de 1.500 litros para todo el recinto deportivo y hotelero y aplicar algunas características técnicas especiales para no tener que hacer grandes concesiones en términos de eficiencia. La integración del mezclador multivías "rendeMIX", por ejemplo, era una elección obvia. Sólo este desarrollo sensato (Fig. 6) permite, en principio, la gestión con un depósito de almacenamiento relativamente pequeño: la válvula de control proporciona una estratificación mucho más estable y una carga y descarga que ahorran energía. Como resultado, el circuito da lugar a un acumulador que, gracias a su carga y descarga en dos zonas, ofrece casi el doble de capacidad que un sistema convencional de carga y descarga en una sola zona con el mismo contenido.
El calor se mantiene caliente más tiempo
Además, el mezclador no envía agua caliente de retorno al acumulador si es necesario, sino directamente a los circuitos de calefacción para los que la temperatura de ida de los paneles radiantes del techo, por ejemplo, se sitúa entre 45 y 50° C. Este nivel es totalmente suficiente como caudal para determinados circuitos de baja temperatura. Este nivel es totalmente suficiente como flujo para ciertos circuitos de baja temperatura. "Combinamos aquí dos técnicas, la descarga de doble zona, en la que primero tomamos el agua caliente del centro y la enfriamos antes de acceder a la valiosa agua caliente de la zona de amortiguación superior, con la utilización del caudal de retorno, si éste es suficiente para algunos consumidores. Esto significa que las líneas del circuito de alta temperatura ponen su caudal de retorno a disposición de las conexiones del centro como caudal" (Fig. 8), afirma Hans-Georg Baunach, desarrollador del "rendeMIX", al explicar el esquema de ahorro. Naturalmente, la prevención de la legionela y el suministro higiénico de agua potable también ocuparon un lugar destacado en el orden del día de la renovación y modernización. Los planificadores no tuvieron fácil responder a la pregunta de cómo cubrir los picos de demanda. Un centro de formación y un hotel no encajan en las normas habituales de dimensionamiento de los depósitos de almacenamiento. Por ello, el fabricante de instalaciones Florack y la oficina de Halbrügge implantaron inicialmente contadores de agua caliente para analizar el consumo. Por recomendación de Vaillant y tras analizar los resultados de las mediciones, instalaron el sistema "Zeeh" de Joachim Zeeh en Bockau/Erzgebirge, Sajonia, debido a su alto nivel de flexibilidad. El proveedor de CHP de Remscheid lleva tiempo colaborando con la empresa sajona.
Calentador de agua con turbocompresor
Fig. 7: El circuito de la caldera funciona a través de dos válvulas conmutadoras (con actuadores de color naranja). En el modo de calefacción en función de las condiciones meteorológicas (con prioridad de ACS), el mezclador multipuerto aspira las aguas grises de la parte inferior del acumulador 40 (fig. 8), las conduce a la caldera y las devuelve a la conexión central a través de la posición de válvula correspondiente. En el modo de prioridad, ambas válvulas se conmutan, es decir, el mezclador extrae agua del centro y la devuelve a la parte superior.
Figura 8: Conexiones tampón con actualmente 65 °C en la parte superior, 44 °C en el centro y 40 °C en la conexión inferior.
En principio, se trata de un acumulador intermedio de calefacción con calentamiento de ACS integrado en modo de flujo continuo (Fig. 9). En la parte superior, en la zona caliente del cilindro, un tubo de acero corrugado (es decir, con una gran superficie) cuelga coaxialmente en un tubo de camisa. Esta unidad forma así un intercambiador de calor de contracorriente: el agua fría fluye hacia arriba por el tubo ondulado de acero inoxidable y el agua de calefacción fluye hacia abajo desde el punto más caliente del cilindro para enfriarse (aprox. 15 °C) y almacenarse en el punto más bajo. Esto tiene lugar principalmente sin energía eléctrica. Sólo en los picos de consumo o cuando la temperatura del cilindro es baja, se conecta automáticamente una bomba de carga -en función de la diferencia de temperatura y del caudal- para modular y aumentar el caudal ("turbocompresor") con el fin de llevar rápidamente el serpentín de unos 40 litros de capacidad hasta la temperatura adecuada. Debido a la falta de tiempo de permanencia suficiente y a las altas temperaturas, las bacterias de la legionela no prosperan en este entorno.
