Guía técnica. Diseño de centrales de calor eficientes

1 E F I C I E N C I A Y A H O R R O E N E R G T I C O. Edificios Gu a t cnica Ahorro y Eficiencia Energ tica en Climatizaci n Dise o de centrales de calor eficientes GOBIERNO MINISTERIO. DE ESPA A DE INDUSTRIA, TURISMO. Y COMERCIO. E F I C I E N C I A Y A H O R R O E N E R G T I C O. Edificios Gu a t cnica Ahorro y Eficiencia Energ tica en Climatizaci n Dise o de centrales de calor eficientes GOBIERNO MINISTERIO. DE ESPA A DE INDUSTRIA, TURISMO. Y COMERCIO. T TULO. Gu a t cnica de dise o de centrales de calor eficientes AUTOR. La presente gu a ha sido redactada por la Asociaci n T cnica Espa ola de Climatizaci n y Refrigeraci n (ATECYR) para el Instituto para la Diversificaci n y Ahorro de la Energ a (IDAE), con el objetivo de promocionar la eficiencia en el uso final de la energ a en los edificios.

2 AGRADECIMIENTOS. Agradecemos a todas las personas que han participado en la elaboraci n de esta gu a y en particular a D. Ricardo Garc a San Jos y al Comit T cnico de ATECYR responsable de su revisi n t cnica.. Esta publicaci n est incluida en el fondo editorial del IDAE, en la serie Ahorro y Eficiencia Energ tica en Climatizaci n . Cualquier reproducci n, total o parcial, de la presente publicaci n debe contar con la aprobaci n del IDAE. ISBN: 978-84-96680-55-5.. IDAE. Instituto para la Diversificaci n y Ahorro de la Energ a c/ Madera, 8. E - 28004 - Madrid Madrid, junio de 2010. ndice 1 Objeto .. 5. 2 Combusti n y combustibles .. 7. Combusti n .. 7. Poderes calor ficos .. 8. Densidad relativa .. 9. Emisi n de contaminantes.

3 10. 3 Conjunto t rmico .. 13. Quemadores .. 13. Calderas .. 15. Componentes del sistema de evacuaci n de humos .. 17. 4 Tipos de calderas .. 21. Condensaciones en el lado de humos .. 21. Tipos de calderas .. 27. Directiva 92/42/CEE .. 28. Directiva 2005/32/CEE .. 31. 5 Rendimiento del conjunto quemador/caldera/chimenea .. 33. Rendimiento de la combusti n .. 33. P rdidas por la envolvente de la caldera (Q rc) .. 33. Rendimiento de generaci n instant neo .. 34. Rendimiento medio estacional .. 34. C lculo del rendimiento medio estacional .. 36. 6 Instalaci n de calderas de potencia superior a 70 kW .. 39. Bancadas .. 39. Llaves de corte y vaciado .. 39. V lvulas de seguridad .. 39. Presostatos .. 40. Expansi n .. 40. Termostatos.

4 41. Term metros .. 41. Contadores de horas y energ a .. 42. Caudal m nimo .. 42. Temperatura m nima de retorno .. 43. Recogida de condensados .. 43. Protecci n ac stica de los quemadores mec nicos .. 44. Evacuaci n de humos .. 44. Datos m nimos necesarios que se solicitan al fabricante .. 46. 7 Temperaturas de funcionamiento de circuitos t rmicos .. 47. Calefacci n .. 47. Agua caliente sanitaria .. 48. Climatizaci n .. 48. Piscinas .. 48. 8 Central de producci n de calor .. 49. Objetivos de la central t rmica .. 49. Circuitos hidr ulicos habituales de la central t rmica .. 51. Otros circuitos hidr ulicos .. 56. Requisitos b sicos del sistema de control .. 57. Anexo 1: Normativa .. 59. Anexo 2: Bibliograf a .. 61. Objeto El objeto de la presente gu a es definir los aspectos de Los rendimientos instant neo y de generaci n esta- las centrales de producci n de calor con mayor influen- cional se analizan en el cap tulo 4; con los mismos se cia en el rendimiento de las instalaciones de calefacci n tienen los detalles con mayor influencia en la eficiencia y ACS, proporcion ndose unos criterios que sirvan a los energ tica de la producci n t rmica.

