DETERMINACIÓN DE LA CARGA TÉRMICA DE UN EDIFICIO.

La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para determinar la carga térmica (también conocida como carga de calefacción) de un edificio calentado mediante una instalación de calefacción, calentándose la instalación de calefacción con generación de gases de escape mediante combustible y apareciendo en el edificio una temperatura exterior así como una temperatura interior. La utilización racional de energía es desde el punto de vista económico y ecológico urgentemente necesaria. Por ello, el ahorro de energía es una medida tanto para la reducción de costes como para la protección del medioambiente y puede lograrse o bien prescindiendo de la energía o bien mediante soluciones técnicas inteligentes. El comportamiento técnico energético y medioambiental de calderas de calefacción se encuentra de manera estricta en esta área de aplicación. Hasta el momento, las valoraciones de la eficacia energética se han basado sobre todo en observaciones estáticas. La interacción entre la instalación y el edificio se produce sin embargo de manera dinámica. Así, de manera condicionada, el rendimiento indicado por los fabricantes de las calderas de calefacción se aleja considerablemente en muchos casos de la eficacia lograda en el funcionamiento práctico. Una causa se encuentra, entre otras cosas, en que por un necesidad de seguridad o comodidad mal entendida estas instalaciones se diseñan en muchos casos demasiado grandes. Esto afecta no sólo a las instalaciones privadas, sino en gran medida también a los edificios de uso público y comercial. La consecuencia de un sobredimensionamiento es que las instalaciones termotécnicas durante la mayor parte del tiempo del periodo de calentamiento se hacen funcionar en situaciones de carga parcial poco económicas. Partiendo de esta situación poco satisfactoria, para mejorar la eficacia energética de un edificio, existe la necesidad de detectar la necesidad calorífica real del edificio que va a calentarse, para a continuación poder adaptar la instalación de calefacción de manera óptima a la misma. Hasta el momento, por regla general, en la determinación de la eficacia energética para el calentamiento de un edificio existente se procede de la siguiente manera: al edificio que va a valorarse desde el punto de vista energético se le asocia en función de su año de construcción una tipología de manera correspondiente. A partir de planos o una inspección se realiza un informe de la superficie para determinar la geometría del edificio. Mediante la comparación con valores globales a partir de un catálogo de elementos constructivos se determinan los coeficientes de transmisión de calor correspondientes. A partir de estos datos se calculan mediante programas de software existentes las pérdidas térmicas por transmisión y por ventilación y a partir de aquí, la necesidad de calor de calefacción. La eficacia de la instalación se calcula basándose en un catálogo de sistemas de calefacción, deduciéndose la eficacia energética en la valoración a partir de la técnica de instalación utilizada y el año de construcción. A partir de los datos así determinados se establece el balance global con respecto a la demanda energética final, la demanda energética primaria y la emisión de CO2 y se clasifica el edificio según una escala de valoración. Este procedimiento es controvertido por los factores de valoración en parte subjetivos, de modo que surge la necesidad de un procedimiento, que tenga una base objetiva. La eficacia energética de una instalación de calefacción se aleja en mayor medida de un punto óptimo, cuanto más se desvíe la potencia instalada de la carga del edificio (sobredimensionamiento). Por ello, la determinación de la carga del edificio tiene una función central en la mejora de la eficacia energética. La carga del edificio, en el caso de un calentamiento, es la pérdida de potencia térmica máxima del edificio y se calcula según la norma DIN 4701/VDI 2067 para la temperatura exterior válida de manera estadística, local, más baja. Las instalaciones de calefacción se configuran o se diseñan desde el punto de vista técnico según esta carga térmica. La potencia instalada (potencia nominal) es suficiente para, en caso de que de manera continua predomine la temperatura de diseño teniendo en cuenta las condiciones de viento, compensar las pérdidas por transmisión y ventilación del edificio. Además se añade la potencia necesaria para proporcionar agua caliente. En general, en este caso, no se tiene en cuenta el comportamiento específico del usuario. Para la determinación de medición de la carga ya se aplican individualmente procedimientos, que por medio de una medición del flujo calorífico calculan esta carga, pero que de este modo aún no pueden indicar nada sobre la optimización de una instalación. Además se indican procedimientos en patentes, que en parte integran el trabajo del