cálculo práctico de calefacción eléctrica por acumuladores e

1. Introducción

La calefacción eléctrica poracumuladores de calor, desde elpunto de vista doméstico, es unacalefacción limpia e individualque transforma la energía eléctri-ca en calorífica. Ello se producedurante las horas de tarifa eléctri-ca reducida. Horas fijadas por lascompañías suministradoras, queson casi siempre nocturnas.

Ello supone que, si, con uncoste inferior de la energía eléc-trica, almacenamos energía calo-rífica por la noche, y el resto deldía la descargamos de formacontrolada según la evolución de

las condiciones climáticas, esta-mos teniendo una calefacciónmás económica que la calefac-ción eléctrica normal y optimi-zando los recursos de forma másracional.

Cuando los acumuladores decalor están en servicio manualcontrolado o automático y la ins-talación bien diseñada, térmica yeléctricamente, este tipo de cale-facción en el área domésticaofrece ventajas, sobre todo, en loque a posibilidades de regulaciónse refiere.

Sin embargo, no se pretendecomparar este sistema con otrosen los que, en muchos casos, nosólo se han de tener en cuentalos factores económicos (inver-sión y amortización), sino varia-bles como la higiene, el medioambiente, disponibilidad del su-ministro, fiabilidad, seguridad,olores, etc., todos ellos criteriosmuy particulares y que hacen di-fícil establecer prioridades, porser de carácter humano.

2. Principio de funcionamiento

Los radiadores de acumula-ción están provistos de unas re-sistencias de alta calidad Ni/Cr80-20 que durante la noche ca-lientan unos ladrillos refractarios,que alcanzan temperaturas deaproximadamente 650°C, aun-que con la protección del calori-fugado (lana mineral o materialesasimilados), las partes externasno superan los 90°C de tempera-tura superficial por su propia ra-diación.

La capacidad de almacena-miento nominal de calor se con-sigue con la conexión de las re-sistencias durante ocho horas

SALVADOR DEL PINMARTINEZ

IngenieríaGinespie/ Electren

Cálculo práctico decalefacción eléctricapor acumuladores en una vivienda

MONTAJES E INSTALACIONES - FEBRERO 1995

Fig.1.

ininterrumpidas (Fig.1). Los ladrillos refractarios, por lo

general, son del tipo cerámicoaglutinante de magnestita en altadensidad. Por cada kW de aco-metida, se precisan 35 ó 40 kgde masa de ladrillo, lo que haceque estos radiadores sean cierta-mente pesados. Por otra parte,los nuevos desarrollos los hacenbastante estéticos y decorativos,incluso ya es posible ofrecerlosen versión extraplana. Los acu-muladores se presentan en dife-rentes potencias eléctricas a niveldoméstico, y suelen estar en tor-no a los 3,2 kW, 2,4 kW, 1,6 kWy 800 W siempre en 220 V c.a.La regulación de los equipos seefectúa mediante dos reguladores(carga y descarga), y existe a lavez la posibilidad de funciona-miento en automático.

El regulador de carga determi-na la cantidad de calor almace-nado y, por consiguiente, la tem-peratura del núcleo de los ladri-llos refractarios, con su termosta-to de seguridad. El regulador dedescarga es un reglaje mecánicoque abre o cierra un registro desalida que permite mayor circu-lación de aire y, por tanto, la ob-tención de una emisión de calormayor o menor dependiendo dedicha regulación (Fig. 2).

La combinación adecuada deestos dos reguladores permite unfuncionamiento automático paratodos los días, puesto que el re-gistro se abre dependiendo de latemperatura del núcleo y el re-glaje de descarga por procedi-mientos bimetálicos.

En muchos casos, estos acu-muladores llevan incorporado unsistema calefactor de apoyo parautilización en días de temperatu-

ras extremas o cuando, por razo-nes de corte del suministro, nohubiera carga por la noche. Losconsumos de estas resistenciasadicionales no están acogidas ala tarifa reducida.

Los acumuladores puedenofrecerse también opcionalmentecon una turbina interior que per-mita el paso forzado del aire porel núcleo y, por tanto, la descargacalorífica de forma más rápida,hecho recomendable cuando sedesea caldear un habitáculo enun período de tiempo más corto.Se trata de los acumuladores di-námicos. Los acumuladores sinturbina son los denominados es-táticos.