5 Proyectistas para seleccionar las instalaciones m s adecuadas a los edificios en estudio. En el cap tulo 5 se detallan los aspectos, tanto t cnicos como reglamentarios, a respetar en la instalaci n de El contenido de la misma se centra en las nuevas insta- calderas de m s de 70 kW. laciones. En las reformas los criterios aplicables son los mismos, pero teniendo en cuenta las limitaciones que En el cap tulo 6 se indican las temperaturas de funcio- imponen los espacios disponibles. namiento habituales de los servicios t rmicos de los edificios; estas temperaturas son determinantes para la En primer lugar se tratan las caracter sticas de los com- selecci n de los tipos de calderas m s adecuados para bustibles m s empleados en las instalaciones t rmicas cada aplicaci n.

6 De los edificios, con el fin de destacar los detalles m s interesantes para la obtenci n de los mejores rendi- Por ltimo, en el cap tulo 7 se describen diferentes es- mientos y menores emisiones de contaminantes. quemas de principio que, cumpliendo los requisitos t cnicos y de seguridad, permiten obtener rendimientos En el segundo cap tulo se contemplan los componen- elevados. Los esquemas mostrados deben ser tomados tes de la producci n de calor : quemadores, calderas y como ejemplos de las m ltiples soluciones posibles, chimeneas. siendo los propios proyectistas los que deben adoptar las soluciones m s apropiadas a cada caso. En el cap tulo 3 se definen los diferentes tipos de calde- ras, siendo las mismas el componente m s importante El documento se complementa con un anexo con la regla- de la generaci n de calor .

7 Mentaci n aplicable y otro con la bibliograf a b sica. 5. Combusti n y combustibles En las centrales t rmicas de los edificios el calor se ob- Las consideraciones siguientes se refieren al uso de tiene de la combusti n de los combustibles, por lo que aire como comburente, ya que es el utilizado en todas en primer lugar es necesario recordar las caracter sti- las instalaciones de calderas. cas fundamentales de los mismos. La estequiometr a de la combusti n se ocupa de las relaciones m sicas y volum tricas entre reactivos y pro- ductos; los aspectos a determinar son principalmente: Combusti n Aire necesario para la combusti n. La combusti n es un conjunto de reacciones de oxida- ci n con desprendimiento de calor que se producen Productos de la combusti n generados y su entre dos elementos: el combustible, que puede ser composici n.

8 S lido (pellets, carb n, madera, etc.), l quido (gas leo, etc.) o gas (natural, propano, etc.) y el comburente, ox - Para predecir estas cantidades es preciso referirse a un geno; se distingue de otros procesos de oxidaci n por proceso ideal que dependa exclusivamente de la natu- obtenerse el mantenimiento de una llama estable. raleza del combustible. Para que la combusti n tenga lugar han de coexistir Para definir este proceso ideal se consideran los tipos tres factores, de modo que si falta alguno de ellos la de combusti n que pueden darse: combustiones com- combusti n no puede llevarse a cabo. Estos componen- pletas e incompletas. tes son: Combustible. Combusti n completa Comburente. Conduce a la oxidaci n total de todos los elementos que constituyen el combustible.

9 En el caso de hidrocarburos: Energ a de activaci n. Carbono: CO2. El comburente universal es el ox geno, por lo que en la pr ctica se utiliza el aire, ya que su composici n b si- Hidr geno: H2O. ca es 21% ox geno (O2) y 79% nitr geno (N2); la energ a de activaci n es el desencadenante de la reacci n de Azufre: SO2. combusti n. Nitr geno: N2. Los combustibles, al margen de que sean s lidos, l quidos o gaseosos, est n compuestos, b sicamen- Ox geno: participar como oxidante. te, por carbono (C) e hidr geno (H). Adem s de estos componentes principales tienen otros como azufre (S), El nitr geno se considera como masa inerte, si bien a humedad (H2O), cenizas, etc. las altas temperaturas de los humos pueden formarse 7. Gu a t cnica Dise o de centrales de calor eficientes xidos de nitr geno en peque as proporciones (del or- n = 1 : combusti n estequiom trica.)

10 Den de 0,01%). n < 1 : defecto de aire, se dice que la mezcla es rica. Poder combur voro n > 1 : exceso de aire, se dice que la mezcla es pobre. Es la cantidad de aire seco m nima, medida en condicio- Para una correcta combusti n debe lograrse una buena nes normales (T = 0 C y P = 1 atm), necesaria para la mezcla del combustible con el aire; en este sentido los combusti n completa y estequiom trica de la unidad de combustibles gaseosos presentan mayor facilidad de combustible. mezcla que los l quidos y stos a su vez m s que los s - lidos; por ello pueden alcanzarse menores excesos de Unidades habituales: Nm3/kg combustible, Nm3/Nm3 aire con los combustibles gaseosos. combustible (*). Es un par metro que depende nicamente de la compo- sici n del combustible, por lo que puede tabularse con Poderes calor ficos facilidad.