La Producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS) es una de las instalaciones imprescindibles en un hotel, sometida a exigencias reglamentarias muy estrictas y que requiere un alto consumo energético.
Es necesario reducir al máximo estos consumos, siempre dentro de las Normativas, mejorando la Sostenibilidad y el Impacto Medioambiental.
Existen opciones de precalentamiento totalmente gratuitas, que pueden contribuir a un ahorro significativo en la Producción de ACS.
Al existir una multiplicidad de Sistemas, no es posible establecer axiomas genéricos. Todos tienen ventajas e inconvenientes y de acuerdo con la especificidad de la instalación, debe ser el Ingeniero quien analice y valore la solución que mas se adapta.
Intervienen además aspectos complementarios como es el caso de la Legionela, que condicionan en gran medida la solución que se adopte.
En lo relativo a los Sistemas de Producción aparecen las calderas, con altas exigencias en rendimientos y las bombas de calor térmicas.
Las bombas de calor tienen que producir agua caliente en torno a 75ºC., existiendo actualmente soluciones con distintos refrigerantes mas o menos ecológicos, esperando que próximamente sigan apareciendo nuevas alternativas.
Respecto al diseño, en los hoteles se ha venido apostando tradicionalmente por la acumulación, si bien empiezan a aparecer otras opciones de calentamientos que esgrimen soluciones mas ecológicas en los tratamientos de Legionela.
PRECALENTAMIENTO DE AGUA CALIENTE SANITARIA (ACS)
En la producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS), hay que distinguir entre precalentamiento y calentamiento.
El precalentamiento consiste en aprovechar energía que puede ser totalmente gratuita, o bien obtenida con un consumo energético reducido.
Se acumulan en depósitos de ACS y la temperatura en los mismos es variable en función de los recursos captados (puede estar fría o caliente).
Estos acumuladores tendrán que seguir la Normativa que se exige para la limpieza de cualquier deposito de agua potable, aunque no les afecta ningún tratamiento periódico correspondiente a Legionela.
Se montan en serie con el acumulador o sistema de calentamiento del que parte la distribución de ACS.
Real Decreto 614/2024, de 2 de julio, por el que se modifica el Real Decreto 487/2022, de 21 de junio, por el que se establecen los requisitos sanitarios para la prevención y el control de la legionelosis.
En la figura de la “Guía Técnica de Agua Caliente Sanitaria” se representa.
Conexiones hidráulicas que irían al acumulador precalentamiento (izquierda).
El Acumulador de precalentamiento (izquierda), está en serie con el de calentamiento.
Del acumulador de calentamiento (derecha y siempre como mínimo a 60ºC.) es de donde se distribuye el agua caliente sanitaria.
Hay distintas opciones para obtener precalentamiento gratuito
- Enfriadora con recuperación
Aprovechan el calor de condensación necesario para producir frio.
Se analiza en un articulo técnico de We Resolve denominado “Producción Gratuita de Agua Caliente Sanitaria en Enfriadoras con recuperación en Instalaciones Hoteleras”
- Energía solar térmica
Aprovecha la radiación solar captada en un campo de paneles solares, para la producción de agua caliente sanitaria.
- Recuperación del calor residual
Siempre que exista una disipación de calor al exterior, se pueden instalar intercambiadores aire-agua o agua-agua.
Ejemplos
- Lavandería
- Cocinas
- Piscinas climatizadas
- Etc. etc.
Hay opciones para obtener precalentamiento a bajo coste
- Aerotermia
- Bomba de calor aire-agua.
- Aprovecha la energía térmica del aire.
- Puede conectarse a aire de recintos interiores que tienen una mayor temperatura antes de su expulsión.
- Geotermia
- Bomba de calor agua-agua.
- Aprovecha la energía térmica del subsuelo.
- Hidrotermia
- Bomba de calor agua-agua.
- Aprovecha la energía térmica de embalses, ríos o pozos.
GENERADORES PARA LA PRODUCCIÓN DE ACS
La Producción de Agua Caliente Sanitaria ha estado confiada tradicionalmente a calderas.
Últimamente con el desarrollo de las bombas de calor térmicas, se contemplan otras opciones.
Cada sistema tiene ventajas e inconvenientes.
Desde el punto de vista de la inversión, resulta mas económica la caldera, si bien consume combustibles fósiles que incrementan la contaminación atmosférica.
Desde el punto de vista ecológico, la bomba de calor, máxime que la energía eléctrica necesaria, cada día se obtiene en mayor medida utilizando fuentes renovables.
Con respecto a las bombas de calor existen condicionantes técnicos fundamentales.
La bomba de calor necesita producir agua caliente en torno a los 75ºC., debido a que el acumulador o sistema de intercambio desde donde parte el ACS antes de su distribución, tiene que estar a 60ºC., mínimo.
Los refrigerantes que se utilicen tienen que ser ecológicos.
Refrigerantes tradicionales como 134a no pueden utilizarse por su alto potencial de calentamiento global (GWP) en ingles o (PCA) en español.
El 134a tiene un PCA de 1430
El R-290 (propano) tiene un PCA de 3 y es un gas ecológico.
El R-744 (CO2) tiene un PCA de 1 (El CO2 se utiliza como referencia del PCA)
Si la temperatura exterior es fría, el rendimiento de la bomba de calor disminuye significativamente, al mismo tiempo que hay que seleccionar modelos de mayor potencia.
El ciclo de compresión de un circuito frigorífico incrementa su rendimiento cuando la diferencia de temperatura entre el foco caliente (condensación) y el foco frio (evaporación) disminuye.
Una bomba de calor que necesite producir agua a 75ºC. (condensación) con una temperatura exterior de (20ºC.) (evaporación), tiene un rendimiento muy superior que cuando lo hace a una temperatura exterior de 0ºC.
En climas templados y a lo largo del año, el rendimiento de la bomba de calor supera al de la caldera.
En climas muy fríos el rendimiento de la bomba de calor se reduce considerablemente y es preciso utilizar caldera.
En relación con el tamaño de los generadores.
