Es un sistema central de grandes dimensiones para una ciudad o un barrio; dispone de una instalación que genera calor y lo canaliza para que llegue a todos los hogares, y así incrementa la eficiencia en el uso de agua, energía y disminuye el impacto ambiental.
Milagros Huerta.
Tubos aislados, necesarios en la distribución
La producción del calor se basa, en general, en centrales de cogeneración, pero cada vez más se usan energías renovables, como la biomasa, la energía solar y hasta el calor sobrante de las centrales nucleares y de las incineradoras de residuos urbanos. El aprovechamiento del calor residual es sumamente importante en el ahorro energético de este sistema.
La calefacción urbana obtiene su calor de una central cercana. El calor se distribuye a los edificios de un barrio o de una ciudad, que forman parte de la red, mediante un sistema de tubos aislados, por lo general subterráneos. Usualmente, se emplea agua para distribuir el calor, pero también se puede utilizar vapor. El calor distribuido se puede utilizar para calefacción, ACS e incluso para refrigeración en verano con sistemas especiales. Las centrales más utilizadas para obtener este calor son las de cogeneración, las cuales, al producir y aprovechar de forma conjunta electricidad y calor, logran un considerable ahorro energético, además de disminuir la contaminación al reducir el consumo de combustibles fósiles o gas natural.
La principal ventaja en este sistema es que la producción de calor es mucho más eficiente, pues se desperdicia y se contamina menos. El principal inconveniente es la puesta en marcha de la central productora de calor y la red de tuberías. Todo el sistema requiere una gran inversión inicial, que se amortiza a largo plazo. No es una buena opción para zonas con baja densidad demográfica o para comunidades con muchos edificios pequeños. Donde se puede encontrar mayor presencia de la calefacción urbana o de distrito es en los países nórdicos.
La calefacción urbana, como se utiliza hoy, se desarrolló a comienzos del siglo XX, aunque existen vestigios en el Imperio Romano de técnicas similares. El concepto principal es suministrar calefacción a los edificios públicos, apartamentos, oficinas, etcétera.
Diagrama de fuentes de energía renovable acoplables a una calefacción de distrito |
Su funcionamiento está basado en una central ubicada cercana a los consumidores que produce calor para generar agua caliente o vapor, el cual es distribuido mediante un sistema de tubos aislados; el transporte del fluido se realiza a través de muchos kilómetros con pérdidas mínimas de calor para los consumidores.
Un caso que merece atención especial es el de Islandia, país que lidera la utilización de calefacción urbana en todo el mundo, ya que lo utiliza 95 por ciento de todos los hogares, la mayoría de ellos en la capital, Reykiavik. La mayor parte del calor proviene de plantas geotérmicas de este país. Tras Islandia, los países escandinavos son los mayores usuarios de esta tecnología.
Esquema de calefacción urbana
Los sistemas geotermales de calefacción distrital requieren grandes inversiones de capital. Los mayores costos corresponden a la inversión inicial en pozos de producción y de reinyección; equipos de monitoreo y control; bombas dentro de pozos, tuberías y redes de distribución; estaciones de peaking y estanques de almacenamiento. El costo de operación es, sin embargo, comparativamente más bajo que en los sistemas convencionales. Un factor de crucial importancia en la estimación del costo inicial de un sistema es la densidad de carga térmica o la demanda de calor dividida por el área de terreno del distrito. Una alta densidad de calor determina la factibilidad económica de un proyecto de calefacción distrital, ya que la red de distribución es costosa.
Algunos beneficios económicos pueden conseguirse combinando calefacción y enfriamiento en aquellas áreas donde el clima lo permita. El factor de carga en un sistema que combine calefacción y enfriamiento podría ser mayor que el factor de carga para calefacción solamente y, por consecuencia, mejoraría el precio de la unidad de energía (Gudmundsson, 1988). El aire acondicionado geotermal (calefacción y enfriamiento) ha tenido una considerable expansión desde la década de 1980, conjuntamente con la introducción y generalización del uso de bombas de calor. El calor distribuido se puede utilizar para calefacción, para producir agua caliente o para climatizar y enfriar, según convenga.