Figura 9: Sistema de carga del cilindro "Zeeh". Cuando la temperatura del agua caliente sanitaria desciende, la bomba de carga se pone en marcha y dirige agua de acumulación adicional a través del intercambiador de calor tubular, de forma similar a un sistema de turbocompresor
Por supuesto, debe seguir garantizándose la desinfección por circulación de las tuberías de conexión. De ello se encarga un pequeño intercambiador de calor de alta temperatura adicional en el depósito en forma de lanza de circulación integrada en la tubería corrugada para ahorrar energía de calefacción. El objetivo es minimizar así los gérmenes en todo el sistema. La autoridad sanitaria lo comprueba periódicamente, y no sólo de acuerdo con la nueva Ordenanza sobre agua potable. Los edificios públicos, las instalaciones deportivas, las piscinas, las escuelas y las guarderías siempre han sido objeto de inspecciones periódicas. Desde el punto de vista tecnológico, el flujo de retorno del sistema de circulación entra en la zona caliente del tampón a algo menos de 60 °C, estabilizando así la estratificación.
Por qué la cogeneración encaja en el plan
El bloque "Ecopower" de Vaillant produce 70 °C. Controlan la temperatura del agua caliente con total facilidad. El sistema de ventilación también requiere altas temperaturas, ya que unos intercambiadores relativamente pequeños tienen que elevar cada hora 30.000 metros cúbicos de aire de impulsión a la temperatura ambiente a temperaturas de hasta -10 °C, por así decirlo. El factor decisivo aquí es la deshumidificación para evitar la formación de vaho en la sala. El sistema enfría inicialmente el aire para deshumidificarlo, pero luego tiene que elevar el aire frío hasta el nivel del aire de impulsión a una temperatura relativamente alta en un breve espacio de tiempo con una superficie de intercambiador restringida. Estos picos de temperatura son suministrados "automáticamente" por la unidad de cogeneración. En cualquier caso, los fabricantes de calderas suelen exigir una limitación de la dispersión máxima, y la unidad de cogeneración cumple este requisito. 
Esto se debe a que mientras el sistema pueda funcionar en modo controlado por el tiempo para cubrir la carga de calefacción en un rango de temperatura inferior a 50 °C, la unidad de cogeneración se esforzará por cargar la parte superior del acumulador con la temperatura punta necesaria para permitir que la caldera proporcione el nivel de baja temperatura ahorrando energía. Las señales de temperatura de las válvulas conmutadoras determinan si la caldera de condensación o la unidad de cogeneración están funcionando. VUV significa válvula conmutadora de ida y RUV válvula conmutadora de retorno. Los diagramas muestran algunos de los estados de temperatura y funcionamiento. Antes de la reforma (diagrama superior), la caldera (rojo) suministraba alta temperatura las 24 horas del día para los paneles radiantes del techo y la ventilación; no había control orientado a la demanda de la temperatura de ida.
En el segundo diagrama desde arriba, tras la reforma, la caldera de condensación cubre la carga base a través del acumulador. En un domingo templado, el 26 de enero de 2014, la caldera solo funciona por la noche teniendo en cuenta el caudal de ventilación (tercer diagrama). Durante el día, la temperatura de su flujo fluctuaba entre 40 y 50 °C y la ventilación se alimentaba del potencial del acumulador. Sin embargo, cuando el sistema de ventilación se conecta a 50 o 60 kW, el sistema de almacenamiento alcanza rápidamente sus límites. La caldera tiene que trabajar más. El diagrama siguiente muestra las curvas de temperatura tras la instalación del control orientado a la demanda de las temperaturas de impulsión.
Análisis de los registros de temperatura
Punto de partida
Los datos de funcionamiento del sistema de calefacción del DTTZ Borussia Düsseldorf (la figura 10 muestra la demanda en el complejo DTTZ) se registraron antes y después de la remodelación para poder hacer un seguimiento del éxito de la remodelación y modernización. Se realizaron los siguientes registros: Marzo de 2013 ? Consumo de agua tras la instalación de contadores de agua en las entradas del depósito de agua caliente ? Temperaturas del circuito de calefacción ? Temperatura de la caldera Agosto de 2013 ? Registro del comportamiento de funcionamiento de la cogeneración Enero-febrero de 2014 ? Temperaturas de funcionamiento de la caldera de condensación y de la unidad de cogeneración ? Temperaturas de retorno de todos los circuitos de calefacción y del sistema de ventilación por separado Además, los contadores se leyeron regularmente desde la puesta en servicio.
