Los sistemas híbridos de calefacción y la producción de ACS
España cuenta con un amplio parque de calderas, la mayoría destinadas tanto a la generación de calor (calefacción) como a la producción de agua caliente (ACS). Si bien su eficiencia es elevada en los meses en que se necesita tanto calefacción como ACS, en verano se encienden prácticamente en exclusiva para calentar agua. En ese periodo, la caldera funciona en ciclos cortos, pero las emisiones de CO2 siguen emitiéndose con cada arranque (momento en el que son más elevadas).
Para evitar esto y seguir avanzando hacia la descarbonización se puede optar por un sistema híbrido, completando nuestra caldera con un sistema de solar o una bomba de calor. De esta manera podemos evitar el arranque de las calderas durante los meses en los que no necesitemos calefacción, con el consiguiente ahorro de combustible y reducción de emisiones de CO2.
El paso a un sistema híbrido
El paso a un sistema híbrido ya no significa (como lo era hace unos años) el cambio de todo el sistema de emisores. Además de la existencia en el mercado de muchos modelos que pueden sustituir una caldera con impulsión superior a 60ºC en calefacción, en el caso de querer mantener la fiabilidad de la caldera se puede conservar el sistema y añadir la bomba de calor creando un sistema híbrido.
Los actuales sistemas híbridos de calefacción no solo son capaces de utilizar varias fuentes de energía para calefacción y producción de ACS, sino que además abren la posibilidad de aprovechar el calor para otros usos (como, por ejemplo, el calentamiento de una piscina) y prestar diferentes servicios como refrigeración y ventilación.
De acuerdo con el artículo “Sistemas híbridos de calefacción y producción de ACS” elaborado recientemente por la Comisión Técnica de Fegeca, para tener la posibilidad de hibridar varios sistemas en un futuro hay que preverlo desde el inicio. Así, si por ejemplo se quisiera completar una caldera de condensación con un sistema solar térmico unos años más tarde, se debería haber previsto desde un inicio la instalación de un depósito de inercia o un depósito combinado. En el caso de decantarse inicialmente por una bomba de calor, posteriormente se podría añadir un sistema solar térmico o solar fotovoltaico.
Diferentes sistemas híbridos
Una instalación de calefacción híbrida combina diferentes fuentes de energía en un único sistema, que puede estar formado por dos o más generadores de calor distintos. Pero, ¿qué combinaciones tienen sentido desde el punto de vista económico y de eficiencia energética? Algunos de los sistemas híbridos, caracterizados por su flexibilidad y la posibilidad de ampliación posterior, son los siguientes:
– Sistemas bivalentes. Son aquellos que cuentan con al menos dos generadores de calor y aprovechan las ventajas de cada fuente: la fiabilidad, seguridad y rapidez de una caldera frente a la reducción de costes y emisiones de las energías renovables. Al ahorro de costes y la reducción de emisiones contribuye la integración en el sistema de, al menos, una fuente de calor procedente de energías renovables.
– Hibridación con energía solar térmica. Una instalación solar adecuadamente dimensionada en combinación con una bomba de calor permite un aporte renovable muy elevado, que puede llegar a ser cercano al 100% en los meses estivales cuando la radiación solar es más alta.
Aunque esta opción es la más extendida actualmente, sobre todo en obra nueva, no es la única posibilidad. Una de las combinaciones más comunes es la de caldera de gasóleo o gas con una instalación de energía solar térmica, y tras la aprobación del RD 732/2019 con el que se realizaron importantes modificaciones en el Código Técnico de Edificación (CTE) -especialmente en su sección HE4 sobre contribución mínima de energía renovable para cubrir la demanda de ACS- se amplía la variedad de aplicaciones de los sistemas híbridos en la construcción de viviendas, además de la bomba de calor, con el uso de biomasa o cogeneración renovable.
– Hibridación con energía solar fotovoltaica. Una opción más que ha llegado recientemente a los sistemas híbridos es la solar fotovoltaica para apoyar, por ejemplo, a la bomba de calor e incrementar su aporte renovable. Esto también requiere más capacidad en temas de regulación y control.
– Hibridación con biomasa. Las calderas de biomasa pueden ser otro elemento con el que completar un sistema. Igual que pasa con las bombas de calor, hay que contar en la instalación con un depósito de inercia de gran volumen. Una vez que se ha encendido la caldera, no se puede apagar y tiene que ceder todo el calor al tanque de acumulación de calor. Las temperaturas de funcionamiento suelen ser más altas que en calderas de condensación y se puede aprovechar para calentar ACS o en circuitos de calefacción para radiadores.
La necesidad de la acumulación y la regulación
Un sistema híbrido requiere de dos componentes imprescindibles: la acumulación y la regulación. La acumulación es la parte central de una instalación híbrida, donde se almacena la energía en forma de agua caliente en un depósito bien aislado. Es aquí donde se juntan todas las entradas de los diferentes generadores y las salidas a los consumidores, como la producción de ACS o los radiadores de calefacción.
Debido al aumento del uso de las energías renovables, los requisitos de los sistemas de calefacción y de calentamiento de ACS son cada vez mayores. Actualmente se ofrecen todo tipo de acumuladores avanzados para prácticamente todas las aplicaciones y capacidades. En general, se distingue entre tanques de almacenamiento para:
– Calentamiento de ACS.
– Depósitos de inercia para calefacción.
– Acumulador combinado de calefacción y de ACS.
El sistema híbrido más utilizado, sin duda alguna, es el calentamiento de ACS mediante colectores solares que transfieren el calor a un interacumulador que abastece a la vivienda. El momento de consumo del agua caliente no suele coincidir con el momento en que la instalación solar la produce, por este motivo la acumulación es indispensable. Y en esto se basa la gran ventaja de los acumuladores modernos: que son capaces de mantener el calor recogido por un sistema durante el día y suministrarlo a la hora deseada por la tarde, llegando a evitar incluso el arranque del generador de calor auxiliar durante el verano.
El error más frecuente que se comete en las instalaciones, desde el punto de vista energético, es seleccionar un depósito de inercia o acumulador demasiado pequeño o incluso prescindir de él. Debido al escaso espacio que se deja en obra nueva para una sala técnica o por cuestiones de presupuesto, se reduce su tamaño para ahorrar costes de inversión. Pero este ahorro es mínimo comparado con lo que se puede alcanzar a lo largo del ciclo de vida de la instalación.
Por su parte, la regulación es lo que se podría denominar como el “ordenador central” de la instalación, que cobra mayor importancia en el caso de un sistema híbrido. El control tiene como primera tarea la toma de datos de los diferentes elementos que componen la instalación, además de conocer la temperatura exterior y la temperatura ambiente de los diferentes espacios a calentar o enfriar.
En función de los datos obtenidos y, de la demanda, es el encargado de activar los generadores, las bombas de circulación, válvulas desviadoras y de mezcla. En un sistema híbrido el control tiene que tomar en cuenta muchos más factores que en una instalación convencional sencilla, porque no se trata sólo de que el sistema funcione, sino que debe hacerlo de manera óptima y dando preferencia a las energías renovables siempre que estén disponibles.
Entre las combinaciones de equipos que pueden trabajar hibridados para climatizar edificios y producir ACS están tomando mayor protagonismo los ciclos de absorción que aprovechan el calor residual de un sistema de cogeneración, una pila de combustible, un sistema solar térmico o incluso una caldera compatible en el futuro para trabajar con gases para la combustión renovables.
El artículo completo se puede consultar en este enlace.
AUTOR: Comisión Técnica de FEGECA