Las calderas son mas económicas y pasar de un modelo con menor potencia a un modelo mayor no incrementa significativamente el coste.
Las bombas de calor tienen un precio mas elevado y los incrementos de costes en modelos de mayor potencia son también elevados, lo que obliga a optimizar la selección de los equipos a instalar.
Además es necesario seleccionarla para la temperatura mas fría a la que van a trabajar, lo que obliga a modelos de potencia superior con respecto a las que serian necesarias a temperaturas mas cálidas.
En lo relativo a acumulación de agua caliente.
Un sistema de producción con bombas de calor requiere una mayor acumulación, debido a que se instalan generadores de menor potencia, consecuencia de los incrementos de costes.
CALDERAS
Las calderas son equipos de generación térmica de alta temperatura.
Aunque las hay eléctricas, en una instalación hotelera no es viable debido al consumo energético y al alto coste de la electricidad.
Normalmente utilizan combustibles fósiles, en forma de gas o liquido.
En algunos casos biomasa, sobre todo en ambientes rurales.
Gas
- Gas natural
- Propano
Liquido
- Generalmente gasóleo
Biomasa
- Pellets
- Huesos de aceituna
La tendencia cada vez en mayor medida es utilizar gas por ser menos contaminante.
Las calderas van dotadas de un quemador, que es donde se realiza la combustión.
Funcionamiento
El combustible llega al quemador, donde se mezcla con el oxigeno del aire, produciéndose la combustión que genera una llama a alta temperatura.
El calor de la llama se proyecta al hogar de la caldera y se transmite por radiación hasta las paredes metálicas de la cámara de combustión, en contacto con el agua.
Los gases de combustión muy calientes pasan a través de un conjunto de tubos o conductos (intercambiadores de calor) rodeados de agua. En este caso el calor se transfiere por convección hasta las paredes de los tubos y por conducción de los tubos al agua que circula por el circuito.
Hay dos tipos de calderas:
Pirotubulares (o de tubos de humos)
- Son las mas extendidas.
- Los gases pasan por dentro de los tubos y el agua los rodea.
Acuotubulares (o de tubos de agua)
- Se utilizan poco.
- El agua pasa por dentro de los tubos y los gases calientes la rodea
El agua constituye un circuito cerrado (salvo avería, no es preciso reponerla nunca).
Por la acción del calor el agua se lleva hasta una temperatura de 75ºC. u 80ºC. Los gases procedentes de la combustión, se evacuan al exterior a través de una chimenea.
Esquema Caldera Pyronox LR y LR_NT Ygnis
Rendimiento de calderas
El rendimiento energético de las calderas está fijado por la Reglamentación vigente. (En España el RITE).
IT 1.2.4.1.2.1 Requisitos mínimos de rendimiento energético de los generadores de calor. (Modificado según Real Decreto 238/2013)
El rendimiento de las calderas a carga parcial es superior al rendimiento a carga total.
Es muy recomendable instalar quemadores modulantes, que regulan continuamente la potencia de la llama ajustando la temperatura de salida de agua al valor de consigna, con lo que la eficiencia energética es muy superior, incrementa su vida útil y reduce emisiones.
Calderas de condensación
La caldera de condensación, es similar a una caldera convencional a la que se incorpora un intercambiador.
En la caldera convencional los gases de la combustión se expulsan directamente al exterior.
En la caldera de condensación se hacen pasar antes de su expulsión, a través de un intercambiador de calor por el que circula el agua de retorno del circuito de caldera.
Esquema Caldera Condensación Versión LRK Ygnis
En ese intercambiador se produce la condensación del vapor de agua que llevan los humos en su composición.
El agua de condensación se deposita en la pared externa del intercambiador.
Al producirse el cambio de estado de vapor de agua a liquido, desprende calor que lo cede al agua de retorno.
Posteriormente ese agua precalentada, entra al circuito principal de caldera, funcionando de la misma forma que una caldera convencional.
La diferencia con la caldera convencional es que al tener el condensador, entra a una temperatura superior y la caldera tiene que aportar menos energía, consumiendo menos combustible.
En el caso del gas natural la condensación del vapor de agua se realiza a 55ºC. que es el punto de rocío dentro de la mezcla gaseosa de los humos de la combustión.
En el caso que el combustible sea gasóleo el punto critico es 47ºC.
Una caldera de condensación alimentada con gas natural además de ser mas ecológica, tiene un mayor rendimiento que la de gasóleo.
Debido a que en la producción de agua caliente sanitaria, la temperatura de retorno tiene que ser superior a 55ºC., no es posible aprovechar el calor latente de condensación.
Tiene algo mas de rendimiento que una caldera convencional, aunque en ningún caso debido a la condensación.
BOMBAS DE CALOR TÉRMICA
Las bombas de calor térmicas para la producción de Agua Caliente Sanitaria, son sistemas de alta eficiencia que aprovechan la energía interna del aire, el agua o el terreno, para transferirla al agua caliente sanitaria.
Aerotermia
- Extrae energía del aire
Hidrotermia
- Extrae energía del agua
Geotermia
- Extrae energía del subsuelo
De estos sistemas el utilizado en mayor medida es la aerotermia que no requiere ninguna instalación complementaria.
Para transferir la energía desde cualquier medio al agua caliente se requiere una energía auxiliar, generalmente electricidad.
Funcionamiento de la bomba de calor térmica
Las bombas de calor térmicas están basadas en el ciclo de refrigeración.
Funcionan igual que una enfriadora.
Esquema Caldera Condensación Versión LRK Ygnis
Se analiza el funcionamiento de una bomba de calor térmica (Aire-Agua) (Aerotermia):
Evaporador
El refrigerante entra en estado liquido con una parte de vapor, a baja presión.
La misión del evaporador es convertir el refrigerante liquido en vapor y para ello necesita aportar calor.
El calor de vaporización se lo suministra el aire exterior (por ejemplo aire en invierno a (-5ºC).
Este aire exterior al ceder calor se enfría aun mas y vuelve a la atmosfera por ejemplo 5ºC. mas bajo (-10ºC.)