Evaluación del antiguo sistema
Los registros muestran que el generador de calor ya no se controlaba en función de la demanda, sino que funcionaba a la temperatura máxima de funcionamiento las 24 horas del día a través del termostato de la caldera. Las temperaturas de ida de los circuitos de calefacción se ajustaban en función de las horas de uso, pero los diferenciales eran bastante bajos. La ventilación era insuficiente. Los contadores de agua instalados se utilizaron para determinar el consumo de agua caliente y también para obtener valores de referencia relativos a la carga de impacto. Las lecturas de los contadores de gas proporcionaron información sobre la carga de calefacción necesaria.
Figura 10: Demanda en el complejo DTTZ-Borussia
Observando el comportamiento operativo, se mejoraron rápidamente los siguientes puntos inmediatamente después de la puesta en servicio:
- Comportamiento de conmutación de la unidad de cogeneración
Observando el comportamiento de conexión y desconexión de la unidad de cogeneración, fue posible optimizar la colocación de los sensores correspondientes en el buffer. La cogeneración debe asumir siempre prioritariamente la generación de calor y, al mismo tiempo, funcionar el mayor tiempo posible para que también se consiga una elevada proporción de electricidad autogenerada. El posicionamiento de los sensores puede influir en el comportamiento de conmutación; el posicionamiento depende de la interacción de la capacidad del buffer con el consumo de calor de los circuitos de calefacción y la preparación de agua caliente.
Principio de la mezcladora de detalle
Los dos mezcladores de la derecha se encuentran aproximadamente a un tercio en la escala azul, es decir, actualmente sólo se alimentan de la cámara intermedia central y de su propio retorno. La mezcladora de la izquierda obtiene aproximadamente dos tercios de su suministro de la cámara central y un tercio de la cámara superior. Cada una de las mezcladoras Baunach toma constantemente agua caliente de la conexión central en una gran parte del rango de ajuste. Esto tiene la ventaja energética de que esta agua procede directamente de un flujo de retorno de los circuitos de alta temperatura o de la cámara central del pulmón. En ambos casos, el agua está mezclada, lo que supone un menor beneficio en términos de almacenamiento de calor. El agua más beneficiosa para el almacenamiento térmico está muy caliente o muy fría. La extracción prioritaria de agua mezclada aumenta la capacidad de agua fría y caliente.
- Circuitos de ventilación/calefacción con dispersión de temperatura
Las condiciones hidráulicas especiales del circuito de calefacción de la ventilación provocaron inicialmente temperaturas de retorno elevadas e incontroladas, que pudieron corregirse instalando posteriormente limitadores de la temperatura de retorno.
- Curvas de temperatura tras la optimización inicial
Los registros efectuados poco menos de seis meses después de la puesta en marcha del sistema modernizado demuestran de forma impresionante las mejoras técnicas (véanse también las imágenes del recuadro 1):
- Comportamiento del generador de calor
Fig. 11: El mezclador multivías "rendeMIX" lo hace posible: El caudal de aire acondicionado de retorno de 45 a 50° C es suficiente como caudal para los paneles del techo radiante y, por tanto, tiene un nivel de temperatura bajo que garantiza la condensación en la caldera de condensación. Sin un mezclador Baunach, se desperdiciarían las ganancias de condensación y el calor adicional de los gases de combustión.
La cogeneración funciona casi 24 horas al día. La caldera de condensación sólo se enciende cuando es necesario si en el distribuidor ya no se alcanzan las temperaturas de flujo necesarias. El amortiguador da a la "Ecocraft" tiempo suficiente para ponerse en marcha y también vuelve a reducir su potencia cuando se alcanzan las temperaturas de flujo. Mientras que la unidad de cogeneración siempre genera calor a un nivel de temperatura elevado, la caldera de condensación sólo funciona a la temperatura de flujo máxima necesaria, lo que favorece el aprovechamiento de la caldera de condensación.
- Transferencia de la carga de calefacción por la unidad de cogeneración
Las curvas de temperatura muestran cómo el acumulador intermedio ayuda a desplazar la carga de calefacción a la unidad de cogeneración. Es posible satisfacer temporalmente las necesidades de alta temperatura de los circuitos de calefacción a partir del buffer y utilizar así la caldera de condensación lo menos posible.
