La Calefacción Urbana, o District Heating en inglés, no es muy conocida por muchos de nosotros, pero todos hemos visto las típicas películas ambientadas en Nueva York, donde en invierno vemos salir una niebla de algunas alcantarillas o salidas de túneles debajo de las calles. Eso es una calefacción urbana, que significa, un sistema de suministro de agua caliente sanitaria y calefacción (y en algunos casos también refrigeración), en la cual el calor o energía térmica es producido en una central (como una gran fabrica de calor) y se distribuye por una red de tuberías urbana, del mismo modo en que se hace con el resto de servicios que utilizamos en nuestras viviendas, es decir, el gas, el agua, la electricidad o las telecomunicaciones.

Lo que distingue esta red de las calefacciones centrales de muchos edificio es que sirve a un grupo de edificios que puede ser más o menos grande y sus conducciones discurren bajo el pavimento de las calles o de las zonas comunes del barrio. La extensión de la red puede ser pequeña, para un grupo de casas, mediana o grande, abarcando toda una población, áreas metropolitanas completas, e incluso explotaciones ganaderas grandes.

Orígenes del District Heating

La primera vez que se utilizó un sistema básico de calefacción urbana fue en la época romana, donde construyeron entre los siglos IV y II A.C. sus baños públicos en los cuales utilizaban agua y aire caliente calentados en “salas de calderas” externas, y el agua caliente circulaba por los canales abiertos hasta llegar a los edificios donde se aprovechaba como aguas termales en los baños. Ya en la Edad Media se construyó un sistema de distribución de agua caliente urbana, construido a base de troncos huecos de madera y que se realizó en el año 1332, en el pueblo de Valois en Chaudes-Aigües, en Francia, el que es el sistema más antiguo todavía en funcionamiento, siendo la primera red de calefacción urbana que abastecía agua caliente a 30 vivienda.

Aunque el término energía renovable aún no se acuñó, esta instalación está formada por tubos de madera y está basada en energía geotérmica, aprovechando las aguas termales que había en la localidad, y puede considerarse la fuente de varias tecnologías modernas para la calefacción urbana y las redes de calefacción. Este pequeño pueblo de Cantal se encuentra en el Macizo Central en el corazón de los volcanes de Auvernia y alberga el manantial termal de Par, el manantial más caliente de Europa con temperaturas entre 80 y 82 ° C. Otra gran ventaja natural de este precursor de la red de calefacción es que el caudal promedio durante la primavera es de 17 m3/h. Estas características fueron beneficiosas tanto para el desarrollo de un sistema de calefacción de distrito como para la naturaleza geológica de la región.

No fue hasta 1818 que se utilizó nuevamente el principio de la energía geotérmica en la región italiana de Volterra. La técnica, conocida como “Logoni techada”, fue desarrollada para absorber los vapores de lodo volcánico utilizados para alimentar bombas de agua bóricas. La Academia Naval de EE. UU. En Annapolis inició el servicio de calefacción a vapor de distrito en 1853. Aunque estos y muchos otros sistemas estuvieron en funcionamiento durante siglos, en 1877 el primer sistema de calefacción de distrito comercialmente exitoso fue introducido en Lockport, Nueva York, por el ingeniero hidráulico estadounidense Birdsill Holly, a quien se le atribuyó la fundación de calefacción de distrito moderna. El primer sistema moderno de calefacción geotérmica de distrito se desarrolló en 1930 en Reykjavik.

Tras la segunda Guerra Mundial y debido sobre todo a la expansión de otras fuentes de energía más baratas, principalmente los derivados del petróleo, este sistema se dejo un poco de lado. Durante este periodo en Europa las redes de calefacción urbana se siguieron instalando, sobre todo en los países nórdicos debido sobre todo a la escasez de gas natural y electricidad. En los años 70, con la crisis del petróleo las redes urbanas de calefacción volvieron a recuperar la importancia que tenían, sobre todo en Estados Unidos, así como en el norte de Europa, Rusia, Japón, China y Corea. De esta forma el desarrollo de la energía geotérmica fue estimulado por las dos crisis del petróleo en los años setenta. La producción geotérmica global aumentó de 400 W en 1960 a 9800 MW en 2007. Hoy en día, la energía geotérmica es una fuente popular de energía renovable utilizada en lugares como Ginebra y Maisons-Alfort.

