IRSC, Sascha Severin
Sistemas Integrados en Instalaciones de Energías Renovables
Gorka Goiri
León, 17 de Marzo de 2010
Vaillant Group de un vistazo
– Vaillant Group es una compañía internacional, que centra su actividad en las tecnologías de calefacción y aire acondicionado.
– Vaillant Group desarrolla y fabrica productos hechos a medida, sistemas y servicios para calefacción, refrigeración y agua caliente.
– El grupo cuenta con alrededor de 13.000 empleados.
– Desde su fundación en 1874, Vaillant Group es
una empresa familiar.
Presencia Internacional
Vaillant Group está presente de forma activa con plantas de producción y desarrollo en los principales mercados europeos
1 Vaillant Group Oficinas Centrales 2 Calderas Murales
3 Calderas de Suelo 4 Calentadores a gas 5 Aparatos eléctricos
6 Sistemas de aire acondicionado 7 Otros productos (acumuladores, módulos, componentes
electrónicos) 8 Joint venture
9 Investigación y Desarrollo 10 Productos domésticos 11 Energías Renovables 12 Radiadores
Productos y servicios de reconocido prestigio
Los productos de Vaillant Group han conseguido en los últimos 6 años más de 60 reconocimientos y premios por su calidad
auroMATIC 560 (Vaillant) actoSTOR
(Vaillant)
atmoCRAFT, vrnetDIALOG,
ecoTEC (Vaillant)
Bomba de calor geotérmica geoTHERM (Vaillant)
Controls
Abarcamos el 90% de productos en el sector de la climatización
Líderes en Innovación y Tecnología
Regulación y control
Gas
Calderas murales de condensación
Aire Acondicionado Atención al cliente
Gas/oil
Calderas de condensación
de pie
Tierra, aire, agua
Bombas de calor
Sol
Sistemas de energía solar térmica
Madera
Caldera de pellets
Líderes en Innovación y Tecnología
– Un equipo de I+D con 530 empleados en el total de los centros de innovación del Grupo.
– 50 nuevas patentes cada año.
– Vaillant Group ostenta un total de más de 3.000 patentes.
Orientación a los profesionales y usuarios finales
– Demandamos una constante mejora en la calidad del servicio y satisfacción del cliente.
– Apoyo eficiente al cliente via Internet con sistemas como vrnetDIALOG (Vaillant): parametrización, diagnóstico y señalización remotos.
– Formación intensiva, la mayoría sin coste.
300 L - Ø750 x 1900 1000 L - Ø1000 x 2200 2000 L - Ø1400 x 2400
Versiones en: 300 L – 500 L – 800 L – 1000 L – 1500 L – 2000 L
allSTOR Sistema de acumulación de energía multicombustible
Almacenar el sol en el depósito
Agua: un medio de almacenamiento ideal
Elevado calor específico
Al perder densidad con la temperatura, permite mantener diferentes capas de temperatura de tal forma que el agua fría y la caliente no se mezclan (el agua a 90 ºC pesa aprox. 1,5 % menos que a 10 ºC)
La baja conductividad térmica del agua dificulta el intercambio de calor entre los estratos de agua caliente y fría
Sistemas de producción del ACS con apoyo solar
Producción solar del ACS
Actualmente es de obligado cumplimiento en obra nueva el apartado HE 4 del CTE que obliga a la utilización de energía solar para la producción de ACS
Mediante la utilización de depósitos convencionales y un equipo complemen- tario es posible el aprovechamiento solar para la producción de ACS.
El almacenamiento de energía
Instalaciones solares para apoyo a calefacción
Grado de cobertura del 35% aprox. de la demanda total
Un dimensionamiento del campo de captadores para conseguir un apoyo a la calefacción durante el invierno necesariamente produce excesos de energía que generará períodos de estancamiento durante el verano
Mediante la utilización de sistemas de calefacción y acumulación diseñados para tal efecto es posible el aprovechamiento de la energía solar para el apoyo a la calefacción.
