1.3.2-Ut4 (Manual de Teoría)

UNIDAD DIDÁCTICA 4

EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICACIÓN

MÁSTER UNIVERSITARIO DE GESTIÓN Y DISEÑO

DE PROYECTOS E INSTALACIONES CURSO 2014-2015

ASIGNATURA EFICIENCIA Y AHORRO DE ENERGÍA

UNIDAD 4. EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICACIÓN

ÍNDICE Página

OBJETIVOS. ................................................................................................................................. 3 INTRODUCCION........................................................................................................................... 5 4.1. CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS. .................................................................. 7 4.1.1. MEJORA DEL NIVEL DE AISLAMIENTO. .......................................................... 8 4.1.2. ELIMINACIÓN DE PUENTES TÉRMICOS. ........................................................ 9 4.1.3. MEJORA DE LA ESTANQUEIDAD DE PUERTAS Y HUECOS......................... 9 4.1.4. TRATAMIENTOS ESPECIALES DE LOS VIDRIOS PARA MEJORAR SU COMPORTAMIENTO TÉRMICO INVIERNO/VERANO................................................. 10 4.1.5. INSTALACIÓN DE ELEMENTOS DE SOMBRA............................................... 10 4.2. ILUMINACIÓN. ........................................................................................................... 11 4.2.1. MEJORA DEL DISEÑO GLOBAL DE LA INSTALACIÓN TANTO EN NIVELES DE ILUMINACIÓN COMO EN TÉRMINOS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA. ............... 11 4.2.2. EMPLEO DE SISTEMAS DE REGULACIÓN Y APROVECHAMIENTO DE LA LUZ NATURAL................................................................................................................ 12 4.3. CLIMATIZACIÓN........................................................................................................ 12 4.3.1. INSTALACIÓN DE SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DEL CALOR DEL AIRE DE EXTRACCIÓN........................................................................................................... 15 4.3.2. REGULACIÓN DEL CAUDAL (AIRE O AGUA) A IMPULSAR MEDIANTE VARIADORES DE FRECUENCIA. ................................................................................. 16 4.3.3. FIJAR TEMPERATURAS DE CONSIGNA DISTINTAS PARA ZONAS DESOCUPADAS (O NO CLIMATIZARLAS)................................................................... 16 4.3.4. REALIZACIÓN DE FREE-COOLING. ............................................................... 17 4.4. AGUA CALIENTE SANITARIA.................................................................................. 17 4.4.1. PLANTEAR LA INSTALACIÓN DE PANELES SOLARES EN TÉRMINOS MÁS EXIGENTES QUE LA CONTRIBUCIÓN MÍNIMA ESTABLECIDA EN EL CTE HE4..... 18 4.4.2. REVISIÓN DEL AISLAMIENTO DE LA INSTALACIÓN Y REGULACIÓN DE LAS TEMPERATURAS DEL ACS. ................................................................................. 18 4.4.3. EVITAR LA INSTALACIÓN DE SISTEMAS DE DISIPACIÓN DE EXCEDENTES ENERGÉTICOS AL AMBIENTE (AEROTERMOS). ............................. 18 4.5. VENTILACIÓN............................................................................................................ 19 4.5.1. INSTALACIÓN DE UNA UNIDAD DE VENTILACIÓN CON RECUPERADOR DE CALOR. ..................................................................................................................... 19 4.6. EQUIPAMIENTO. ....................................................................................................... 19 4.6.1. ADQUISICIÓN/ SUSTITUCIÓN DE ELECTRODOMÉSTICOS DE CLASE SUPERIOR Y EQUIPOS OFIMÁTICOS EFICIENTES................................................... 20 4.6.2. REDUCCIÓN DE PÉRDIDAS (STAND-BY)...................................................... 20 4.6.3. CONFIGURACIÓN AHORRO DE ENERGÍA. ................................................... 20 4.7. AUDITORÍAS ENERGÉTICAS EN EDIFICACIÓN. ................................................... 21 4.7.1. DB-HE1 LIMITACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA. CONFIGURACIÓN AHORRO DE ENERGÍA. ................................................................................................ 21 4.7.2. DB-HE2 RENDIMIENTO DE LAS INSTALACIONES TÉRMICAS DE LOS EDIFICIOS ...................................................................................................................... 30 4.7.3. DB-HE3 EFICIENCIA ENERGÉTICA DE LAS INSTALACIONES DE ILUMINACIÓN................................................................................................................. 44 4.7.4. DB-HE4 CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA DE AGUA CALIENTE SANITARIA53 4.7.5. DB-HE5 CONTRIBUCIÓN FOTOVOLTAICA MÍNIMA DE ENERGÍA ELÉCTRICA .................................................................................................................... 75 4.8. BIBLIOGRAFÍA. ......................................................................................................... 83

MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO EFICIENTE DE PROYECTOS E INSTALACIONES

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ÍNDICE

RESUMEN................................................................................................................................... 85

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MASTER EN GESTIÓN Y DISEÑO EFICIENTE EN PROYECTOS E INSTALACIONES


OBJETIVOS. Conocer todos Agroalimentario.

los

tipos

de

auditorías

energéticas

en

el

sector

Ser capaz de realizar auditorías y estudios de eficiencia que permitan diagnosticar la situación energética del suministro. Proponer medidas para optimizar el consumo de recursos y los costes. Saber realizar un seguimiento genérico de las medidas propuestas en una auditoría energética. Conocer los trámites administrativos en la realización de auditorías energéticas.


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INTRODUCCION. En este tema se citan las actuaciones más importantes para mejorar la eficiencia energética en las edificaciones. Entre los aspectos más importantes para mejorar la eficiencia energética se encuentran las características constructivas, la iluminación, la climatización, el agua caliente sanitaria, la ventilación y el equipamiento. La normativa española referente a la mejora de la eficiencia energética en edificación se recoge dentro del RD 314/2006 “Código Técnico de la Edificación (CTE)”. Se trata de un marco normativo por el que se regulan las exigencias básicas de calidad que deben cumplir los edificios, incluidas sus instalaciones, para satisfacer una serie de requisitos básicos de seguridad y habitabilidad. Este documento está constituido por una serie de documentos básicos (DB): DB SE: Seguridad estructural DB SI: Seguridad en caso de incendio DB SUA: Seguridad de utilización y accesibilidad DB HS: Salubridad DB HR: Protección contra el ruido DB HE: Ahorro de energía Dentro de este último documento básico se especifican los aspectos más importantes de la eficiencia energética en edificación. En la DB HE1 “Limitación de la demanda energética” se definen las características mínimas que debe cumplir la envolvente de un edificio para limitar adecuadamente la demanda energética en función de las características específicas de la obra. La DB HE2 “Rendimiento de las instalaciones térmicas” establece las condiciones que deben cumplir las instalaciones destinadas a atender la demanda de bienestar térmico e higiene a través de las instalaciones de calefacción, climatización y agua caliente sanitaria para conseguir un uso racional de la energía. Esta exigencia está desarrollada en el Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios (RITE). La DB HE3 “Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación” recoge las condiciones mínimas desde el punto de vista energético que deben cumplir las instalaciones de iluminación de los edificios. En la DB HE4 “Contribución solar mínima de ACS” se establecen las condiciones de demanda de las instalaciones de agua caliente sanitaria (ACS) en los edificios que así lo requieran. Para satisfacer la demanda se deben instalar dispositivos de captación, almacenamiento y utilización de la energía dependiendo de las condiciones particulares del edificio. Por último, la exigencia mínima DBHE5 “Contribución fotovoltaica mínima de energía fotovoltaica” obliga a determinados edificios a incorporar sistemas fotovoltaicos en función de las características específicas del edificio. Se detallan en este tema algunos de los aspectos de cada uno de los documentos básicos referentes al ahorro y la eficiencia energética de los edificios.


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4.1. CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS. Desde el punto de vista de la eficiencia energética se incluyen las características que debe tener un edificio en el código Código Técnico de la Edificación (CTE), aprobado por Real Decreto 314/2006, de 17 de Marzo. Dentro del CTE se incluyen las exigencias básicas de ahorro de energía (HE). El objetivo del requisito básico de ahorro de energía consiste en conseguir un uso racional de la energía necesaria para la utilización de los edificios, reduciendo a límtes sostenibles su consumo y conseguir además que una parte de ese consumo proceda de fuentes de energías renovables, como consecuencia de su proyecto, construcción, uso y mantenimiento. Para satisfacer este objetivo los edificios se proyectarán, construirán, utilizarán y mantendrán de forma que se cumplan las exigencias básicas que se establecen en los apartados siguientes. El documento básico “DB Ahorro de Energía” especifica parámetros objetivos y procedimientos cuyo cumplimiento asegura la satisfacción de las exigencias básicas y la superación de los niveles mínimos de calidad propios del requisito básico de ahorro de energía. En el Documento Básico Exigencia Básica DB HE1 “Limitación de la demanda energética” se definen las características mínimas que debe cumplir la envolvente de un edificio (transmitancia, factor solar, etc) para limitar adecuadamente la demanda energética en función de diferentes parámetros: clima de la localidad, uso del edificio, régimen de verano e invierno, características de aislamiento e inercia, permeabilidad al aire y exposición a la radiación. “Los edificios dispondrán de una envolvente de características tales que limite adecuadamente la demanda energética necesaria para alcanzar el bienestar térmico en función del clima de la localidad, del uso del edificio y del régimen de verano e invierno, así como por sus características de aislamiento e inercia, permeabilidad al aire y exposición a la radiación solar, reduciendo el riesgo de aparición de humedades de condensación superficiales e intersticiales que puedan perjudicar sus características y tratando adecuadamente los puentes térmicos para limitar las pérdidas o ganancias de calor y evitar problemas higrotérmicos en los mismos”. Para aplicar este documento básico se puede optar por la opción simplificada o por la opción general. Opción simplificada. En este caso el edificio debe cumplir una serie de condiciones (por ejemplo, que el porcentaje de huecos en fachada sea inferior al 60%). Adicionalmente se ha de establecer: - Determinación de la zona climática. - Clasificación de los espacios del edificio. - Definición de la envolvente térmica y los cerramientos. - Comprobación del cumplimiento de las limitaciones en cuanto a permeabilidad. - Cálculo de los parámetros característicos (transmitancia y factor solar). - Comprobación de la limitación de la demanda energética. A partir de la determinación de los parámetros calculados previamente se han de realizar las siguientes comprobaciones: •

La transmitancia de los cerramientos debe ser inferior al valor límite establecido.


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PROYECTOS DE INSTALACIONES DE AGUA Y PROTECCION CONTRA INCENDIOS

•

Se debe calcular la media de los distintos parámetros característicos.

•

Se ha de comprobar que los valores medios calculados son inferiores al valor límite correspondiente.

- Control de condensaciones intersticiales.

Figura 4.1.- Detección con cámara termográfica de las condensaciones intersticiales de un edificio

Opción general. El procedimiento de aplicación consiste en comprobar que la demanda energética del edificio en cuestión es inferior a la demanda energética de un edificio de referencia cuya envolvente térmica presente los mismos parámetros característicos de la tabla de parámetros medios correspondientes a su zona climática. El método de cálculo de esta opción se formaliza a través de un programa de cálculo oficial o de referencia. La versión oficial de este programa se denomina Limitación de la Demanda Energética (LIDER). La opción general limita la demanda de forma directa mientras que la opción simplificada lo hace de manera indirecta. Las medidas para mejorar la demanda energética de las características constructivas de un edificio son las siguientes: - Mejora del nivel de aislamiento. - Eliminación de puentes térmicos. - Mejora de estanqueidad de puertas y huecos. - Tratamientos especiales de los vidrios para mejorar su comportamiento térmico invierno/verano. - Instalación de elementos de sombra. En los puntos desarrollados siguientes se detallan cada una de las medidas. 4.1.1.

MEJORA DEL NIVEL DE AISLAMIENTO.

La mejora del nivel de aislamiento de un edificio conlleva el concepto de rehabilitación térmica. Si se ha de rehabilitar térmicamente un edificio se ha de hacer bajo criterios energéticos. A la hora de aislar térmicamente una vivienda hay que lograr que sus elementos en contacto con el exterior aumenten su resistencia al paso del calor. Las actuaciones más importantes a tener en cuenta en este aspecto son las siguientes: - Aprovechar la reparación de goteras y humedades para la instalación o sustitución de material aislante térmico en la cubierta.

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- Instalar un material aislante térmico en los muros, ya sea por el exterior, interior, o inyectando dentro del muro, y/o sustituyendo vidrios y ventanaspor otras más eficientes y de mayor calidad, como por ejemplo doble acristalamiento con vidrio bajo emisivo. - Aislar las tuberías de conducción del agua caliente o fría, de las calderas, de los acumuladores de calor, etc. de los edificios para evitar pérdidas de calor en el transporte del agua caliente y evitar posibles condensaciones en las conducciones de agua fría. 4.1.2.

ELIMINACIÓN DE PUENTES TÉRMICOS.

Los puentes térmicos son zonas de la envolvente del edificio en las que se evidencia una variación de la uniformidad de la construcción y se presenta una minoración de la resistencia térmica respecto al resto de los cerramientos. Algunos ejemplos de puentes térmicos son: - Pilares integrados en los cerramientos de las fachadas. - Contorno de huecos y lucernarios. - Cajas de persianas. - Frente de forjados en fachadas. - Encuentros de tabiquería interior con fachada.

Figura 4.2.- Esquema de puente térmico en edificación.

4.1.3.

MEJORA DE LA ESTANQUEIDAD DE PUERTAS Y HUECOS.

Mediante la estanqueidad de puertas y huecos se evitan infiltraciones indeseadas. Evitar infiltraciones conlleva proteger al edificio de posibles daños estructurales derivados de la salida del aire caliente y húmedo. Además se aumenta el nivel de confort pues se evita la entrada de aire frío exterior que además puede transportar partículas de polvo.


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Figura 4.3.- Detalle de las posibles infiltraciones en una edificación.

4.1.4.

TRATAMIENTOS ESPECIALES DE LOS VIDRIOS PARA MEJORAR SU COMPORTAMIENTO TÉRMICO INVIERNO/VERANO.

En el mercado hay vidrios de distinto factor solar que se obtienen mediante tratamiento selectivo angular o depósitos metálicos. Mediante el relleno de acristalamientos dobles pueden modificarse de manera reversible las propiedades físicas de transmisión.

Figura 4.4.- Detalle de acristalamiento doble.

4.1.5.

INSTALACIÓN DE ELEMENTOS DE SOMBRA.

Dependiendo del clima y las condiciones del entorno se establece una estrategia de diseño de protección solar de los huecos característica. Hay que tener en cuenta las diferencias de recorrido solar de invierno y de verano.

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Figura 4.5.- Diferencias de recorrido solar de invierno y verano en una estructura.

4.2. ILUMINACIÓN. El Documento Básico DB HE3 “Eficiencia energética en las instalaciones de iluminación” establece los requisitos de iluminación desde el punto de vista de la eficiencia energética. Los edificios deben disponer de una iluminación adecuada en función de las necesidades de los usuarios. Por otro lado, las instalaciones de iluminación deben ser energéticamente eficientes. Para ello han de contar con un sistema de control que permita ajustar el encendido de la ocupación real de la zona. Además han de contar con un sistema de regulación que optimice el aprovechamiento de la luz natural en las zonas que reúnan una determinadas condiciones. Las medidas propuestas en cuento al alumbrado se ven con detalle en el tema de auditorías energéticas de industrias. Como medidas específicas en el sector de la edificación cabe citar: - Mejora del diseño global de la instalación tanto en niveles de iluminación como en términos de eficiencia energética. - Empleo de sistemas de regulación y aprovechamiento de la luz natural. 4.2.1.

MEJORA DEL DISEÑO GLOBAL DE LA INSTALACIÓN TANTO EN NIVELES DE ILUMINACIÓN COMO EN TÉRMINOS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA.

En el CTE en la parte HE3 se define el valor de eficiencia energética de la instalación (VEEI) y establece un valor límite en función de la zona de actividad a la que pertenezca la estancia.

P: Potencia de lámpara más el equipo auxiliar (w) 2 S: superficie iluminada (m ) Em: Iluminancia media mantenida (lux) Expresión 4.1.- Valor de la eficiencia energética de la instalación (VEEI)


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4.2.2.

EMPLEO DE SISTEMAS DE REGULACIÓN Y APROVECHAMIENTO DE LA LUZ NATURAL.

Por un lado se trataría de instalar sistemas de control para adaptar el encendido a la ocupación real. Para ello se instalan sensores de ocupación e interruptores horarios con el fin de evitar consumos innecesarios (parkings, escaleras, etc). También se trata de poner medidas para aprovechar la luz natural.

Figura 4.6.- Ejemplos de medidas para aprovechar la luz natural.

4.3. CLIMATIZACIÓN. Con la climatización de un edificio se persigue como objetivo crear unas condiciones de temperatura, humedad y limpieza del aire adecuadas para la comodidad dentro de los edificios. La norma que sigue la climatización en edificación se especifica en el CTE en la CTE NB HE2 “Rendimiento de las instalaciones térmicas”. Esta normativa es una exigencia en los edificios respecto a la climatización. Se trata de una exigencia desarrollada en el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE). Establece las condiciones que deben cumplir las instalaciones destinadas a atender la demanda de bienestar térmico e higiene a través de las instalaciones de calefacción, climatización y agua caliente sanitaria, para conseguir un uso racional de la energía. Las exigencias que establece el RITE son las siguientes: - Mayor rendimiento energético en los equipos de generación de calor y frío, así como los destinados al movimiento y transporte de fluidos. - Mejor aislamiento en los equipos y conducciones de los fluidos térmicos. - Mejor regulación y control para mantener las condiciones de diseño previstas en los locales climatizados. - Utilización de energías renovables disponibles, en especial la energía solar y la biomasa. - Incorporación de subsistemas aprovechamiento de energías residuales.

de

recuperación

de

energía

y

el

- Sistemas obligatorios de contabilización de consumos en el caso de instalaciones colectivas. Desaparición gradual de combustibles sólidos más contaminantes. - Desaparición gradual de equipos generadores menos eficientes.

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Figura 4.7.- Diferencias de climatización verano-invierno.