Puede parecer una contradicción que el aire exterior a -5ºC., aporte energía en forma de calor para evaporar el refrigerante, aunque es así.
Hasta el 0º Kelvin (0 absoluto -273,15ºC.), el aire dispone de energía interna.
Se utiliza un ventilador para hacer pasar el aire por el evaporador.
El refrigerante sale del evaporador en forma de gas frío y a baja presión.
Compresor
Entra en forma de gas frío a baja presión, se comprime y sale en forma de gas caliente a alta presión.
El compresor necesita una fuente de energía auxiliar para realizar su trabajo (Generalmente energía eléctrica).
Condensador
Entra el refrigerante en forma de gas caliente.
Se condensa y pasa a liquido, realizando un intercambio térmico calentando el agua del circuito de bomba de calor.
Del condensador sale refrigerante liquido a alta presión y alta temperatura.
Válvula de expansión (Laminación)
Crea una expansión en el circuito frigorífico.
El refrigerante a alta presión y alta temperatura se expande y al expandirse se forma una parte de gas dentro del circuito que enfría al refrigerante liquido.
Refrigerantes
Para conseguir elevadas temperaturas en la producción de Agua Caliente Sanitaria y además que el gas sea ecológico es necesario seleccionar refrigerantes con características técnicas especiales.
Se comercializan bombas de calor con Propano (R-290) y con CO2 (R-744).
Ambos refrigerantes tienen ventajas e inconveniente que van a grandes rasgos desde la inflamabilidad del propano a las elevadas presiones que requiere el CO2.
Dado que el Proyecto tiene que realizarse por un Ingeniero, las exigencias de montaje serán tenidas en cuenta en su implantación.
Con respecto a lo que es el rendimiento va a depender de las temperaturas con las que se trabaje en función del emplazamiento del hotel.
El CO2 (R-744), opera en un ciclo transcritico. Es ideal para temperaturas exteriores bajas y de producción de agua caliente altas (superior a la que se consigue con propano).
Penaliza el rendimiento con temperaturas exteriores suaves.
El problema del CO2 se plantea cuando condensa a temperaturas exteriores (en torno a 17ºC.), debido a que baja su rendimiento.
El Propano a temperaturas bajas se comporta peor que el CO2.
Sin embargo a medida que se incrementa la temperatura exterior, mejora el rendimiento.
Por otra parte el precio de las bombas de calor de CO2 son superiores a las de propano.
Si el mayor numero de horas para producir ACS va a ser con temperaturas inferiores a 17ºC. exterior, tiene mejor rendimiento el CO2.
Si el mayor numero de horas para producir ACS, va a ser con temperaturas superiores a 17ºC., normalmente época estival con mas ocupación y mayor demanda, tiene mejor rendimiento el propano.
Comparativa COP entre CO2 y Propano
En un Estudio definitivo hay que analizar los datos ofrecidos por los fabricantes.
Se observa:
- A 5ºC., el COP del CO2 (3) es superior al propano (2,2)
- A 25ºC. el COP del propano (3) es superior al (CO2) (2,2)
- A 17ºC. es el mismo para propano y CO2 (aproximadamente 2,7)
Rendimiento del ciclo frigorífico (Bomba de calor real)
El rendimiento de una bomba de calor depende de:
- Diferencia de temperatura entre evaporación y condensación
- A medida que la diferencia entre el foco frio y el foco caliente es mayor, se reduce el rendimiento de la maquina y además produce menor potencia calorífica.
- Funcionamiento a carga parcial
- Siempre que la bomba de calor trabaje a carga parcial aumenta el rendimiento.
Se solicita del fabricante Carrier el desarrollo con su programa informático de varias simulaciones para una misma maquina con refrigerante propano (R-290).
Las hipótesis de trabajo son las siguientes:
- Temperatura de producción de agua caliente
- Entrada 63ºC.
- Salida 73ºC.
- Distintas temperaturas exteriores
Temp. Exterior (ºC.) Potencia (KW.) Potencia (KW.) COP
Calorífica Absorbida
20º 46,8 16,1 2,91
10º 38,6 16,4 2,35
0º 36,3 18,8 1,61
-10º 29 18,3 1,59
Se observa que para una misma bomba de calor 61 AQ 040P que la evolución de la potencia que aporta y los consumos energéticos son totalmente variables.
Desde -10ºC., que aporta 29 KWh., consumiendo 18,3 KWh. hasta 20ºC. que la aportación es muy superior y el consumo inferior.
El COP es la relación entre la potencia aportada y potencia absorbida.
Durante la temporada estival las bombas de calor térmicas darán una potencia muy superior con una potencia absorbida inferior.
SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA
Los sistemas de Producción de agua caliente sanitaria en Instalaciones Hoteleras son básicamente:
- Acumulación
- Instantáneo
Dentro de estos sistemas pueden existir depósitos de precalentamiento para el aprovechamiento de energías renovables o de optimización energética.
Siempre hay un punto de partida hacia la red de agua caliente sanitaria que tiene que cumplir con la exigencia de la legislación vigente en cada país. En España el Reglamento de Instalaciones Térmicas (RITE) exige las garantías técnicas necesarias para que el origen de la red de ACS sea como mínimo de 60º C.
Potencia de los generadores (calderas o bombas de calor)
Existe una correspondencia entre la potencia de los generadores y la acumulación de agua o energía
Es necesario cubrir una demanda energética y hacer frente a la hora punta.
Teóricamente se podría atender sin ninguna acumulación y con un generador de potencia muy elevada.
- Cuando se produjese el mas mínimo consumo, el generador entraría para producir agua a 60ºC.
- En ese caso conectándose y desconectándose continuamente, a veces en segundos.
- Aparte que un generador de una potencia elevada, tiene cierta inercia entre conexiones y desconexiones, el consumo energético seria elevadísimo, el impacto medioambiental muy alto y los reglamentos no lo permiten.
También el caso contrario. Un generador muy pequeño y una acumulación muy grande.
