El sistema solar térmico y la bomba de calor proporcionan conjuntamente un suministro de calor fiable
En 2006, Friedrich Freß y su familia cumplieron su sueño de tener una casa unifamiliar en Maroldsweisach, Franconia. Como autónomo especialista en sanitarios, calefacción y aire acondicionado, concede gran importancia a un suministro de calor eficiente y respetuoso con el medio ambiente que se adapte a su casa de bajo consumo. Por eso se decidió por una bomba de calor en combinación con un sistema de energía solar térmica: "Así, mi casa se calienta completamente con energías renovables", dice Freß con alegría. Con la ayuda del exclusivo colector de mezcla de varias vías rMIX 3 x 3 L 35 de HG Baunach GmbH & Co. KG, ambos sistemas, que son completamente diferentes en cuanto a la utilización de la energía, trabajan de la mano y se complementan de forma óptima.
Fig. 1: Friedrich Freß, constructor y especialista en calefacción, ventilación y aire acondicionado, buscaba un concepto energético innovador y respetuoso con el medio ambiente para su chalé de 410 metros cuadrados.
Freß instaló los dos sistemas junto con dos empleados de su empresa. Ernst Freß oHG Ingeniería sanitaria. Fundada en 1948, la empresa está especializada en la instalación de todo tipo de sistemas de calefacción y cuenta con una amplia experiencia en el campo de las energías renovables. "Además de sistemas solares y bombas de calor, también instalamos sistemas de calefacción de pellets, sistemas de astillas de madera, plantas combinadas de calor y electricidad y plantas de biogás", explica Freß al describir sus principales áreas de especialización. A pesar de su gran experiencia en este campo, Freß se alegró de poder contar con la ayuda de HG Baunach GmbH & Co. KG durante la fase de planificación. Freß conoció la empresa de Hückelhoven a través de una presentación especializada en el gremio de Schweinfurt, que le ofreció la solución ideal para combinar una bomba de calor y un sistema solar térmico.
Bomba de calor y sistema solar: ¿una buena combinación?
Fig. 2: Servicio incluido: Hans-Georg Baunach (izquierda), director de la empresa del mismo nombre e inventor del rendeMIX, comprueba in situ el correcto funcionamiento de su concepto de calefacción personalizado para Friedrich Freß (derecha).
Fig. 3: El sistema de calefacción: Un sistema de calefacción solar de más de 40 metros cuadrados con un depósito de inercia de 2.000 litros y una bomba de calor proporcionan a la casa de la familia Freß el calor que necesita de forma fiable y respetuosa con el medio ambiente.
"Al principio, sólo estaba prevista la bomba de calor con ventilación doméstica controlada", dice Freß de su proyecto inicial. Luego decidió añadir un sistema solar térmico, en parte por el bien del medio ambiente y en parte como referencia para sus propios clientes. La cuestión clave en torno a la que centró su planificación fue cómo combinar los dos sistemas de forma razonable sin que interfirieran entre sí y mermaran su eficacia. Esto se debe a que, mientras que una bomba de calor tiene un caudal de gran volumen con una pequeña dispersión (5K), el cilindro de inercia conectado al sistema de energía solar térmica funciona exactamente al revés, con un caudal de bajo volumen y una gran dispersión. La instalación termosolar requiere temperaturas de retorno bajas para generar energía de forma eficiente. Sólo así puede contribuir de forma significativa al apoyo a la calefacción en invierno. El calor generado por el sistema solar térmico se estratifica en un cilindro intermedio de modo que el agua más caliente se almacena siempre en la parte superior y la más fría en la inferior. De este modo, no hay mezcla y se dispone tanto de temperaturas altas como bajas. Si el calor de la bomba de calor se almacenara también en el cilindro tampón en la configuración que Freß había previsto, se destruiría la sensible estratificación de la temperatura: por tanto, era necesario evitar que la bomba de calor mezclara el cilindro tampón, que se apoya en un módulo de carga estratificado, hasta tal punto que ya no fuera posible utilizar la energía solar. Por ello, Freß buscaba un diseño hidráulico que eliminara la contradicción entre ambos principios y los integrara en un concepto de calefacción superior. Sin embargo, los esquemas hidráulicos disponibles en el mercado no atraían a Freß. Por ello, se entusiasmó aún más cuando H.G. Baunach le presentó su colector mezclador multipuerto rMIX 3 x 3 L 35, que él mismo había diseñado y patentado.