Como se muestra en la figura 4.7, las cargas térmicas varían principalmente con la estación del año. En verano se tratará de extraer calor generado por la radiación solar, la transmisión de cerramientos, ventilación y cargas internas (personas, equipos instalados, etc). Durante el invierno, el equipo de climatización fundamentalmente introduce calor que se ve favorecido por la radiación solar que entre en el local y las cargas internas (personas, equipos instalados, etc). Las pérdidas de calor se producen por los cerramientos y la ventilación. Además de variar las cargas térmicas con la estación del año, hay otra serie de factores de los que dependen: - Situación en el espacio (orientación, fachadas acristaladas). - Horario de ocupación. - Actividad realizada. Para una correcta climatización es necesario prever las zonas del edificio que van a tener una carga térmica especialmente alta. Por ejemplo, salas de ordenadores, discotecas,… A la hora de acometer la medida de la carga térmica se han de conocer las condiciones térmicas del entorno. Para ello hay que tener en cuenta trece factores: En primer lugar hay cuatro que dependen del ambiente y se fijan en proyecto. Éstos son: - Temperatura de bulbo seco. - Temperatura de bulbo húmedo. - Velocidad media del aire. - Temperatura radiante media. Los 4 siguientes dependen del cuerpo (en función del usuario): - Temperatura de la piel. - Humedad de la piel. - Sudor. Los 5 últimos dependen de la vestimenta del usuario. - Resistencia al paso del calor. - Factor de aumento de la superficie. - Emisividad de la superficie. - Temperatura superficial.


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Además de los factores anteriormente descritos, en los proyectos de climatización hay que considerar una serie de indicadores que permiten realizar los cálculos de las necesidades de climatización. Se detallan los más importantes: - Calor sensible: se trata de aquel calor que en su transferencia no se produce un cambio de estado (conducción). - Calor latente: es el calor que en su transferencia existe un cambio de fase (por ejemplo en la sudoración). - Metabolismo: se trata de una medida concreta de cantidad de calor generado por superficie por una persona. 1 metabolismo (met) es equivalente a 58,2 W·m-2. Para actividades normales oscila entre 1,1 y 1,4. - CIo: es una medida del nivel de aislamiento. Según lo tabulado en norma, 1 CIo equivale a m2·K·W -1. - Desequilibrio térmico: Se trata del calor que hay que suministrar o extraer en función de cada individuo (DT=M-(Qresp+Qpiel). - Voto medio previsto (VMP): Índice basado en la respuesta de un gran número de personas de acuerdo a la escala de sensaciones térmicas (desde -3 muy frío a +3 muy caliente). - Porcentaje de personas insatisfechas (PPI): La norma define un máximo en función de la categoría. Si se relaciona en ordenadas el PPI (en %) con el VMP (en valor entero) se obtiene una gráfica en la que se refleja el mínimo de personas insatisfechas. La relación entre estos dos últimos indicadores se refleja en la figura 4.8. en un caso específico. En la gráfica se refleja que para este caso particular existe un mínimo de 5% de insatisfechos.

Figura 4.8.- Relación entre VPM y PPI en un caso específico.

Otro concepto relacionado con la climatización es el malestar térmico local. Hay una serie de indicadores de este malestar: - Corrientes de aire. Debido a las corrientes de aire se produce un enfriamiento local del cuerpo dependiendo de la velocidad y la turbulencia. Un indicador para estimar las corrientes de aire es el DR (porcentaje de personas insatisfechas por corrientes de aire). - Asimetría de la temperatura radiante. Se trata de la radiación emitida desde grandes superficies (cristaleras). - Diferencia vertical de la temperatura. Una diferencia superior a 3ºC entre pies y cabeza produce malestar térmico.

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- Suelo frío o caliente. El malestar térmico se produce cuando la temperatura del suelo se encuentra entre 19 y 29ºC. Todos estos factores e indicadores hay que tenerlos en cuenta a la hora de abordar un proyecto de climatización. En cuanto a los elementos de proyecto de climatización que hay que controlar para mejorar su eficiencia energética hay que considerar los elementos de generación de frío (evaporadores), los elementos de generación de calor (calderas) y el mantenimiento de todos estos elementos. Ver figura 4.9.

Figura 4.9.- Elementos de generación de frío, generación de calor y mantenimiento.

Entre las medidas para mejorar la eficiencia energética de la climatización, cabe distinguir: - Instalación de sistemas de recuperación del calor del aire de extracción. - Regulación del caudal (aire o agua) a impulsar mediante variadores de frecuencia. - Fijar temperaturas de consigna distintas para zonas desocupadas (o no climatizarlas). - Realización de free-cooling. 4.3.1.

INSTALACIÓN DE SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DEL CALOR DEL AIRE DE EXTRACCIÓN.

En este caso se trata de aprovechar el calor residual que procede de la ventilación. Este calor residual se emplearía para precalentar el aire de impulsión mediante recuperadores. En la figura 4.10 se muestra el aspecto de un recuperador de calor.

Figura 4.10.-Recuperador de calor.


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Los recuperadores más utilizados son los estáticos y los recuperadores rotativos aire-aire. La instalación de recuperadores de calor es obligatoria cuando el caudal de aire exterior es superior a 3 m3·s-1., salvo cuando su régimen de funcionamiento sea inferior a 1.000 horas anuales. 4.3.2.

REGULACIÓN DEL CAUDAL (AIRE O AGUA) A IMPULSAR MEDIANTE VARIADORES DE FRECUENCIA.

El uso de variadores de velocidad (o de frecuencia) mejora el rendimiento de los motores. Esta medida se emplea en la mayoría de las instalaciones que emplean motores eléctricos. En el caso específico de la climatización se regula el caudal (de aire o agua) para optimizar la velocidad y con ello el consumo.

Figura 4.11.-Variadores de frecuencia para motores.

4.3.3.

FIJAR TEMPERATURAS DE CONSIGNA DISTINTAS PARA ZONAS DESOCUPADAS (O NO CLIMATIZARLAS).

Para poner en marcha esta medida se ha de hacer un estudio detallado de las distintas zonas y sus usos. Se ha de tener en cuenta que los usos distintos conllevan necesidades de climatización distintas.

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Figura 4.12.-Zonificación de una nave para un estudio climático.

4.3.4.

REALIZACIÓN DE FREE-COOLING.

Hay que considerar que el uso de energías gratuitas es un elemento importante para el ahorro energético. Con el uso de las energías gratuitas y en particular con el free-cooling se consigue un ahorro en generación y se mejora la calidad del aire interior al mejorar la ventilación. El empleo más apropiado del free-cooling se hace en los edificios con carga positiva (necesitan evacuar calor) y alta ocupación (necesitan ventilación). Un ejemplo claro de ello son los centros comerciales. Hay otros edificios en los que puede utilizarse en períodos concretos del día. En la figura 4.13 se detalla el procedimiento usual para realizar el free-cooling; este sistema cuenta con un ventilador en la línea de retorno que conduce el aire hacia el exterior o recirculándolo hacia la unidad de tratamiento de aire. La regulación de la proporción de aire eliminado o recirculado se efectúa mediante un juego de lamas en función del grado de apertura o cierre y una tercera lama en la toma de aire exterior que opera sincronizadamente con el aire eliminado al exterior; así al aumentar el caudal de aire exterior a medida que se abre, se va cerrando la del aire recirculado y se abre la del aire expulsado. Otro sistema de free-cooling más sencillo se muestra en la parte derecha de la figura, con una sola lama y entradas de aire diferentes.

Figura 4.13.-Esquema de dos sistemas de free-cooling.

La utilización del free-cooling dependerá de las condiciones climatológicas, de la radiación solar absorbida por la envolvente y las cargas internas de ocupación. 4.4. AGUA CALIENTE SANITARIA. El agua caliente sanitaria (ACS) se define como el agua destinada al consumo humano que ha sido calentada. Se usa en duchas, lavabos, etc. Si se clasifica dependiendo del número de unidades de consumo, se pueden distinguir instalaciones individualizadas e instalaciones centralizadas. Según su función se clasifican en exclusivas o mixtas. Según el sistema empleado para la preparación de ACS se diferencian sistemas instantáneos y sistemas con acumulación. En el CTE se detalla en el DB HE4 “Contribución solar mínima de ACS” la contribución mínima exigida en el calentamiento del ACS mediante energía solar en los edificios. “En los edificios, con previsión de demanda de agua caliente sanitaria o


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de climatización de piscina cubierta, una parte de las necesidades energéticas térmicas derivadas de esta demanda se cubrirá mediante la incorporación de los mismos sistemas de captación (paneles solares), almacenamiento (depósitos de agua caliente sanitaria) y utilización de energía solar térmica de baja temperatura (puntos de consumo), adecuada a la radiación global de su emplazamiento y a la demanda de agua caliente del edificio”. La contribución mínima depende de la zona climática, la fuente de energía de apoyo empleada y la demanda total de ACS del edificio. Entre las medidas para mejorar la eficiencia energética del ACS se distinguen las siguientes: - Plantear la instalación de paneles solares en términos más exigentes que la contribución mínima establecida en el CTE HE4. ACS.

- Revisión del aislamiento de la instalación y regulación de las temperaturas del

- Evitar la instalación de sistemas de disipación de excedentes energéticos al ambiente (aerotermos). 4.4.1.

PLANTEAR LA INSTALACIÓN DE PANELES SOLARES EN TÉRMINOS MÁS EXIGENTES QUE LA CONTRIBUCIÓN MÍNIMA ESTABLECIDA EN EL CTE HE4.

Debido a la situación privilegiada de España respecto al número de horas de Sol e incidencia de la radiación, es recomendable en ocasiones no limitarse al cumplimiento de las prescripciones mínimas. Ello conlleva realizar una inversión extra para aprovechar al máximo los recursos existentes. Un ejemplo de esta excepción es la normativa específica de la Comunidad Valenciana al respecto que en algunos casos es más restrictiva que la aplicación del CTE (nacional). 4.4.2.

REVISIÓN DEL AISLAMIENTO DE LA INSTALACIÓN Y REGULACIÓN DE LAS TEMPERATURAS DEL ACS.

Esta medida trata de limitar las pérdidas de calor. Para ello se establece un aislamiento adecuado de las conducciones y depósitos. Otra medida para limitar las pérdidas de calor es instalar la caldera o el acumulador lo más cerca posible de los puntos de consumo. Otro aspecto importante a tener en cuenta es no sobrecalentar el agua más de lo necesario. Para ello se ha de ajustar la temperatura del acumulador a 60ºC. Si se trabaja por debajo de esta temperatura se pueden tener problemas de legionaria. Para evitar este sobrecalentamiento se han de instalar válvulas mezcladoras. 4.4.3.

EVITAR LA INSTALACIÓN DE SISTEMAS DE DISIPACIÓN EXCEDENTES ENERGÉTICOS AL AMBIENTE (AEROTERMOS).

DE

El CTE prevé la posibilidad del desvío de excedentes energéticos a otras instalaciones existentes. Un uso recomendable es la aplicación de excedentes en lavavajillas y lavadoras, ya que el 90% del consumo de un lavavajillas es para calentar agua.

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4.5. VENTILACIÓN. Se define como ventilación la técnica que permite sustituir el aire interior de un local, considerado inconveniente por su falta de pureza, temperatura inadecuada o humedad excesiva, por otro exterior de mejores características. Por tanto la ventilación tiene como objetivo renovar el aire de un recinto. Los tipos de ventilación que se pueden ejecutar son la ventilación natural (no hay aporte de energía artificial para lograr la renovación del aire) y la ventilación forzada (utiliza ventiladores para conseguir la renovación). Para calcular la cantidad de aire a renovar se tienen en cuenta el número de ocupantes (7,5 l·s-1) y la actividad que se ha de desarrollar. La medida para mejorar la eficiencia energética en ventilación es la instalación de una unidad de ventilación con recuperador de calor. 4.5.1.

INSTALACIÓN DE UNA UNIDAD DE VENTILACIÓN CON RECUPERADOR DE CALOR.

Mediante una unidad de ventilación con recuperador de calor se recupera parte de la energía calorífica perdida en el proceso de ventilación. Además se minimizan los cambios de temperatura y se reduce la carga de climatización.

Figura 4.14.-Recuperador de calor.

4.6. EQUIPAMIENTO. En las instalaciones de equipamiento de oficinas y viviendas hay una serie de elementos ajenos a la instalación del edificio que consumen energía y generan calor. En el caso de las oficinas se tiene una gran cantidad de ordenadores. Otros equipos adicionales son los faxes, impresoras, scanners, plotters, etc. Mientras que el consumo individual de estos equipos es bajo, el consumo del conjunto puede representar una parte importante de la factura eléctrica. Para las viviendas los electrodomésticos suponen un consumo importante, además de otros equipos adicionales (televisores, vitrocerámicas, etc). La CE pone en marcha un sistema de etiquetas energéticas para los electrodomésticos que establece una clasificación en función de su consumo. Tanto en el sector residencial como en oficinas cabe hacer una mención especial al uso de ascensores. En los motores de los ascensores se producen picos de


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consumo durante los arranques. Adicionalmente se consume exceso de energía rectiva. Ello produce caídas de tensión y pérdidas de potencia. El consumo de energía eléctrica de un ascensor depende del tipo de tecnología que se emplea, el régimen de uso y las horas de funcionamiento. Todos estos equipos generan calor en su uso. Las medidas para mejorar la eficiencia energética del equipamiento son las siguientes: - Adquisición/ sustitución de electrodomésticos de clase superior y equipos ofimáticos eficientes. - Reducción de pérdidas (stand-by). - Configuración ahorro de energía. 4.6.1.

ADQUISICIÓN/ SUSTITUCIÓN DE ELECTRODOMÉSTICOS DE CLASE SUPERIOR Y EQUIPOS OFIMÁTICOS EFICIENTES.

Se recomienda considerar el consumo energético de los equipos en el momento de la compra y adquirir los equipos con etiquetado energético de clase A, que pueden llegar a consumir hasta un 60% menos de energía que los modelos convencionales. Igualmente se recomienda que los equipos ofimáticos adquiridos por la oficina lleven la etiqueta Energy Star. Este sello se puede encontrar en ordenadores, monitores fotocopiadoras, impresoras, faxes y escáneres, entre otros y garantiza que los equipos que la llevan cumplen unos requisitos mínimos de eficiencia energética. 4.6.2.

REDUCCIÓN DE PÉRDIDAS (STAND-BY).

Muchos equipos siguen consumiendo energía aunque nadie los use al permanecer en la posición stand-by. Para paliar este inconveniente es recomendable conectar todos los equipos en una base común (por ejemplo una regleta) de manera que al acabar la jornada laboral se puedan apagar todos a la vez de la toma de corriente pulsando un único interruptor. También se pueden usar enchufes programables que permiten el apagado y el encendido de todos los equipos conectados a ellos. 4.6.3.

CONFIGURACIÓN AHORRO DE ENERGÍA.

Se recomienda configurar adecuadamente el modo de ahorro de energía de los ordenadores, impresoras, fotocopiadoras, y resto de equipos ofimáticos, con lo que se puede ahorrar hasta un 50% del consumo de energía del equipo. Como pautas del comportamiento en oficinas se plantean las siguientes: - Apagar la pantalla del monitor durante paradas cortas, ya que es la parte del ordenador que menos energía consume (entre 70 y 80%). - Ajustar brillo medio, fondo de pantalla de color oscuro y salvapantallas negro. - Acumular trabajos de impresión para evitar encendidos/apagados innecesarios.

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4.7. AUDITORÍAS ENERGÉTICAS EN EDIFICACIÓN. Para ilustrar lo descrito previamente, se especifican cada uno de los aspectos legislativos y técnicos más relevantes del CTE aplicado a cada una de las exigencias básicas. 4.7.1.

DB-HE1 LIMITACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA. CONFIGURACIÓN AHORRO DE ENERGÍA.

Los edificios dispondrán de una envolvente de características tales que limite adecuadamente la demanda energética necesaria para alcanzar el bienestar térmico en función del clima de la localidad, el uso del edificio y el régimen de verano e invierno, así como por sus características de aislamiento e inercia, permeabilidad al aire y exposición a la radiación solar, reduciendo el riesgo de aparición de humedades de condensación superficiales e intersticiales que pueden perjudicar sus características y tratando adecuadamente los puentes térmicos para limitar las pérdidas o ganancias de calor y evitar problemas higrotérmicos en los mismos. Como objetivo del documento se plantea en este punto: - limitar la demanda térmica, - evitar las condensaciones y - reducir las infiltraciones. Esta sección es de aplicación en: a) edificios de nueva construcción; b) modificaciones, reformas o rehabilitaciones de edificios existentes con una superficie útil superior a 1000 m2 donde se renueve más del 25% del total de sus cerramientos. Se excluyen del ámbito de aplicación: a) aquellas edificaciones que por sus características de utilización deban permanecer abiertas; b) edificios y monumentos protegidos oficialmente por ser parte de un entorno declarado o en razón de su particular valor arquitectónico o histórico, cuando el cumplimiento de tales exigencias pudiese alterar de manera inaceptable su carácter o aspecto; c) edificios utilizados como lugares de culto para actividades religiosas; d) construcciones provisionales con un plazo previsto de utilización igual o inferior a dos años; e) instalaciones industriales, talleres y edificios agrícolas no residenciales; f)

edificios aislados con una superficie útil total inferior a 50 m2.

Zonas climáticas Para la limitación de la demanda energética se establecen 12 zonas climáticas identificadas mediante una letra, correspondiente a la división de invierno, y un número, correspondiente a la división de verano, según la tabla siguiente:


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Figura 4.15.-Zonas climáticas.

En el apéndice D de la HE1 se dispone de una tabla que aporta la zona climática que corresponde a cada una de las capitales de provincia de España y la forma de obtener la zona climática para el resto de localidades en función del desnivel con respecto al de la capital de provincia a la que pertenece. La envolvente térmica de un edificio se compone de los cerramientos que separan los recintos habitables del ambiente exterior (aire o terreno u otro edificio) y las particiones interiores que separan los recintos habitables de los no habitables que a su vez estén en contacto con el ambiente exterior. El CTE HE1 define la envolvente térmica del edificio a través de dos parámetros, la transmitancia U de los cerramientos (muros y ventanas) y el factor solar de los acristalamientos. El factor solar no indica la cantidad de radiación solar que atraviesa un acristalamiento hacia el interior del edificio. Se utiliza el factor solar modificado que introduce la influencia de la carpintería del hueco y los elementos de sombra existentes.