- Trabajaría durante muchas horas el generador y la acumulación seria muy elevada. Tendría que garantizar los 60ºC. siempre, incluso en horas punta.
En las instalaciones hoteleras hay que analizar ambas situaciones.
Si el calentamiento se realiza con calderas, que son mas económicas y existe menor diferencia de coste entre las escalas de potencia, la solución mas adecuada es disminuir la acumulación incrementando la potencia. Si el calentamiento se realiza con bombas de calor, que tienen un precio mas elevado que se incrementa significativamente cuando aumenta la potencia, la solución habría que plantearla en términos inversos, es decir, mas acumulación y menor potencia en el generador.
Sistemas de acumulación para calentamiento
Siempre que sea para calentamiento hay que asegurar los 60ºC. en la producción.
Están formados por:
Calderas, bombas de calor o cualquier sistema que garantice 60ºC. en el acumulador o acumuladores.
Acumuladores con depósitos aislados térmicamente, destinados a almacenar Agua Caliente Sanitaria.
Sistema de intercambio térmico entre el agua caliente de calderas o bomba de calor y el agua caliente sanitaria.
- Si el intercambiador se sitúa en la parte baja del acumulador se garantiza que el deposito está a una temperatura mínima de 60ºC.
- Si el intercambiador se sitúa fuera del acumulador que es lo habitual (intercambiadores de placas), es preciso realizar una recirculación inversa para homogeneizar la temperatura, de forma que la mínima sea igual o superior a 60ºC.
- No son validos sistemas de estratificación que puedan dejar una parte del acumulador por debajo de 60ºC.
En todos los casos la sonda de control de temperatura del acumulador debe situarse en su parte baja.
Sistemas instantáneos
Siempre tienen que asegurar los 60ºC. en la producción.
Los sistemas instantáneos no acumulan el agua, sino que la calientan al paso.
Como se ha expuesto, los sistemas de producción no pueden diseñarse para calentar agua al paso, debido a que la demanda es muy variable.
No se puede instalar una caldera para un sistema que en un momento necesite aportar 20 litros y en otro momento 10.000 litros.
En un sistema instantáneo para instalaciones hoteleras hay que plantearse instalar depósitos de inercia que mantengan una reserva de agua similar a las que podría ser exigibles a los acumuladores, si bien a una temperatura que como mínimo estaría entre 70ºC. y 75ºC. (Un deposito de inercia está unido al circuito primario de caldera o bomba de calor y se utiliza para acumular energía térmica)
En ese aspecto el espacio que habitualmente indican estos sistemas en su publicidad de eliminar acumuladores de agua caliente sanitaria, hay que ocuparlos con depósitos de inercia.
El sistema estaría formado por:
- Calderas, bombas de calor o cualquier sistema que garantice 75ºC. en los depósitos de inercia.
- Depósitos de inercia para almacenar la energía térmica
Intercambiador.
Ficha Técnica Hydronik
Despiece de intercambiador para producción ACS instantánea
Esquema que figura en la Ficha Técnica de Hydronik
En un hotel y dado que la caldera no puede responder a demandas mínimas instantáneas, habría que interponer entre caldera e intercambiador un deposito de inercia.
La caldera siempre mantiene el deposito de inercia a una temperatura por ejemplo entre 70ºC. y 75ºC. y desde el deposito de inercia mediante un grupo bomba se conecta al primario del intercambiador (la zona que envuelve al serpentín).
Ventajas e inconvenientes de los sistemas de acumulación e instantáneos
Se analizan desde el punto de vista de atender la demanda con generadores similares en ambos casos, lo que lleva al sistema instantáneo a implementar depósitos de inercia para acumular energía térmica.
Acumuladores
Ventajas
- Almacenan agua a menor temperatura con respecto a los depósitos de inercia que se deben instalar en sistemas instantáneos.
- Temperatura de impulsión estable.
Inconvenientes
- Requieren un mayor mantenimiento para cumplir con los preceptos exigidos por el Reglamento de control de la Legionela.
Instantáneos
Ventajas
- Menor mantenimiento con respecto a la Legionela al eliminar los riesgos que se pueden plantear en los acumuladores.
Inconvenientes
- Los depósitos de inercia tienen que almacenar agua a mayor temperatura con lo que aumentan las perdidas energéticas a través de sus paredes.
- Requieren un control sofisticado para garantizar una temperatura de salida fija mínima de 60ºC.
- Deben adaptarse continuamente a la temperatura de entrada de agua fría y a la demanda variable de la instalación.
- Deben estar diseñado para la temperatura mas baja del agua fría.
SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA
En las instalaciones hoteleras hay casos en los que se dispone de energía gratuita para precalentamiento de agua caliente sanitaria.
- Enfriadora con recuperación
- Energía solar
- Otra fuente de calor residual
Sin embargo hay otros casos en los que no se disponen de estas fuentes.
Habrá instalaciones en las que se plantee la conveniencia de instalar acumuladores de precalentamiento para agua caliente sanitaria, que se pueden utilizar tanto en los sistemas de acumulación, como en los instantáneos.
Al ser elementos que no pertenecen estrictamente a la Producción de ACS, no requieren un tratamiento continuo sobre la Legionela. Tendrán el exigido para los depósitos de acumulación.
Optimización con Calderas de condensación
Las calderas de condensación, como se ha expuesto en este Articulo, no pueden aprovechar la energía de condensación en la producción de agua caliente sanitaria debido a que el retorno es superior a 55ºC.
Sin embargo, si se instala un deposito de precalentamiento a menor temperatura es posible precalentar el agua fría hasta una temperatura por ejemplo de 45ºC., aprovechando el rendimiento que proporciona la condensación.
Optimización con Bombas de calor térmicas
El rendimiento de las bombas de calor dependen de la diferencia de temperatura entre evaporación y condensación.
Como se ha expuesto en este Articulo, a medida que la diferencia se incrementa, el rendimiento disminuye.
Pueden existir instalaciones sobre todo en climas fríos y temperaturas exteriores bajas, en los que además de las bombas de calor térmicas haya calderas de gas para dar el calentamiento final a la producción de ACS.
