Curso de Sustitución de la contribución solar para ACS por bomba de calor: 8. Justificación del CTE (desde diciembre 2019)

En la octava clase del curso de Sustitución de la contribución solar para ACS por bomba de calor vamos a justificar que el sistema que hemos diseñado cumple con las condiciones requeridas para poder sustituir la aportación solar exigida por el CTE, considerando la redacción en vigor desde diciembre de 2019, a raíz de la la modificación contenida en el Real Decreto 732/2019, de 20 de diciembre, por el que se modifica el Código Técnico de la Edificación, aprobado por el Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo.

Te recuerdo que la fecha de entrada en vigor del citado Real Decreto fue el 28 de diciembre de 2019, contando con un periodo de aplicación voluntaria de seis meses que en principio finalizaba el 27 de junio de 2020, si bien dicha fecha resulto modificada por el estado de alarma decretado por el COVID-19, como te explico en la lección anterior.

Criterios para justificar la sustitución de la energía solar

Vamos a recordar de forma breve los criterios para poder sustituir la contribución de energía solar térmica para agua caliente sanitaria por otras formas de energía que de deducen de la nueva redacción del CTE; como puedes ver a continuación ahora ya no necesitamos compararnos con el sistema de referencia, siendo los criterios como sigue:

• El SCOP o SPF de la(s) bomba(s) de calor debe ser mayor que 2,5 en las condiciones de funcionamiento, para que pueda considerar renovable parte de la energía producida con bomba de calor.
• En el caso de que la demanda de agua caliente sanitaria a 60ºC calculada como se indica en el HE 4 sea inferior o igual a 5.000 litros/día, la fracción de calor procedente de fuentes renovables debe ser del 60%; si la demanda de ACS supera los 5.000 litros/día la cobertura con energías renovables debe ampliarse hasta el 70%.

Ten en cuenta que no todo el calor generado con la bomba de calor tiene la consideración de renovable, puede considerarse como renovable la fracción de energía llamada E_res y calculada como sigue:

Siendo el Q_usable el calor generado por las bombas de calor.

En el vídeo resolvemos el cálculo para el ejemplo que hemos venido desarrollando a lo largo del curso. A continuación puedes encontrar la hoja de cálculo con la solución al ejercicio. Recuerda que si tienes dudas puedes hacérmelas llegar a través del servicio de soporte para suscriptores.

Solución del ejercicio

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Curso de Sustitución de la contribución solar para ACS por bomba de calor: 7. Justificación del CTE (hasta diciembre 2019)

Dedicaremos la séptima clase del curso de Sustitución de la contribución solar para ACS por bomba de calor a justificar que el sistema que hemos diseñado cumple con las condiciones requeridas para poder sustituir la aportación solar exigida por el CTE.

Debes tener en cuenta que lo expuesto en esta lección solo es válido para la redacción del CTE previa a la modificación contenida en el Real Decreto 732/2019, de 20 de diciembre, por el que se modifica el Código Técnico de la Edificación, aprobado por el Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo.

La fecha de entrada en vigor del citado Real Decreto fue el 28 de diciembre de 2019, contando con un periodo de aplicación voluntaria de seis meses que en principio finalizaba el 27 de junio de 2020.

Como resultado de la declaración del estado de alarma por el COVID-19, el 14 de marzo de 2020 se suspendieron los plazos administrativos; dichos plazos se reanudaron el 1 de junio de 2020 (79 días después).

En el momento de escribir esta lección no hay pronunciamiento oficial acerca de si el CTE seguirá la misma dinámica de plazos, aunque es previsible que el periodo de aplicación voluntaria se extienda al menos 79 días, en virtud a lo expuesto en la nota informativa publicada en la página oficial del CTE.

En cualquier caso ten en cuenta que en el momento que el Real Decreto 732/2019, que modifica el CTE, deje de ser voluntario para pasar a ser obligatorio, la justificación presentada en esta lección dejará de ser valida.

Criterios para justificar la sustitución de la energía solar

Aunque ya los hemos tratado en las lecciones anteriores, cabe recordar los tres criterios que debemos cumplir para poder justificar la sustitución de la energía solar por un sistema alternativo, si nos basamos en el CTE previo al 28 de diciembre de 2019.