combustible de la caldera en la operación de cálculo. En estos procedimientos, sin embargo, el comportamiento no estacionario provocado por el funcionamiento cíclico o la modulación de la caldera, de una instalación de calefacción, no se considera o se considera de manera insuficiente. Este comportamiento no estacionario se produce cuando la necesidad de potencia se encuentra por debajo de la potencia instalada y determina así la disparidad entre la eficacia real y el rendimiento medida puntualmente por aparatos de análisis de gases de escape o definido por el fabricante. Por el documento DE 3 730 529 A1 se conoce un procedimiento para medir un número característico de dimensión definido por la relación de utilización teórica con respecto a la utilización real, de un equipo de calefacción de una instalación de calefacción, en el que mediante la medición de la utilización teórica por medio de la medición de la 2 ES 2 367 961 T3 temperatura exterior a intervalos de tiempo constantes con la formación de un valor medio y la multiplicación por un factor climático, así como mediante la medición simultánea de la utilización real mediante la medición continua del tiempo de conexión del equipo de calefacción con respecto al tiempo de medición mínimo predeterminado se determina la necesidad calorífica. En este procedimiento es desventajoso el hecho de que es necesaria una denominada caldera de medición, que requiere un coste de instalación elevado. Por el documento DE 3 626 281 C2 se conoce un procedimiento, en el que la determinación de la cantidad de calor se produce mediante un termogenerador utilizado, que presenta un rendimiento elevado. En este caso un periodo de tiempo de observación se divide en periodos de tiempo de medición individuales y el número de horas de funcionamiento teórico del termogenerador con elevado rendimiento se relaciona con el periodo de tiempo de medición como función de la temperatura exterior. La cantidad de calor, que emite el termogenerador utilizado en el periodo de tiempo de observación al objeto calentado, se calcula entonces a partir de su potencia nominal teniendo en cuenta el rendimiento de la caldera, las pérdidas por disponibilidad, así como a partir del número de horas de funcionamiento real. La potencia nominal se determina a su vez para un termogenerador adaptado a la necesidad calorífica con ayuda del cociente a partir del número de horas de funcionamiento real y el número de horas de funcionamiento teórico. Si bien este procedimiento no requiere intervenciones tan importantes en el sistema de calefacción como en el caso del documento DE 3 730 529 A1 mencionado anteriormente, sin embargo se parte de numerosas suposiciones, que sólo se refieren a un caso promedio, de modo que la necesidad calorífica determinada puede desviarse considerablemente a su vez de la necesidad calorífica real. Así, por ejemplo, sólo se utiliza el rendimiento de la caldera determinado una vez por el fabricante. Por el documento DE 27 53 485 se conoce un dispositivo para la determinación del rendimiento de un aparato de calefacción, calculándose el rendimiento a partir de las concentraciones de oxígeno medidas en el gas de escape y del aire de combustión alimentado, así como a partir de la temperatura del gas de escape. El documento US 4 054 408 se refiere a un procedimiento para optimizar la combustión en un horno. El documento US 4 621 528 se refiere a un procedimiento para la determinación de un tamaño adecuado de un horno. Por el documento DE 100 62 581 se conoce un procedimiento, en el que en función del tiempo se mide la temperatura exterior y en función del tiempo una magnitud característica para una emisión de energía de la fuente de calor al sistema de calefacción y a partir de los valores medidos se calcula la necesidad calorífica nominal. El cálculo de la emisión de energía de la fuente de calor se basa, sin embargo, también... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para determinar la carga térmica de un edificio calentado mediante una instalación de calefacción, calentándose la instalación de calefacción mediante combustible con generación de gases de escape y apareciendo en el edificio una temperatura exterior así como una temperatura interior, con las etapas de: determinar la potencia de combustible, la temperatura interior y la temperatura del aire de combustión respectivamente a lo largo del tiempo en un periodo de tiempo de observación con una duración de observación determinada; medir parámetros de concentración de gases de escape, temperatura del gas de escape y temperatura exterior respectivamente a lo largo del tiempo en el periodo de tiempo de observación; determinar el rendimiento de la instalación de calefacción a lo largo del tiempo a partir de los parámetros de concentración de gases de escape, temperatura del gas de escape y temperatura del aire de combustión respectivamente a lo largo del tiempo en