- Aprovechamiento térmico de los circuitos de calefacción
Los niveles de temperatura, en particular las temperaturas de retorno, muestran el potencial utilizado por el mezclador Baunach (Fig. 11). Las temperaturas de retorno de la ventilación, comparativamente elevadas, pueden aprovecharse en los demás circuitos de calefacción, especialmente en los paneles radiantes del techo de los gimnasios. De este modo, se reduce la energía auxiliar y se alivia la generación de calor. Sobre todo, el mayor enfriamiento del retorno favorece el aprovechamiento del poder calorífico y la estratificación en el tampón.
- Preparación de agua caliente sin problemas
Como el agua caliente se produce en el acumulador y éste es suministrado permanentemente de forma directa por la unidad de cogeneración, la carga de agua caliente no puede reconocerse por las temperaturas del acumulador. Sin embargo, hasta ahora no ha habido un suministro insuficiente en los grifos, ni siquiera en las horas punta.
- Consumo de gas, incluida la generación de electricidad
La evaluación del consumo de gas en el contador principal muestra que la carga de calefacción, basada en 24 horas al día, no superaba los 90 kW. Con referencia a 15 horas al día, el valor aumenta a 140 kW. Estos valores son inferiores a los del sistema antiguo, aunque siguen incluyendo el consumo de electricidad. Aquí se aprecia el aumento de eficiencia de la modernización. La previsión de una reserva está justificada porque no se puede suponer que todos los componentes del sistema funcionen siempre de forma óptima y en casos extremos pueden producirse cargas superiores (por ejemplo, calentar el pabellón a partir de un estado frío).
- Funcionamiento de los circuitos de calefacción
Los registros de temperatura muestran que se consiguen unos diferenciales comparativamente buenos, aunque en este caso existen límites debido al sistema de calefacción monotubo. El nivel total de temperatura de retorno de todos los circuitos de calefacción se aproxima al punto de rocío de los gases de combustión; en una fase de prueba posterior, se registrará y analizará la cantidad real de condensado producido. También está previsto instalar limitadores de temperatura de retorno, similares a los de los dos registros de calefacción por aire, para reducir la potencia de la caldera si la temperatura de retorno supera un valor límite.
Estructura básica de una reforma
Requisitos para el diseño y funcionamiento de un sistema de calefacción eficiente y fiable
La razón más común para sustituir un sistema de calefacción es el fallo de la caldera o de otros componentes esenciales, como el sistema de control. Sin embargo, los avances técnicos han redefinido el paquete de medidas en caso de renovación de un sistema de calefacción. Hoy en día, hay que tener en cuenta muchos más factores y armonizar cuidadosamente los componentes del sistema. A continuación se exponen los puntos clave tomando como ejemplo la renovación del sistema de calefacción llevada a cabo en el TTZ del Borussia Düsseldorf en 2013/2014.
1. concepto técnico
Estamos obligados a hacer un uso cuidadoso de la energía y a utilizar opciones regenerativas y racionales de generación de energía. Por ello, antes de limitarse a sustituir una caldera, deberíamos preguntarnos siempre qué opciones existen en el marco de una próxima sustitución de la caldera.
Aprovechamiento de la energía solar
- Generación propia de electricidad mediante producción combinada de calor y electricidad
- Instalación de tecnología de generación de calor de alta eficiencia
- Instalación de bombas de alta eficiencia
- Elección de soluciones hidráulicas especialmente eficaces
- Selección de estrategias de control especiales
La remodelación del centro de calefacción del DTTZ presenta características especiales en casi todos los ámbitos que contribuyen a que el sistema sea eficiente y fiable. Además de los documentos de planificación existentes, el concepto debe basarse en mediciones complementarias o en la experiencia operativa actual con el sistema existente. En lugar de tener en cuenta los márgenes de seguridad, los requisitos reales deben registrarse con la mayor precisión posible. Esto se aplica en particular a la carga de calefacción necesaria, la demanda de agua caliente y el perfil de carga de agua caliente. Los siguientes puntos pueden determinarse por medios sencillos:
Carga de calefacción
Los puntos de referencia son la potencia existente de la caldera, la necesidad de carga de calefacción calculada y la utilización actual de la caldera (lecturas de contadores para determinar la carga de calefacción actual en función de la temperatura exterior).
Rendimiento de las bombas de circulación
Aquí deben documentarse las salidas de la bomba ajustada.
Programas horarios para los circuitos de calefacción conectados
Los programas horarios establecidos en el antiguo sistema de control deben documentarse y compararse con los tiempos de uso reales. Los plazos largos suelen indicar problemas de suministro.