3. Instalacióneléctrica

Para la consecución de la tari-fa nocturna, la instalación eléctri-ca de la vivienda requiere deequipos y circuitos diferentes alos de una instalación normal desimple tarifa.

Las compañías suministra-doras instalan conjuntos de me-dida con contadores de doble ta-rifa (llano-valle), relojes discrimi-nadores de horas nocturnas yprotector general, principalmen-te. Es importante recordar que,en horas nocturnas, las compañí-as suministradoras no ponen lí-mite de potencia que no sea laspropias limitaciones técnicas dela acometida, y, por tanto, el tér-mino de potencia contratado endichas horas no existe, mientrasque, en el resto del día, los circui-tos están limitados por el ICP co-rrespondiente a la potencia con-

tratada. El consumo del kW tieneun descuento de casi un 55% conrespecto al kW normal; ésta es lajustificación básica para poderoptar a una calefacción eléctricaventajosa, que reúne una ampliagama de características de bie-nestar.

En la actualidad, muchas sonlas viviendas que, en su proyectoinicial, han previsto este tipo detarifa, de tal forma que, cuandose efectúa el contrato de energíaeléctrica, las compañías suminis-tradoras ofrecen en sus instala-ciones y medida dicha tarifa. Aunasí, cuando el usuario tiene lainstalación en tarifa simple y de-sea sustituir su contrato para be-neficiarse de horas valle, el costedel cambio no supone precio al-guno que no sea un sensible au-mento del alquiler de los equiposde medida, ya que son más cos-tosos.Y un recargo del 3% en elprecio de kWh consumido duran-te el día (tarifa normal).

Ahora bien, la instalación eléc-trica interior requiere modifica-ciones que han de realizar insta-ladores autorizados, requisito im-prescindible para efectuar elcambio. Estas instalaciones sepueden ofrecer principalmente endos tipos:

a) La primera, independizandolos circuitos de las tomas de co-rriente donde están conectadoslos acumuladores que, debida-mente protegidos, finalizan en uncontactor principal que se conec-ta por orden del interruptor hora-rio de la compañía. Hay otro relojtemporizado en el interior de lainstalación (del cliente) que dis-crimina también la conexión dela tarifa, para ampliar las posibili-dades de regulación voluntariapor parte del cliente, dentro delos límites del interruptor horario.

b) En la segunda, toda la ins-talación está supeditada al inte-rruptor horario, que ordena elcambio de tarifa y el término depotencia mediante un contactor,de tal forma que, por cada unode los acumuladores a instalar enla vivienda, se requiere un inte-rruptor horario individual que co-necte en las horas previstas.

Desde el punto de vista econó-mico y de regulación en el man-tenimiento, la solución primeratiene unos costes menores deFig.2.


instalación. Las compañías sumi-nistradoras ofrecen normas y re-comendaciones para que los ins-taladores y clientes tomen enconsideración protecciones, lími-tes, seguridades y condiciones atener en cuenta y que inciden di-rectamente en el coste de inver-sión de este tipo de calefacción ynueva contratación.

Es importante contratar el tér-mino de potencia que incida enlos consumos diarios en horasllano.

Los acumuladores son equiposde gran peso y se suministrandesmontados de ladrillo y resis-tencias, lo que obliga a su insta-lación in situ, siempre por insta-ladores autorizados privados odel servicio post-venta del fabri-cante.

4. Cálculos

Las condiciones de la viviendaque vamos a considerar son deuso común, como las que se ex-ponen a continuación:

• La vivienda dispone de aisla-miento térmico en paredes y te-chos (poliestireno expandido)con doble acristalamiento o saltotérmico equivalente.

• Los acumuladores están si-tuados debajo de las ventanas.

• Se consideran 20°C comouna temperatura confortable parauna persona en reposo.

• La vivienda tiene dos pare-des exteriores y está situada enMadrid o zonas de condicionesclimáticas similares, según el Ins-tituto Estadístico de Meteorología.

• Temperatura exterior conuna media superior a 10 días alaño de -3°C.

• Recinto calentado en unifor-midad, se mantiene en sentidohorizontal y vertical la temperatu-ra deseada.

• La velocidad del aire de 0,15m/s.

• Humedad relativa alrededordel 50%.

• Orientación de la viviendanorte/este.

• Superficie de la vivienda de

90 m2 habitables y 2,5 m de altu-ra en techo.