En ese caso podría ser rentable como en el caso de las calderas de condensación, precalentar el agua con la bomba de calor térmica y que la caldera solo se ocupe de incrementar la temperatura en los momentos de muy baja temperatura exterior, lógicamente en el deposito de calentamiento.
Otro aspecto que recomendaría precalentamiento con bombas de calor, es que a medida que la temperatura exterior es mas fría, no solo tienen menos rendimiento, sino que aportan menos potencia y el precalentamiento previo sería muy beneficioso para optimizar el tamaño.
OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA PRODUCCIÓN ACS
La Producción de Agua Caliente Sanitaria se realiza mediante generadores (calderas o bombas de calor).
Para optimizar energéticamente el funcionamiento es muy importante que los generadores no estén continuamente conectando y desconectando.
En el caso de una caldera de gas por ejemplo, cada vez que se detiene es necesario realizar un barrido de gases en la cámara de combustión, aportando una ventilación intensa a la temperatura ambiente, para asegurar que no queden restos de combustible sin quemar.
En cada ciclo de arranque se produce un enfriamiento de la cámara de combustión.
En el caso de las bombas de calor térmicas también se producen perdidas energéticas en las conexiones y desconexiones, aunque menos significativas que las calderas de gas.
En las bombas de calor, para poner en marcha el compresor se incrementa en esos primeros momentos la energía absorbida.
Después del arranque, el refrigerante necesita un tiempo para alcanzar la presión y temperatura optima para realizar el ciclo frigorífico.
Por tanto sea el generador que sea, lo ideal es reducir en lo posible los arranques y paros.
Para ello es necesario actuar sobre las consignas de los acumuladores o depósitos de inercia.
Si por ejemplo un acumulador queremos mantenerlo entre 60ºC. y 61ºC.
- Cuando la temperatura llegue a 61ºC. se desconecta el generador.
- Al llegar a 60ºC., se conecta.
Si en lugar de entre 60ºC. y 61ºC., ponemos las consignas entre 60ºC. y 64ºC., las conexiones y desconexiones de generadores se reducirán a la cuarta parte.
Si bien la temperatura media en el caso de entre 60ºC y 61ºC., es 60,5ºC. y en el caso de entre 60 ºC. y 64ºC., es 62ºC., aumentando ligeramente las perdidas por transmisión del acumulador a través de sus paredes, es prácticamente insignificante con respecto a lo que supone cuadruplicar los arranques y los paros.
Tampoco hay que olvidar que los arranques y paros frecuentes penalizan la vida de maquinarias, elementos y equipos.
Otro aspecto muy importante en el consumo energético son los (tipos de quemadores en calderas) y (tipos de motores en bombas de calor).
En calderas se deben instalar quemadores modulantes que mantienen siempre la misma temperatura de salida y permiten un funcionamiento mas prolongado, reduciendo el numero de arranques y paros a los estrictamente necesarios.
Igual ocurre en las bombas de calor utilizando tecnología inverter que permiten la modulación continua de la potencia en compresores y ventiladores.
Se observan un numero elevado de instalaciones en hoteles, realizadas con criterios anticuados en las que se mantienen siempre en funcionamiento los grupos bomba de los circuitos
Caldera – Intercambiador ACS
Intercambiador ACS – Acumuladores
Normalmente se instalaba una válvula de 3 vías en el primario (caldera-intercambiador ACS) que recibía información del secundario y regulaba la temperatura de salida de agua sanitaria en el intercambiador de ACS.
La válvula de tres vías actúa sobre el caudal de agua que procedente del generador llega al intercambiador de placas y de esa forma ajusta la temperatura fija de salida a acumuladores.
Este tipo de funcionamiento (muy extendido hace tiempo), penaliza gravemente el consumo energético. Si la filosofía es mantener una temperatura constante, las conexiones y desconexiones de generadores se multiplican.
Por tanto en los hoteles donde aun siga existiendo este tipo de funcionamiento, se recomienda modificarlo y establecer consignas en el acumulador entre un máximo y un mínimo, dejando fija la válvula de tres vías.
Resumiendo:
- Es necesario reducir al mínimo el arranque y paro de generadores.
- Para ello es necesario:
- Incrementar el rango entre las consignas de marcha-paro mediante una sonda situada en la parte baja del acumulador.
- De esa forma el tiempo de funcionamiento es mayor.
- Instalar quemadores modulantes en el caso de calderas.
- Instalar tecnología inverter en el caso de bombas de calor térmicas.
- En instalaciones antiguas, corregir el modo de funcionamiento de temperatura fija a la salida del intercambiador de ACS.
- Para ello es necesario:
COMPARATIVA ECOLÓGICA Y ECONÓMICA ENTRE CALDERAS Y BOMBAS DE CALOR TÉRMICAS
Quizás sea la gran pregunta.
Cuando debo utilizar caldera y cuando bomba de calor
En este caso es muy importante el país donde se analice debido a la implantación de energías renovables en la producción eléctrica.
Si en un país solo existe energía renovable, la conclusión es muy sencilla a nivel ecológico. Siempre bomba de calor porque utiliza electricidad y no contamina nada.
Otro aspecto es el económico.
Cual es el coste del KWh, utilizando combustibles fósiles o energía eléctrica, siendo este aspecto muy variable debido a la volatilidad del precio de las energías.
Se analiza el caso de España donde hay una gran implantación de energía renovable en la producción eléctrica.
La comparativa se hará entre una bomba de calor térmica que utiliza refrigerante propano y una caldera de gas natural. Según el documento oficial de MITECO (Ministerio para la transición ecológica y reto demográfico), el factor de paso de energía primaria no renovable para la electricidad en 2024 es de 0,283, que reflejan un alto porcentaje de renovables en el Mix eléctrico español.
Comparativa ecológica
- Se realiza analizando el COP
- COP es la relación entre la energía aportada y la energía consumida.