Partimos de un sistema «virtual» de referencia, formado por una instalación solar térmica con la cobertura solar mínima obligatoria y una caldera de gas natural con eficiencia estacional 0,92 y lo comparamos con el sistema proyectado, debiendo cumplirse tres condiciones:

• El SCOP o SPF de la(s) bomba(s) de calor debe ser mayor que 2,5 en las condiciones de funcionamiento, para que pueda considerar renovable parte de la energía producida con bomba de calor.
• El consumo de energía primaria no renovable del sistema proyectado debe ser inferior o igual al del sistema de referencia.
• Las emisiones de CO₂ del sistema proyectado deben ser inferiores o iguales a las del sistema de referencia.

En el vídeo que os dejo a continuación vemos cómo obtener el SCOP de las bombas de calor a partir de su ficha técnica y cómo calcular el consumo de energía primaría, las emisiones de CO₂ del sistema proyectado.

Solución del ejercicio

Si has llegado hasta este punto, es probable que ya tengas tu propia hoja de cálculo con el desarrollo del ejemplo del curso, pero si buscas ganar un poco de tiempo, aquí te dejo la solución.

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Curso de Sustitución de la contribución solar para ACS por bomba de calor: 6. Esquema de principio

En la sexta clase del curso de Sustitución de la contribución solar para ACS por bomba de calor vamos a comentar el esquema de principio de la instalación de producción de agua caliente sanitaria que tenemos pensado.

Tal y como te adelanté en las lecciones anteriores, nuestro esquema va a constar de dos etapas, que materializaremos mediante dos interacumuladores de ACS instalados en serie en lo que respecta al agua de consumo humano.

Interacumulador calentado con bombas de calor

Escogeremos un primer interacumulador de 1.000 litros, que deberá tener serpentín con superficie extendida para calentamiento con energías renovables. Al primario del serpentín conectaremos las dos bombas de calor en paralelo. Cuando lo hagamos de esta forma, debemos asegurarnos de dos cosas: primero que las bombas de agua de las unidades interiores de las bombas de calor disponen de altura suficiente para vencer la pérdida de carga del serpentín, si no es así, deberemos instalar una aguja hidráulica y una segunda bomba; lo segundo que debemos verificar es que la superficie del intercambiador es suficiente.

Si trabajamos con bombas de calor con compresor todo – nada debes elegir serpentines con superficies del orden de 1 m² por cada 6 kW de potencia térmica a entregar; si los compresores son inverter puedes reducir este ratio hasta 1 m² por cada 4 kW.

Recuerda que la temperatura de consigna de este primer acumulador será de 45ºC.

Interacumulador de apoyo

Como se trata de un local de pública concurrencia, debemos cumplir el Real Decreto 865/2003, de 4 de julio, por el que se establecen los criterios higiénico-sanitarios para la prevención y control de la legionelosis, y esto nos obliga a que el último acumulador antes de los puntos de consumo se encuentre a 60ºC. Para lograr esto instalaremos un acumulador de apoyo de 500 litros, que se encontrará en serie y a continuación del indicado en el apartado anterior. Este acumulador lo calentaremos con una caldera de condensación de gas natural, que nos ofrece un más que aceptable rendimiento estacional trabajando a alta temperatura.

Retorno de agua caliente sanitaria

Una cuestión clave para el funcionamiento correcto de la instalación es la conexión del retorno de agua caliente sanitaria, que debemos hacer de modo que no interfiera en el comportamiento de las bombas de calor, como te explico en el vídeo de la lección.

Esquema de principio DWG / PDF

A continuación puedes encontrar el esquema de principio en formato DWG y PDF (en el mismo archivo comprimido). Puedes descargarlo y usarlo en tus proyectos, siendo tú único responsable del uso que le des. Si tienes alguna duda, recuerda que puedes plantearla a través del servicio de soporte para suscriptores.

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Curso de Sustitución de la contribución solar para ACS por bomba de calor: 5. Rendimiento estacional de la bomba de calor

Dedicaremos las quinta clase del curso de Sustitución de la contribución solar para ACS por bomba de calor a explicar el concepto de rendimiento estacional, indicando los medios que tenemos para obtenerlo.

El COP o coeficiente de prestación

Cuando dedicamos una máquina frigorífica funcionando según el ciclo de Carnot inverso tenemos lo que se llama una bomba de calor. Para poder estimar lo bien que está haciendo una bomba de calor su trabajo calculamos un coeficiente de rendimiento que relaciona la potencia térmica cedida en el foco caliente Q_c con la potencia eléctrica absorbida por la máquina W (ambos símbolos con punto encima); este coeficiente recibe el nombre de COP y se puede expresar como sigue:

Con ambas potencias expresadas en las mismas unidades (por ejemplo kW). Ocurre que el COP de una bomba de calor está muy condicionado por la diferencia de temperatura que existe entre los focos de la máquina frigorífica. Si hablamos de una bomba de calor aire – agua, que toma el calor del aire exterior para calentar agua caliente sanitaria, el rendimiento del equipo será mucho mejor en periodos cálidos, cuando el aire exterior está más caliente, que en periodos fríos. Por este motivo, las prestaciones de las bombas de calor también serán mejores en climas templados y cálidos que en climas fríos.