Los elementos de la instalación solar (vaso de expansión, amortiguador de temperatura, etc..) deben de dimensionarse para configurar una instalación segura para el estancamiento
Los costos de mantenimiento de una instalación solar para el apoyo a la calefacción solar no son superiores, los elementos a mantener son los mismos.
Las normativas actuales promueven el aumento del nivel de aislamiento de los edificios con la consiguiente disminu- ción de la potencia demandada
Mediante la utilización de sistemas de calefacción, acumulación y emisión diseñados para tal efecto es posible el aprovechamiento de la energía solar para el apoyo a la calefacción.
La utilización de varios depósitos impli- ca complicaciones en su ejecución y control.
Apoyo solar a la calefacción
Sistemas de calefacción con apoyo solar
En cambio, los depósitos multi-energía (combi) facilitan la utilización eficiente de la energía solar para varios usos (apoyo a calefacción) y simplifican la regulación del sistema.
Es posible llegar a coberturas de aprox. el 35% de la demanda total del edificio (ACS + calefacción)
Depósito solar = Almacenamiento de energía
La disponibilidad de energía solar y el consumo de agua caliente no tienen por que coincidir en el tiempo por lo que debe de ser almacenada en un depósito.
Un criterio de elección del depósito es su capacidad estratificadora
Las zonas de diferentes temperaturas (estratos) deben permanecer inalterables durante largos períodos de tiempo (incluso cuando se consume agua caliente)
La estratificación se favorece mediante:
Relación altura/forma (2:1)
En acumuladores de carga por estratificación mediante tubos o columnas de estratificación.
Tipos de depósito
Depósito de ACS (bivalente)
Válido para agua caliente sanitaria rica en oxígeno
El propio agua caliente sirve como acumulación
Normalmente son depósitos vitrificados o de acero inoxidable
La energía solar se aporta al intercambiador inferior
En la parte superior se encuentra otro
intercambiador mediante el cual la caldera se encarga de calentar la parte de disposición de ACS hasta la temperatura de confort
Tipos de depósito
Depósito combi El agua se acumula en un circuito cerrado
Pueden ser de acero convencional (acero al carbono)
En la zona superior se encuentra el volumen de disposición para el calentamiento de ACS
En la zona media se encuentra la zona para calefacción
El intercambiador solar se encuentra en la zona baja del depósito o puede ser externo (int. de placas)
Sirven de depósito de inercia para la caldera
El ACS se prepara al paso, en un depósito interno o mediante un intercambiador de placas a contra flujo
No es necesario un intercambiador adicional para la preparación de ACS
Depósito combi
Depósito combi con preparación de ACS al paso integrada
Tipos de depósito
Depósito “Tank in Tank”
Es un depósito de inercia lleno de agua de calefacción con un segundo depósito de ACS en su interior
Dentro del segundo depósito se
acumula el ACS que es calentado por el agua de calefacción que lo rodea
El depósito de ACS suele ser de acero inoxidable (tiene mayor conductividad que el acero vitrificado)
Depósito “tank in tank”
Tipos de depósito
Depósito estratificador
En los depósitos estratificadores el calor solar de mayor nivel térmico se almacena directamente en la parte superior (zona de disposición), de esta forma se evita que la caldera arranque tan a menudo. La
estratificación se realiza de dos formas:
estratificación pasiva: mediante los elementos estratificadores dentro del depósito.
estratificación activa: el depósito de inercia se carga a diferentes niveles en función de la temperatura, para ello se utilizan válvulas diversoras
comandadas por la regulación
Módulo solar
Módulo de ACS
Depósito de inercia
Gestión de diferentes componentes en un único sistema Sistema allSTOR
Emisores
Generadores
Válvulas de corte Válvula
Bomba de carga Bomba de alta eficiencia Caudalímetro Sonda de presión Sonda de temperatura
2.)Bomba de carga Caudalímetro
Sonda de temp.
Mezcladora 1.)Bomba de circulación
(accesorio) 1.)
2.)
Caldera pellets
3.)
3.)
3.)
3.)