Funcionamiento de un sistema District Heating

El sistema District Heating o calefacción urbana consta de los siguientes componentes:

  • La central térmica
  • La red de distribución
  • Las subestaciones de transmisión térmica en los edificios

Central térmica

Las tipologías de la central térmica varían en función de la tecnología utilizada para la generación de calor (o frío en su caso), así como de las fuentes energéticas utilizadas, es decir, el combustible. La central térmica puede funcionar a partir de gas, biomasa u otros combustibles. La planta térmica se suele situar en una construcción exclusiva para su uso, a modo de una fábrica, en la que no se fabrican productos, sino que se calienta agua u otro fluido, que se conducirá hasta los edificios de viviendas para usarlo en las calefacciones, para Agua Caliente Sanitaria, como vapor en algunos negocios como tintorerías, planchado, etc… En esta “fabrica” se ubican todos los elementos y maquinaria necesarios para la generación de calor, así como los grupos de bombeo utilizados para la impulsión del fluido calo-portante hasta los distintos puntos de consumo. Las centrales térmicas funcionan de forma automática, en función de la variación de la demanda, es decir, si aumenta el número de viviendas que enciende su calefacción, es detectado por el sistema de control, basado en controladores digitales situados en la central y en cada una de las subestaciones térmicas de los distintos edificios.

Red de distribución

Una vez generada el agua caliente o el vapor, se procede a su distribución hasta los diferentes edificios por medio de una red de tuberías aisladas térmicamente, que evitan en parte las pérdidas de calor. Esta línea de transporte de calor consta de dos conducciones, una para la ida y otra para el retorno. En el caso de redes de Calefacción y Refrigeración Centralizada (también llamadas District Heating & Cooling) Estas líneas de transporte constan de cuatro conducciones. En las nuevas construcciones urbanísticas, el sistema District Heating reduce el coste de ejecución de la obra, ya que la red de distribución de agua caliente sustituye a la red de distribución de gas y aprovecha las zanjas de la red de abastecimiento de agua. La tubería aislada térmicamente está constituida por un tubo portador fabricado en acero al carbono, un aislamiento térmico de poliuretano y una envolvente exterior de polietileno que la protege de la corrosión. Este sistema de conducción presenta una serie de ventajas frente a las tuberías aisladas en obra por el método tradicional:

  • Se minimizan las pérdidas térmicas.
  • Se agiliza el montaje y se disminuye la mano de obra.
  • Una vida útil más larga y se minimiza el mantenimiento.
  • Existe una gran gama de dimensiones y accesorios para las tuberías, existiendo también tubería rígida y flexible.
  • Fácil detección de fugas en la red, con una precisión de 1 metro.

Subestaciones de transmisión térmica

Desde un punto próximo al edificio se conecta el mencionado edificio con la red de distribución, conectándose a la red en paralelo, de forma que todos los edificios disponen de las mismas condiciones de suministro, es decir, no se pierde calidad o calor por estar más cerca de la “fabrica” de calor (central térmica). Una vez dicho enganche esta en el edificio, se ubica una subestación de transmisión térmica, formada por un sistema de intercambio de calor, sin intercambio de fluido ni de presión, mediante el cual se cede calor a los elementos terminales para el servicio de calefacción y agua caliente sanitaria de las viviendas. Estas subestaciones de cada edificio permiten la combinación con otras fuentes de calor para la aportación a la calefacción y el agua caliente sanitaria, como puede ser la instalación de energía solar térmica del edificio.