Figura 4.16.-Esquema de envolvente térmica de un edificio.

Clasificación de los espacios El CTE-HE1 clasifica los espacios interiores de los edificios en espacios habitables y espacios no habitables.

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A los efectos de cálculo de la demanda energética, los espacios habitables se clasifican en función de la cantidad de calor disipada en su interior, debido a la actividad realizada y a los períodos de utilización de cada espacio en las siguientes categorías: a) Espacios con baja carga interna: espacios en los que se disipa poco calor, destinados principalmente a residir en ellos, con carácter eventual o permanente, tales como espacios interiores de viviendas, habitaciones de hotel, etc. b) Espacios con alta carga interna: espacios en los que se genera una gran cantidad de calor debido a su ocupación, iluminación o equipos existentes, tales como zonas comerciales, oficinas, etc. A los efectos de comprobación de la limitación de condensaciones en los cerramientos, los espacios habitables se caracterizan por el exceso de humedad en su interior, estableciéndose las siguientes categorías: a) Espacios de clase de higrometría 5: espacios en los que se prevea una gran producción de humedad, tales como lavanderías y piscinas; b) Espacios de clase de higrometría 4: espacios en los que se prevea una alta producción de humedad, tales como cocinas, restaurantes, pabellones deportivos, duchas colectivas u otros de uso similar; c) Espacios de clase de higrometría 3 o similares: espacios en los que no se prevea una alta producción de humedad, tales como espacios de edificios residenciales y el resto de espacios no indicados anteriormente. Procedimiento de verificación Para la correcta aplicación de la HE1, en el proyecto se optará por uno de los dos procedimientos alternativos de comprobación siguientes: a) Opción simplificada, basada en el control indirecto de la demanda energética de los edificios mediante la limitación de los parámetros característicos de los cerramientos y particiones interiores que compone su envolvente térmica. b) Opción general, basada en la evaluación de la demanda energética de los edificios mediante la comparación de ésta con la correspondiente a un edificio de referencia que define la propia opción. Por su procedimiento de verificación la opción simplificada es más exigente que la opción general, de forma que si un edificio cumple con la opción simplificada cumple también con la opción general, pero no necesariamente a la inversa. Un edificio puede cumplir con la opción general y no cumplir con la opción simplificada. Independientemente de la opción elegida se deben cumplir las siguientes condiciones: Descompensaciones Para evitar descompensaciones entre la calidad técnica de diferentes espacios, cada uno de los cerramientos y particiones interiores de la envolvente térmica tendrán una transmitancia no superior a los valores indicados en la tabla 4.17. En edificios de viviendas, las particiones interiores que limitan las unidades de uso con sistema de calefacción previsto en el proyecto, con las zonas comunes del edificio no calefactadas, tendrán cada una de ellas una transmitancia no superior a 1,2 W·m-2K-1.


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Figura 4.17.-Transmitancia térmica máxima de cerramientos y particiones interiore de la envolvente -2 -1 térmica U en W·m ·K

Condensaciones Las condensaciones superficiales en los cerramientos y particiones interiores que componen la envolvente térmica del edificio se limitarán de forma que se evita la formación de mohos en su superficie interior. Para ello, en aquellas superficies interiores de los cerramientos que pueden absorber agua o susceptibles de degradarse y especialmente en los puentes térmicos de los mismos, la humedad relativa media mensual en dicha superficie será inferior al 80%. Es decir, que no sólo se limitan las condensaciones superficiales sino que se exige un margen de seguridad y es que la humedad relativa no puede superar el 80%. Las condensaciones intersticiales que se produzcan en los cerramientos y particiones interiores que componen la envolvente térmica del edificio serán tales que no produzcan una merma significativa en sus prestaciones térmicas o supongan un riesgo de degradación o pérdida de su vida útil. Además, la máxima condensación acumulada en cada período anual no será superior a la cantidad de evaporación posible en el mismo período. No se prohíben, por tanto, las condensaciones intersticiales, si bien en caso de producirse deben ser evaporadas en un año. Permeabilidad al aire de las carpinterías La permeabilidad de las carpinterías de los huecos y lucernarios de los cerramientos que limitan los espacios habitables de los edificios con el ambiente exterior, medida con una sobrepresión de 100 Pa, tendrá unos valores inferiores a los siguientes: a) Para zonas climáticas A y B: 50 m3·hm-2 b) Para zonas climáticas C, D y E: 27 m3·hm-2 Condensaciones superficiales La comprobación de las condensaciones superficiales se basa en la comparación del factor de temperatura de la superficie interior mínimo fRsi, mín para las condiciones interiores y exteriores correspondientes al mes d enero especificadas en el anexo G de la HE1. El factor de temperatura de la superficie interior fRsi, mín para acada cerramiento, partición interior o puentes térmicos integrados en los cerramientos, se calcula a partir de su transmitancia térmica mediante la siguiente expresión:

fR Si = 1 −

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U 4



Este valor debe ser superior al valor del factor de temperatura de la superficie interior mínimo fRsi, que se obtiene de la siguiente tabla en función de la clase de higrometría del espacio y de la zona climática.

Figura 4.18.- Clase de hidrometría en función de la clase de higrometría del espacio y de la zona climática

El cumplimiento de esta limitación es equivalente a afirmar en la superficie interior del cerramiento la humedad relativa no supere el 80%. Condensaciones intersticiales La comprobación de las condensaciones intersticiales se basa en la comparación entre la presión de vapor (presión parcial de vapor) y la presión de vapor de saturación que existe en cada punto intermedio del cerramiento, para las condiciones interiores y exteriores correspondientes al mes de enero especificadas en el anexo G de la HE1. Para que no se produzcan condensaciones intersticiales se debe comprobar que la presión de vapor en la superficie de capa del cerramiento es inferior a la presión de vapor de saturación. Para ello se calculará para cada cerramiento: a) La distribución de temperaturas. b) La distribución de presiones de vapor de saturación. c) La distribución de presiones de vapor.

Figura 4.19.- Distribución de temperaturas y presiones en un cerramiento

a) Opción simplificada Esta opción puede utilizarse cuando el edificio cumple una serie de condiciones entre las cuales destaca que el porcentaje de huecos en cada fachada sea inferior al 60% de la superficie y que el porcentaje de lucernarios sea inferior al 5% de la superficie total de la cubierta. El procedimiento de aplicación de la opción simplificada es el siguiente: 1.- Determinación de la zona climática. 2.- Clasificación de los espacios del edificio. 3.- Definición de la envolvente térmica y cerramientos.


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4.- Comprobación del cumplimiento de las limitaciones de permeabilidad al aire de las carpinterías de los huecos y lucernarios de la envolvente térmica. 5.- Cálculo de los parámetros característicos (transmitancia U y factor solar F) de los distintos componentes de los cerramientos y particiones interiores. 6.- Comprobación de la limitación de la demanda energética. •

Comprobación de que cada una de las transmitancias térmicas de los cerramientos y particiones interiores que conforman la envolvente térmica es inferior al valor máximo establecido en la tabla de descompensaciones.

•

Cálculo de la media de los distintos parámetros característicos medios de la zona de baja carga interna y la zona de alta carga interna son inferiores a los valores límite establecidos en las tablas 2.2 de la HE1. Se dispone de una tabla por cada zona climática, observándose en la figura siguiente la tabla para la zona climática B3.

•

En edificios de vivienda, comprobación de la limitación de la transmitancia térmica de las particiones interiores que separan las unidades de uso con sistema de calefacción previsto en el proyecto, con las zonas comunes del edificio no calefactadas, que no podrá ser superior a 1,2 W·m-2·K-1.

7.- Control de las condensaciones intersticiales mediante la obtención de la curva de presiones de vapor y las condensaciones superficiales a través del cálculo del factor de temperatura de la superficie interior fRsi.

Figura 4.20.- Ejemplo de opción simplificada

Opción simplificada. Cálculo de huecos y lucernarios Para los huecos y lucernarios la norma exige el cálculo de los parámetros característicos medios, transmitancia UH y factor solar modificado. La transmitancia de un hueco se calcula promediando la transmitancia de la parte semitransparente (vidrio) y del marco, mediante la siguiente expresión:

UH = (1 − FM)·UH + FM·UHm Donde: UH es la transmitancia del hueco, ventana o lucernario UHV es la transmitancia de la parte semitransparente (vidrio) UHm es la transmitancia del marco del hueco y FM es la fracción del hueco ocupada por el marco

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El factor solar representa la fracción de la radiación solar que penetra en el edificio a través de los huecos, ventanas y lucernarios. El factor solar modificado en el hueco FH, tiene en cuenta los factores de sombra, el factor solar del vidrio y el marco del hueco. Se determina mediante la expresión:

FH = FS ·[(1 − FM)·g⊥ + FM·0,04·Um ·α ] Donde FS es el factor de sombra (parasoles, lamas, etc), FM la fracción de superficie que ocupa el marco, g⊥ el factor solar de acristalamiento, Um la transmitancia del marco y α la absortividad del marco. Para un cristal monolítico el factor solar g⊥ =0,9 y para un doble cristal presenta un valor de 0,75. En la memoria del proyecto se justificará el cumplimiento de la opción simplificada de la HE1 mediante la cumplimentación de las siguientes tres fichas: •

Ficha 1 justificativas del cálculo de los parámetros característicos medios.

•

Ficha 2 de conformidad de demanda energética y,

•

Ficha 3 de conformidad de condensaciones.

Estas fichas se han de rellenar para la zona habitable de baja carga interna y para la zona de alta carga interna del edificio, de forma que si en un edificio se presentan ambas zonas deberá cumplimentarse un total de 6 fichas, dos de cada tipo.

Figura 4.21.- Ficha opción simplificada. Ficha 1. Cálculo de los parámetros característicos medios


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Figura 4.22.- Ficha opción simplificada. Ficha 1. Cálculo de los parámetros característicos medios (cont.)

Figura 4.23.- Ficha opción simplificada. Ficha 2. Conformidad. Demanda energética

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Figura 4.24.- Ficha opción simplificada. Ficha 3 Conformidad. Condensaciones

Opción simplificada. Memoria tipo.

Figura 4.25.- Memoria tipo de la opción simplificada

c) Opción general Mediante esta opción se limita de forma directa la demanda energética de los edificios. El procedimiento de aplicación para verificar que un edificio es conforme con la opción general consiste en comprobar que la demanda energética del edificio objeto es inferior a la demanda energética de un edificio de referencia cuya envolvente térmica presente los mismos parámetros característicos de la tabla de parámetros medios correspondientes a su zona climática. El método de cálculo de la opción general se formaliza a través de un programa informático oficial o de referencia. La versión oficial de este programa se denomina Limitación de la Demanda Energética, LIDER y tiene la consideración de Documento Reconocido CTE, estando disponible al público para su libre utilización.


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El LIDER dispone de un manual, por lo que ese texto se centra en la resolución de un ejemplo, con el análisis de sus resultados. En un principio puede parecer que se puede justificar el cumplimiento de la norma mediante la aplicación del programa informático, sin tener conocimiento de los conceptos expuestos en la opción simplificada. La documentación justificativa del cumplimiento de la opción general es el informe de salida del programa LIDER, que el programa crea en formato PDF, que deberá incorporarse al proyecto del edificio. 4.7.2.

DB-HE2 RENDIMIENTO DE LAS INSTALACIONES TÉRMICAS DE LOS EDIFICIOS

El RD 1027/2007 Reglamento de instalaciones térmicas en los edificios (RITE) tiene el texto articulado y un anexo constituido por dos partes: PARTE I: Disposiciones generales PARTE II: Instrucciones técnicas Los requisitos impuestos son: Bienestar térmico Calidad del aire interior Higiene Calidad del ambiente acústico Seguridad Eficiencia energética El índice del RITE contempla: Parte I: Disposiciones Generales y Reglamento Parte II: Instrucciones técnicas: IT 1. Diseño y dimensionado. IT2. Montaje. IT3. Mantenimiento y Uso. IT4. Inspección. Apéndices: 1. Términos y definiciones. 2. Normas de referencia. 3. Conocimiento de instalaciones técnicas en edificios. Antecedentes La necesidad de transponer la directiva 2002/91/CE, de eficiencia energética de los edificios y la aprobación del CTE han aconsejado redactar un nuevo texto que derogue y sustituya al RITE, aprobado por RD 1751/1998, de 31 de julio, que incorpore, además, la experiencia de su aplicación práctica durante los últimos años.

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El nuevo reglamento se desarrolla expresando los requisitos que deben satisfacer las instalaciones térmicas sin obligar al uso de una determinada técnica o material ni impidiendo la introducción de nuevas tecnologías y conceptos en cuanto al diseño. Artículo 1. Objeto: Eficiencia cumplimiento.

energética

y

seguridad

y

procedimientos

que

permitan

su

Artículo 2. Ámbito de aplicación Este reglamento será de obligatoria observancia en las nuevas instalaciones térmicas en los edificios de nueva construcción o en sus reformas y en las instalaciones térmicas en los edificios existentes en lo relativo a su reforma, mantenimiento, uso e inspección, con las limitaciones que en el mismo se determinan. Las instalaciones térmicas deben diseñarse y calcularse, ejecutarse, mantenerse y utilizarse de tal forma que se obtenga una calidad térmica del ambiente, una calidad del aire interior y una calidad de la dotación de agua caliente sanitaria que sean aceptables para los usuarios del edificio sin que se produzca menoscabo de la calidad acústica del ambiente, cumpliendo los requisitos siguientes: 1) Calidad térmica del ambiente 2) Calidad del aire interior 3) Higiene 4) Calidad del ambiente acústico Se tiene como objetivo el garantizar en el interior de los edificios unas condiciones termohigrométricas de confort, así como una calidad del aire interior aceptable. Las instalaciones térmicas deben diseñarse y calcularse, ejecutarse y mantenerse y utilizarse de tal forma que se reduzca el consumo de energía convencional de las instalaciones térmicas y como consecuencia las emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes atmosféricos, mediante la utilización de sistemas eficientes energéticamente que permitan la recuperación de energía y la utilización de energías renovables y de las energías resuiduales, cumpliendo con los requisitos siguientes: a) Rendimiento energético b) Distribución de calor y río c) Regulación y control d) Contabilización de consumos e) Recuperación de energía f)

Utilización de energías renovables

Se tiene como objetivo el reducir el consumo de energía convencional de las instalaciones térmicas mediante la utilización de sistemas eficientes energéticamente.


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Figura 4.26.-Partes del diseño y dimensionado de instalaciones térmicas de edificios

Exigencia de bienestar e higiene Se establecen unas condiciones interiores de diseño de bienestar e higiene en cuanto a temperatura operativa y humedad relativa.

Figura 4.27.-Condiciones interiores de diseño

Asimismo se establece la velocidad media del aire en función de la temperatura.

Figura 4.28.-Velocidad media del aire en función de la temperatura

Exigencia de calidad del aire interior En función del uso del edificio o local, la categoría de calidad del aire interior (IDA) que se deberá alcanzar será, como mínimo, la siguiente: IDA 1 (Aire de óptima calidad): Hospitales, clínicas, laboratorios y guarderías. IDA 2 (Aire de buena calidad): Oficinas, residencias (locales comunes de hoteles y similares, residencias de ancianos y de estudiantes), salas de lectura, museos, salas de tribunales, aulas de enseñanzas y asimilables y piscinas. IDA 3 (aire de calidad media): edificios comerciales, cines, teatros, salones de actos, habitaciones de hoteles y similares, restaurantes, cafeterías, bares, salas de fiesta, gimnasios, locales para deporte (salvo piscinas) y salas de ordenadores. IDA 4 (aire de calidad baja).

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Caudal de aire exterior de ventilación

Figura 4.29.-Diferentes métodos de cálculo del caudal de aire exterior de ventilación

Método indirecto de caudal de aire exterior por persona Se parte de una tabla de caudales de aire exterior por persona en función de la exigencia de calidad de aire interior (IDA).

Figura 4.30.-Tabla de caudales de aire exterior por persona en función de la exigencia de calidad del aire interior (IDA)

Estos valores son válidos para una actividad metabólica de 1,2 met. Para valores superiores se calcula mediante la fórmula de la figura 4.31.

Figura 4.31.-Tabla de caudales de aire exterior por persona en función de la exigencia de calidad del aire interior (IDA)

Se trataría de aplicar un coeficiente de corrección a los caudales de aire exterior por persona. Método directo por calidad de aire percibido Se usa una tabla de medida de calidad de aire percibido en decipols.

Figura 4.32.-Calidad del aire recibido en decipols


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Método directo por concentración de CO2 Se determina inicialmente la concentración de CO2 de los locales.

Figura 4.33.-Concentración de CO2 (en partes por millón en volumen) por encima de la concentración en el aire exterior.

La producción de CO2 de una persona que está en reposo absoluto (metabolismo basal = 1 met) es de 0,0042 l·s-1 met.

Figura 4.34.-Cálculo del caudal a renovar en función de las concentraciones interior y exterior de CO2.

Método del caudal de aire por unidad de superficie. Se tienen en cuenta los caudales de aire exterior por unidad de superficie de locales no dedicados a ocupación humana permanente.

Figura 4.35.-Caudales de aire exterior por unidad de superficie de locales no dedicados a ocupación humana permanente.

Niveles de filtración La calidad de aire exterior (ODA) se clasificará de acuerdo con los siguientes niveles: ODA 1: aire puro que puede contener partículas sólidas. ODA 2: aire con altas concentraciones de partículas. ODA 3: aire con altas concentraciones de contaminantes gaseosos. ODA 4: aire con altas concentraciones de contaminantes gaseosos y partículas.

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ODA 5: aire con muy altas concentraciones de contaminantes gaseosos y partículas.

Figura 4.36.-Clases de filtración.

Se deberá prever la instalación de un filtro de gas o un filtro químico (GF) situado entre las dos etapas de filtración. En función del uso del edificio o local, el aire de extracción se clasifica en diferentes categorías.

Figura 4.37.-Clasificación del aire de extracción.

Exigencia de eficiencia energética Se da en diferentes ámbitos de aplicación Conlleva un procedimiento de verificación (simplificado o alternativo) Debe añadirse una documentación justificativa Por último, se debe caracterizar y cuantificar la exigencia. Dentro de la exigencia de eficiencia energética se distinguen diferentes instalaciones: -

Redes de tuberías y conductos.

-

Control.

