6 formas de producir ACS con energía solar en edificios

En Canarias, la legislación actual obliga a generar el 70% del agua caliente sanitaria mediante energía renovable. La primera opción en el caso de viviendas unifamiliares es la de utilizar paneles solares térmicos junto a un depósito de efecto termosifón directo.

Sin embargo, cuando se trata de un edificio, existe una limitación de espacio en las zonas comunes y la ventaja de poder utilizar un coeficiente de simultaneidad; con lo cual existe la posibilidad de instalar un sistema comunitario más o menos centralizado. En las configuraciones de instalaciones de edificios multivivienda, uno de los aspectos más importantes a considerar son las pérdidas térmicas.

En todo caso, tendremos los siguientes subsistemas:

• Sistema de generación solar mediante paneles solares térmicos
• Sistema de apoyo que sustituye o complementa al sistema de generación solar y utiliza una fuente de energía convencional (eléctrica, gas, etc)).
• Acumulación

De todas las configuraciones posibles, las más habituales son las siguientes:

1.- Solar y apoyo centralizado

2.- Solar centralizado y apoyo individual

3.- Acumulación distribuida e interacumulador de consumo individual

4.- Acumulación distribuida con acumulación de inercia e interacumulador de consumo individual

5.- Con intercambiador distribuido, intercambiador de consumo individual normal

6.- Solar y apoyo distribuido

Las configuraciones 3, 4 y 5 son las más habitualmente instaladas en edificios de viviendas. 

Las configuraciones 4 y 5 se corresponden a sistemas con acumulación de inercia térmica.

Las configuraciones 1, 2 y 6 son de poca implantación en edificios de viviendas.

En las instalaciones con el sistema de apoyo distribuido se benefician más del aporte solar los usuarios que consuman en torno al mediodía/tarde que los que consuman por la noche o a la mañana.

1.- Solar y apoyo centralizado

Toda la instalación, incluyendo el sistema de apoyo, está centralizada y en ella se realiza la preparación del agua caliente sanitaria.

La acometida de agua llega a la instalación a través de un contador de agua fría situado en la centralización de contadores de la red de abastecimiento y su consumo corre a cargo de la comunidad de propietarios del edificio.

El agua precalentada en la parte solar de la instalación pasa al sistema de apoyo, donde si fuera necesario, se termina de calentar, y mediante el circuito de distribución se pone a disposición de cada una de las viviendas.

En cada acometida a vivienda se debe disponer un contador para el control del consumo de agua caliente y reparto del gasto de agua y energía.

La comunidad de propietarios, que controla todos los gastos de la instalación (amortización, mantenimiento, consumo de agua fría y gasto de energía convencional), debe repercutir todos ellos en el coste del consumo agua caliente que repercute a cada uno de los usuarios.

Normalmente se requiere un circuito de recirculación que permite mantener una temperatura homogénea en todas las acometidas de agua caliente a cada vivienda. El diseño del circuito de recirculación se ha de realizar limitando la disminución de temperatura en todo su trazado.

En esta configuración se centraliza el proceso completo de preparación del agua caliente y la red de distribución de agua caliente suministra a cada vivienda agua caliente dispuesta para su uso.

El diseño de esta configuración, totalmente centralizada, requiere de espacios comunes tanto para captación y acumulación solar como para el sistema de apoyo. Por el contrario no requiere ningún espacio para equipos de agua caliente en el interior de la vivienda.

Cada vivienda dispone de dos acometidas y dos contadores, uno para agua fría y otro para agua caliente.

2.- Solar centralizado y apoyo individual

La instalación solar centralizada sólo realiza el precalentamiento del agua y no incluye el sistema de apoyo centralizado sino un sistema de apoyo distribuido o múltiple.

La parte caliente del circuito de consumo (que no es el de distribución) y que en esta configuración se puede denominar de reparto pone a disposición de cada una de las viviendas agua precalentada por la instalación solar.

Debe existir un contador de agua en la acometida del agua caliente a cada vivienda  que, en este caso, contabiliza el caudal de agua precalentada por la instalación solar.