- Factor de emisión gas natural: 0,20 Kg. de CO2/KWh. (Combustión)
- Factor emisión electricidad 0,283 Kg. de CO2/KWh. (MIX 2024)
- Eficiencia caldera 0,95
- Con estos datos el COP ecológico es 1,34
- Si la bomba de calor tiene un COP inferior a 1,34 es mas ecológica la caldera.
Comparativa económica
- Precio gas natural: 0,05 €/KWh.
- Precio Electricidad 0,15 €/KWh.
- Eficiencia caldera 0,95
- En este caso el COP económico es 2,85
- Siempre que la bomba de calor no alcance un COP igual o superior a 2,85, es mas económica que la caldera.
Si estos precios y estos criterios se modifican, el COP también se modificaría.
Se trata de un ejemplo con datos orientativos, que habrá que analizar en cada caso concreto.
HUELLA DE CARBONO EN LA PRODUCCIÓN DE ACS
Loa hoteles tienen como objetivo alcanzar la neutralidad de carbono (emisión cero neta) en el año 2.050.
Como hito clave se fija para 2030 la emisión al 50%.
Estos objetivos obligan a una serie de medidas tendentes a implementar actuaciones que mejoren la eficiencia energética y que vayan reduciendo año a año la huella de carbono.
El Real Decreto 390/2021 obliga a los hoteles con mas de 500 m2. disponer de un Certificado de Eficiencia Energética y exhibirlo.
Se ha aprobado recientemente el “Real Decreto 659/2025, de 22 de julio, por el que se modifica el Real Decreto 390/2021, de 1 de junio, por el que se aprueba el procedimiento básico para la certificación de la eficiencia energética de los edificios” que entrará en vigor el 22 de Julio de 2.026
Los Sistemas de Producción de ACS tienen un elevado consumo energético y tradicionalmente han venido utilizando combustibles fósiles que incrementan la huella de carbono y penalizan la Certificación Energética del Edificio.
De hecho la Directiva (UE) 2024/1275 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 24 de abril de 2024, establece plazos para la descarbonizacion de edificios, en las que se aborda la eliminación progresiva de las calderas que utilizan combustibles fósiles.
Solo se permitirán calderas que utilicen fuentes de energía renovables como puede ser por ejemplo pellets, huesos de aceituna o leña.
También se permitirán calderas que utilicen gases ecológicos como biometano o hidrogeno verde. Son técnicas actualmente en desarrollo que aun no tienen una implantación comercial.
En la actualidad los Estados miembros de la Unión Europea tienen prohibido conceder incentivos financieros para la instalación de calderas con combustibles fósiles y obliga a su eliminación gradual. (Fecha de eliminación total 2.040).
Estas fechas limites se van reduciendo en las reglamentaciones de los distintos países, en los que serán de obligado cumplimiento.
Igualmente presentar un Certificado Energético eficiente es algo que mejora notablemente la imagen del hotel hacia sus clientes, cada vez mas concienciados con el calentamiento global del planeta.
Como alternativa a la caldera con combustible fósil, se propone la bomba de calor térmica.
Con el desarrollo de la tecnología, se han conseguido bombas de calor térmicas utilizando refrigerantes ecológicos (propano y CO2), que permiten reducir considerablemente la huella de carbono.
En la comparativa realizada entre caldera de gas natural (que es la menos contaminante y que tiene un mayor rendimiento) y la bomba de calor en España, el COP ha sido de 1,34.
En el caso real de Carrier (figura en este Articulo), para una temperatura de -10ºC., su COP sería de 1,59. Incluso a temperaturas tan bajas la bomba de calor sigue siendo mas ecológica.
En una gran mayoría de los hoteles, salvo países muy fríos, estas temperaturas a lo largo del año son inexistentes o se dan con poca frecuencia.
Es necesario reducir la huella de carbono en todas las actuaciones y reformas que se vayan realizando en las instalaciones de ACS en un hotel.
El primer paso es buscar fuentes gratuitas de producción de agua caliente sanitaria, lo que es tan fácil como:
- Cuando se sustituya una enfriadora, instalar otra con recuperación que aporte agua caliente gratuita.
- Aprovechar la energía térmica que se disipa en algunos procesos, precalentando el agua de aportación mediante intercambiadores.
- Mejorar los aislamientos para reducir el consumo energético.
Otros análisis es plantear optimizaciones en los diseños.
- Es posible instalar bombas de calor de propano y CO2., conjuntamente.
- El propano tiene un mejor COP a partir de 17ºC.
- El CO2 tiene un mejor COP por debajo de 17ºC.
- Cuando la temperatura exterior sea inferior a 17ºC., funcionará preferentemente CO2, y la de propano como complementaria.
- Cuando la temperatura sea superior a 17ºC., funcionará preferentemente propano y CO2, como complementaria.
Es fundamental un buen control para optimizar al máximo la producción gratuita y la optimización energética.
GESTIÓN Y CONTROL
El Sistema de Gestión y Control es fundamental para la Optimización Energética en el funcionamiento de las instalaciones.
En la Producción de ACS intervienen:
Generadores
- Se ajustan las consignas de producción a las exigencias de la instalación.
- A medida que se vayan acercando los acumuladores a valores de consigna, se puede bajar la temperatura de producción en el generador con lo que se consigue:
- Mejorar el rendimiento energético del propio generador
- Reducir el numero de conexiones y desconexiones.
Ejemplo:
- Una bomba de calor produce agua caliente a 73ºC.
- En el acumulador de ACS, se ha establecido una consigna de 60ºC. a 64ºC.
- Se puede establecer una comunicación de forma que cuando el acumulador esté por ejemplo a 60,5ºC. produzca agua caliente a 73ºC. y cuando esté a 63ºC., produzca agua caliente a 71ºC.
- El rendimiento es mas elevado cuando produce a 71ºC.
- Tarda mas tiempo en desconectarse con lo que se reducen las conexiones y desconexiones
Precalientan agua
Analicemos el caso de una caldera de condensación.
- Si se instala un acumulador de precalentamiento.
- Una vez que el acumulador de calentamiento ha llegado a su valor de consigna y antes de detener el generador.