-

Contabilización de consumos.

-

Recuperación de energía.

-

Aprovechamiento de energías renovables.

-

Limitación de utilización de energía convencional.


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-

Generación de calor y frío.

EFICIENCIA ENERGÉTICA EN REFRIGERACIÓN (EER)

Figura 4.38.-Eficiencia energética en refrigeración.

Pm.- es la potencia absorbida por el compresor o compresores. Pc.- Potencia absorbida por todos los dispositivos de control y seguridad. Pb.- Parte proporcional de la potencia absorbida por los equipos de movimiento de transferencia energética dentro de la unidad (ventiladores y/o bombas). COEFICIENTE DE OPERACIÓN (COP)

Figura 4.39.-Eficiencia energética en refrigeración.

Generación de calor y frío. Criterios generales. 1.- La potencia que suministren las unidades de producción de calor o frío que utilicen energías convencionales se ajustarán a la demanda máxima simultánea. 2.- Se estudiarán las distintas demandas al variar la hora del día y el mes del año, para hallar la demanda máxima simultánea, así como las demandas parciales y la mínima, con el fin de facilitar la selección del tipo y número de generadores. 3.- Los generadores se conectarán hidráulicamente en paralelo y se deben poder independizar entre si. 4.- El caudal del fluido portador en los generadores podrá variar para adaptarse a la carga térmica instantánea, entre los límites mínimo y máximo establecidos por el fabricante. 5.- Cuando se interrumpa el funcionamiento de un generador, deberá interrumpirse también el funcionamiento de los equipos accesorios directamente relacionados con el mismo, salvo aquéllos que, por razones de seguridad o explotación, lo requiriesen. Generación de calor. Requerimientos mínimos de rendimiento energético. En el proyecto o memoria técnica se indicará la prestación energética de la caldera, los rendimientos a potencia nominal y con una carga parcial del 30%. Queda prohibida la instalación de calderas de las características siguientes, a partir de las fechas que se indican a continuación: a) Calderas de tipo atmosférico a partir del 1/01/2010. b) Calderas con un marcado de prestación energética de una estrella a partir del 1/01/2010.

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c) Calderas con un marcado de prestación energética de dos estrellas a partir del 1/01/2012. Generación de calor. Fraccionamiento de potencia. 1. Se dispondrá del número de generadores necesarios en número, potencia y tipos adecuados, según el perfil de la demanda de energía térmica prevista. 2. Las centrales de producción de calor equipadas con generadores que utilicen combustible líquido o gaseoso, cumplirán con estos requisitos: a) Si la potencia térmica nominal a instalar es mayor que 400 kW se instalarán dos o más generadores. b) Si es igual o menor que 400 kW se podrá emplear un único generador siempre que la potencia demandada por el servicio de agua caliente sanitaria sea igual o mayor que la potencia del primer escalón del quemador. 3. Se podrán adoptar soluciones distintas a las establecidas en el punto 2, siempre que se justifique técnicamente que la solución propuesta es al menos equivalente desde el punto de vista de la eficiencia energética.

Figura 4.40.-Ejemplo de fraccionamiento de potencia en la generación de calor.

Generación de calor. Regulación de quemadores. La regulación de los quemadores alimentados por combustible líquido o gaseoso será, en función de la potencia térmica nominal del generador de calor, la indicada en la tabla siguiente:

Figura 4.41.-Tabla de regulación de quemadores.


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Generación de frío. Requisitos mínimos de eficiencia energética de los generadores de frío. 1. Se indicarán los coeficientes EER y COP individual de cada equipo al variar la demanda desde el máximo hasta el límite interior de paralización. 2. En aquellos casos en los que los equipos dispongan de etiquetado energético se indicará la clase de eficiencia energética del mismo. 3. La temperatura del agua refrigerada a la salida de las plantas deberá ser mantenida constante al variar la demanda, salvo excepciones que se justificarán. 4. El salto de temperatura será función creciente de la potencia del generador o generadores, hasta el límite establecido por el fabricante, con el fin de ahorrar potencia de bombeo. Generación de frío. Escalonamiento de potencia en centrales de generación de frío. 1. Las centrales de generación de frío deben diseñarse con un número de generadores tal que se cubra la variación de la demanda del sistema con una eficiencia próxima a la que ofrecen los generadores elegidos. 2. La parcialización de la escalonadamente o con continuidad.

potencia

suministrada

podrá

obtenerse

3. Si el límite inferior de la demanda pudiese ser menor que el límite inferiro de parcialización de una máquina, se debe instalar un sistema diseñado para cubrir esa demanda durante su tiempo de duración a lo largo de un día. El mismo sistema se empleará para limitar la punta de la demanda máxima diaria. 4. A este requisito están sometidos también los equipos frigoríficos reversible cuando funcionen en régimen de bomba de calor. Aislamiento térmico de redes de tuberías. Generalidades 1. Todas las tuberías y accesorios, así como equipos, aparatos y depósitos de las instalaciones térmicas dispondrán de un aislamiento térmico cuando contengan fluidos con: a) temperatura menor que la temperatura del ambiente del local por el que discurran; b) temperatura mayor que 40ºC cuando están instalados en locales no calefactados, entre los que deben considerarse pasillos, galerías, patinillos, salas de máquinas, falsos techos y suelos técnicos (excluidas las tuberías de torres de refrigeración y las tuberías de descarga de compresores frigoríficos, salvo cuando estén al alcance de las personas). 2. Cuando las tuberías o los equipos están instalados en el exterior del edificio, la terminación final del aislamiento deberá poseer la protección suficiente contra la intemperie. 3. Los equipos y componentes y tubería, que se suministren aislados de fábrica, deben cumplir con su normativa específica en materia de aislamiento o la que determine el fabricante. En particular, todas las superficies frías de los equipos frigoríficos estarán aisladas térmicamente con el espesor determinados por el fabricante. 4. En toda instalación térmica por la que circulen fluidos no sujetos a cambio de estado, en general las que el fluido caloportador es agua, las pérdidas térmicas globales por el conjunto de conducciones no superarán el 4% de la potencia máxima que transporta.

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Aislamiento térmico de redes de tuberías. Cálculo del espesor mínimo. Procedimiento simplificado.

Figura 4.42.-Tuberías y accesorios que transportan fluidos calientes por el interior de edificios

Figura 4.43.-Tuberías y accesorios que transportan fluidos calientes por el exterior de edificios

Materiales con conductividad térmica = 0,04 W·m-1·K-1

Figura 4.44.-Tuberías y accesorios que transportan fluidos fríos

Aislamiento térmico de redes de conductos. 1. Los conductos y accesorios de la red de impulsión de aire dispondrán de un aislamiento térmico suficiente para que la pérdida de calor no sea mayor que el 4% de la potencia que transportan siempre que sea suficiente para evitar condensaciones. 2. Cuando la potencia térmica nominal a instalar de generación de calor o frío sea menor o igual que 70 kW:

Figura 4.45.-Aislamiento térmico en tubería.


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Para potencias mayores que 70 kW deberá justificarse documentalmente que las pérdidas no son mayores que las indicadas anteriormente. 3. Las redes de retorno se aislarán cuando discurran por el exterior del edificio y en interiores, cuando el aire esté a temperatura menor que la de rocío del ambiente o cuando el conducto pase a través de locales no acondicionados. 4. A efectos aislamiento térmico, los aparcamientos se equipararán al ambiente exterior. 5. Los conductos de tomas de aire exterior se aislarán con el nivel necesario para evitar la formación de condensaciones. 6. Cuando los conductos estén instalados al exterior, la terminación final del aislamiento deberá poseer la protección suficiente contra la intemperie. 7. Los componentes que vengan aislados de fábrica tendrán el nivel de aislamiento indicado por la respectiva normativa o determinado por el fabricante. Eficiencia energética de los motores eléctricos. 1. Los conductos y accesorios de la red de impulsión de aire dispondrán de un aislamiento térmico suficiente para que la pérdida de calor no sea mayor que el 4% de la potencia que transportan siempre que sea suficiente para evitar condensaciones. 2. En instalaciones térmicas en las que se utilicen motores eléctricos de inducción con jaula e ardilla, trifásicos, protección IP 54 ó IP 55, de 2 ó 4 polos, de diseño estándar, de 1,1 a 90 kW de potencia, el rendimiento mínimo de dichos motores será el indicado en la tabla:

Figura 4.46.-Rendimiento de motores en instalaciones térmicas.

3. Quedan excluidos los siguientes motores: para ambientes especiales, encapsulados, no ventilados, motores directamente acoplados a bombas, sumergibles, de compresores herméticos y otros. 4. La eficiencia deberá ser medida de acuerdo a la norma UNE-EN 60034-2. Contabilización de consumos. 1. Toda instalación térmica que dé servicio a más de un usuario dispondrá de algún sistema que permita el reparto de los gastos correspondientes a cada servicio (calor, frío y agua caliente sanitaria) entre los diferentes usuarios. 2. Las instalaciones térmicas de potencia térmica nominal mayor de 70 kW, dispondrán de dispositivos que permitan efectuar la medición y registrar el consumo de combustible y energía eléctrica, de forma separada del consumo debido a otros usos del resto del edificio. 3. Se dispondrán dispositivos para la medición de la energía térmica generada o demandada en centrales de potencia térmica nominal mayor que 400 kW. Este dispositivo se podrá emplear también para modular la producción de energía térmica en función de la demanda. 4. Las instalaciones térmicas de potencia térmica nominal en refrigeración mayor que 400 kW dispondrán de un dispositivo que permita medir y registrar el consumo de

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energía eléctrica de la central frigorífica de forma diferenciada de la medición del consumo de energía del resto de equipos del sistema de acondicionamiento. 5. Los generadores de calor y de frío de potencia térmica nominal mayor que 70 kW dispondrán de un dispositivo que permita registrar el número de horas de funcionamiento del generador. 6. Las bombas y ventiladores de potencia eléctrica del motor mayor que 20 kW dispondrán de un dispositivo que permita registrar las horas de funcionamiento del equipo. 7. Los compresores frigoríficos de más de 70 kW de potencia térmica nominal dispondrán de un dispositivo que permita registrar el número de arrancadas del mismo. Recuperación de energía. Enfriamiento gratuito por aire exterior. 1. Los subsistemas de climatización del tipo todo aire, de potencia térmica nominal mayor que 70 kW en régimen, dispondrán de un subsistema de enfriamiento gratuito por aire exterior. 2. En los sistemas de climatización del tipo todo aire es válido el diseño de las secciones de compuertas siguiendo los apartados 6.6 y 6.7 de la norma UNE-EN 13053 y UNE-EN 1751: m·s-1.

a) Velocidad frontal máxima en las compuertas de toma y expulsión de aire: 6 b) Eficiencia de temperatura en la sección de mezcla: mayor que el 75%.

3. En los sistemas de climatización de tipo mixto agua-aire, el enfriamiento gratuito se obtendrá mediante agua procedente de torres de refrigeración, preferentemente de circuito cerrado, o, en caso de empleo de máquinas frigoríficas aire-agua, mediante el empleo de baterías puestas hidráulicamente en serie con el evaporador.

Figura 4.47.-Recuperación de energía. Enfriamiento gratuito por aire exterior.

Recuperación de energía. Recuperación de calor de aire de extracción. 1. En los sistemas de climatización de los edificios en los que el caudal de aire expulsado al exterior, por medios mecánicos, sea superior a 0,5 m3·s-1, se recuperará la energía del aire expulsado.


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2. Sobre el lado del aire de extracción se instalará un aparato de enfriamiento adiabático. 3. Las eficiencias mínimas en calor sensible sobre el aire exterior (%) y las pérdidas de presión máximas (Pa) en función del caudal de aire exterior (m3·s-1) y de las horas anuales de funcionamiento del sistema deben ser como mínimo las indicadas en la tabla:

Figura 4.48.-Caudal de aire exterior en función de las horas anuales de funcionamiento por recuperación de calor.

4. En las piscinas climatizadas, la energía térmica contenida en el aire expulsado deberá ser recuperada, con una eficiencia mínima y unas pérdidas máximas de presión iguales a las indicadas en la figura 4.48 para más de 6.000 horas anuales de funcionamiento, en función del caudal. 5. Alternativamente al uso del aire exterior, el mantenimiento de la humedad relativa del ambiente puede lograrse por medio de una bomba de calor, dimensionada específicamente para esta función, que enfríe, deshumedezca y recaliente el mismo aire del ambiente en ciclo cerrado.

Figura 4.49.-Dispositivo para recuperación del caudal de aire de extracción.

Limitación de la utilización de energía convencional. Locales sin climatización Los locales no habitables no deben climatizarse, salvo cuando se empleen fuentes de energía renovables o energía residual. Acción simultánea de fluidos con temperatura opuesta 1. No se permite el mantenimiento de las condiciones termo-higrométricas de los locales mediante:

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a) procesos sucesivos de enfriamiento y calentamiento, o b) la acción simultánea de dos fluidos con temperatura de efectos opuestos.

Figura 4.50.-Dispositivo de acción simultánea de fluidos con temperatura opuesta.

2. Se exceptúa de la prohibición anterior, siempre que se justifique la solución adoptada, en los siguientes casos, cuando: a) se realice por una fuente de energía gratuita o sea recuperado del condensador de un equipo frigorífico; b) sea imperativo el mantenimiento de la humedad relativa dentro de intervalos muy estrechos; c) se necesite mantener los locales acondicionados con presión positiva con respecto a los locales adyacentes; d) se necesita simultanear las entradas de caudales de aire de temperaturas antagonistas para mantener el caudal mínimo de aire reventilación; e) la mezcla de aire tenga lugar en dos zonas diferentes del mismo ambiente. Limitación del consumo de combustibles sólidos de origen fósil. Queda prohibida la utilización de combustibles sólidos de origen fósil en las instalaciones térmicas de los edificios en el ámbito de aplicación de este reglamento a partir del 1 de enero de 2012.


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4.7.3.

DB-HE3 EFICIENCIA ILUMINACIÓN

ENERGÉTICA DE

LAS

INSTALACIONES

DE

RD 314/2006- Código Técnico de la Edificación (CTE) 15.3 Exigencia básica HE 3: Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación Los edificios dispondrán de instalaciones de iluminación adecuadas a las necesidades de sus usuarios y a la vez eficaces energéticamente disponiendo de un sistema de control que permita ajustar el encendido a la ocupación real de la zona, así como de un sistema de regulación que optimice el aprovechamiento de la luz natural, en las zonas que reúnan unas de terminadas condiciones. Las instalaciones de iluminación tienen distintos objetivos en función de si se trata de la iluminación del interior de los edificios o si se trata de iluminación de viales o zonas al aire libre y a la vez del uso que se da a la zona o espacio iluminado. En cualquier caso las instalaciones de iluminación deben proporcional un entorno visual adecuado, según el uso o actividad del espacio a iluminar. Pero se puede proyectar un sistema de iluminación adecuado de varias formas y de forma específica con distintos equipos, con mayor o menor potencia, que se traduce en un mayor o menor consumo de energía. Ámbito de aplicación Esta sección es de aplicación a las instalaciones de iluminación interior en: a) edificios de nueva construcción; b) rehabilitación de edificios existentes con una superficie útil superior a 1.0000 m2, donde se renueve más del 25% de la superficie iluminada. c) Reformas de locales comerciales y de edificios de uso administrativo en los que se renueve la instalación de iluminación. Se excluyen del ámbito de aplicación: a) edificios y monumentos con valor histórico o arquitectónico reconocido, cuando el cumplimiento de las exigencias de esta sección pudieses alterar de manera inaceptable su carácter o aspecto; b) construcciones provisionales con un plazo previsto de utilización igual o inferior a 2 años; c) instalaciones industriales, talleres y edificios agrícolas no residenciales; d) edificios independientes con una superficie total útil inferior a 50 m2; e) interiores de viviendas. En los casos excluidos en el punto anterior, en el proyecto se justificarán las soluciones adoptadas, en su caso, para el ahorro de energía en la instalación de iluminación. Se excluyen, también, de este ámbito de aplicación los alumbrados de emergencia.

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Procedimiento de verificación Para la aplicación de la sección HE3 del CTE, debe seguirse la secuencia de verificaciones que se expone a continuación: a)

Cálculo del valor de eficiencia energética de la instalación VEEI en cada zona, constatando que no se superan los valores límite consignados en la tabla:

Figura 4.51.-Valores límite de eficiencia energética en instalación.

b)

Comprobación de la existencia de un sistema de control y, en su caso, de regulación que optimice el aprovechamiento de la luz natural, cumpliendo con las condiciones indicadas en el apartado HE-3: 4.5.

c)

Verificación de la existencia de un plan de manteniemiento.

Documentación justificativa En la memoria del proyecto para cada zona figurarán junto con los cálculos justificativos, al menos: a) El índice de local k utilizado en el cálculo. b) El número de los puntos considerados en el proyecto. c) El factor de mantenimiento ηm previsto. d) La iluminancia media horizontal mantenida Em obtenida. e) El índice de deslumbramiento unificado UGR alcanzado. f)

Los índices de rendimiento de color Ra de las lámparas seleccionadas.

g) El valor de eficiencia energética de la instalación VEEI resultante en el cálculo. h) La potencia de los conjuntos: lámpara más equipo auxiliar. Asimismo debe justificarse en la memoria del proyecto para cada zona el sistema de control y regulación que corresponda.


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Valor de la eficiencia energética en la iluminación La eficiencia energética de una instalación de iluminación de una zona, se determinará mediante el valor de la eficiencia energética de la instalación VEEI (W·m-2) por cada 100 lux mediante la siguiente expresión:

Figura 4.52.-Valor de la Eficiencia Energética de la Instalación.