El método más común para obtener este calor es una central de cogeneración. En ellas se puede utilizar combustibles fósiles o gas natural, de modo más frecuente en nuestros días, para de este modo producir y aprovechar de forma conjunta electricidad y calor, con lo cual se logra un considerable ahorro energético.
Funcionamiento
La forma de operación de este sistema consiste en que, desde una central de producción de calor, se distribuye agua caliente por medio de conducciones aisladas térmicamente hacia las subcentrales del edificio donde, con un intercambiador, se prepara el agua con las características (presión y temperatura) apropiadas para la instalación del edificio. Esta subcentral es como cualquier central térmica de edificio, pero con un intercambiador en lugar de calderas. El agua que ha perdido una parte del calor que transportaba vuelve a la central de producción para ser recalentada y reenviada a la red, con lo cual también se ahorra energía por tener que realizar un menor salto térmico, debido a que el agua ya se encuentra a una temperatura determinada.
Las fuentes de calor que pueden utilizarse admiten posibilidades, como la energía geotérmica o energías residuales de procesos térmicos de la industria o de la cogeneración, solar, etcétera.
Como todo sistema con ciertas peculiaridades y un tiempo de amortización alto, es necesario, antes de instalar un sistema de calefacción de distrito, que un experto en la materia realice un estudio previo. Este estudio sirve para analizar cómo realizar la instalación de forma óptima y económica, de modo que la oferta de calor se adecue a la demanda a lo largo de los distintos meses del año; de esta forma, se obtendrá la mejor solución posible.
Está muy poco desarrollado en este tipo de sistemas el concepto de “trigeneración”, en el que, además de la electricidad y el calor, se añade un sistema de absorción para producción de frío, con lo que se conseguiría una climatización, en vez de sólo una calefacción, lo que haría que se mejorara el sistema en algunos tipos de climas. Curiosamente, este concepto fue introducido por AESA en 1982, una empresa pionera en España en la utilización de la cogeneración.
Se están usando, en esta tecnología, centrales de biomasa para generar electricidad y calor, lo cual no supone ningún problema; pero también se usa el calor residual de las incineradoras de residuos sólidos urbanos, las cuales liberan energía, pero generan controversia por su acción contaminante, aunque sus emisiones se reducen hasta valores mínimos y casi inocuos.
La refrigeración de distrito también está entrando últimamente en acción, y algunas empresas distribuidoras ofrecen los dos sistemas, dado que, gracias a los nuevos materiales, se tienen menos problemas técnicos para ponerlos en marcha.
En los sistemas antiguos no había regulación y se podía pasar calor o frío, según la persona, con lo cual no existía confort; en los sistemas actuales, la eficiencia es mayor que en los sistemas individuales y centrales, y cuentan con regulación.
Ventajas
- Los sistemas productores de calor de gran tamaño tienen rendimientos mucho mayores que los pequeños, de modo que se aprovecha mejor el combustible
- Ahorro de emisiones de gases de efecto invernadero
- La calefacción de distrito realizada por cogeneración es el método más barato de reducir el uso del carbón
- El reparto de calor genera frío para la climatización mediante aparatos de absorción instalados en las subcentrales de edificio
- El consumidor ahorra dinero en la energía y las instalaciones que debería usar en sus propios sistemas de calefacción
- Tienen un conducto de gas más avanzado que limpia los sistemas de caldera
Desventajas
- La inversión inicial es muy elevada, ya que se emplea para realizar la construcción de la central donde se produce el calor y la red de tuberías de distribución, por lo que la amortización será a largo plazo
- No es un sistema idóneo para zonas con baja densidad demográfica
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