- Se regula para calentar el acumulador de precalentamiento por ejemplo a 45ºC., aprovechando el calor de condensación y reduciendo el consumo energético.
Gestión de generadores
En climas fríos puede resultar interesante ecológica y económicamente dejar de producir agua caliente sanitaria con bomba de calor cuando se alcance un determinado COP.
En ese caso el Sistema de Gestión podría optar por:
- Habilitar la caldera de gas en sustitución de la bomba de calor por ser en ese momento mas ecológica.
- Utilizar la bomba de calor si existe acumulador de precalentamiento si su COP es mejor que el que ofrece en esas condiciones la caldera de condensación.
Grupos bomba
- Los grupos bomba solo deben funcionar el tiempo mínimo necesario.
- Lo ideal es utilizar grupos bomba con variación de velocidad, para ajustar los consumos a las necesidades reales de la instalación.
- En el momento que se desconectan los generadores, al no haber transferencia energética los grupos bomba se deben desconectar con la secuencia que se establezca.
Las funciones de un Sistema de Gestión y Control son muy amplias y ofrecen como se ha visto en el ejemplo, muchas opciones de ahorro energético.
Es fundamental que sea el Ingeniero que desarrolla la Instalación de Producción de ACS quien establezca los criterios y modos de funcionamiento y deje siempre la posibilidad de que el operador establezca las consignas en cada momento.
MANTENIMIENTOS PRECEPTIVOS
En las Instalaciones Térmicas y en otras instalaciones complementarias que afectan a la Producción de ACS, el Mantenimiento es obligatorio y tiene que ser realizado por Empresas Habilitadas que dispongan de personal con la cualificación exigida por la Legislación vigente.
En este caso vienen perfectamente especificadas en los Reales Decretos:
Real Decreto 487/2022, de 21 de junio, por el que se establecen los requisitos sanitarios para la prevención y el control de la legionelosis.
Real Decreto 614/2024, de 2 de julio, por el que se modifica el Real Decreto 487/2022, de 21 de junio, por el que se establecen los requisitos sanitarios para la prevención y el control de la legionelosis.
Real Decreto 178/2021, de 23 de marzo, por el que se modifica el Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios.
Tabla 3.3 Operaciones de Mantenimiento preventivo y su periodicidad
Real Decreto 809/2021, de 21 de septiembre, por el que se aprueba el Reglamento de equipos a presión y sus instrucciones técnicas complementarias.
Real Decreto 3/2023, de 10 de enero, por el que se establecen los criterios técnico-sanitarios de la calidad del agua de consumo, su control y suministro.
Además de la Optimización Energética, las disposiciones reglamentarias van encaminadas a garantizar los aspectos de Seguridad y Salubridad, así como alargar la vida útil de maquinarias, elementos y equipos.
CONCLUSIONES
El Agua Caliente Sanitaria (ACS) es un servicio básico en las Instalaciones Hoteleras.
La Producción de ACS requiere de un alto consumo energético, por lo que es necesario buscar alternativas que lo reduzcan.
Una buena opción, es instalar depósitos de precalentamiento en los que se puede acumular energía procedente de fuentes renovables, excedentes de calor y optimización de rendimientos en Sistemas de Producción de Calor.
El precalentamiento puede estar a cualquier temperatura y aprovecha el calor gratuito (condensación de enfriadoras, energía solar, calor residual) instalados, o bien producirlo a menor coste (bombas de calor, condensación de calderas).
Los depósitos de precalentamiento no se ven sometidos a ningún tratamiento periódico sobre la Legionela, solo a los existentes para depósitos de agua potable.
El Reglamento de Instalaciones Térmicas (RITE), y los controles periódicos exigidos para la Legionela, solo afectan al Calentamiento.
Para la producción de ACS se utilizan básicamente calderas y bombas de calor térmicas.
En la decisión sobre uno u otro sistema intervienen aspectos económicos, ecológicos y técnicos.
Las bombas de calor para producir ACS tienen que estar dotadas de refrigerantes especiales capaces de producir agua a altas temperaturas y ser ecológicos.
El rendimiento de las bombas de calor varia en base al diferencial entre condensación (relacionada con la temperatura de producción de ACS) y temperatura exterior.
- Al aumentar el diferencial, la bomba de calor suministra menos potencia y su COP (relación entre la potencia aportada y consumida) disminuye.
Las calderas son tradicionalmente los elementos utilizados en la Producción de Agua Caliente Sanitaria.
Utilizan combustibles fósiles (gas o gasóleo), aunque también las hay de biomasa.
Generalmente son mas contaminantes, aunque excepcionalmente en climas muy fríos, las de gas natural puedan resultar en algunos momentos mas ecológicas que las bombas de calor.
Últimamente por exigencias de rendimientos se está utilizando en mayor medida las calderas de condensación.
- Disponen de un condensador auxiliar que tiene como misión aprovechar el calor latente correspondiente al vapor de agua contenido en los humos.
- Se utiliza para precalentar agua antes de entrar en el circuito de calentamiento de caldera.
- En el caso de Producción de ACS, no es posible aprovechar el calor latente de condensación, debido a que las temperaturas de retorno del agua de calderas son superiores a 55ºC. y el limite está en (gas natural 55ºC. y gasoil 47ºC.).
Las Bombas de Calor Térmicas aprovechan la energía del aire, del agua o del subsuelo para producir agua caliente.
Su funcionamiento está basado en el ciclo de refrigeración y funcionan igual que una enfriadora.
Pueden extraer la energía del aire, incluso a temperaturas inferiores a 0ºC., utilizando energía auxiliar, generalmente electricidad.
La energía extraída, es la que se utiliza para calentar el agua.
Como refrigerantes actualmente se utilizan propano (R-290) y CO2 (R-744).
Las bombas de calor de propano son mas económicas y tienen un mayor rendimiento a partir de 17ºC., por lo que en verano son muy superiores a las de CO2.
Los Sistemas de Producción de Agua Caliente Sanitaria, normalmente utilizados, son mediante almacenamiento del agua en Acumuladores de ACS, o Instantáneos.