Siendo: P: la potencia total instalada en lámparas más los equipos auxiliares (W). S: la superficie iluminada (m2). Em: La iluminancia media horizontal mantenida (lux). Con El fin de establecer los correspondientes valores de eficiencia energética límite, las instalaciones de iluminación se identificarán, según El uso de La zona, dentro de los dos grupos siguientes: Grupo 1: Zonas de no representación o espacios en los que el criterio de diseño, la imagen o el estado anímico que se quiere transmitir al usuario com la iluminación, queda relegado a un segundo plano frente a otros criterios como el nivel de iluminación, el confort visual, la seguridad y la eficiencia energética. Grupo 2: Zonas de representación o espacios donde el criterio de diseño, la imagen o el estado anímico que se quiere transmitir al usuario con la iluminación, son preponderantes frente a los criterios de eficiencia energética. Los valores de eficiencia energética límite en recintos interiores de un edificio se establecen en la siguiente tabla. Estos valores incluyen la iluminación general y la iluminación de acento, pero no las instalaciones de iluminación de escaparates y zonas expositivas, que no deberán ajustarse a los límites del VEEI indicados en la tabla. Sistemas de control y regulación Las instalaciones de iluminación dispondrán, para cada zona, de un sistema de regulación y control con las siguientes condiciones: a) Toda zona dispondrá al menos de un sistema de encendido y apagado manual, cuando no disponga de otro sistema de control, no aceptándose los sistema de encendido y apagado manual, cuando no disponga de otro sistema de control, no aceptándose sistemas de encendido y apagado en cuadros eléctricos como único sistema de control. Las zonas de uso esporádico dispondrán de un cuadro de encendido y apagado por sistema de detección de presencia o sistema de temporización. b) Se instalará sistemas de aprovechamiento de la luz natural, que regulen el nivel de iluminación en función del aporte de luz natural, en la primera línea paralela de luminarias situadas a una distancia inferior a 3 metros de la ventana, y en todas las situadas bajo un lucernario, en los siguientes casos: i.- En las zonas de los grupos 1 y 2 que cuenten con cerramientos acristalados al exterior, cuando éstas cumplan simultáneamente las siguientes condiciones:

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- que el ángulo θ sea superior a 65º (θ>65º), siendo θ el ángulo desde el punto medio del acristalamiento hasta la cota máxima del edificio obstáculo, medido en grados sexagesimales. - que se cumpla la expresión:

Figura 4.53.-Coeficiente.

Siendo: T.- Coeficiente de transmisión luminosa del vidrio de la ventana del local en tanto por uno. AW.- Área del acristalamiento de la ventana de la zona. A.- Área total de las superficies interiores del local (suelo + techo + paredes + ventanas) (m2).

Figura 4.54.-Esquema de ángulo incidente de luz.

ii.- En todas las zonas de los grupos 1 y 2 que cuenten con cerramientos acristalados a patios o atrios, cuando éstas cumplan simultáneamente las siguientes condiciones: - en el caso de patios no cubiertos cuando éstos tengan una anchura superior a 2 veces la distancia hi, siendo hi la distancia entre el suelo de la planta donde se encuentre la zona de estudio y la cubierta del edificio.

Figura 4.55.-Valores de hi.

- en el caso de patios cubiertos por acristalamientos cuando su anchura ai sea superior a 2/TC veces la distancia hi, siendo hi la distancia entre la planta donde se encuentra el local en estudio y la cubierta del edificio, y siendo Tc el coeficiente de transmisión luminosa del vidrio de cerramiento del patio, expresado en tanto por uno.


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Figura 4.56.-Valores de Tc

Quedan excluidas de cumplir las exigencias de los punto i y ii anteriores, las siguientes zonas: -

zonas comunes en edificios residenciales.

-

habitaciones de hospital.

-

habitaciones de hoteles, hostales, etc.

-

tiendas y pequeño comercio.

Cálculo. Datos previos. Para determinar el cálculo y las soluciones luminotécnicas de las instalaciones de iluminación interior, se tendrán en cuenta parámetros tales como: a) el uso de la zona a iluminar; b) el tipo de tarea visual a realizar; c) las necesidades de luz y el usuario del local; d) el índice K del local o dimensiones del espacio (longitud, anchura y altura útil); e) las reflectancias de las paredes, techo y suelo de la sala; f)

las características y tipo de techo;

g) las condiciones de la luz natural; h) el tipo de acabado y decoración; i)

el mobiliario previsto,

Podrá utilizarse cualquier método de cálculo que cumpla las exigencias deesta sección, los parámetros de iluminación y las recomendaciones para el cálculo contenidas en el apéndice B. El método de cálculo utilizado, que quedará establecido en la memoria del proyecto, será el adecuado para el cumplimiento de las exigencias de esta sección y utilizará como datos y parámetros de partida, al menos los consignados en el apartado 3.1, así como los derivados de los materiales adoptados en las soluciones propuestas, tales como lámparas, equipos auxiliares y luminarias. Se obtendrán como mínimo los siguientes resultados para cada zona: a) valor de eficiencia energética de la instalación VEEI; b) iluminancia media horizontal mantenida Em en el plano de trabajo;

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c) índice de deslumbramiento unificado UGR para el observador. Asimismo se incluirán los valores del índice de rendimiento de color (Ra) y las potencias de los conjuntos lámpara más equipo auxiliar utilizados en el cálculo. El método de cálculo se formalizará bien manualmente o a través de un programa informático, que ejecutará los cálculos referenciados obteniendo como mínimo los resultados mencionados en el punto 2 anterior. Estos programas informáticos podrán establecerse en su caso como Documentos Reconocidos. Cálculo de la iluminancia (lux) Em La práctica totalidad de lós casos se precisa um determinado nível de iluminación sobre uma superficie horizontal (uma mesa de trabajo), para ló cual se emplea La siguiente expresión conocida como La ley del coseno.

Figura 4.57.-Ley del coseno

Donde: Φθ es el flujo luminoso en la dirección θ θ es el ángulo formado por la visual del observador y la línea vertical. D es a distancia entre la luminaria y el observador. Esta expresión también puede expresarse en función de la altura desde la luminaria hasta el plano de trabajo (h).

Figura 4.58.-Ley del coseno en función de la altura del plano de trabajo (h)

A partir de esta expresión se puede calcular el valor de la iluminancia E para cada punto del recinto objeto de estudio, pues cada punto viene determinado por un ángulo α y una altura h (generalmente la misma para todo el recinto). De esta forma se construyen los diagramas Isolux, que suelen incluir los programas informáticos de cálculo luminotécnico (Lplaner, Dialux, etc). Cálculo del índice del local K El índice de local K de un determinado recinto a iluminar viene determinado por la siguiente expresión:

Figura 4.59.-Índice de local K de un recinto


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Donde: A es el ancho del local. B es la longitud del local H es la altura desde el plano de las luminarias hasta el plano de trabajo. Cálculo del factor de iluminación (η ηu) El factor de utilización de una instalación de iluminación se define como el cociente entre el flujo luminoso que llega al plano de trabajo (flujo útil) por el flujo luminoso del conjunto de luminarias de la instalación.

Figura 4.60.-Factor de iluminación

El valor del factor de utilización depende de diversas variables, como son la eficiencia de la luminaria, su distribución luminosa, la altura de la instalación, la superficie de la zona a iluminar y la reflectancia de paredes, techo y suelo. Cada fabricante elabora sus propias tablas de factores de utilización. También se le conoce como coeficiente de utilización. Cálculo del factor de mantenimiento (η ηm) Las características luminosas de una instalación de iluminación disminuyen por dos razones, la pérdida de flujo luminoso de las lámparas, debida a su envejecimiento natural o por la suciedad depositada sobre ella y por la pérdida de reflexión del reflector de las luminarias o de transmisión del difusor, debido asimismo a la suciedad. Los valores del factor de mantenimiento oscilan entre 0,5 y 0,8 correspondiendo el valor más elevado a instalaciones situadas en locales limpios. También se conoce como coeficiente de conservación. Cálculo del factor de reflexión Mide la reflexión de la luz al incidir sobre los cerramientos del local, en tanto por 100. La siguiente tabla muestra valores orientativos de los factores de reflexión de las paredes y techo.

Figura 4.61.-Factores de reflexión

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Cálculo de la iluminancia media horizontal mantenida (Em, lux) La iluminancia media horizontal mantenida Em es el valor de la iluminancia media mínima en el recinto, en el período en el que debe ser realizado el mantenimiento. La iluminancia media horizontal mantenida se calcula a partir de la siguiente expresión:

Figura 4.62.-Iluminancia medio horizontal mantenida

Cálculo del deslumbramiento (UGR) El deslumbramiento es un fenómeno no deseado en las instalaciones de iluminación que se produce por la existencia en el campo de visión del observador de lámparas, luminarias y fuentes de luz natural (deslumbramiento directo) o por reflexión producidas por superficies de alta reflectancia (deslumbramiento indirecto). En la figura 4.63 se define la zona angular medida a partir de un eje vertical desde la luminaria hacia abajo, dentro del cual es más probable que se produzca deslumbramiento. Para condiciones normales de visión, los ángulos críticos abarcan la gama de 45º a 85º.

Figura 4.63.-Zona angular

El rango de UGR varía desde 10 (imperceptible) hasta 31 en que resulta intolerable. El CTE, sección HE3, eficiencia energética en las instalaciones de iluminación, exige la indicación del índice de deslumbramiento unificado UGR (Unified Glare Rating), que tiene como expresión la siguiente:

Figura 4.64.-Índice de deslumbramiento unificado

Siendo: Lb Luminancia de fondo (cd·m-2) L Luminancia de las partes luminosas de cada luminaria en la dirección del ojo del observador (cd·m-2) W ángulo sólido trazado por las partes luminosas de cada luminaria en el ojo del observador (estereoradián).


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P índice de la posición para cada luminaria, que se relaciona con el desplazamiento de la zona de visión (índice de posición Guth para cada luminaria). El cálculo más exacto del deslumbramiento se consigue mediante la aplicación directa de la expresión anterior para la instalación considerada para lo cual es necesaria la ayuda de una herramienta informática. Equipos Las lámparas, equipos auxiliares, luminarias y resto de dispositivos cumplirán lo dispuesto en la normativa específica para cada tipo de material. Lámparas fluorescentes Particularmente, las lámparas fluorescentes cumplirán con los valores admitidos por el Real Decreto 838/2002, de 2 de agosto, por el que se establecen los requisitos de eficiencia energética de los balastros de lámparas fluorescentes, cuya entrada en vigor se produjo el 5 de septiembre de 2002. En este Real Decreto se establecen los niveles máximos de la potencia de entrada de los circuitos balasto-lámpara, en función de la categoría del balasto y de la potencia de la lámpara, excluidos los balastos incorporados en las lámparas, los de luminarias para alumbrado de muebles y los destinados a la exportación fuera de la CE. Los balastos se clasifican en las siguientes categorías:

Figura 4.65.-Clasificación de balastos

Lámparas no fluorescentes Salvo justificación, las lámparas utilizadas en la instalación de iluminación de cada zona tendrán limitadas las pérdidas de sus equipos auxiliares, por lo que la potencia del conjunto lámpara + equipo no superará los valores indicados en las tablas siguientes:

Figura 4.66.-Potencias máximas en lámparas

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4.7.4.

DB-HE4 CONTRIBUCIÓN SANITARIA

SOLAR

MÍNIMA

DE

AGUA

CALIENTE

RD 314/2006 Código Técnico de la Edificación (CTE) 15.4. Exigencia básica HE4: Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria En los edificios con previsión de demanda de agua caliente sanitaria o de climatización de piscina cubierta, en los que así se establezca en este CTE, una parte de las necesidades energéticas térmicas derivadas de esta demanda se cubrirá mediante la incorporación en los mismos de sistemas de captación, almacenamiento y utilización de energía solar de baja temperatura, adecuada a la radiación solar global de su emplazamiento y a la demanda de agua caliente del edificio o de la piscina. Los valores derivados de esta exigencia básica tendrán la consideración de mínimos, sin perjuicio de valores que puedan ser establecidos por las administraciones competentes y que contribuyan a la sostenibilidad, atendiendo a las características propias de su localización y ámbito territorial. Ámbito de aplicación 1. Esta sección es aplicable a los edificios de nueva construcción y rehabilitación de edificios existentes de cualquier uso en los que exista una demanda de agua caliente sanitaria y/o climatización de piscina cubierta. 2. La contribución solar mínima determinada en aplicación de la exigencia básica que se desarrolla en esta sección podrá justificarse en los siguientes casos: a) cuando se cubra este aporte energético de agua caliente sanitaria mediante el aprovechamiento de energías renovables, procesos de cogeneración o fuentes de energía residuales procedentes de la instalación de recuperadores de calor ajenos a la propia generación de calor del edificio; b) cuando el cumplimiento de este nivel de producción suponga sobrepasar los criterios de cálculo que marca la legislación de carácter básico aplicable; c) cuando el emplazamiento del edificio no cuente con suficiente acceso al sol por barreras externas al mismo; d) en rehabilitación de edificios, cuando existan limitaciones no subsanables derivadas de la configuración previa del edificio existente o de la normativa urbanística aplicable; e) en edificios de nueva planta, cuando existan limitaciones no subsanables derivadas de la normativa urbanística aplicable, que imposibiliten de forma evidente la imposición de las superficie de captación necesaria; f) cuando así lo determine el órgano competente que deba dictaminar en materia de protección histórico-artística. 3. En edificios que se encuentren en los casos b), c), d) y e) del apartado anterior, en el proyecto, se justificará la inclusión alternativa de medidas o elementos que produzcan un ahorro energético térmico o reducción de emisiones de dióxido de carbono, equivalentes a las que se obtendrían mediante la correspondiente instalación solar, respecto a los requisitos básicos que fije la normativa vigente, realizando mejoras en el aislamiento térmico y rendimiento energético de los equipos.


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Procedimiento de verificación Para la aplicación de esta sección debe seguirse la secuencia que se expone a continuación: a) obtención de la contribución solar mínima según el apartado 2.1.; b) cumplimiento de las condiciones de diseño y dimensionado del apartado 3; c) cumplimiento de las condiciones de mantenimiento del apartado 4; Caracterización y cuantificación de las exigencias La contribución solar mínima anual es la fracción entre los valores anuales de la energía solar aportada exigida y la demanda energética anual, obtenidos a partir de los valores mensuales. En las tablas 2.1 y 2.2 se indican, para cada zona climática y diferentes niveles de demanda de agua caliente sanitaria (ACS) a una temperatura de referencia de 60ºC, la contribución solar mínima anual, considerándose los siguientes casos: a)

general: suponiendo que la fuente energética de apoyo sea gasóleo, propano, gas natural u otras;

b)

efecto Joule: suponiendo que la fuente energética de apoyo sea electricidad mediante efecto Joule.

Figura 4.67.-Contribución solar mínima en % en función de la zona climática

Figura 4.68.-Contribución solar mínima en % en función de la zona climática según efecto Joule y climatización de piscinas

En el caso de ocupaciones parciales de instalaciones de uso residencial turístico de las recogidas en el apartado 3.1.1., se deben detallar los motivos, modificaciones del diseño, cálculos y resultados, tomando como criterio de dimensionado que la instalación al máximo al nivel de contribución solar mínima.

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Dimensionado de la instalación El dimensionado de la instalación estará limitado por el cumplimiento de la condición de que en ningún mes del año, la energía producida por la instalación pondrá superar el 110% de la demanda energética y en no más de tres meses el 100% y a estos efectos no se tomarán en consideración aquellos períodos de tiempo en los cuales la demanda energética se sitúe un 50% por debajo de la media correspondiente al resto de año, tomándose medidas de protección. Con independencia del uso al que se destine la instalación, en el caso de que en algún mes del año la contribución solar real sobrepase el 110% de la demanda energética o en más de tres meses seguidos el 100%, se adoptarán cualquiera de las siguientes medidas: a)

dotar la instalación de la posibilidad de disipar dichos excedentes (a través de equipos específicos o mediante la circulación nocturna del circuito primario);

b)

tapado parcial del campo de captadores. En este caso el captador está aislado del calentamiento producido por la radiación solar y a su vez evacua los posibles excedentes térmicos residuales a través del fluido del circuito primario (que seguirá atravesando el captador);

c)

vaciado parcial del campo de captadores. Esta solución permite evitar el sobrecalentamiento, pero dada la pérdida de parte del fluido del circuito primario, debe ser repuesto por un fluido de características similares debiendo incluirse en este trabajo en ese caso entre las labores del contrato de mantenimiento;

d)

desvío de los excedentes energéticos a otras aplicaciones existentes.

En el caso de optarse por las soluciones b) y c), dentro del mantenimiento deben programarse las operaciones a realizar consistentes en el vaciado parcial del campo de captadores y reposición de las condiciones iniciales. Estas operaciones se realizarán una antes y otra después de cada período de sobre producción energética. No obstante se recomiendan estas soluciones sólo en el caso que el edificio tenga un servicio de mantenimiento continuo. Cuando la instalación tenga uso de residencial vivienda y no sea posible la solución d) se recomienda la solución a). Adicionalmente, durante todo el año se vigilará la instalación con el objeto de prevenir los posibles daños ocasionados por los posibles sobrecalentamientos. Pérdidas de la instalación Considerándose como la orientación óptima el sur y la inclinación óptima, dependiendo del período de utilización, uno de los valores siguientes: a) demanda constante anual: la latitud geográfica; b) demanda preferente en invierno: la latitud geográfica +10º; c) demanda preferente en verano: la latitud geográfica -10º. Se permitirán unas pérdidas máximas del sistema generador (campo de colectores) debidas a una orientación diferente de la sur, una inclinación diferente a la óptima y las posibles sombras sobre el mismo, de tal forma que las pérdidas sean inferiores a los límites de la tabla 2.4.


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Figura 4.69.-Pérdidas máximas del sistema generador

En la tabla previa se consideran tres casos: general, superposición de módulos e integración arquitectónica. Se considera que existe integración arquitectónica cuando los módulos cumplen una doble función energética y arquitectónica y además sustituyen elementos constructivos convencionales o son elementos constituyentes de la composición arquitectónica.

Figura 4.70.-Integración solar

Se considera que existe superposición arquitectónica cuando la colocación de los captadores se realiza paralela a la envolvente del edificio, no aceptándose en este concepto la disposición horizontal con el fin de favorecer la autolimpieza de los módulos. Una regla fundamental a seguir para conseguir la integración o superposición de las instalaciones solares es la de mantener, dentro de los posible, la alineación con los ejes principales de la edificación.