3.) 4 vainas para 3 sondas en total
Descripción funcional del sistema Sistema allSTOR
Caldera a gas
Bomba de calor
Uso optimizado de las fuentes de energía disponibles mediante estratificación y estrategias de regulación que utilizan válvulas mezcladoras, bombas de velocidad
variable y sensores de caudal y temperatura
Sistema de Calefacción
El sistema es controlado por tres sondas.
Si una temperatura baja del valor de consigna se transmite una demanda de calor.
Las fuentes de calor proporcionan los flujos térmicos en linea con la demanda.
Dependiendo de su temperatura, los flujos térmicos se almacenan en las corres- pondientes capas del depósito.
La unidad de ACS y los circuitos de calefacción controlados extraen el calor necesario en linea con la demanda del depósito tampón.
Si las sondas del depósito no detectan ninguna demanda de calor, el sistema intentará almacenar la energía solar para su uso (el depósito tampón se carga hasta su temperatura máxima de 95°C).
Descripción funcional del sistema Sistema allSTOR
Depósito Grupo de
carga solar
Grupo de ACS
IRSC, Sascha Severin
Estratificador solar
Retorno de módulo de ACS
Retorno circuitos de calefacción Ida generador de calor
Estructura y uso
Depósito
Descripción técnica Depósito
Funciones principales
Acumulación de energía térmica
Estratificación de diferentes niveles de temperatura con caudales de hasta 10 m³/h
ÎEvitar la mezcla en el depósito Funciones secundarias
Pérdidas térmicas mínimas
Purgado del sistema Otras Características
Gama de 300L – 2.000L
Instalación de los módulos solares y de ACS directamente al depósito
Flexibilidad: 4 posibles posiciones de las sondas
Vaillant auroSTOR VIH S 500 allSTOR VPS 500/2
Principales Características:
Calentamiento del agua hasta 95 °C Î mayor ganancia
Calentamiento de arriba hacia abajo (más rápido)
ACS y apoyo a calefacción solar
No es necesario ánodo (circuito cerrado)
No es necesaria protección antilegionela o depósito buffer
Î calentamiento instantáneo del agua (módulo de ACS)
Calentamiento del agua hasta 85 °C
Calentamiento de abajo a arriba (lento)
ACS solar
Ánodo de protección para la corrosión Î es necesario el mantenimiento
Protección anti legionela
Î es necesario calentar hasta 70 °C Î pérdidas de energía
Principales características:
Depósito
¿Cuáles son las ventajas de un depósito de inercia en comparación con un
simple depósito bivalente?
Principales características:
Calentamiento del agua hasta 85 °C
Calentamiento de abajo a arriba (lento)
ACS y apoyo a la calefacción solar
Ánodo de protección contra corrosión Î es necesario mantenimiento
Protección anti-legionella
Î es necesario calentar hasta 70 °C Î pérdida de energía
Volumen limitado de ACS
Principales características:
Vaillant auroSTOR VPS SC 1000 allSTOR VPS 1000/2
Depósito
¿Cuáles son las ventajas de un depósito de inercia con respecto a un depósito “tank in tank”?
Calentamiento del agua hasta 95 °C Î mayor ganancia
Calentamiento de arriba hacia abajo (más rápido)
ACS y apoyo a calefacción solar
No es necesario ánodo (circuito cerrado)
No es necesaria protección antilegionela o depósito buffer
Î calentamiento instantáneo del agua (módulo de ACS)
Instalaciones ‘high-flow’
El rango típico de caudal es de entre 30 – 50 L/(h·m2) de captador
Debido al elevado caudal el diferencial de temperatura entre la entrada y la salida de los captadores es bajo
El captador trabaja a un nivel térmico bajo por lo que el rendimiento del captador es elevado
Ejemplo de instalación forzada
“high-flow”
Instalaciones ‘low-flow’
Especialmente en instalaciones grandes a partir de 20 m2, el rango típico de caudal es bajo, de 10 – 15 L/(h·m2) de captador
De esta forma se pretende elevar más el nivel térmico del fluido solar
Este modo de funcionamiento permite trabajar con acumuladores de carga por estratificación calentando rápidamente la zona de disposición del depósito
Instalaciones ‘low-flow’
La zona de disposición alcanza rápidamente la temperatura de confort aún cuando la zona de intercambio solar permanece fría, esto:
• Aumenta el rendimiento de la instalación solar
• Evita arranques innecesarios de la caldera
Instalaciones ‘high-flow’, ‘low-flow’ y ‘matched-flow’
La estrategia de control “normal” de las insta- laciones de energía solar es de tal forma que se pretende mantener la temperatura de captadores lo más cercana posible a la temperatura del depósito
El caso de los depósitos estratificadores es una excepción, normalmente trabajan en régimen “Low-flow” de esta forma el depósito alcanza rápidamente una temperatura elevada en la parte superior
Las instalaciones tipo “matched-flow” funcio- nan a caudal variable. El caudal varía en fun- ción del diferencial de temperatura entre la salida de los captadores y el depósito solar.