En el caso de Producción Instantánea, habría que instalar depósitos de inercia unidos al circuito de calentamiento del generador, debido a que los consumos son muy variables y requerirían generadores de una potencia muy elevada.
Existe relación entre la potencia de los generadores y las necesidades de acumulación.
En la Producción Instantánea al no existir acumuladores de agua caliente sanitaria, no existe la posibilidad de que se desarrolle la Legionela en la acumulación y reduce el Mantenimiento.
Por el contrario se incrementan las perdidas energéticas en los depósitos de inercia y requiere un sistema mas sofisticado de Producción de ACS.
Puede ser interesante instalar depósitos de precalentamiento, tanto si se pueden aprovechar energías renovables gratuitas, como si se pueden aprovechar los rendimientos de los generadores.
Sería el caso de precalentar agua utilizando la condensación de las calderas, o una menor diferencia entre la temperatura de evaporación y condensación en las bombas de calor.
Para optimizar energéticamente la producción de ACS es preciso disminuir el numero de arranque y paro de los generadores.
Cada vez que se produce un arranque-paro en un generador se pierde energía, tanto en calderas como en bombas de calor, reduciendo el rendimiento estacional de forma significativa.
Utilizar quemadores modulantes en calderas y tecnología inverter en bombas de calor, incrementan el rendimiento y reducen el consumo energético.
Se recomienda analizar y corregir los criterios de producción de ACS en hoteles con válvulas de tres vías en el primario del intercambiador, debido al numero de arranques y paros innecesarios que provocan.
Es necesario analizar las comparativas ecológicas y económicas entre calderas y bombas de calor para cualquier instalación que se realice, teniendo en cuenta:
- Contaminación provocada por el combustible.
- Mix eléctrico del país.
- Rendimientos de generadores.
- Precios de combustibles.
Con temperaturas exteriores muy frías, habrá momentos en que una caldera de gas resulte mas ecológica que una bomba de calor.
En funcionamiento con temperaturas normales será mas ecológica la bomba de calor.
También es conveniente analizar la evolución de los precios para tomar decisiones económicas.
El Sistema de Gestión y Control tiene una gran importancia en la regulación de generadores y sistemas de producción
- Se pueden establecer pasarelas de comunicación que optimicen en todo momento los consumos energéticos y gestionen el conjunto de generadores.
Las Instalaciones de Producción de ACS forman parte de las Instalaciones Térmicas y además del Reglamento de Instalaciones Térmicas (RITE), se ve afectada por otros de obligado cumplimiento como son los de criterios técnico-sanitarios en la calidad del agua, los de equipos a presión y los exigidos por la Legionela.
Los hoteles a partir de 500 m2., tienen que exhibir un Certificado Energético.
La Unión Europea establece una serie de Directivas en las que se marcan objetivos que son recogidos en la Reglamentación de cada país miembro, fijando fechas limites para la descarbonización.
La huella de carbono en la Producción de Agua Caliente Sanitaria tiene una gran influencia en el Certificado Energético del hotel.
En hoteles, el objetivo es alcanzar la neutralidad de carbono (emisión cero neta) en el año 2.050.
Como hito clave se fija para 2030 la emisión al 50%.
En 2.040 no puede haber ninguna caldera que utilice combustible fósil.
En España dado su Mix eléctrico, resulta bastante mas ecológica una bomba de calor, incluso a temperaturas tan extremas como -10ºC., que una caldera de gas.
Es necesario tener en cuenta en las modificaciones y reformas instalar generadores que potencien el aprovechamiento del calor de condensación para la producción gratuita de agua caliente sanitaria.
Teniendo en cuenta las características de los refrigerantes, se plantea la conveniencia de instalar bombas de calor de diversos tipos (CO2 y propano), para aprovechar los rendimientos en aquellos tramos de temperatura exterior que le son mas favorables.
En la Producción de ACS es obligatorio realizar Mantenimientos y documentarlos.
Los Mantenimientos tienen que ser realizados por Empresas Habilitadas y atendidos por Técnicos con la cualificación profesional exigible por la Legislación vigente.
Un buen mantenimiento preventivo reduce el consumo energético y evita los riesgos de Seguridad y Salubridad.
We Resolve como Empresa de Mantenimiento Integral de edificios singulares, con una amplia experiencia e implantación en el Sector Hotelero (en España y América), dispone de un Dpto. Técnico en el que se analizan las patologías, integración, optimización y mejoras que se presentan en el campo de las Instalaciones.
En el caso de la Optimización Energética en la Producción de Agua Caliente Sanitaria, cuenta con una amplia experiencia, que permite ofrecer las garantías necesarias para mantener las instalaciones dentro de los parámetros de Salubridad y Seguridad exigibles optimizando el coste y mejorando la Sostenibilidad.
BIBLIOGRAFÍA
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Real Decreto 809/2021, de 21 de septiembre, por el que se aprueba el Reglamento de equipos a presión y sus instrucciones técnicas complementarias.
https://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE-A-2021-16407
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https://www.boe.es/buscar/act.php?id=BOE-A-2023-628
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https://www.boe.es/buscar/doc.php?id=BOE-A-2024-13422
Comentarios al RITE 2007
Guía Técnica Instalaciones de Climatización por agua
We Resolve Casos de Estudio (Optimización Energética en la Producción de Refrigeración)
Agua Caliente Sanitaria en Enfriadoras con recuperación en Instalaciones Hoteleras
Guía Técnica Agua Caliente Sanitaria Central
Intercambiadores Hydronik
https://hydronik.es/equipos-de-produccion-acs-para-hoteles
Real Decreto 390/2021, de 1 de junio, por el que se aprueba el procedimiento básico para la certificación de la eficiencia energética de los edificios
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390/2021, de 1 de junio, por el que se aprueba el procedimiento básico para
la certificación de la eficiencia energética de los edificios.
https://www.boe.es/boe/dias/2025/07/23/pdfs/BOE-A-2025-15230.pdf
1/10/2025
José Arroyo Martín
Ingeniero Tecnico Industrial en Electricidad y Mecánica