El concepto: la separación como solución
Fig. 4: Masa inerte como amortiguador: El instalador especializado Freß colocó calefacción por suelo radiante en toda la casa con una distancia entre bucles de 10 cm (7 cm en los baños). La bomba de calor utiliza la calefacción por suelo radiante como amortiguador y, por tanto, no mezcla la estratificación sensible en el acumulador.
Además, el jefe de la empresa y el ingeniero de desarrollo diseñaron un concepto de calefacción a medida para lograr al mismo tiempo un alto aprovechamiento solar y largos tiempos de funcionamiento de la bomba de calor. La solución radicaba en separar claramente los dos sistemas, la única forma de hacer justicia a ambos. El acumulador intermedio de 2.000 litros existente se destinó por completo al uso solar y sólo en la zona superior se creó una zona caliente para la preparación de agua caliente a través de una estación de agua fresca. Para la bomba de calor, el suelo radiante se diseñó como una masa térmicamente inerte respecto al acumulador intermedio. Para ello, el control compensado por las condiciones meteorológicas se colocó en el flujo de retorno del edificio, lo que da lugar a tiempos de funcionamiento considerablemente más largos: La bomba de calor siempre funciona hasta que se produce un aumento de temperatura en el flujo de retorno. "La ventaja de combinar una bomba de calor y la calefacción por suelo radiante es que ambos son sistemas de baja temperatura: Ambos tienen un caudal de gran volumen con poca dispersión y, por tanto, encajan perfectamente", explica Baunach su idea. Así se evita que la bomba de calor se encienda y apague constantemente, lo que supondría un gasto innecesario de energía.
Armonía y eficacia gracias a una clara división de tareas
Fig. 5: El corazón del sistema de calefacción: El colector de mezcla multipuerto rMIX 3 x 3 L 35 es el centro de control del sistema de calefacción: Con su ayuda, el sistema solar térmico y la bomba de calor se complementan en lugar de interferir en el rendimiento del otro.
Además de separar los dos sistemas, era importante garantizar que no hubiera interrupciones en el reparto de tareas. Para evitar que la bomba de calor se encienda cuando todavía hay suficiente calor solar en el acumulador intermedio, la curva de calentamiento del control del circuito de mezcla se ajustó ligeramente por encima de la de la bomba de calor. En cuanto se pone en marcha la bomba de calor, el mezclador se abre por completo. Un circuito de relé impide que el mezclador vuelva a cerrarse debido al aumento de la temperatura de impulsión, lo que provocaría una reducción del caudal volumétrico y, por tanto, una desconexión de alta presión. En cuanto se desconecta la bomba de calor, el control del circuito de mezcla de la instalación solar térmica vuelve a controlar el mezclador. El mezclador se cierra e impide que el calor del acumulador intermedio del edificio llegue al acumulador solar. De este modo, el calor solar puede almacenarse en todo momento a la temperatura más baja, lo que maximiza su aprovechamiento. Además, se instaló un circuito de retardo en el regulador de energía con el llamado relé de escalera, que permite que la bomba funcione durante tres minutos después de la preparación de agua caliente. Durante este tiempo, el mezclador puede abrirse de nuevo, ya que el controlador de energía siempre intenta cambiar el sistema al modo de calefacción inmediatamente después de una fase de preparación de agua caliente para minimizar la puesta en marcha.
El rendeMIX como mediador
Fig. 6+7 :Cableado inteligente: dos circuitos de relés garantizan la apertura y el cierre controlados del mezclador.