Figura 4.71.-Superposición solar

En todos los casos se han de cumplir las tres condiciones: pérdidas por orientación e inclinación, pérdidas por sombreado y pérdidas totales inferiores a los límites estipulados respecto a los valores obtenidos con orientación e inclinación óptimos y sin sombra alguna (Fig. 4.69). En las instalaciones de colectores solares las pérdidas de radiación por sombras son aproximadamente proporcionales a las pérdidas de generación del sistema. Sin excepciones, se deben evaluar las pérdidas por orientación e inclinación y sombras de la superficie de captación de acuerdo a lo estipulado en el DB HE4. Cuando, por razones arquitectónicas excepcionales no se pueda dar toda la contribución solar mínima anual que se indica en las tablas 2.1, 2.2 y 2.3, cumpliendo los requisitos indicados en la tabla 2.4, se justificará esta imposibilidad, analizando las distintas alternativas de configuración del edificio y de ubicación de la instalación, debiéndose optar por aquella solución que dé lugar a la contribución solar mínima. 56



Cálculo de la demanda 1. Para valorar las demandas se tomarán los valores unitarios que aparecen en la siguiente tabla (Demanda de referencia a 60ºC).

Figura 4.72.-Demanda de referencia a 60ºC

2. Para el caso que se elija una temperatura en el acumulador final diferente de 60ºC, se deberá alcanzar la contribución solar mínima correspondiente a la demanda obtenida con las demandas de referencia a 60ºC. No obstante, la demanda a considerar a efectos de cálculo, según temperatura elegida, será la que se obtenga a partir de la siguiente expresión:

Figura 4.73.-Demanda en función de la temperatura

Siendo: D (T).- demanda de agua caliente sanitaria anual a la temperatura T elegida; Di (T).- demanda de agua caliente sanitaria para el mes i a la temperatura T elegida; 60ºC;

Di (60ºC).- demanda de agua caliente sanitaria para el mes i a la temperatura de T.- temperatura del acumulador final; Ti.- temperatura media del agua fría en el mes i.

3. Para otros usos se tomarán valores contrastados por la experiencia o recogidos por fuentes de reconocida solvencia. 4. En el uso residencial vivienda el cálculo del número de personas por vivienda deberá hacerse utilizando como valores mínimos los que se relacionan a continuación:

Figura 4.74.-Demanda en función de la temperatura


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5. Adicionalmente se tendrán en cuenta las pérdidas distribución/recirculación del agua a los puntos de consumo.

caloríficas

en

6. Para el cálculo posterior de la contribución solar anual, se estimarán las demandas mensuales tomando en consideración el número de unidades (personas, camas, servicios, etc…) correspondientes a la ocupación plena, salvo instalaciones de uso residencial turístico en las que se justifique un perfil de demanda propio originado por ocupaciones parciales. 7. Se tomarán como perteneciente a un único edificio la suma de demandas de agua caliente sanitaria de diversos edificios ejecutados dentro de un mismo recinto, incluidos todos los servicios. Igualmente en el caso de edificios de varias viviendas o usuarios de ACS, a los efectos de esta exigencia, se considera la suma de las demandas de todos ellos. 8. En el caso que se justifiquen un nivel de demanda de ACS que presente diferencias de más del 50% entre los diversos días de la semana, se considerará la correspondiente al día medio de la semana y la capacidad de acumulación será igual a la del día de la semana de mayor demanda. 9. Para piscinas cubiertas, los valores ambientales de temperatura y humedad deberán ser fijados en el proyecto, la temperatura seca del aire del local será entre 2ºC y 3ºC mayor que la del agua, con un mínimo de 26ºC y un máximo de 28ºC, y la humedad relativa del ambiente se mantendrá entre el 55% y el 70%, siendo recomendable escoger el valor de 60%. Para el cálculo del dimensionado básico de instalaciones a medida podrá utilizarse cualquiera de los métodos de cálculo comerciales de uso aceptado por proyectistas, fabricantes e instaladores. El Pliego de Condiciones de Bja Temperatura del IDAE recomienda el método F-CHART. (http://www.fotovoltaica.com/cen_fchart/cen_fchart.htm). El método de cálculo especificará, al menos sobre base mensual, los valores medios diarios de la demanda de energía y el aporte solar. En caso de ACS, se debe tener en cuenta que el sistema solar se debe diseñar y calcular en función de la energía que aporta a lo largo del día y no en función de la potencia del generador (captadores solares). Se debe prever una acumulación acorde con la demanda y el aporte, al no ser ésta simultánea con la generación. Zonas climáticas En las figuras siguientes se marcan los límites de zonas homogéneas a efectos de la exigencia. Las zonas se han definido teniendo en cuenta la Radiación Solar Global media diaria anual sobre superficie horizontal (H), tomando los intervalos que se relacionan para cada una de las zonas, como se indica a continuación:

Figura 4.75.-Radiación solar global en función de la zona climática

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Figura 4.76.-Zonas climáticas homogéneas

Condiciones generales de la instalación 1. Una instalación solar térmica está constituida por un conjunto de componentes encargados de realizar las funciones de captar la radiación solar, transformarla directamente en energía térmica cediéndola a un fluido de trabajo y por último, almacenar dicha energía térmica de forma eficiente bien en el mismo fluido de trabajo de los captadores o bien transferirla a otro, para poder utilizarla después en los puntos de consumo. Dicho sistema se complementa con una producción de energía térmica por sistema convencional auxiliar que puede o no estar integrada dentro de la misma instalación. 2. Los sistemas que conforman la instalación solar térmica para agua caliente son los siguientes: a) un sistema de captación formado por los captadores solares, encargados de transformar la radiación solar incidente en energía térmica de forma que se calienta el fluido de trabajo que circula por ellos; b) un sistema de acumulación constituido por uno o varios depósitos que almacenan el agua caliente hasta que se precisa su uso; c) un circuito hidráulico constituido por tuberías, bombas, válvulas, etc., que se encarga de establecer el movimiento del fluido caliente hasta el sistema de acumulación; d) un sistema de intercambio que realiza la trasferencia de energía térmica captada desde el circuito de captadores, o circuito primario, al agua caliente que se consume; e) sistema de regulación y control que se encarga por un lado de asegurar el correcto funcionamiento del equipo para promocionar la máxima energía solar térmica posible y. por otro, actúa como protección frente a la acción de múltiples factores como sobrecalentamientos del sistema, riesgos de congelación, etc; f) adicionalmente, se dispone de un equipo de energía convencional auxiliar que se utiliza para complementar la contribución solar suministrando la energía necesaria para cubrir la demanda prevista, garantizando la continuidad del suministro de agua caliente en los casos de escasa radiación solar o demanda superior al previsto.


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3. Se consideran sistemas solares prefabricados a los que se producen bajo condiciones que se presumen uniformes y son ofrecidos a la venta como equipos completos y listos para instalar, bajo un solo nombre comercial. Pueden ser compactos o partidos y, por otro lado constituir un sistema integrado o bien un conjunto y configuración uniforme de componentes.

Figura 4.77.-Esquema. Componentes de una instalación solar térmica

Condiciones generales de la instalación. Condiciones generales. 1. El objetivo básico del sistema solar es suministrar al usuario una instalación solar que: a) optimice el ahorro energético global de la instalación en combinación con el resto de equipos térmicos del edificio; b) garantice una durabilidad y calidad suficientes; c) garantice un uso seguro de la instalación. 2. Las instalaciones se realizarán con un circuito primario y un circuito secundario independientes, con producto químico anticongelante, evitándose cualquier tipo de mezcla de los distintos fluidos que pueden operar en la instalación. 3. En instalaciones que cuenten con más de 10 m2 de captación correspondiendo a un solo circuito primario, éste será de circulación forzada. 4. Si la instalación debe permitir que el agua alcance una temperatura de 60ºC, no se admitirá la presencia de componentes de acero galvanizado. 5. Respecto a la protección contra descargas eléctricas, las instalaciones deben cumplir con lo fijado en la reglamentación vigente y en las normas específicas que la regulen. 6. Se instalarán manguitos entre elementos de diferentes materiales para evitar el par galvánico. Condiciones generales de la instalación. Fluido de trabajo. 1. El fluido portador se seleccionará de acuerdo con las especificaciones del fabricante de los captadores. Pueden utilizarse como fluidos en el circuito primario agua de la red, agua desmineralizada o agua con aditivos, según las características climatológicas del lugar de instalación y de la calidad de agua empleada. En caso de utilización de otros fluidos térmicos se incluirán en el proyecto su composición y su calor específico.

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2. El fluido de trabajo tendrá un pH a 20ºC entre 5 y 9 y un contenido en sales que se ajustará a los señalados en los puntos siguientes: a) la salinidad del agua del circuito no excederá de 500 mg·l-1 totales de sales solubles. En el caso de no disponer de este valor se tomará el de conductividad como variable limitante, no sobrepasando los 650 µS·cm-1; b) el contenido en sales de calcio no excederá de 200 mg·l-1, expresados como contenido en carbonato cálcico; c) el límite de dióxido de carbono libre contenido en el agua no excederá de 50 mg·l-1. Fuera de estos valores el agua deberá ser tratada. Condiciones generales de la instalación. Protección contra heladas. 1. El fabricante, suministrador final, instalador o diseñador del sistema deberá fijar la mínima temperatura permitida en el sistema. Todas las partes del sistema que estén expuestas al exterior deben ser capaces de soportar la temperatura especificada sindaños permanentes en el sistema. 2. Cualquier componente que vaya a ser instalado en el interior de n recinto donde la temperatura pueda caer por debajo de los 0ºC, deberá estar protegido contra las heladas. 3. La instalación estará protegida, con un producto químico no tóxico cuyo calor específico no será inferior a 3 kJ·kg-1·K, en 5ºC por debajo de la mínima histórica registrada con objeto de no producir daños en el circuito primario de captadores por heladas. Adicionalmente este producto químico mantendrá todas sus propiedades físicas y químicas dentro de los intervalos mínimo y máximo de temperatura permitida por todos los componentes y materiales de la instalación. 4. Se podrá utilizar otro sistema de protección contra heladas que, alcanzando los mismos niveles de protección, sea aprobado por la administración competente. Condiciones generales sobrecalentamientos.

de

la

instalación.

Protección

contra

1. Se debe dotar a las instalaciones solares de dispositivos de control manuales o automáticos que eviten los sobrecalentamientos de la instalación que puedan dañar los materiales o equipos y penalicen la calidad del suministro energético. En el caso de dispositivos automáticos se evitarán de manera especial las pérdidas de fluido anticongelante, el relleno con una conexión directa a la red y el control del sobrecalentamiento mediante el gasto excesivo de agua de red. Especial cuidado se tendrá con las instalaciones de uso estacional en las que en el período de no utilización se tomarán medidas que eviten el sobrecalentamiento por el no uso de la instalación. 2. Cuando el sistema disponga de la posibilidad de drenajes como protección ante sobrecalentamientos, la construcción deberá realizarse de tal forma que el agua caliente o vapor del drenaje no supongan ningún peligro para los habitantes y no se produzcan daños en el sistema, ni en ningún otro material en el edificio o vivienda. 3. Cuando las aguas sean duras, es decir con una concentración en sales de calcio entre 100 y 200 mg·l-1, se realizarán las previsiones necesarias para que la temperatura de trabajo de cualquier punto del circuito de consumo no sea superior a 60ºC, sin perjuicio de la aplicación de los requerimientos necesarios contra la


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legionella. En cualquier caso, se dispondrán los medios necesarios para facilitar la limpieza de los circuitos. Condiciones generales de la instalación. Protección contra quemaduras. En sistemas de ACS, donde la temperatura de agua caliente en los puntos de consumo pueda exceder de 60ºC debe instalarse un sistema automático de mezcla u otro sistema que limite la temperatura de suministro a 60ºC, aunque en la parte solar pueda alcanzar una temperatura superior para sufragar las pérdidas. Este sistema deberá ser capaz de soportar la máxima temperatura posible de extracción del sistema solar. Condiciones generales de la instalación. Resistencia a presión. 1. Los circuitos deben someterse a una prueba de presión de 1,5 veces el valor de la presión máxima de servicio. Se ensayará el sistema con esta presión durante al menos una hora no produciéndose daños permanentes ni fugas en los componentes del sistema y en sus interconexiones. Pasado este tiempo, la presión hidráulica no deberá caer más de un 10% del valor medio medido al principio del ensayo. 2. El circuito de consumo deberá soportar la máxima presión requerida por las regulaciones nacionales/europeas de agua potable para instalaciones de consumo de agua abiertas o cerradas. 3. En caso de sistemas de consumo abiertos con conexión a la red, se tendrá en cuenta la máxima presión de la misma para verificar que todos los componentes del circuito de consumo soportan dicha presión. Condiciones generales de la instalación. Prevención de flujo inverso. 1. La instalación del sistema deberá asegurar que no se produzcan pérdidas energéticas relevantes debidas a flujos inversos no intencionados en ningún circuito hidráulico del sistema. 2. La circulación natural que produce el flujo inverso se puede favorecer cuando el acumulador se encuentra por debajo del captador por lo que habrá que tomar, en estos casos, las precauciones oportunas para evitarlo. 3. Para evitar flujos inversos es aconsejable la utilización de válvulas antirretorno, salvo que el equipo sea por circulación natural. Criterios generales de cálculo. Dimensionado básico. En la memoria del proyecto se establecerá el método de cálculo, especificando, al menos en base mensual, los valores medios diarios de la demanda energética y de la contribución solar. Asimismo el método de cálculo incluirá las prestaciones globales anuales definidas por: a) la demanda de energía térmica; b) la energía solar térmica aportada; c) las fracciones solares mensuales y anual; d) el rendimiento medio anual. Se deberá comprobar si existe algún mes del año en el cual la energía producida teóricamente por la instalación solar supera la demanda correspondiente a la

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ocupación real o algún otro período de tiempo en el cual puedan darse las condiciones de sobrecalentamiento, tomándose en estos casos las medidas de protección de las instalaciones correspondientes. Durante ese periodo de tiempo se intensificarán los trabajos de vigilancia descritos en el apartado de mantenimiento. En una instalación de energía solar, el rendimiento del captador, independientemente de la aplicación y la tecnología usada, deberá ser siempre igual o superior al 40%. Adicionalmente se deberá cumplir que el rendimiento medio dentro del período al año en el que se utilice la instalación, deberá ser mayor que el 20%. Como medidas de protección se podrán utilizar, sin ser excluyentes las siguientes: a) Disipación de excedentes. b) Tapado parcial campo de captadores. c) Vaciado parcial campo de captadores. d) Desvío de excedentes a otras aplicaciones existentes. Sistemas de captación. Generalidades. 1. El captador seleccionado deberá poseer la certificación emitida por el organismo competente en la materia según lo regulado en el RD 891/1980 de 14 de abril, sobre homologación de los captadores solares y en la Orden de 28 de julio de 1980 por la que se aprueban las normas e instrucciones técnicas complementarias para la homologación de los captadores solares, o la certificación o condiciones que considere la reglamentación que lo sustituya. 2. Se recomienda que los captadores que integren la instalación sean del mismo modelo, tanto por criterios energéticos como constructivos. 3. En las instalaciones destinadas exclusivamente a la producción de agua caliente sanitaria mediante energía solar, se recomienda que los captadores tengan un coeficiente global de pérdidas, referido a la curva de rendimiento en función de la temperatura ambiente y temperatura de entrada, menor de 10 Wm2·ºC-1, según los coeficientes definidos en la normativa en vigor. El captador está formado por los siguientes elementos.

Figura 4.78.-Elementos de un captador

a) Cubierta transparente o acristalamiento. Se coloca sobre la superficie captadora con el fin de reducir las pérdidas, proteger de la intemperie dicha superficie y crear el efecto invernadero. Normalmente es una única superficie de vidrio con un bajo contenido en hierro y de un espesor de al menos 4 mm.


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b) Superficie captadora o absorbente. Es la pieza clave del colector solar. Suele estar realizada en cobre. Está formada por un conjunto de tubos por los que circula el agua que debe ser calentada y una superficie de captación selectiva que transfiere el calor del sol hasta los tubos. La superficie sobre la que incide el sol debe contar con un tratamiento que consiga que la radiación absorbida sea máxima, limitando al mínimo posible la emisión de energía al exterior. A este tratamiento se le denomina tratamiento selectivo y cada fabricante emplea sus propias técnicas. c) Tubos. Es el elemento por el que circula el fluido caloportador (normalmente agua con anticongelante) que transporta la energía al sistema de intercambio. d) Aislamiento. El colector debe incorporar materiales aislantes tanto en el fondo como en el colector, bajo la superficie captadora, como en los laterales con el fin de reducir las pérdidas de calor desde el absorbedor hacia la carcasa. Cualquiera que sea el material elegido (fibra de vidrio, lana de roca,…) debe tener una baja conductividad térmica, un coeficiente de dilatación compatible con los demás componentes del panel solar y resistencia a la temperatura. Es conveniente además incorporar una lámina reflectante en la cara superior del aislante para evitar su contacto y reflejar hacia la placa absorbente la radiación infrarroja emitida por éste. e) Caja exterior. Es el elemento que sirve para conformar el captador, fijando la cubierta. Contiene y protege a los restantes componentes del captador y soporta los anclajes. Habrá que prestar especial atención a los temas de corrosión y deterioro debido a la radiación solar.

Figura 4.79.-Sección de un colector solar

Rendimiento del colector: la función del rendimiento determina la parte de la radiación incidente que el captador transforma en energía térmica en función de la diferencia de temperaturas y de la irradiancia.

Figura 4.80.-Curvas de rendimiento instantáneo y estacionario de un colector solar

Rendimiento óptico: ordenada en el origen. Coeficiente global de pérdidas: pendiente. Pérdidas en los colectores planos:

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Las pérdidas se agrupan en pérdidas térmicas (influidas por los materiales constructivos del colector) y pérdidas ópticas, influidas por el material con el que está construido el cristal o cubierta del colector.

Figura 4.81.-Pérdidas en los colectores solares planos

Sistemas de captación. Conexionado. 1. Se debe prestar especial atención en la estanqueidad y durabilidad de las conexiones del captador. 2. Los captadores se dispondrán en filan constituidas, preferentemente, por el mismo número de elementos. Las filas de captadores se pueden conectar entre si en serie a), en paralelo b) o en serie-paralelo c), debiéndose instalar válvulas de cierre, en la entrada y salida de distintas baterías de captadores y entre bombas, de manera que puedan utilizarse para aislamiento de estos componentes en labores de mantenimiento, sustitución, etc. Además se instalará una válvula de seguridad por fila con el fin de proteger la instalación. 3. Dentro de cada fila los captadores se conectarán en serie o en paralelo. El número de captadores que se pueden conectar en para lelo tendrá en cuenta las limitaciones del fabricante. En el caso de que la aplicación sea exclusivamente ACS se podrán conectar en serie hasta 10m2 en las zonas climáticas I y II, hasta 8 m2 en la zona climática III y hasta 6 m2 en las zonas climáticas IV y V. 4. La conexión entre captadores y entre filas se realizará de manera que el círculo resulte equilibrado hidráulicamente recomendándose el retorno invertido frente a la instalación de válvulas de equilibrado.