Rendimiento estacional

Por ese motivo se define el rendimiento estacional, que relaciona la energía térmica E_t producida a lo largo de un periodo de tiempo con la energía eléctrica E_e consumida para producirla. Este rendimiento estacional se denomina SCOP o SPF y se puede expresar como:

Como te explico en el vídeo, existen varios enfoques para obtener el rendimiento estacional, uno basado en un documento reconocido publicado por IDAE y los demás a partir de datos de ensayo de los equipos obtenidos por el fabricante con arreglo a normas EN. Te aconsejo ver el vídeo y la lectura de los dos documentos imprescindibles que te dejo a continuación (uno de ellos el citado del IDAE).

Documentos de consulta

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Curso de Sustitución de la contribución solar para ACS por bomba de calor: 4. Consumo y emisiones del sistema de referencia

En la cuarta clase del curso de Sustitución de la contribución solar para ACS por bomba de calor veremos cómo calcular el consumo de energía primaria no renovable y las emisiones de dióxido de carbono (CO₂) del sistema de referencia.

Este cálculo será necesario si estamos justificando el cumplimiento de la versión del CTE anterior a la modificación publicada el 27 de diciembre de 2019 (RD 732/2019); recuerda que la versión antigua podrá aplicarse hasta mediados de 2020 (en la fecha de redacción no hay certeza sobre la fecha concreta).

Si ya ha terminado el periodo de aplicación voluntaria de la nueva redacción del CTE, puedes saltarte esta lección, dado que no te resultará útil.

En inciso número 5 del apartado 2.2.1 de la sección HE 4 (redacción anterior a diciembre de 2019) nos dice lo siguiente:

Para poder realizar la sustitución se justificará documentalmente que las emisiones de dióxido de carbono y el consumo de energía primaria no renovable, debidos a la instalación alternativa y todos sus sistemas auxiliares para cubrir completamente la demanda de ACS, o la demanda total de ACS y calefacción si se considera necesario, son iguales o inferiores a las que se obtendrían mediante la correspondiente instalación solar térmica y el sistema de referencia que se deberá considerar como auxiliar de apoyo para la demanda comparada.

Para obtener el consumo de energía primaria no renovable y las emisiones de dióxido de carbono basta con multiplicar el consumo de energía final por los factores de paso recogidos en el documento reconocido del RITE titulado «FACTORES DE EMISIÓN DE CO2 y COEFICIENTES DE PASO A ENERGÍA PRIMARIA DE DIFERENTES FUENTES DE ENERGÍA FINAL CONSUMIDAS EN EL SECTOR DE EDIFICIOS EN ESPAÑA«.

Para obtener el consumo de energía final necesitaremos dividir la demanda anual de energía entre el rendimiento estacional del equipo generador. En el siguiente vídeo puedes ver el proceso para el sistema de referencia.

Curso de Sustitución de la contribución solar para ACS por bomba de calor: 3. Demanda energética para la producción de ACS

Dedicaremos la tercera clase del curso de Sustitución de la contribución solar para ACS por bomba de calor a calcular la energía demandada mensual y anualmente para producir agua caliente sanitaria.

Este cálculo es independiente del sistema proyectado, dado que solo estamos determinando la cantidad de calor necesario para calentar el agua; esta cantidad de calor dependerá de la masa de agua que queramos calentar, del calor específico del agua (4,186 kJ/kg·K) y de la diferencia entre la temperatura inicial (usaremos la media mensual del agua fría) y la temperatura final.

Si convertimos la masa en volumen (V = m / ρ) y pasamos el calor específico a Wh/kg·K (1 kJ = 3,6 Wh) obtendremos la energía en Wh; si dividimos la expresión entre 1.000 Wh/kWh el resultado vendrá expresado en kWh, resumiéndose en la expresión siguiente:

Energía [kWh] = [ V · 1,16 Wh/(litro · K) · Δt ] / 1.000 Wh/kWh

Siendo:

V: Volumen de agua [litros]

1,16 Wh/(litro·K) el calor específico del agua en las unidades indicadas

Δt: El salto térmico en grados centígrados.

En el siguiente video tienes la explicación detallada del proceso.