Rango de caudales
Instalaciones ‘matched-flow’
El modo ‘matched-flow’ es una combinación de ambos modos de funcionamiento (‘low y high- flow’)
Es necesario disponer de una bomba de
caudal variable que pueda ser regulada según demanda
Para operar en este modo es necesario un acumulador estratificador.
Para alcanzar la temperatura demandada en la zona de disposición lo antes posible, el caudal del circuito solar es llevado al mínimo.
Al operar con bajo caudal el rendimiento de los captadores permanece bajo pero se evita que la caldera arranque.
Una vez alcanzada la temperatura demandada en la zona de disposición, el caudal aumenta.
Ejemplo de funcionamiento “matched-flow”
Módulo de carga solar
La unidad de carga solar transporta el calor desde el campo de captadores hasta el depósito tampón calentando el agua del depósito mediante un intercambiador de placas.
Incluye todos los grupos de montaje hidráulico y eléctrico necesarios.
No es necesaria ninguna sonda adicional para los captadores ni para el depósito.
La unidad de carga solar realiza automáticamente las siguientes funciones:
Ajuste del caudal
Eliminación del aire
Protección antihielo
Optimización para lograr la máxima ganancia solar
Visualización de la ganancia solar
Función y uso
1. Bomba del depósito 2. Bomba solar
3. Intercambiador de calor 4. Caudalímetro
5. Eliminador de aire con válvula 6. Válvula de seguridad
7. Control
9. Limitador de temperatura
T1: sonda de temp. en la ida solar
T2: sonda de temp. en el retorno solar
T3: sonda de temp. en la ida del depósito
T4: sonda de temp. en el retorno del depósito
Componentes
Módulo de carga solar
Eliminador de aire Sonda de captadores
Sonda de depósito
Ventajas de instalación Módulo de carga solar
Sonda de impulsión y sensor adicional de
temperatura Sonda de
captadores
Intercambiador de calor Control adaptativo de bomba
Funciones principales
Genera demanda de calor si es necesario Î Evita el post calentameinto
Î Optimiza la ganancia solar si no hay demanda
Usa el agua fría del fondo del tanque Funciones secundarias
Función Pump kick
Protección antihielo
Calculo de la ganancia solar
Valores por defecto para modo “stand alone”
Beneficios
Bajo consumo energético debido a la bomba de alta eficiencia y a la modulación de la bomba
Integración de nuevos componentes
Comunicación con otros sistemas (eBUS)
Está pegado al depósito para evitar pérdidas térmicas y facilitar el montaje
Descripción funcional
Módulo de carga solar
La bomba funciona durante un corto espacio de tiempo para comprobar que es posible (o no) tomar energía de los colectores solares.
La función “pump kick” comprueba el circuito
La bomba funciona con menos potencia (20% Î ~7W)
La bomba no funciona durante la noche (si se han
ajustado la fecha y la hora Î ahorro nocturno de “pump kick”)
Un calendario solar interno calcula la hora del amanecer y del ocaso
Si la temperatura es demasiado baja (<5°C) el “pump kick” se limita a 1min y la pausa se extiende a 30min
La integración de las sondas cerca del depósito ahorra tiempo de montaje y garantiza que el sistema trabaja en el punto óptimo.
¿Qué es la función “pump kick” de la bomba?