Para el cálculo, hemos de par-tir de los siguientes datos técni-cos:

1 kW/h = 860 kcal/h

El rendimiento de un equipoacumulador es prácticamente del100%, ya que la totalidad detransmisión de energía eléctricase transforma casi en su totalidaden energía calorífica, el resto depérdidas es despreciable.

Mediante la Tabla I y teniendoen cuenta las condiciones deconstrucción de la vivienda y pa-rámetros técnicos que hemosenunciado anteriormente, se cal-culan las pérdidas de calor por

transmisión, pérdidas de calorpor ventilación, superficies exte-riores frías y rendimientos, queno son cálculos previstos en esteanálisis, sino que sus resultadosfinales expresados en la Tabla IIse han de tener en cuenta paracálculos particulares de viviendassimilares de una forma práctica yrápida. (Las condiciones deconstrucción a efectos térmicosen una vivienda son actualmentemuy similares a las condicionesexpuestas en las hipótesis de cál-culo).

Las pérdidas de calor totales(analizadas desde la diferencialde -3°C) quedan expresadas enla Tabla II.

Si tenemos en cuenta la equi-valencia 1 kW = 860 kcal/h ycalculamos la potencia eléctrica

Fig.3.

Tabla I

Areas Temperatura °C Superficie m2 Orientación

Salón 20 30 N/EDormitorio 1 18 15 NDormitorio 2 18 12 INTDormitorio 3 18 9 INTAseos (2) 18 9 EPasillos 15 5 INTCocina 16 10 INT

Total 17,5 med 90


que necesitamos para calentar 1m2 a la temperatura deseada.

En el salón, por ejemplo,

92 kcal m2/h––––––––––––––– = 107 W m2

860 kcal/h

Y, si seguimos con la mismarelación en el resto de los habitá-culos de la vivienda, se obtiene laTabla III.

Y comprobamos que, dividien-do las 7.434 kcal/h totales de laTabla III por 860 kcal/h , da co-mo resultado 8,68 kW/h totalesde potencia eléctrica.

Esta sería la potencia eléctricanecesaria para mantener la tem-peratura deseada y cubrir las pér-didas de calor propias de la vi-vienda; sin embargo, las curvasde carga y descarga de la figura1 muestran que la disipación noes constante ni repartida. Por elcontrario, tiene un ascenso máxi-mo al terminar la carga y des-ciende con una pendiente de pér-dida media de 200 W por cadacuatro horas aproximadamente,salvo que se efectúe la aperturade la trampilla.

Por tanto, el valor medio de losacumuladores se ha de repartir enel transcurso de las 24 horas deldía interpolando entre sus puntasy descensos de disipación.

- Acumulador de 3,2 kW cedeen ocho horas 25,6 kW.h




Valores diferentes al de capa-cidad de acumulación, que siem-pre está por debajo de un 8%aproximadamente.

Asimismo, se puede afirmarque en términos de salida en wa-tios medios por cada uno de losacumuladores de un día comple-to serían:

3,2 kW......25,6 kW.h.... 24h..... 1,4 kW.h2,4 kW......19,2 kW.h.... 24h..... 1 kW.h1,6 kW......12,8 kW.h.... 24h..... 0,7 kW.h0,8 kW....... 6,4 kW.h .... 24h.....0,35 kW.h

Obtenidas las potencias teóri-cas de cada habitáculo, y conoci-das las potencias medias de losacumuladores más usuales, nos

Tabla II

Pérdidas Superficie P. TotalesAreas kcal/m2 m2 kcal/m2

Salón 92 30 2.760Dormitorio 1 90 15 1.350Dormitorio 2 84 12 1.008Dormitorio 3 84 9 756Aseos (2) 80 9 720Pasillos 40 5 200Cocina 64 10 640

Total 76,3 med 90 7.430

Dirección del suministro Titular del Contrato N.I.F.

Tipo de Lectura Lectura Energía Cargo Importe en ptas.consumo abterior actual consumida abono FACTURACION POR POTENCIA

LLANO 7500 7598 98 6,60kW X 1,84 MESES X 274,00 PTS ...........VALLE 14325 14597 272 FACTURACION POR CONSUMO

370kWh X 15,55 PTS ................................DESCUENTO CONSUMO NOCTURNO

RECARGO CONSUMO DIURNO .........................