Curvas de calentamiento
También deben documentarse las curvas de calentamiento ajustadas. Si los circuitos de calefacción no están calibrados, suelen utilizarse curvas de calentamiento excesivas.
Cantidades de agua caliente
La instalación de un contador de agua en el acceso al acumulador permite seguir y determinar específicamente la demanda de agua caliente. Esto facilita el diseño del acumulador y permite una evaluación cuidadosa y fiable del potencial de utilización de la energía solar. Los acumuladores sobredimensionados tienen un efecto negativo en el margen de contribución solar.
Perfil del grifo de agua caliente
El contador también permite determinar el perfil del grifo si se lee con más frecuencia, sobre todo en las horas punta. El conocimiento del perfil de toma es de vital importancia para el diseño del intercambiador de calor de agua caliente. Teniendo en cuenta todos los parámetros anteriores, el DTTZ desarrolló el sistema hidráulico del esquema de circuitos adyacente con algunas características técnicas especiales.
2 Soluciones técnicas
2.1 Producción combinada de calor y electricidad
A partir de una demanda de electricidad de más de 20.000 kWh/a y una demanda de calor durante todo el año, el uso de la generación combinada de calor y electricidad suele ser la mejor opción. El diseño profesional, la integración hidráulica y el control garantizan un funcionamiento económico. Hay que procurar que la unidad de cogeneración alcance los mayores tiempos de funcionamiento posibles y que la electricidad generada sea consumida en gran parte por el propio sistema.
2.2 Caldera de condensación
Mientras que los diferenciales de 10 a 20 K son habituales en las calderas convencionales, las calderas de condensación eficaces también pueden alcanzar de 20 a 30 K, que, sin embargo, también es el límite de las calderas. Hay que procurar: temperaturas de distribución bajas (preferiblemente calefacción de paneles), temperatura de retorno baja (diferencial alto) y funcionamiento independiente del aire ambiente (precalentamiento del aire de combustión).
2.3 Depósito de inercia como separador hidráulico
En las propiedades con varios circuitos de calefacción, el desacoplamiento hidráulico de la generación y distribución de calor tiene sentido, ya que es la única forma de optimizar el funcionamiento de los distintos componentes. En muchos sistemas se utilizan separadores hidráulicos para el desacoplamiento. Sin embargo, éstos tienen la desventaja de que destruyen la estratificación de la temperatura y, por tanto, perjudican la eficacia de las soluciones de ahorro energético, como la tecnología de calderas de condensación, las bombas de calor o la tecnología solar.
2.4 Cilindro combinado para calefacción y preparación de agua caliente
Dado que tanto la producción combinada de calor y electricidad como la de agua caliente se benefician del almacenamiento de calor, tiene sentido satisfacer estos requisitos utilizando un acumulador combinado en un solo componente. Esto también tiene la ventaja de ahorrar espacio. En relación con el aspecto anterior, el acumulador debe actuar también como separador hidráulico con efecto estratificador de la temperatura. El acumulador Zeeh utilizado en el DTTZ cumple estos requisitos de forma ejemplar.
2.5 Condiciones de funcionamiento de la calefacción (programa de tiempo y nivel de temperatura de impulsión)
Para poder ejecutar curvas de calefacción bajas, es necesario equilibrar hidráulicamente los circuitos de calefacción individuales, es decir, ajustar los caudales a plena carga a la carga de calefacción determinada. El equilibrado hidráulico es un requisito previo para las temperaturas de funcionamiento mínimas y la dispersión máxima.
2.6 Distribuidor Tecnología de 3 hilos
En las redes de distribución ramificadas suele haber distintos niveles de temperatura. Un ejemplo típico es la combinación de calefacción por suelo radiante, calefacción por radiadores y calefacción por ventilación. Las temperaturas de retorno de un circuito de calefacción por radiadores pueden utilizarse fácilmente como caudal para un circuito de calefacción por suelo radiante. De este modo, es posible enfriar y reducir en mayor medida los volúmenes de agua circulante y, por tanto, también hacer más eficiente la generación de calor (mayor eficiencia de la generación de calor por condensación, menor necesidad de energía auxiliar de las bombas de circulación).