Módulo de carga solar
Un correcto dimensionamiento del sistema minimiza el estancamiento y proporciona suficiente respaldo de agua caliente
Durante el verano la zona de calefacción del depósito se cargará con energía
solar para ACS
La temperatura máxima de acumulación es de 95°C
Las bombas paran debido al riesgo de destrucción de los componentes y del fluído solar
¿Que pasa durante el estancamiento?
Módulo de carga solar
Con la hora y la fecha seleccionadas la función
“pump kick” no se realiza
Î El calendario solar minimiza la función “pump kick” p.ej.: en invierno de 8am a 12pm
Si la sonda de temperatura T1 detecta una temperatura baja (<5°C) la sonda del depósito arranca a velocidad mínima para proteger el intercambiador de placas contra congelaciones
Ambas bombas funcionarán durante 1min
Î Detecta la temperatura de captadores tras unos pocos arranques
El siguiente ciclo “pump kick” comienza en 30min Î Minimiza las pérdidas térmicas
Módulo de carga solar
¿Que pasa durante las heladas?
Módulo de ACS
El módulo de ACS sirve para proporcionar agua caliente sanitaria en linea con la demanda. Calienta el agua de forma similar a un calentador instantáneo: el calor acumulado se transfiere al agua sanitaria mediante un intercambiador de placas.
Funciones principales
Preparación ACS
Función anti-legionela
Función Circo-kick
Protección ant-hielo
Interfaces de funcionamiento
Función y uso
1. Bomba depósito de inercia 2. Válvula mezcladora
3. Sensor de caudal
4. Intercambiador de placas 5. Control
T1: Sonda temp. ida depósito
T2: Sonda temp. retorno depósito
T3: Sonda temp. ida agua
Componentes
Módulo de ACS
Funciones principales
Usar el agua caliente de la parte superior del depósito
Suministrar agua fría a la parte inferior del depósito Funciones secundarias
Función anti-legionela Î Legio set
Función “circo-kick”
Protección antihielo
Diseño anticalcificación
Valores por defecto para funcionamiento “stand alone”
Beneficios
Bajo caudal inicial para arranque (2L/min)
Es posible integrar accesorios
Ahorro de costes
Comunicación con otros sistemas (eBUS)
Montaje en el frontal del depósito, facilita la instalación
Cerca del depósito para crear ACS muy rápido
Módulo de ACS
Descripción funcional
Existe un accesorio de bomba circuladora para el módulo de ACS Características principales:
1.) Se puede integrar la bomba de circulación en el propio módulo de ACS Î menos mano de obra de instalación
Conexionado eléctrico fácil al controlador del módulo
Función “Circulation kick” Î la bomba de circulación arranca solo cuando se abre el grifo
Para inmediatamente cuando el retorno está caliente Î ahorro de energía
2.) Bomba circuladora externa Î más trabajo de instalación
Fácil conexionado eléctrico al AMU o al auroMATIC 620/3
Programación horaria Î la bomba de circulación funciona siempre dentro del programa horario
Integración de una bomba de circulación en el sistema
Módulo de ACS
La regulación carga el depósito en función de la disponibilidad de las fuentes de calor y de la demanda en las 3 zonas
Se pueden ajustar las temperaturas de impulsión para optimizar el uso de la función estratificadora del buffer
Gestión inteligente de la energía para maximizar el uso de las energías renovables
Mayor eficiencia del sistema gracias a la gestión energética
Regulación del sistema
ACS
Confort de ACS normal
Confort de ACS ampliado
Calefacción
Retorno para solar
Sonda ACS
Flexibilidad debido a las diferentes posiciones de las sondas
Regulación del sistema
Prevención del recalentamiento Regulación del sistema
Zona de confort: Permanece permanente- mente caliente para asegurar el confort de ACS
Retardo al calentamiento de 4 horas para la zona extendida de ACS si el módulo de carga solar está cargando la zona