el periodo de tiempo de observación; determinar la temperatura exterior media y la temperatura interior media en el periodo de tiempo de observación a partir de la temperatura exterior y la temperatura interior; determinar un trabajo de calefacción medio generado a la temperatura exterior media a partir de la potencia de combustible a lo largo del tiempo y el rendimiento de la instalación de calefacción a lo largo del tiempo en el periodo de tiempo de observación; determinar un trabajo de calefacción máximo que va a generarse a una temperatura exterior mínima a partir del trabajo de calefacción medio, la temperatura exterior mínima, la temperatura interior media y la temperatura exterior media en el periodo de tiempo de observación; y determinar la carga térmica del edificio a partir del trabajo de calefacción máximo y la duración de observación. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que como parámetro de concentración de gases de escape se mide la concentración de oxígeno en el gas de escape. 3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que como parámetro de concentración de gases de escape se mide y evalúa la concentración de dióxido de carbono en el gas de escape. 4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la determinación del rendimiento k de la instalación de calefacción se produce mediante una ecuación específica para cada país. 5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que la determinación del rendimiento k de la instalación de calefacción se produce mediante la ecuación k = 1- (Tgas de escape,real Taire, real) · ((CoefA2/ (21-O2med) +CoefB) /100), representando O2,med la concentración de oxígeno actual en el gas de escape, Tgas de escape, real la temperatura del gas de escape actual, Taire, real la temperatura del aire de combustión actual y CoefA2, CoefB coeficientes característicos de la potencia de combustible, dependientes del combustible. 6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que como combustible se proporciona fuel oil o gas, el coeficiente CoefA2 se selecciona entre 0,63 y 0,68 y el coeficiente CoefB se selecciona entre 0,007 y 0,011. 7. Procedimiento según la reivindicación 4, 5 ó 6, en el que del rendimiento determinado se resta un valor de corrección, que es dependiente del comportamiento en funcionamiento de la instalación de calefacción así como de su lugar y tipo de instalación. 8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que se determina el trabajo de calefacción medio a partir del producto integrado a lo largo del periodo de tiempo de observación de potencia de combustible a lo largo del tiempo y rendimiento a lo largo del tiempo. 9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que para la determinación del trabajo de calefacción medio se determina el rendimiento medio en el periodo de tiempo de observación y la potencia de combustible media, multiplicando entonces el rendimiento medio y la potencia de combustible media entre sí, así como por la duración de observación. 10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el trabajo de calefacción máximo se calcula mediante la ecuación Qcalefac., máx. = Qcalefac., medio (Tlímite de calefac.- Texterior,mín.)/( Tlímite de calefac.- Texterior,media), representando Qcalefac., máx. el trabajo de calefacción máximo, Qcalefac., medio el trabajo de calefacción medio en el periodo de tiempo de observación, Tlímite de calefac. la temperatura límite de calefacción, Texterior,mín. la temperatura exterior mínima y Texterior,media la temperatura exterior media medida para determinar la carga térmica en el periodo de tiempo de observación. ES 2 367 961 T3 11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el cálculo de la carga térmica P se produce mediante la ecuación P = Qcalefac., máx./, representando Qcalefac., máx. el trabajo de calefacción máximo y la duración de observación. 12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la duración de observación asciende a 24 horas o a un múltiplo de número entero de 24 horas. 13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que la duración de observación asciende a 168 horas. 14. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que la duración de observación asciende a menos de 24 horas y se extrapola al menos una parte de los valores de medición hasta una duración de observación de 24 horas. 15. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se realizan mediciones múltiples a diferentes temperaturas exteriores. 16. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la instalación de calefacción presenta un suministro de agua caliente sanitaria, restando para determinar la carga térmica del trabajo de calefacción medio un valor de corrección correspondiente al trabajo de calefacción para el suministro de agua caliente sanitaria y volviendo a sumar este valor de corrección en el cálculo del trabajo de calefacción máximo. 17. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se mide la temperatura interior a lo largo del tiempo en el periodo de tiempo de observación, y para la fijación del límite de calefacción se iguala la temperatura exterior a la temperatura interior media en el periodo de tiempo de observación. 18. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se mide el flujo de combustible momentáneo y a partir de aquí se determina el trabajo del combustible en el periodo de tiempo de observación. 19. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que la determinación del trabajo del combustible se realiza de manera correspondiente a la ecuación QC,real = HU VBG, representando QC,real el trabajo del combustible, HU el valor de calefacción dependiente del combustible y VBG el flujo de combustible. 20. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la medición de al menos la temperatura del gas de escape y la temperatura exterior se produce de manera síncrona y discreta en determinados momentos de detección. 21. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la instalación de calefacción tiene un funcionamiento cíclico, deduciéndose a partir del transcurso temporal y/o los valores actuales de parámetros de concentración de gases de escape y/o temperatura del gas de escape, si el quemador está o no actualmente en funcionamiento. 22. Procedimiento según la reivindicación 21, en el que en el periodo de tiempo de observación se relacionan los tiempos de conexión del quemador con la potencia de combustible momentánea para el trabajo del combustible resultante para el periodo de tiempo de observación. 23. Procedimiento según la reivindicación 21 ó 22, en el que la instalación de calefacción presenta al menos dos niveles de combustión con diferentes potencias de combustible, deduciéndose a partir del transcurso temporal y/o los valores actuales de los parámetros de concentración de gases de escape y/o la temperatura del gas de escape, cuál de las al menos dos niveles de combustión está actualmente en funcionamiento y así qué potencia de combustible debe aplicarse actualmente al determinar la carga térmica. 24. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que se tienen en cuenta los diferentes niveles de combustión en la determinación de la potencia de combustible. 25. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se determina el trabajo de calefacción Qd,real en el periodo de tiempo de observación, restando del trabajo del combustible QC,d todo el trabajo de pérdida QV,d. 26. Procedimiento según la reivindicación 25, en el que una parte del trabajo de pérdida QV,d es el trabajo de pérdida de calentamiento Qpérdida (KS) durante las fases de inicio en frío de la instalación de calefacción. 27. Procedimiento según la reivindicación 25 ó 26, en el que una parte del trabajo de pérdida QV,d es el trabajo de pérdida de calentamiento Qpérdida (WS) durante las fases de inicio en caliente de la instalación de calefacción. 28. Procedimiento según la reivindicación 25, 26 ó 27, en el que una parte del trabajo de pérdida QV,d se forma por pérdidas por disponibilidad y/o pérdidas por gases de escape en el intervalo casi estacionario y/o pérdidas por radiación. 21 ES 2 367 961 T3 29. Procedimiento según la reivindicación 25, 26, 27 ó 28, en el que el trabajo de pérdida QV,d es la suma del trabajo de pérdida de calentamiento Qpérdida (KS) en caso de un inicio en frío y del trabajo de pérdida de calentamiento Qpérdida (WS) en caso de un inicio en caliente de la instalación de calefacción. 30. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que en la determinación del rendimiento k para el cálculo del trabajo de calefacción medio Qd,estac para todo el tiempo de funcionamiento del quemador en el intervalo casi estacionario, se tienen en cuenta pérdidas de energía por radiación y/o pérdidas de energía por convección y/o pérdidas por gases de escape y/o pérdidas de energía debido a gases sin quemar. 31. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que como etapa adicional está prevista la determinación de la potencia de quemador que va a ajustarse a partir de la carga térmica y el rendimiento. 32. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 31, en el que se mide de manera discontinua una parte de los valores de medición y se combina con una parte de los valores de medición que pueden leerse a partir de la propia instalación de calefacción. 33. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 31, en el que se mide de manera continua una parte de los valores de medición y se combina con una parte de los valores de medición que pueden leerse a partir de la propia instalación de calefacción. 34. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que por medio de sensores de flujo se mide la cantidad de agua sanitaria consumida y/o el flujo de combustible. 