Cada vivienda dispone de un sistema de energía de apoyo individual y su circuito de distribución interior para terminar de preparar y suministrar el agua caliente sanitaria.

La comunidad de propietarios, en este caso controla menos gastos de la instalación que en el caso anterior (amortización, mantenimiento, consumo de agua fría), debe repercutir todos ellos en el coste del consumo agua caliente que repercute a cada uno de los usuarios

El diseño de este tipo de instalación requiere menos espacios comunes que la anterior pero necesita ocupar los espacios necesarios en la vivienda para el sistema de apoyo. También deben tomarse en consideración los condicionantes necesarios para su instalación: ventilación, desagües, etc.

Al ser variable la temperatura del agua precalentada, el control del consumo de agua caliente no es proporcional al aporte de la energía solar térmica y puede existir un desigual uso de la instalación solar. Se adopta el criterio de permitir el desigual aprovechamiento porque las diferencias no serán significativas (el mayor gasto debe ser el del agua que es el que se controla) y, en cualquier caso, indirectamente se puede fomentar el consumo cuando las temperaturas de la instalación solar son más elevadas con lo que se favorece el rendimiento de la misma.

Ello no implica que el proyectista pueda utilizar la opción de instalar un contador de energía en lugar de un contador de caudal para realizar un reparto más preciso. Esta opción tiene la dificultad adicional de no disponer de dos referencias cercanas (entre sí y al contador) para controlar la diferencia de temperatura. Se podría analizar la posibilidad de controlar sobre una temperatura fría fija de referencia o sobre una temperatura ambiente.

En esta configuración es necesario adoptar precauciones especiales para resolver el tratamiento térmico para la prevención de la legionelosis.

3.- Acumulación distribuida e interacumulador de consumo individual

En cada vivienda se instala un interacumulador solar donde, mediante la instalación solar, se precalienta el agua antes de entrar en el sistema de apoyo que, naturalmente, es individual.

El circuito solar de calentamiento se conecta con cada uno de los intercambiadores de los interacumuladores de cada vivienda y el circuito de distribución de agua caliente, o de reparto de agua precalentada, de los sistemas centralizados se convierte en un circuito cerrado que alimenta los circuitos primarios de los intercambiadores de consumo situados en cada vivienda

El circuito de calentamiento puede ser directamente el circuito primario de captadores o bien el circuito secundario cuando se incorpore un intercambiador solar para independizar circuitos.

Esta configuración soluciona, como alternativa a las dos configuraciones anteriores de instalaciones con alimentación centralizada, el problema de la medida individualizada del reparto del consumo de agua caliente. No obstante, en algunos casos se puede requerir acometidas de agua, con contador a cargo de la comunidad de propietarios, para alimentar los sistemas de llenado de los circuitos cerrados comunes. Naturalmente los caudales y consumos de estos circuitos deben ser mínimos.

Puede existir circulación por interacumuladores que se mantengan calientes porque no tengan consumo, y en este caso se puede robar algo de calor de dicho interacumulador para redistribuirlo con el circuito de reparto. No se considera perjudicial esta situación para el funcionamiento de la instalación solar.

Se pueden plantear diversas soluciones para la estrategia de funcionamiento de las bombas, desde el control de las bombas en función de la diferencia de temperaturas entre la salida y la entrada de captadores solares hasta el control por umbral de radiación solar.

No se considera necesario controlar el consumo de energía térmica de cada vivienda para repercutir el aporte de la energía solar térmica aunque se entiende puede existir un desigual uso de la instalación solar. Se adopta el criterio de permitir el desigual aprovechamiento porque las diferencias no serán significativas (el mayor gasto debe ser el del agua que es el que se controla) y, en cualquier caso, indirectamente se puede fomentar el consumo cuando las temperaturas de la instalación solar son más elevadas con lo que se favorece el rendimiento de la misma.