El módulo de carga solar le concede a la zona de ACS la prioridad más alta. La segunda es la zona de calefacción Î la demanda la emite la regulación del sistema
Si no hay demanda Î se hace la carga solar son ∆T = 10K o más bajo (la mayor eficiencia solar)
10%
20%
45%
25%
Característica técnica Ventajas
Módulos listos para conectar Instalación fácil y con un buen acabado
Mínimo riesgo de fallos de montaje
Ámplia gama de módulos y depósitos
Componentes concertados y testados
Actuadores y sensores integrados
Menores costos de instalación
Bomba solar de alta eficiencia Menores costos de
funcionamiento Instalación fácil (plug & play)
La última tecnología en bombas Planificación rápida y sencilla
Ajuste automático de caudal Optimización de la ganacia
solar No es necesario ajustar el caudal
Ampliable Ampliación del sistema Costo de instalación más bajo
Ventajas
Sistema allSTOR
Ejemplos de esquemas hidráulicos
Sistema de calefacción con bomba de calor geotérmica geoTHERM
Depósito MSS con Bomba de Calor geotérmica
Ejemplos de esquemas hidráulicos
Sistema de calefacción con caldera(s) mural(es) a gas
Depósito MSS con caldera y módulos en pared
Ejemplos de esquemas hidráulicos
Sistema de calefacción con caldera de condensación a gas ecoCRAFT
Ejemplos de esquemas hidráulicos
Sistema de calefacción con caldera de pellets renerVIT
Esquema hidráulico. Pellets + MSS
Esquema hidráulico. Pellets + solar.
Reformas realizadas
• Caldera de pellets
• Ajuste de superficies calefactoras
• Aislamiento de las tuberías
• Ajuste hidráulico
• Saneamiento instalación gases de escape
Tipo de vivienda
• Bloque de 8 vivienda de 82 m2 en centro Europa
• Nivel de aislamiento años 70
• Caldera estándar gas/gasóleo Ejemplo
ACS + Calefacción con pellets + Solar térmica
Ejemplos de esquemas hidráulicos
Sistema con caldera de pellets renerVIT y caldera de pie
Ejemplos de esquemas hidráulicos
Sistema con caldera de pellets renerVIT y caldera mural de condensación
Ejemplos de esquemas hidráulicos
Sistema con caldera de pie y sistema de cogeneración ecoPOWER
Ejemplos de esquemas hidráulicos
Sistema con caldera mural y sistema de cogeneración ecoPOWER
Ejemplos de esquemas hidráulicos
Sistema con caldera de pellets renerVIT y paila
Ejemplos de esquemas hidráulicos
Sistema con caldera mural y paila
Ejemplos de esquemas hidráulicos
Sistema con bomba de calor geotérmica geoTHERM y cogeneración
Ejemplos de esquemas hidráulicos
Sistema con bomba de calor geotérmica geoTHERM y caldera mural
Sistemas en funcionamiento sin problemas desde mayo.
Telegestión mediante vrnetDIALOG.
Regulador de sistema, 2 CC
Transporte del depósito
Sistema instalado con ecoVIT 22 kW
- Llenado del circuito solar en progreso Campo de captadores 6 VFK 150 Montaje de los captadores
Transporte e instalación en 2 días. Puesta en marcha fácil.
Funcionamiento con buen confort de ACS, estabilidad de temperatura perfecta
Ganancia solar durante los primeros 4 meses mayor 2500 kWh (Simulación 2200 kWh)
Instalación de prueba de campo
Apéndice
El sistema de almacenamiento allSTOR es la solución de acumulación de diferentes fuentes de energía y aplicaciones de calefacción.
Utilizable con:
Calderas convencionales
Calderas de condensación
Calderas de pellets
Bombas de calor Aire/Agua
Bombas de calor Agua/Agua
Sistemas de microcogeneración
Máxima potencia de equipos hasta 160 kW
El máximo caudal a transferir es:
Hasta 4.300 L/h en el VPS 800/2 (800 L)
Hasta10.000 L/h en los VPS 1000/2 y VPS 2000/2 (1000 y 2000 L)
Utilizable con sistemas de calefacción con emisores tipo radiador, radiadores de baja temperatura o suelo radiante (según
configuraciones)