La instalación está provista de sistemas individuales de control y medida del consumo, lo cual ofrece tres importantes ventajas:

  • Regulación automática: al funcionar de un modo automatizado, son los consumos de los usuarios los que, mediante la el aumento o disminución del consumo, regulan el funcionamiento de la central térmica. Al igual que un mando termostático que se utiliza en muchas duchas, el regulador mantiene constante la temperatura en la red.
  • Control individual: con programador termostático convencional en cada vivienda, el usuario puede establecer las condiciones de confort en su hogar.
  • Facturación individual: se instalan unos contadores de calor para cada vivienda, y al disponer de estas mediciones de consumos individuales de energía, el sistema permite la facturación individual a los usuarios, facilitando la gestión de la explotación.

Ventajas del District Heating

a. Para la empresa:

  1. Se reduce el coste de ejecución de la obra civil.
  2. Se reduce el coste de ejecución de las instalaciones.
  3. Se disminuye el tiempo de instalación y montaje.
  4. Se posibilita al inversor a convertirse en productor eléctrico y/o proveedor de servicios energéticos.
  5. Permite disponer de más superficie útil en venta, ya que la sala de calderas no está en el edificio.
  6. Ayuda Pública con las acciones divulgativas, mejorando el impacto promocional y mejora la Imagen Corporativa.
  7. Acceder a subvenciones de las Administraciones Públicas cuando se promueven programas de Eficiencia Energética y/o Energías Renovables.
  8. Se contribuye a la Responsabilidad Social.

b. Para el usuario:

  1. Se reducen los ruidos de las instalaciones en los edificios.
  2. Se reduce el coste de explotación y mantenimiento de la instalación.
  3. Los consumidores pueden acceder a mejores tarifas de combustible.
  4. Evitan los problemas asociados al bajo rendimiento en las calderas antiguas.
  5. No se tiene que manipular ni almacenar combustible en el edificio.
  6. Se reducen o se anulan las revisiones periódicas a las instalaciones térmicas.

c. Para el medio ambiente:

  1. Posibilita el uso de biomasa.
  2. Mejora la eficiencia energética de la instalación.
  3. Reduce las emisiones de CO2 y Gases de Efecto Invernadero.
  4. Se posibilita además la cogeneración.
  5. Mejora de la eficiencia energética global.

Casos de District Heating en el mundo y España

El District Heating es una tecnología madura con casi 100 años de antigüedad. La primera instalación de Calefacción Urbana, propiamente dicha, se ejecuta en el año 1877, cuando se instaló el primer sistema comercial de calefacción urbana en Lockport, EEUU. Y continuó en el mismo país en los siguientes años en ciudades como Boston, Denver, y concretamente en 1882, tiene lugar la creación del famoso sistema vapor en Manhattan (Nueva York). Pero volviendo al viejo continente, nos encontramos ya en 1900, cuando el primer sistema es construido en Dresden (Alemania), a esta ciudad le siguieron posteriormente otras ciudades. Hoy en día hay en Europa instalados más de 70.000 km de tuberías en redes de calefacción.

El primer ejemplo lo tenemos en Suecia. El país nórdico fue el primer país en instalar una red de calor alimentada con energía solar en la década de los 70. Hoy en día este país goza de 22 complejos solares de este tipo, pero Dinamarca es el país que dispone de la mayor instalación que alimenta un sistema de calefacción urbana, se trata de la red urbana de la ciudad de Marstal que tiene una superficie de colectores de 18300 m2. También en Dinamarca encontramos la ciudad de Odense. Donde se estableció la primera red de calefacción en 1920, habiendo evolucionado hasta la actualidad, en la que presenta una longitud de conducciones de 1.500 km, con más de 50.000 puntos de consumo y cubriendo el 95% de las necesidades de la ciudad. Pocos años después se realiza una instalación similar en Copenhague, concretamente en 1925.