En cualquiera de los casos, el circuito de calentamiento únicamente funcionará durante las horas de calentamiento lo cual es una gran ventaja en relación con las pérdidas térmicas que se pueden producir en el circuito, aunque presentan un problema importante en cuanto al control de la instalación solar y al reparto equitativo de la energía.

Es importante controlar las pérdidas térmicas en los acumuladores que pueden ser globalmente significativas.

Los interacumuladores deben estar dimensionados para los consumos de cada vivienda sin considerar las reducciones que afectan al cálculo de componentes centralizados.

Esta configuración requiere importantes espacios en las viviendas debido a las necesidades que requiere el acumulador solar y el sistema de apoyo.

Especial precaución debe adoptarse con la ubicación relativa, conexionado y control de cada interacumulador y el sistema de apoyo de forma que se minimicen encendidos innecesarios de éste.

4.- Acumulación distribuida con acumulación de inercia e interacumulador de consumo individual

Esta configuración es prácticamente igual a la anterior pero dispone de una pequeña acumulación de inercia en zonas comunes. Esto soluciona en gran medida el problema de control solar que existe en la anterior pero requiere de más espacio en zonas comunes. El resto de consideraciones son iguales.

5.- Con intercambiador distribuido, intercambiador de consumo individual normal

En este caso, la instalación solar se encarga de realizar, mediante un intercambiador de calor, un precalentamiento del agua antes de la entrada en el sistema de apoyo en cada una de las viviendas.

La instalación solar se realiza de forma que, desde un acumulador centralizado de inercia, se configura un circuito solar de descarga que conecta a todos los intercambiadores de consumo individuales instalados en cada una de las viviendas.

Esta configuración soluciona, como la anterior y como alternativa a las primeras dos configuraciones de instalaciones con alimentación centralizada, el problema de la medida individualizada del reparto del consumo de agua caliente. Y análogamente, en algunos casos, se puede requerir acometidas de agua, con contador a cargo de la comunidad de propietarios, para alimentar los sistemas de llenado de los circuitos cerrados comunes.

Esta configuración, en relación con la anterior, evita la problemática de espacios ocupados por los interacumuladores descentralizados y, por el contrario, requiere espacios de zonas comunes para la acumulación centralizada.

En cuanto a las estrategias de funcionamiento de los restantes circuitos las condiciones son similares a las anteriormente expresadas.

Cabe resaltar en este caso la importancia que adquieren las pérdidas térmicas que son proporcionales a los tiempos de funcionamiento de los circuitos.

Dados los caudales utilizados hay que resaltar, asimismo, la necesidad de controlar y evaluar el consumo eléctrico de la bomba del circuito de descarga en función de la potencia térmica que se transfiere.

Igual que en el caso anterior, no se considera necesario controlar el consumo de la energía solar térmica de cada vivienda para repercutir el aporte de la energía solar térmica.

Los intercambiadores de consumo deben estar dimensionados en función de los caudales punta de cada vivienda.

Especial precaución debe adoptarse con el alcance de la recirculación (lo más cercana posible al intercambiador) así como con la ubicación relativa, conexionado y control de cada intercambiador y el sistema de apoyo de forma que se minimicen encendidos innecesarios de éste y las pérdidas térmicas de los circuitos.

De igual forma, y como ocurre en el resto de configuraciones centralizadas aquí definidas, hay que extremar la precaución en el diseño, dimensionado, equilibrado y desarrollo de los circuitos de recirculación, con agua caliente, que discurren a lo largo de todo el edificio.

6.- Solar y apoyo distribuido

Un caso particular de instalación con consumo individual lo constituye la configuración todo individual (captación, acumulación y apoyo) que, en determinados casos además de en las viviendas unifamiliares, puede resultar ser una de las opciones más adecuadas.

Son instalaciones individuales que únicamente puede utilizar un diseño común de una misma estructura de captadores (con circuitos hidráulicos independientes). También puede utilizar trazado y huecos de canalizaciones comunes.

Esta configuración sólo es de aplicación cuando cada agrupación de viviendas por portales, edificios, etc. tenga un número reducido de viviendas (aproximadamente entre 2 y 8).