ALQUILER

Periodo de lectura Tarifa B.O.E. C.N.A.E.EQ. MEDIDA .................................................................15.09.94 a 10.11.94 20N 05.01.94 9010 IVA. POTENCIA Y CONSUMOS IVA ALQUILER

15,0% (6855) + 15,0% (434) ............Oficina comercial TeléfonoCL SILOS 12 ARGANDA 915944994

Nº Recibo Nº Factura0708342801.8-941110 4194111137211IMPORTE TOTAL

Esta factura solo tendrá validez con la autentificación de la oficina de cobro

Estos son los cálculos de su factura

Este es su consumo eléctrico en gráficos

3.327

5.754-2.265

39

434

1.093

8.382

Fig.4.

Tabla III

Potencia Superficie Pot. TotalAreas Wm2 m2 Teórica kW/h

Salón 107 30 3,21Dormitorio 1 105 15 1,58Dormitorio 2 98 12 1,18Dormitorio 3 98 9 0,88Aseos (2) 93 9 0,47 / 0,37Pasillos 47 5 0,24Cocina 74 10 0,74

Total 96 med 90 8,68


vemos obligados a la adaptaciónmás próxima con los equipos deacumulación previstos. Es muyimportante tener en cuenta queeste tipo de calefacción está ac-tuando todo el día y esto suponeconsiderar un factor de reducciónmantenido por la inercia térmica,que es diferente a la de otros ti-pos de calefacción que por ejem-plo sólo están conectadas en in-tervalos de 12 horas máximo dia-rias. En este cálculo se ha consi-derado una reducción del 20% depérdidas de calor en las paredesy techos de la vivienda.

El resultado del replanteo que-da según la Tabla IV incluyendoel nuevo factor.

Así, por ejemplo, en la figura 3puede observarse una disposi-ción de equipos adaptado al re-sultado de la Tabla IV donde elpasillo se acondiciona por el ca-lor de los habitáculos anexos queen algunos casos están dimensio-nadas por encima de los resulta-dos.

Las posibilidades de regula-ción de los equipos permitenadaptar la potencia real a la teó-rica, y siempre es conveniente te-ner instalado un margen mayorde potencia real, ya que, con unabuena regulación, no se desper-dicia energía ni se modifican losvalores de temperatura.

Los 75 W/m3 medios son un

dato importante a la hora de for-marse una rápida idea de la po-tencia necesaria en una viviendade características similares y decualquier superficie.

Los costes de energía con pre-cios en la fecha de realización deestas estimaciones, y sólo para lacalefacción, ascenderían aproxi-madamente, por cada dos me-ses, a los siguientes:

• 17 kW x 8 horas x 15,55 ptakW/h x 0,55 de descuento tarifanocturna = 1.163 pta/día

• 1.163 pta/día x 60 días =69.788 pta bimensual, a plenorendimiento, sin impuestos ni al-quiler de equipos de medida(ejemplo de facturación en la fi-gura 4).

Los costes de los acumulado-res de la vivienda tipo que hemosanalizado, en una calidad media,sin resistencias de apoyo incor-poradas, serían de unas 300.000pta, sin incluir el IVA ni tampocola mano de obra del montaje, quedepende mucho del tipo de insta-lación que exista.

5. Conclusiones

Con la determinación de la po-tencia eléctrica necesaria paracalentar 1 m2/1 m3 de aire para

mantener una temperatura deconfort, que depende del tipo dehabitáculo de la vivienda, se per-mite un análisis práctico y rápidode los consumos necesarios quefaciliten el razonamiento de costede la factura eléctrica en los me-ses fríos y, a la vez, la posiblecomparación con el sistema decalefacción que tenga instalado oprevisto en la actualidad.

Cuando la vivienda está acon-dicionada con una instalacióneléctrica de tarifa doble, el mon-taje de acumuladores eléctricosno precisa de obras, con el aho-rro de tiempo que ello implica, nirompe la estética de sus decora-dos.

Este tipo de calefacción esefectiva las 24 horas del día.

Tabla IV

Area P. Teórica kW/h P. Real (20%) Equipos W/1m3

Salón 3,2 2,6 2 de 3,2 85,3Dormitorio 1 1,58 1,3 1 de 3,2 85,3Dormitorio 2 1,18 0,95 1 de 2,4 80Dormitorio 3 0,88 0,7 1 de 1,6 71Cocina 0,74 0,6 1 de 1,6 64Aseo 1 0,47 0,4 1 de 0,8 64Aseo 2 0,37 0,3 1 de 0,8 80Pasillo 0,24 0,2

Totales 8,68 7,05 17 kW 75 med


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