Otro caso a destacar es el de Berlín, la capital de Alemania, donde su región Oriental dispone de una red de calefacción que comenzó a instalarse en 1960 y actualmente dispone de más de 529 km de conducciones. El tercer ejemplo es el de París, Francia. París posee la red más extensa de Europa para el suministro de calefacción mediante vapor a una temperatura de 280°C. La red tiene una longitud de tuberías de 335 km, dando servicio a más de un millón de habitantes y aprovechando la energía procedente de la incineración de Residuos Sólidos Urbanos. En Arbesthal, Austria, encontramos un cuarto ejemplo. La planta da servicio a 108 viviendas en el centro de la localidad, con una red de 4,5 km de longitud. Los combustibles utilizados son residuos procedentes del cultivo y proceso del girasol. Otro caso en Francia es el de Corte, Isla de Córcega, donde la central de calefacción se alimenta de residuos forestales y ofrece servicio a 14 edificios públicos. En Italia tenemos la instalación de Ferrara, en la Toscana, que cuenta con un sistema de calefacción alimentado por fuentes geotermales que suministra a 12.000 usuarios a través de una red de 12 km de longitud.

Fuente: Base de datos DHC de la Universidad de Halmstad. Ciudades Europeas de más de 5000 habitantes con sistemas de Calefacción Urbana o colectivo.

En estos mapas se pueden observar las ciudades europeas de más de 5.000 habitantes que en el año 2011 tenían algún sistema de calefacción o enfriamiento urbano o colectivo. Cabe destacar que en muchos casos, como son los ejemplos citados anteriormente, no afectan a una ciudad entera, o a un barrio, sino a instalaciones más concretas y localizadas de una empresa o una institución, pero se consideran como sistemas de calefacción urbana pos que afectan a diferentes edificios y tienen la estructura constructiva anteriormente mencionada (central, red de distribución y subestaciones de transmisión térmica)

¿Y en España?

Hablando de nuestro país, nos encontramos con las primeras instalaciones de este tipo, realizadas en la Ciudad Universitaria de Madrid en 1932, seguida por el Instituto de Ciencias de la Construcción, Eduardo Torroja, también en Madrid en 1948. En el año 1952 es la Empresa Nacional Siderúrgica, ENSIDESA en Avilés la que instala un sistema de calefacción urbana para sus instalaciones, y la empresa automovilística SEAT lo hace en sus instalaciones de la Zona Franca para la calefacción del comedor de los empleados en 1954. Y ya en el año 1961 se realiza el anteproyecto de calefacción urbana de Pamplona. Otros ejemplos más recientes los encontramos en Universidad Pública de Navarra (Pamplona) y en los Recintos Feriales de Madrid IFEMA (Madrid) realizadas en el año 1990. La iniciativa se puso en marcha en 1998 con la colaboración del Ayuntamiento, el EREN y el IDAE. La red dispone de dos calderas: una principal de 5.200 kW de potencia y otra auxiliar de 700 kW, ambas alimentadas con biomasa procedente de residuo forestal. La inversión fue realizada por el IDAE con sus propios recursos y se recuperó mediante los ahorros energéticos inducidos.

Fuente: Base de datos DHC de la Universidad de Halmstad. Ciudades Europeas de más de 5000 habitantes con sistemas de Enfriamiento colectivo.

Un ejemplo con Calefacción centralizada por biomasa se desarrolló en Cuéllar provincia de Segovia, en 1999, que abastece un barrio construido en los años setenta que incluye varios bloques de pisos con aproximadamente 1.000 habitantes, un colegio, un polideportivo y un centro cultural. En el presente siglo se ha seguido construyendo instalaciones con esta estructura, siendo ejemplos muy importantes los realizados en el Fórum District Heating y barrio 22@ (Barcelona) en el año 2004, y la Central Térmica construida para la Expo-Zaragoza de 2008, y en el mismo año la Central Térmica realzada para la Ciudad Agroalimentaria de Tudela (Navarra), y como ejemplos más recientes tenemos en 2017 la inauguración del District Heating más grande de España en Móstoles; y en el año 2011, la instalación de la Central Térmica en la Ciudad de la Justicia de Madrid y la Central Térmica Ciudad Medio Ambiente en Soria.