Figura 4.82.-Sistemas de captación. Conexionado a) serie, b) paralelo, c) serie-paralelo


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Sistemas de captación. Estructura soporte. 1. Se aplicará a la estructura soporte las exigencias del CTE en cuanto a seguridad. 2. El cálculo y la construcción de la estructura y el sistema de fijación de captadores permitirá las necesarias dilataciones térmicas, sin transferir cargas que puedan afectar a la integridad de los captadores o al circuito hidráulico. 3. Los puntos de sujeción del captador serán suficientes en número, teniendo el área de apoyo y la posición relativa adecuadas, de forma que no se produzcan flexiones en el captador, superiores a las permitidas por el fabricante. 4. Los topos de sujeción de captadores y la propia estructura no arrojarán sombra sobre los captadores. 5. En el caso de instalaciones integradas en cubierta que hagan las veces de la cubierta del edificio, la estructura y la estanqueidad entre captadores se ajustará a las exigencias indicadas en la parte correspondiente del CTE y demás normativa de aplicación. Sistemas de acumulación solar. Generalidades. 1. El sistema solar se debe concebir en función de la energía que aporta a lo largo del día y no en función de la potencia del generador (captadores solares), por tanto se debe prever una acumulación acorde con la demanda al no ser ésta simultánea con la generación. 2. Para la aplicación de ACS, el área total de los captadores tendrá un valor tal que se cumpla la condición:

Figura 4.83.-Área total captadores frente a volumen de depósito del acumulador.

Donde: A es la suma de las áreas de los captadores (m2). V el volumen del depósito del acumulador solar (litros). 3. Preferentemente, el sistema de acumulación solar estará constituido por un solo depósito, será de configuración vertical y estará ubicado en zonas interiores. El volumen de acumulación podrá fraccionarse en dos o más depósitos, que se conectarán, preferentemente, en serie invertida en el circuito de consumo o en paralelo con los circuitos primarios y secundarios equilibrados. 4. Para instalaciones prefabricadas según se definen en el apartado 3.2.1 de la norma, a efectos de prevención de legionelosis se alcanzarán los niveles térmicos necesarios según normativa mediante el no uso de la instalación. Para el resto de las instalaciones y únicamente con el fin y con la periodicidad que contemple la legislación vigente referente a la prevención y control de la legionelosis, es admisible prever un conexionado puntual entre el sistema auxiliar y el acumulador solar, de forma que se pueda calentar este último con el auxiliar. En ambos casos deberá ubicarse un termómetro cuya lectura sea fácilmente visible por el usuario. No obstante, se podrán realizar otros métodos de tratamiento antilegionela permitidos por la legislación vigente.

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5. Los acumuladores de los sistemas grandes a medida con un volumen mayor de 2 m3 deben llevar válvulas de corte u otros sistemas adecuados para cortar flujos al exterior del depósito no intencionados en caso de daños del sistema. 6. Para instalaciones de climatización de piscinas exclusivamente, no se podrá usar ningún volumen de acumulación, aunque se podrá utilizar un pequeño almacenamiento de inercia en el primario. Recomendaciones de acumulación en sistema con circulación forzada: Depósitos de volumen normalizado. Los acumuladores para ACS y las partes de acumuladores combinados que estén en contacto con agua potable, deberán cumplir los requisitos de UNE EN 12897. Preferentemente un único depósito en disposición vertical. El sistema deberá ser capaz de elevar la temperatura del acumulador a 60ºC y hasta 70ºC con objeto de prevenir la legionelosis, tal como aparece en el RD 909/2001 de 27 de julio. Cuando sea necesario que el sistema de acumulación solar esté formado por más de un depósito, éstos se conectarán en serie invertida en el circuito de consumo o en paralelo con los circuitos primarios y secundarios equilibrados. Diseños que no favorezcan desestratificación (placa deflectora, contracorriente, …) y si un mayor intercambio.

Figura 4.84.-Conexionado de depósitos acumuladores.

Los acumuladores de los sistemas grandes a medida con un volumen mayor de 2 m3 deben llevar válvulas de corte u otros sistemas adecuados para cortar flujos al exterior del depósito no intencionados en caso de daños del sistema. Para instalaciones de climatización de piscinas exclusivamente, no se podrá usar ningún volumen de acumulación, aunque se podrá utilizar un pequeño almacenamiento de inercia en el primario. Para el dimensionado del sistema de acumulación, se suele considerar un volumen de acumulación V =M M = Valor anual medio (si el consumo anual es constante). M = Valor medio diario de los meses estivales (si el consumo es estacional).


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Sistemas de acumulación solar. Situación de las conexiones. Las conexiones de entrada y salida se situarán de forma que se eviten caminos preferentes de circulación de fluido y además: a) la conexión de entrada de agua caliente procedente del intercambiador o de los captadores al interacumulador se realizará, preferentemente a una altura comprendida entre el 50% y el 75% de la altura total del mismo; b) la conexión de salida de agua fría del acumulador hacia el intercambiador o los captadores se realizará por la parte inferior de éste; c) la conexión de retorno de consumo al acumulador y agua fría de red se realizará por la parte inferior; d) la extracción de agua caliente del acumulador se realizará por la parte superior.

Figura 4.85.-Situación de las conexiones.

En los casos debidamente justificados en los que sea necesario instalar depósitos horizontales, las tomas de agua caliente y fría estarán situadas en extremos diagonalmente opuestos. La conexión de los acumuladores permitirá la desconexión individual de los mismos sin interrumpir el funcionamiento de la instalación. No se permite la conexión de un sistema de generación auxiliar en el acumulador solar, ya que esto puede suponer una disminución de las posibilidades de la instalación solar para proporcionar las prestaciones energéticas que se pretenden obtener con este tipo de instalaciones. Para los equipos de instalaciones solares que vengan preparados de fábrica para albergar un sistema auxiliar eléctrico, se deberá anulas esta posibilidad de forma permanente, mediante sellado irrversible u otro medio. Sistemas de acumulación solar. Sistema de intercambio. Para el caso de intercambiador independiente, la potencia mínima de intercambiador O se determinará para las condiciones de trabajo en las horas centrales del día suponiendo una radiación solar de 1000 W·m-2 y un rendimiento de la conversión de energía solar a calor del 50%, cumpliéndose la condición:

Figura 4.86.-Condición de potencia de intercambiador.

Siendo: P potencia mínima del intercambiador (W);

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A el área de captadores (m2) Para el caso de intercambiador incorporado al acumulador, la relación entre la superficie útil de intercambio y la superficie total de captación no será inferior a 0,15. En cada una de las tuberías de entrada y salida de agua del intercambiador de calor se instalará una válvula de cierre próxima al manguito correspondiente. Se puede utilizar el circuito de consumo con un segundo intercambiador (circuito terciario). Circuito hidráulico. Generalidades. Debe concebirse inicialmente un circuito hidráulico de por si equilibrado. Si no fuera posible, el flujo debe ser controlado por válvulas de equilibrado. El caudal del fluido portador se determinará de acuerdo con las especificaciones del fabricante como consecuencia del diseño de su producto. En su defecto, su valor estará comprendido entre 1,2 l·s-1 y 2 l·s-1 por cada 100 m2 de red de cap`tadores. En las instalaciones en las que los captadores Documento Básico HE Ahorro de Energía estén conectados en serie, el caudal de las instalación se obtendrá aplicando el criterio anterior y dividiendo el resultados por el número de captadores conectados en serie. Circuito hidráulico. Tuberías. El sistema de tuberías y sus materiales deben ser tales que no exista posibilidad de formación de obturaciones o depósitos de cal para las condiciones de trabajo. Con objeto de evitar pérdidas térmicas, la longitud de tuberías del sistema deberá ser tan corta como sea posible y evitar al máximo los codos y pérdidas de carga en general. Los tramos horizontales tendrán siempre una pendiente mínima del 1% en el sentido de la circulación. El aislamiento de las tuberías de intemperie deberá llevar una protección externa que asegure la durabilidad ante las acciones climatológicas admitiéndose revestimientos con pinturas asfálticas, poliésteres reforzados con fibra de vidrio o pinturas acrílicas. El aislamiento no dejará zonas visibles de tuberías o accesorios, quedando únicamente al exterior los elementos que sean necesarios para el buen funcionamiento y operación de los componentes. Circuito hidráulico. Bombas. Si el circuito de captadores está dotado con una bomba de circulación, la caída de presión se debería mantener aceptablemente baja en todo el circuito. Siempre que sea posible, las bombas en línea se montarán en las zonas más frías del circuito, teniendo en cuenta que no se produzca ningún tipo de cavitación y siempre con el eje de rotación en posición horizontal. En instalaciones superiores a 50 m2 se montarán dos bombas idénticas en paralelo, dejando una de reserva, tanto en el circuito primario como en el secundario. En este caso se preverá el funcionamiento alternativo de las mismas, de forma manual o automática. En instalaciones de climatización de piscinas la disposición de los elementos será la siguiente: el filtro ha de colocarse siempre entre la bomba y los captadores, y el sentido de la corriente ha de ser bomba-filtro-captadores; para evitar que la resistencia de éste provoque una sobre presión perjudicial para los captadores, prestando


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especial atención a su mantenimiento. La impulsión del agua caliente deberá hacerse por la parte inferior de la piscina, quedando la impulsión de agua filtrada en superficie. Circuito hidráulico. Vasos de expansión. Los vasos de expansión preferente se conectarán en la aspiración de la bomba. La altura en la que se situarán los vasos de expansión abiertos será tal que asegure el no desbordamiento del fluido y la no introducción de aire en el circuito primario. Circuito hidráulico. Purga de aire. En los puntos altos de la salida de las baterías de captadores y en todos aquellos puntos de la instalación donde pueda quedar aire acumulado, se colocarán sistemas de purga constituidos por botellines de desaireación y purgador manual o automático. El volumen útil del botellín será superior a 100 cm3. Este volumen podrá disminuirse si se instala a la salida del circuito solar y antes del intercambiador un desaireados con purgador automático. En el caso de utilizar purgadores automáticos, adicionalmente, se colocarán los dispositivos necesarios para la purga manual. Circuito hidráulico. Drenaje. Los conductos de drenaje de las baterías de captadores se diseñarán en lo posible de forma que no puedan congelarse. Sistema de energía convencional auxiliar. Para asegurar la continuidad en el abastecimiento de la demanda térmica, las instalaciones de energía solar deben disponer de un sistema de energía convencional auxiliar. Queda prohibido el uso de sistemas de energía convencional en el circuito primario de captadores. El sistema convencional auxiliar se diseñará para cubrir el servicio como si no se dispusiera del sistema del sistema solar. Sólo entrará en funcionamiento cuando sea estrictamente necesario y de forma que se aproveche lo máximo posible la energía extraída del campo de captación. El sistema de aporte de energía convencional auxiliar con acumulación o en línea, siempre dispondrá de un termostato de control sobre la temperatura de preparación que en condiciones normales de funcionamiento permitirá cumplir con la legislación vigente en cada momento referente a la prevención y control de la legionelosis. En el caso de que el sistema de energía convencional auxiliar no disponga de acumulación, es decir, sea una fuente instantánea, el equipo será modulante, esto es, capaz de regular su potencia de forma que se obtenga la temperatura de manera permanente con independencia de cuál sea la temperatura del agua de entrada al citado equipo. En el caso de climatización de piscinas, para el control de la temperatura del agua se dispondrá una sonda de temperatura en el retorno del agua al intercambiador de calor y un termostato de seguridad dotado de rearme manual en la impulsión que

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enclave el sistema de generación de calor. La temperatura de tarado del termostato de seguridad será, como máximo, 10ºC mayor que la temperatura máxima de impulsión. Sistema de control. El sistema de control asegurará el correcto funcionamiento de las instalaciones, procurando obtener un buen aprovechamiento de la energía solar captada y asegurando un uso adecuado de la energía auxiliar. El sistema de regulación y control comprenderá el control de funcionamiento de los circuitos y los sistemas de protección y seguridad contra sobrecalentamientos, heladas, etc. En circulación forzada, el control de funcionamiento normal de las bombas del circuito de captadores deberá ser siempre de tipo diferencial y en caso de que exista depósito de acumulación solar, deberá actuar en función de la diferencia entre la temperatura del fluido portador en la salida de la batería de los captadores y la del depósito de acumulación. El sistema de control actuará y estará ajustado de manera que las bombas no estén en marcha cuando la diferencia de temperatura sea menor de 2ºC y no estén paradas cuando la diferencia sea mayor de 7ºC. La diferencia de temperaturas entre los puntos de arranque y de parada del termostato diferencial no será menor que 2 ºC. Las sondas de temperatura para el control diferencial se colocarán en la parte superior de los captadores de forma que representen la máxima temperatura del circuito de captación. El sensor de temperatura de la acumulación se colocará preferentemente en la parte inferior en una zona no influenciada por la circulación del circuito secundario o por el calentamiento del intercambiador si éste fuera incorporado. El sistema de control asegurará que en ningún caso se alcancen temperaturas superiores a las máximas soportadas por los materiales, componentes y tratamientos de los circuitos. El sistema de control asegurará que en ningún punto la temperatura del fluido de trabajo descienda por debajo de una temperatura tres grados superior a la de congelación del fluido. Alternativamente al control diferencial, se podrán usar sistemas de control accionados en función de la radiación solar. Las instalaciones con varias aplicaciones deberán ir dotadas con un sistema individual para seleccionar la puesta en marcha de cada una de ellas, complementando con otro que regule la aportación de energía a la misma. Esto se puede realizar por control de temperatura o caudal actuando sobre una válvula de reparto, de tres vías todo o nada, bombas de circulación, o por combinación de varios mecanismos. Sistema de medida. Además de los aparatos de medida de presión y temperatura que permitan la correcta operación, para el caso de instalaciones mayores de 20 m2 se deberá disponer al menos de un sistema analógico de medida local y registro de datos que indique como mínimo las siguientes variables: a) temperatura de entrada de agua fría de red; b) temperatura de salida acumulador solar; c) caudal de agua fría de red.


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El tratamiento de los datos proporcionará al menos la energía solar térmica acumulada a lo largo del tiempo. Cálculo de las pérdidas por orientación e inclinación. El objeto de este apartado es determinar los límites en la orientación e inclinación de los módulos de acuerdo a las pérdidas máximas permisibles. Las pérdidas por este concepto se calcularán en función de: a) ángulo de inclinación, β definido como el ángulo que forma la superficie de los módulos con el plano horizontal. Su valor es 0 para módulos horizontales y 90º para verticales; b) ángulo de acimut, α definido como el ángulo entre la proyección sobre el plano horizontal de la normal a la superficie del módulo y el meridiano del lugar. Valores típicos son 0º para módulos orientados al sur, -90º para módulos orientados al este y + 90º para módulos orientados al oeste.

Figura 4.87.-Orientación e inclinación de los módulos.

Procedimiento. 1. Determinado el ángulo de acimut del captador, se calcularán los límites de inclinación aceptables de acuerdo a las pérdidas máximas respecto a la inclinación óptima establecidas. Para ello se utilizará la figura 3.3, válida para una latitud (ϕ) de 41º, de la siguiente forma: a) conocido el acimut, se determina en la figura 3.3 los límites para la inclinación en el caso (ϕ) = 41º. Para el caso general, las pérdidas máximas por este concepto son del 10%, para superposición del 20% y para integración arquitectónica del 40%. Los puntos de intersección del límite de pérdidas con la resta de acimut proporcionan los valores de inclinación máxima y mínima; b) si no hay intersección entre ambas, las pérdidas son superiores a las permitidas y la instalación estará fuera de los límites. Si ambas curvas se intersectan, se obtienen los valores para latitud (ϕ) = 41º y se corrigen de acuerdo a lo indicado a continuación. 2. Se corregirán los límites de inclinación aceptables en función de la diferencia entre la latitud del lugar en cuestión y la de 41º, de acuerdo a las siguientes fórmulas: a) inclinación máxima = inclinación ( =41º) – (41º - latitud); b) inclinación mínima = inclinación ( =41º) – (41º - latitud); siendo 5 su valor mínimo. 3. En los casos cerca del límite y como instrumento de verificación, se utilizará la siguiente fórmula: Pérdidas (%) = 100·[1,2·10-4·(β - ϕ + 10) 2 + 3,5·10 – 5 α 2] para 15º<β<90º (3.1)

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Pérdidas (%) = 100·[1,2·10-4·(β - ϕ + 10) 2] para β<15º (3.2)

Figura 4.88.-Diagrama de cálculo de pérdidas por orientación e inclinación de los módulos.

Cálculo de las pérdidas por sombras. Procedimiento. El procedimiento consiste en la comparación del perfil de obstáculos que afecta a la superficie de estudio con el diagrama de trayectorias del sol. Los pasos a seguir son los siguientes: a) localización de los principales obstáculos que afectan a la superficie, en términos de sus coordenadas de posición acimut (ángulo de desviación respecto a la dirección sur) y elevación (ángulo de inclinación con respecto al plano horizontal). Para ello puede utilizarse un teodolito; b) representación del perfil de obstáculos en el diagrama de la figura 3.4, en el que se muestra la banda de trayectorias del sol a lo largo de todo el año, válido para localidades de la Península Ibérica y Baleares (para las Islas Canarias el diagrama debe desplazarse 12º en sentido vertical ascendente). Dicha banda se encuentra dividida en porciones, delimitadas por las horas solares (negativas antes del mediodía solar y positivas después de éste) e identificadas por una letra y un número (A1, A2,…, D14).

Figura 4.89.-Diagrama de la trayectoria del sol.