El colector mezclador multipuerto rMIX 3 x 3 L 35 es el centro de control del sistema de calefacción y el mediador entre el sistema solar térmico y la bomba de calor. El accesorio se acopla directamente al cilindro intermedio, donde garantiza una estratificación ideal y, por tanto, el aprovechamiento del calor solar. El último producto de Baunach con salida de carga dispone de tres entradas al cilindro tampón, lo que permite una descarga óptima en dos zonas. Mientras la conexión central se mantenga a una temperatura suficientemente alta, el mezclador no accede a la entrada superior, donde la bomba de calor está conectada al acumulador intermedio. En cuanto el mezclador se abre a la entrada superior, la entrada inferior se cierra y dirige todo el caudal de retorno de la calefacción por suelo radiante a la parte inferior del búfer. Si también se descarga la parte central del tampón, el mezclador se abre por completo y ahora conduce todo el caudal del suelo radiante a través de la bomba de calor, que puede ponerse en marcha. El circuito de relé impide que la temperatura excesiva del caudal provoque el cierre del mezclador. La bomba de calor funciona hasta que el caudal de retorno del suelo del edificio a temse mide el aumento de temperatura. Cuando se vuelve a soltar el mezclador, éste se cierra y mantiene así el calor de la bomba de calor en el edificio. En la siguiente fase de refrigeración, el mezclador vuelve a abrirse lentamente, aprovechando cada kWh solar, antes de volver a abrirse por completo y el ciclo vuelve a empezar.
Una asociación fluida
Fig. 8: Suministro seguro de agua caliente sanitaria: Un módulo de agua fresca Sonnenkraft garantiza un suministro de agua caliente seguro y cómodo. Funciona según el principio de flujo continuo: la cantidad necesaria de agua fresca se calienta a demanda a través de un intercambiador de calor. La temperatura del agua caliente sanitaria correspondiente se ajusta mediante el mando del termostato. (Todas las imágenes y gráficos: Baunach)
"La solución es tan sencilla como ingeniosa", afirma entusiasmado Freß. El rendeMIX permite combinar dos sistemas cualesquiera y garantiza un sistema de calefacción extremadamente eficiente. Con la ayuda de este colector de mezcla multipuerto, Freß puede hacer funcionar al mismo tiempo su bomba de calor Vaillant y el sistema de energía solar sin ningún problema. De este modo, toda su casa, con una superficie de calefacción de 410 metros cuadrados, se abastece ahora con calor generado de forma regenerativa. Al planificar las necesidades de agua caliente sanitaria, Freß partió de una demanda diaria total de 200 litros, que ahora calienta el sol desde primavera hasta otoño. Un módulo de agua fresca suministra agua caliente fresca en todo momento, evitando así la legionela. En invierno, el sistema solar sigue contribuyendo a la calefacción a baja temperatura. La bomba de calor sólo interviene si el sistema solar térmico no puede proporcionar suficiente agua caliente sanitaria o temperatura del suelo. La superficie de los colectores de la instalación solar térmica, de más de 40 metros cuadrados, es suficientemente grande para ello. Los colectores del tejado del fabricante austriaco Sonnenkraft están orientados de forma óptima hacia el sur en el tejado inclinado a 45°, garantizando así un alto rendimiento solar. La bomba de calor Vaillant, tipo VWS 22 /1P, tiene una potencia calorífica de 22,6 kW. Con 25 % de energía motriz, genera los 75 % restantes a partir de la energía solar almacenada en el entorno. El suelo, las aguas subterráneas y el aire exterior se utilizan como fuentes de calor. En un proceso circular -conocido como proceso de Carnot-, el calor extraído del medio ambiente se lleva a un nivel de temperatura más alto y se utiliza así para calefacción. "Mi decisión a favor de una bomba de calor estaba clara desde el principio. En mi opinión, es la forma mejor y más progresista de proporcionar calefacción y confort de agua y permite una calefacción rentable y respetuosa con el medio ambiente que me hace independiente de los proveedores de energía", dice Freß, explicando sus razones para elegir una bomba de calor.
Final feliz
Freß, propietario de un edificio y comerciante especializado, está muy satisfecho con la solución para su sistema de calefacción: "El rendeMIX resolvió todos mis problemas de un plumazo al permitir una utilización inteligente de los rendimientos solares gracias a la conexión hidráulica especial de las vías de flujo", resume Freß. Sobre todo, se mostró encantado con el amplio asesoramiento de Baunach, que -como él sabe como experto- desgraciadamente no siempre se da por supuesto. Los expertos de Hückelhoven no sólo suministraron su producto único, sino que también desarrollaron todo el concepto de calefacción, incluido un plan hidráulico y eléctrico coloreado, hablaron con el fabricante de la bomba de calor y se convencieron in situ del correcto funcionamiento del sistema, que desde entonces funciona a la perfección.
El sistema solar térmico y la bomba de calor proporcionan conjuntamente un suministro de calor fiable
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