35. Procedimiento según la reivindicación 34, en el que a partir de la cantidad de agua sanitaria consumida y/o el flujo de combustible en combinación con el transcurso de la temperatura de entrada y de salida de un circuito de carga de acumulador se calculan pérdidas parciales y/o valores de corrección. 36. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se determinan las aportaciones de calor de fuentes de calor adicionales externas e internas al edificio y se toman como base. 37. Procedimiento según la reivindicación 36, en el que se determinan las aportaciones de calor logradas mediante el efecto de valor calorífico en la generación de calor al edificio a través de la determinación de la cantidad de condensado y se toman como base. 38. Procedimiento según la reivindicación 37, en el que se determina el efecto de valor calorífico en la generación de calor a través de la determinación de las magnitudes de concentración de oxígeno, temperatura de salida y temperatura del gas de escape y se toma como base. 39. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el trabajo de calefacción se determina para agua sanitaria con la calefacción apagada y se toma como base. 40. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el trabajo de calefacción para el calentamiento del agua sanitaria en el ciclo de medición Qd,w a través de la carga del acumulador de agua sanitaria se toma como base por medio de una detección con medición de los tiempos de carga del acumulador por el transcurso de las temperaturas de entrada y salida del circuito de carga de acumulador, la elevación de la temperatura en el acumulador a través de la diferencia de la temperatura de salida por carga del acumulador y la relación de las magnitudes con el volumen del acumulador. 41. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que mediante la medición múltiple a diferentes temperaturas exteriores a través de la determinación de la línea característica del edificio se determina temperatura límite de calefacción específica del edificio. 42. Disposición para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 41, con un dispositivo de adquisición de datos para detectar la potencia de combustible, la temperatura interior y la temperatura del aire de combustión en cada caso a través del tiempo en un periodo de tiempo de observación con una duración de observación determinada; un dispositivo de medición para medir al menos parámetros de concentración de gases de escape, temperatura del gas de escape y temperatura exterior respectivamente a lo largo del tiempo en el periodo de tiempo de observación; y un dispositivo de evaluación para determinar el rendimiento de la instalación de calefacción a lo largo del tiempo a partir de los parámetros de concentración de gases de escape, temperatura del gas de escape y temperatura del aire de combustión respectivamente a lo largo del tiempo en el periodo de tiempo de observación, para determinar la temperatura exterior media en el periodo de tiempo de observación; para determinar un trabajo de calefacción medio generado a la temperatura exterior media a partir de la potencia de combustible a lo largo del tiempo y el rendimiento de 22 la instalación de calefacción a lo largo del tiempo en el periodo de tiempo de observación; para determinar un trabajo de calefacción máximo que va a generarse a una temperatura exterior mínima a partir del trabajo de calefacción medio, una temperatura exterior mínima, una temperatura interior media y la temperatura exterior media en el periodo de tiempo de observación para determinar la carga térmica de la instalación de calefacción a partir del trabajo de calefacción máximo 5 y la duración de observación. 43. Disposición según la reivindicación 42, en la que el dispositivo de evaluación determina la potencia de quemador que va a ajustarse a partir de la carga térmica y el rendimiento. 10 44. Disposición según la reivindicación 42 ó 43, en la que el dispositivo de medición y el dispositivo de evaluación están separados espacialmente uno de otro y en cada caso presentan una interfaz para la transmisión de datos. ES 2 367 961 T3 45. Disposición según la reivindicación 42 ó 43, en la que el dispositivo de medición tiene una memoria para el almacenamiento intermedio de datos de medición. 46. Disposición según la reivindicación 44 ó 45, en la que las interfaces funcionan sin cables. 47. Disposición según una de las reivindicaciones 42 a 45, en la que están previstos varios dispositivos de medición, que transmiten datos para el dispositivo de evaluación, disponiendo estos dispositivos de medición de una memoria de 20 datos propia, para adquirir los datos por separado y almacenarlos de manera intermedia para una evaluación adicional. 48. Disposición según una de las reivindicaciones 42 a 47, en la que la medición de al menos la temperatura del gas de escape y la temperatura exterior se produce de manera síncrona y discreta en determinados momentos de detección. 23 ES 2 367 961 T3 24 ES 2 367 961 T3