2.7 Uso de bombas de alta eficiencia
Aunque hoy en día es obligatorio utilizar bombas de alto rendimiento, todavía no se tiene en cuenta de forma sistemática el hecho de que el cambio a esta tecnología sólo funciona sin problemas y con todo su efecto si los circuitos de calefacción están equilibrados hidráulicamente. No sólo deben utilizarse bombas más eficientes, sino que también deben reducirse los caudales volumétricos para conseguir unos diferenciales elevados.
2.8 Limitación de la temperatura de retorno
El agua de retorno debe estar lo más fría posible. Esto puede regularse eficazmente utilizando un limitador de temperatura de retorno.
3. optimización del sistema
Tras la renovación o modernización de un sistema, siempre debe planificarse una fase de ajuste y control del éxito.
3.1 Ajuste
Aunque un sistema complejo pueda calcularse teóricamente, sigue siendo necesaria una fase de equilibrado para que los caudales y las curvas de calefacción se ajusten a los valores mínimos necesarios en función de la demanda. Es bueno que la fase de ajuste vaya acompañada de registros de las curvas de temperatura y que estas curvas también se documenten cuidadosamente para posteriores evaluaciones. También puede ser útil que las curvas sean visibles para el personal de la sala de calderas.
3.2 Control del consumo
La comprobación del consumo puede utilizarse entonces para verificar una vez más si se ha alcanzado el éxito deseado. La comprobación del consumo debe incluir al menos la determinación de los valores anuales; es mejor disponer de instantáneas basadas en valores diarios para que sea posible realizar una comprobación del sistema en cualquier momento, incluso con poca antelación.
4. componentes del sistema
4.1 Mezcladora Baunach
El mezclador Baunach es un desarrollo para un funcionamiento más eficaz de los circuitos de calefacción. Entre otras cosas, pone el agua caliente de retorno de los circuitos de alta temperatura a disposición de los circuitos de baja temperatura en forma de caudal. La ventaja de esta tecnología es que se reducen los caudales volumétricos que deben circular y se aumentan los márgenes de temperatura para un aprovechamiento más eficaz del poder calorífico.
4.2 Tecnología de carga y descarga de los depósitos de inercia
También en este caso, una tecnología especial de HG Baunach GmbH & Co. KG, que permite una carga y descarga más eficaces del acumulador intermedio. Para reaccionar rápidamente a las necesidades de calor, la ida y el retorno se conmutan simultáneamente, lo que mejora también la interacción entre los dos generadores de calor.
4.3 Calentamiento de agua caliente con intercambiador de tubos corrugados
El uso de acumuladores intermedios con intercambiadores de calor de tubo ondulado es bastante habitual en las gamas de potencia más pequeñas, pero en realidad es poco habitual para los requisitos de este caso. Sin embargo, como este principio de preparación de agua caliente se considera muy sólido y menos susceptible, el acumulador fue diseñado por el fabricante específicamente para los requisitos especiales del Borussia Düsseldorf. La ventaja de esta solución es que es posible prescindir de estaciones de agua fresca técnicamente complejas y seguir disponiendo de una preparación de agua caliente extremadamente higiénica. Gracias a una característica técnica especial del cilindro, también es posible obtener mayores caudales de agua caliente cuando sea necesario. Esto es especialmente interesante para los clubes deportivos, que a menudo tienen que hacer frente a picos de carga a corto plazo.
4.4 Combinación de unidad de cogeneración y caldera de condensación
La integración hidráulica de una central combinada de calor y electricidad, en la DTTZ del tipo "Ecopower" de Vaillant, es uno de los mayores retos de una central eléctrica propia. Al generar su propia electricidad, la asociación puede independizarse de la compra de electricidad pública en la medida en que consiga alcanzar un elevado margen de contribución. El requisito previo para conseguir un margen de contribución elevado es que la unidad de cogeneración alcance los tiempos de funcionamiento más largos posibles y que el calor generado se utilice hábilmente. El beneficio económico depende fundamentalmente de la integración hidráulica, el dimensionamiento del acumulador intermedio y la correcta colocación de los sensores de temperatura que se conectan y desconectan. Los primeros balances desde la puesta en marcha en agosto son muy prometedores: la unidad de cogeneración genera más electricidad de la que necesita el DTTZ, y sólo hay que comprar unos pocos kilovatios hora de electricidad para cubrir los picos de carga.
Martin Halbrügge, Ecoteam
www.ecoteam-nrw.de
Ingeniero Bernd Genath es periodista independiente, Düsseldorf.
Descargar el artículo técnico en PDF