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Cada una de las porciones de la figura 3.4 representa el recorrido del sol en un cierto periodo de tiempo (una hora a lo largo de varios días) y tiene, por tanto, una determinada contribución a la irradiación solar global anual que incide sobre la superficie de estudio. Asía, el hecho de que un obstáculo cubra una de las porciones supone una cierta pérdida de irradiación, en particular aquélla que resulte interceptada por el obstáculo. Debe escogerse como referencia para el cálculo la tabla más adecuada de entre las que se incluyen en el apéndice B de las tablas de referencia. Las tablas incluidas en este apéndice se refieren a distintas superficies caracterizadas por sus ángulos de inclinación y orientación (β y α respectivamente). Debe escogerse aquélla que resulte más parecida a la superficie de estudio. Los números que figuran en cada casilla se corresponden con el porcentaje de irradiación solar global anual que se perdería si la porción correspondiente resultase interceptada por un obstáculo. La comparación del perfil de obstáculos con el diagrama de trayectorias del sol permite calcular las pérdidas por sombreado de la irradiación solar que incide sobre la superficie, a lo largo de todo el año. Para ello se han de sumar las contribuciones de aquellas porciones que resulten total o parcialmente ocultas por el perfil de obstáculos representado. En el caso de ocultación parcial se utilizará el factor de llenado (fracción oculta respecto del total de la porción) más próximo a los valores 0,25; 0,50; 0,75 ó 1. Obtención del perfil del obstáculo. Es la localización del obstáculo, en términos de sus coordenadas de posición: Elevación: ángulo de inclinación con respecto al plano horizontal Posición azimut: ángulo de desviación respecto a la orientación sur. Las coordenadas de los obstáculos se tomarán desde la superficie a estudiar. El ángulo azimutal se podrá obtener con una brújula y la elevación del obstáculo con un angulómetro o con programas informáticos que realicen los cálculos para la zona a estudiar. Con estos datos se representa el perfil de obstáculos en el diagrama de trayectorias aparentes del Sol a lo largo de todo el año, válido para localidades de la Península Ibérica y Baleares (para las Islas Canarias el diagrama debe desplazarse 12º en el sentido vertical ascendente). Para calcular las pérdidas finales de radiación por sombras se obtendrán las pérdidas por sombreado a lo largo del año, comparando el diagrama de trayectorias del Sol con el perfil de obstáculos. Se sumarán las contribuciones de las porciones ocultadas por la sombra, teniendo en cuenta que cuando la ocultación sea parcial, aplicar el factor de llenado más próximo a los siguientes valores: 0,25; 0,50; 0,75 ó 1. Para calcular las pérdidas se utilizarán las tablas adjuntas que indican las pérdidas de radiación en función de la orientación e inclinación de campo de paneles solares. Cálculo de las pérdidas por sombras Pérdidas por sombras debido a la propia instalación: distancia mínima entre hilares La distancia d, entre fila de captadores y obstáculo de altura h, debe ser tal que garantice un mínimo de 4 horas de sol, en torno al mediodía del solsticio de invierno.

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Figura 4.90.-Diagrama de la trayectoria del sol.

La separación entre la parte posterior de una fila y el comienzo de la siguiente no será inferior a la obtenida en la expresión anterior, aplicando h a la diferencia de alturas entre la parte alta de una fila y la parte baja de la siguiente, efectuando todas las medidas de acuerdo con el plano que contiene a las bases de los captadores. 4.7.5.

DB-HE5 CONTRIBUCIÓN ELÉCTRICA

FOTOVOLTAICA

MÍNIMA

DE

ENERGÍA

RD 314/2006 Código Técnico de la Edificación (CTE) 15.5. Exigencia básica HE5: Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica En los edificios que así se establezca en este CTE se incorporarán sistemas de captación y transformación de energía solar en energía eléctrica por procedimientos fotovoltaicos para uso propio o suministro a la red. Los valores derivados de esta exigencia básica tendrán la consideración de mínimos, sin perjuicio de valores más estrictos que puedan ser establecidos por las administraciones competentes y que contribuyan a la sostenibilidad, atendiendo a las características propias de su localización y ámbito territorial. Ámbito de aplicación Los edificios de los usos indicados, a los efectos de esta sección en la tabla 1.1 incorporarán sistemas de captación y transformación de energía solar por procedimientos fotovoltaicos cuando superen los límites de aplicación establecidos en dicha tabla.

Figura 4.91.-Ámbito de aplicación según tipo de uso.

La potencia eléctrica mínima determinada en aplicación de exigencia básica que se desarrolla en esta sección, podrá disminuirse o suprimirse justificadamente, en los siguientes casos:


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a) cuando se cubra la producción eléctrica estimada que correspondería a la potencia mínima mediante el aprovechamiento de otras fuentes de energías renovables; b) cuando el emplazamiento no cuente con suficiente acceso al sol por barreras externas al mismo y no se puedan aplicar soluciones alternativas; c) en rehabilitación de edificios, cuando existan limitaciones no subsanables derivadas de la configuración previa del edificio existente o de la normativa urbanística aplicable; d) en edificios de nueva planta, cuando existan limitaciones no subsanables derivadas de la normativa urbanística aplicable que imposibiliten de forma evidente la disposición de la superficie de captación necesaria; e) cuando así lo determine el órgano competente que deba dictaminar en materia de protección histórico-artística. En edificios para los cuales sen de aplicación los apartados b), c), d) se justificará, en el proyecto, la inclusión de medidas o elementos alternativos que produzcan un ahorro eléctrico equivalente a la producción que se obtendría con la instalación solar mediante mejoras en instalaciones consumidoras de energía eléctrica tales como la iluminación, regulación de motores o equipos más eficientes. Procedimiento de verificación Para la aplicación de esta sección debe seguirse la secuencia que se expone a continuación: a) Cálculo de la potencia a instalar en función de la zona climática cumpliendo lo establecido en el apartado 2.1; b) Comprobación de que las pérdidas debidas a la orientación e inclinación de las placas y a las sombras sobre ellas no superen los límites establecidos en la tabla 2.2. c) Cumplimiento de las condiciones de cálculo y dimensionado del apartado 2; d) Cumplimiento de las condiciones de mantenimiento del apartado 3. Caracterización y cuantificación de las exigencias Potencia eléctrica mínima Las potencias eléctricas que se recogen tienen el carácter de mínimos pudiendo ser ampliadas voluntariamente por el promotor o como consecuencia de disposiciones dictadas por las administraciones competentes. Determinación de la potencia a instalar La potencia a instalar se calculará mediante la siguiente fórmula:

Figura 4.92.-Potencia a instalar.

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Siendo: P la potencia pico a instalar (kWp); A y B los coeficientes definidos en la tabla 2.1 en función del uso del edificio; C el coeficiente definido en la tabla 2.2 en función de la zona climática establecida en el apartado 3.1;

S la superficie construida del edificio (m2)

Figura 4.93.-Coeficientes climático y de uso.

En cualquier caso, la potencia pico mínima a instalar será de 6,25 kWp. El inversor tendrá una potencia mínima de 5 kW. En el caso de que no sea posible instalar los paneles solares, será obligatorio la adopción de medidas que supongan un ahorro equivalente a la energía generada por la instalación solar que correspondería al edificio en cuestión. La superficie S a considerar para el caso de edificios ejecutados dentro de un mismo edificio será: a) En el caso que se destinen a un mismo uso, la suma de la uperficie de todos los edificios del recinto; b) En el caso de distintos usos, de los establecidos en la tabla 1.1, dentro de un mismo edificio o recinto, se aplicarán a las superficies construidas correspondientes, la expresión 2.1 aunque éstas sean inferiores al límite de aplicación indicado en la tabla 1.1 La potencia pico mínima a instalar será la suma de las potencias picos de cada uso, siempre que resulten positivas. Para que sea obligatoria esta exigencia, la potencia resultante debe ser superior a 6,25 kWp. La disposición de los módulos se hará de tal manera que las pérdidas debidas a la orientación e inclinación del sistema y a las sombras sobre el mismo sean inferiores a los límites de la tabla 2.2.


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Figura 4.94.-Pérdidas límite.

En la tabla 2.2 se consideran tres casos: general, superposición de módulos e integración arquitectónica. Se considera que existe integración arquitectónica cuando los módulos cumplen una doble función energética y arquitectónica y además sustituyen elementos constructivos convencionales o son elementos constituyentes de la composición arquitectónica. Se considera que existe superposición arquitectónica cuando la colocación de los captadores se realiza paralela a la envolvente del edificio, no aceptándose en este concepto la disposición horizontal con el fin de favorecer la autolimpieza de los módulos. Una regla fundamental a seguir para conseguir la integración o superposición de las instalaciones solares es la de mantener, dentro de los posible, la alineación de los ejes principales de la edificación. En todos los casos se han de cumplir las tres condiciones: pérdidas por orientación e inclinación, pérdidas por sombreado y pérdidas totales inferiores a los límites estipulados respecto a los valores obtenidos con orientación e inclinación óptimos y sin sombra alguna. Se considerará como la orientación óptima el sur y la inclinación óptima la latitud del lugar menos 10º. Sin excepciones, se deben evaluar las pérdidas por orientación e inclinación y sombras del sistema generador de acuerdo a lo estipulado en los apartados 3.3 y 3.4. Cuando, por razones arquitectónicas excepcionales no se pueda instalar toda la potencia exigida cumpliendo los requisitos indicados en la tabla 2.2, se justificará esta imposibilidad analizando las distintas alternativas de configuración del edificio y de ubicación de la instalación, debiéndose optar por aquella solución que más se aproxime a las condiciones de máxima producción. Cálculo. Zonas climáticas En las figuras siguientes se marcan los límites de zonas homogéneas a efectos de la exigencia. Las zonas se han definido teniendo en cuenta la radiación solar global media diaria anual sobre superficie horizontal (H), tomando los intervalos que se relacionan para cada una de las zonas.

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Figura 4.95.-Zonas climáticas y radiación solar global.

Cálculo. Condiciones generales de la instalación Definición 1. Una instalación solar fotovoltaica conectada a red está constituida por un conjunto de componentes encargados de realizar las funciones de captar la radiación solar, generando energía eléctrica en forma de corriente continua y adaptarla a las características que la hagan utilizable por los consumidores conectados a la red de distribución de corriente alterna. Este tipo de instalaciones fotovoltaicas trabajan en paralelo con el resto de los sistemas de generación que suministran a la red de distribución. 2. Los sistemas que conforman la instalación solar fotovoltaica conectada a la red son los siguientes: a) sistema generador fotovoltaico, compuesto de módulos que a su vez contienen un conjunto de elementos semiconductores conectados entre si, denominados células, y que transforman la energía solar en energía eléctrica; b) inversor que transforma la corriente continua producida por los módulos en corriente alterna de las mismas características que la red eléctrica; c) conjunto de protecciones, elementos de seguridad, de maniobra, de medida y auxiliares. 3. Se entiende por potencia pico o potencia máxima del generador aquélla que puede entregar el módulo en las condiciones estándares de medida. Estas condiciones se definen del modo siguiente: a) irradiada 1000 W·m-2; b) distribución espectral AM 1,5 G; c) incidencia normal; d) temperatura de la célula 25ºC Condiciones generales Para instalaciones conectadas, aún en el caso de que éstas no se realicen en punto de conexión de la compañía de distribución, serán de aplicación las condiciones técnicas que procedan del RD 1663/2000, así como todos aquellos aspectos aplicables de la legislación vigente.


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Figura 4.96.-Esquema de una instalación eléctrica conectada a red.

Criterios de cálculo. Sistema generador fotovoltaico. 1. Todos los módulos deben satisfacer las especificaciones UNE-EM 61215:1997 para módulos de silicio cristalino o UNE-EN 61646:1997 para módulos fotovoltaicos de capa delgada, si como estar cualificados por algún laboratorio acreditado por las entidades nacionales de acreditación recoincidas por la Red Europea de Acreditación (EA) o por el Laboratorio de Energía Solar Fotovoltaica del Departamento de Energías Renovables del CIEMAT, demostrado mediante la presentación del certificado correspondiente. 2. En el caso excepcional en el cual no se disponga de módulos cualificados por un laboratorio según lo indicado en el apartado anterior, se deben someter éstos a las pruebas y ensayos necesarios de acuerdo a la aplicación específica según el uso y condiciones de montaje en las que se vayan a utilizar, realizándose las pruebas que a criterio de alguno de los laboratorios antes indicados sean necesarias, otorgándose el certificado específico correspondiente. 3. El módulo fotovoltaico llevará de forma claramente visible e indeleble el modelo y nombre o logotipo del fabricante, potencia pico, así como una identificación individual o número de serie trazable a la fecha de fabricación. 4. Los módulos serán clase II y tendrán un grado de protección mínimo IP65. Por motivos de seguridad y para facilitar el mantenimiento y reparación del generador, se instalarán los elementos necesarios (fusibles, interruptores, etc.) para la desconexión, de forma independiente y en ambos terminales, de cada una de las ramas del resto del generador. 5. Las exigencias del CTE relativas a seguridad estructural serán de aplicación a la estructura soporte de módulos. 6. El cálculo y la construcción de la estructura y el sistema de fijación de módulos permitirá las necesarias dilataciones térmicas sin transmitir cargas que puedan afectar a la integridad de los módulos, siguiendo las indicaciones del fabricante. La estructura se realizará teniendo en cuenta la facilidad de montaje y desmontaje, y la posible necesidad de sustituciones de elementos. 7. La estructura se protegerá superficialmente contra la acción de los agentes ambientales. 8. En el caso de instalaciones integradas en cubierta que hagan las veces de la cubierta del edificio, la estructura y la estanqueidad entre módulos se ajustará a las

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exigencias indicadas en la parte correspondiente del CTE y demás normativa de aplicación. Criterios de cálculo. Inversor. 1. Los inversores cumplirán con las directivas comunitariasde Seguridad Eléctrica en Baja Tensión y Compatibilidad Electromagnética. 2. Las características básicas de los inversores serán las siguientes: a) principio de funcionamiento: fuente de corriente; b) autoconmutado; c) seguimiento automático del punto de máxima potencia del generador; d) no funcionará en isla o modo aislado. 3. La potencia del inversor será como mínimo el 80% de la potencia pico real del generador fotovoltaico. Criterios de cálculo. Protecciones y elementos de seguridad. 1. La instalación incorporará todos los elementos y características necesarias para garantizar en todo momento la calidad del suministro eléctrico, de modo que cumplan las directivas comunitarias de Seguridad Eléctrica en Baja Tensión y Compatibilidad Electromagnética. 2. Se incluirán todos los elementos necesarios de seguridad y protecciones propias de las personas y de la instalación fotovoltaica, asegurando la protección frente a contactos directos e indirectos, cortocircuitos, sobrecargas, así como otros elementos y protecciones que resulten de la aplicación de la legislación vigente. En particular, se usará en la parte de corriente continua de la instalación protección Clase II o aislamiento equivalente cuando se trata de un emplazamiento accesible. Los materiales situados a la intemperie tendrán al menos un grado de protección IP65. 3. La instalación debe permitir la desconexión y seccionamiento del inversor, tanto en la parte de corriente continua como en la parte de corriente alterna, para facilitar las tareas de mantenimiento.

Figura 4.97.-Esquema de una instalación solar fotovoltaica, con campo generador, inversor, protecciones, contadores y conexión a la red eléctrica.


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Cálculo de las pérdidas por orientación e inclinación El cálculo de las pérdidas por orientación e inclinación se calculan de acuerdo al procedimiento establecido en el apartado BB-HE4: CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA DE AGUA CALIENTE SANITARIA Cálculo de las pérdidas por sombras El cálculo de las pérdidas por sombras se calculan de acuerdo al procedimiento establecido en el apartado BB-HE4: CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA DE AGUA CALIENTE SANITARIA Nota: En instalaciones solares térmicas las pérdidas de radiación son proporcionales a las de generación. En las instalaciones solares FV las pérdidas por radiación son mucho menores que las de generación, pudiendo ser éstas muy elevadas.

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4.8. BIBLIOGRAFÍA. RD 314/2006. Código Técnico de la Edificación (CTE). - Exigencia básica DBHE1. Limitación de demanda energética. - Exigencia básica DBHE2. Rendimiento de las instalaciones térmicas. - Exigencia básica DBHE3. Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación. - Exigencia básica DBHE4. Contribución solar mínima de ACS. - Exigencia básica DBHE5 “Contribución fotovoltaica mínima de energía fotovoltaica.


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RESUMEN. En este tema se citan las actuaciones más importantes para mejorar la eficiencia energética en las edificaciones. Entre los aspectos más importantes para mejorar la eficiencia energética se encuentran las características constructivas, la iluminación, la climatización, el agua caliente sanitaria, la ventilación y el equipamiento. La normativa española referente a la mejora de la eficiencia energética en edificación se recoge dentro del RD 314/2006 “Código Técnico de la Edificación (CTE)”. Se trata de un marco normativo por el que se regulan las exigencias básicas de calidad que deben cumplir los edificios, incluidas sus instalaciones, para satisfacer una serie de requisitos básicos de seguridad y habitabilidad. Este documento está constituido por una serie de documentos básicos (DB) de los que destaca desde el punto de vista energético el DB HE: Ahorro de energía. Dentro de este último documento básico se especifican los aspectos más importantes de la eficiencia energética en edificación. En la DBHE1 “Limitación de la demanda energética” se definen las características mínimas que debe cumplir la envolvente de un edificio para limitar adecuadamente la demanda energética en función de las características específicas de la obra. La DBHE2 “Rendimiento de las instalaciones térmicas” establece las condiciones que deben cumplir las instalaciones destinadas a atender la demanda de bienestar térmico e higiene a través de las instalaciones de calefacción, climatización y agua caliente sanitaria para conseguir un uso racional de la energía. Esta exigencia está desarrollada en el Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios (RITE). La DBHE3 “Eficiencia energética de las instalaciones de iluminación” recoge las condiciones mínimas desde el punto de vista energético que deben cumplir las instalaciones de iluminación de los edificios. En la DBHE4 “Contribución solar mínima de ACS” se establecen las condiciones de demanda de las instalaciones de agua caliente sanitaria (ACS) en los edificios que así lo requieran. Para satisfacer la demanda se deben instalar dispositivos de captación, almacenamiento y utilización de la energía dependiendo de las condiciones particulares del edificio. Por último, la exigencia mínima DBHE5 “Contribución fotovoltaica mínima de energía fotovoltaica” obliga a determinados edificios a incorporar sistemas fotovoltaicos en función de las características específicas del edificio. Se detallan en este tema algunos de los aspectos de cada uno de los documentos básicos referentes al ahorro y la eficiencia energética de los edificios.


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1.3.2-Ut4 (Manual de Teoría)

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