Energía solar térmica para instaladores 5ª edición
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Título: Energía solar térmica para instaladores
1ª edición - 2005 2ª edición - 2007 3ª edición - 2008 4ª edición - 2012 5ª edición - 2017 Autor: M. Carlos Tobajas Edita: Cano Pina, SL
978-84-17119-37-9 ISBN: 978-84-17119-37-9 Producción: Susana Encinas Bodero Diseño de portada: Sara Martínez Juárez
Í����� Energía solar térmica para instaladores 5ª edición 1 Energía 2 Radiación solar 3 Captación solar térmica 4 Composición de un sistema solar térmico 5 Cálculo de las instalaciones 6 Perspectivas Perspectivas y proyecto de las instalaciones solares térmicas 7 Proyectos de instalaciones Anexo 1 Tablas solares de radiación Anexo 2 Tabla de temperatura media mensual mensual ambiente Anexo 3 Tabla de temperatura media del del agua de la red, datos datos de CTE Anexo 4 Conversión de unidades unidades Anexo 5 Diccionario de términos términos frecuentes Anexo 6 Tablas de irradiancia
Prólogo La energía solar térmica transforma la radiación solar en energía calorífica a diferentes temperaturas: •
Baja temperatura, captación directa, la temperatura del fluido está por debajo del punto de ebullición.
•
Media temperatura, captación de bajo índice de concentración, la temperatura del fluido es más elevada de 100ºC.
•
Alta temperatura, captación de alto índice de concentración, la temperatura del fluido es más elevada de 300ºC.
En la presente edición nos vamos a centrar en las aplicaciones a baja temperatura, que utilizan captadores con fluido caloportador como medio de transferencia energética. Los sistemas de medias o altas temperaturas se utilizan en la producción de vapor y electricidad (centrales termosolares).
Energía
1
Contenidos 1.1 Energía primaria 1.2 Recursos energéticos 1.3 Impacto ambiental 1.4 Energías renovables 1.5 Energía solar térmica 1.6 Plan de acción nacional de energías renovables renovables
Índice
Energía
1
La energía es la capacidad de generar trabajo y calor, el primer principio de termodinámica nos dice que la energía necesaria en cualquier proceso es igual al trabajo realizado más el calor desprendido describiéndolo así: Energía = Trabajο + Calοr
Podemos afirmar que tanto energía como calor y trabajo, son tres formas de un mismo concepto. El trabajo implica movimiento (cambio de posición, etc.) y se manifiesta por calor c alor (aumentando o diminuyendo la temperatura del cuerpo), en definitiva es una manifestación de energía.
1.1 Energía primaria
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Se llama energía primaria la que se obtiene de las fuentes en origen, sin haber sufrido ningún proceso de transformación intermedio, por ejemplo la energía que contiene un barril de petróleo es una energía primaria. Las fuentes primarias de energías que más se utilizan actualmente son las de combustibles fósiles (carbón, gas, petróleo), la nuclear (fisión, fusión), y todas las demás renovables. Estas son usadas por el hombre para la obtención de trabajo y calor, a partir de estas fuentes de energía se obtiene electricidad, vapor, etc. Alrededor del 74 % de la energía primaria consumida en la actualidad a nivel mundial proviene de combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural), es decir, decir, que la mayor parte p arte de la energía que consumimos se agotará en un espacio de tiempo más o menos corto, ya que el consumo mundial aumenta un 2 % de media cada año. Este crecimiento del consumo, que aparentemente parece imparable, se está efectuando a un ritmo tal, que se prevé que en 100 años estos recursos se encuentren agotados. Energía
Consumo en %
Petróleo
3 3 ,6
Carbón
2 9 ,6
Gas natural
2 3 ,8
Nuclear
5 ,2
Renovables + hidroeléctricas
7,8
Tabla 1.1 Consumo mundial de energía primaria en el año 2010
En la Tabla 1.1 se representa el gasto anual de energías primarias. El apartado «Renovables» es la suma del conjunto de fuentes primarias como la combustión de madera o de biomasa,
combustión de los residuos sólidos urbanos, geotérmica, hidroeléctrica, de biogás, obtención de alcohol para la combustión, energía eólica, energía solar térmica, fotovoltaica, trabajo humano, animal, etc. Desde el año 2010 se habla de que las previsiones apuntan a una pérdida relativa del consumo de energías primarias dependientes del petróleo, p etróleo, carbón y nuclear, mientras la utilización del gas, aumentará significativamente su participación. Las energías renovables experimentan un fuerte incremento de acuerdo con los objetivos establecidos, que serán más importantes en la medida en que las necesarias actuaciones de ahorro y eficiencia energética consigan un crecimiento moderado de los consumos energéticos. Energía
Consumo en %
Petróleo
3 2,9
Carbón
2 9,2
Gas natural
2 3,8
Nuclear
4,4
Renovables
9 ,6
Tabla 1.2 Consumo mundial de energía primaria en el año 2015
1.2 Recursos energéticos
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Para Para su mejor comprensión com prensión vamos a subdividir la energía primaria en dos: • Energía primaria contaminante. • Energía primaria no contaminante o renovable.
1.2.1 Energía primaria contaminante Los principales recursos energéticos que disponemos en energía primaria contaminante son: carbón, petróleo, gas natural y energía nuclear. nuclear.
1.2.1.1 Carbón Su utilización como fuente de energía comenzó en la primera revolución industrial en el siglo XIX, es altamente contaminante y los países industrializados fueron sustituyéndolo por el petróleo al iniciarse el siglo XX.
1.2.1.2 Petróleo Durante muchos años, el petróleo solo se utilizaba para dar luz y calor por medio de la combustión directa. Cuando se produce el cambio de la máquina de vapor por el motor de explosión es cuando el petróleo y sus derivados empiezan a ser los principales combustibles. Entre los años 1950 y 1970, la producción mundial de petróleo se multiplica por cinco, c inco, es a partir de ese año cuando se van sucediendo crisis energéticas que inciden en la sostenibilidad del sistema industrial.
Las crisis energéticas vienen provocadas por las variaciones de precios del petróleo al alza, esto es debido a las leyes de mercado (la oferta y la demanda), gobernado por la Organización de Países Exportadores de Petróleo Petróleo (OPEP). Los precios se dan habitualmente por barril de petróleo, que equivale a 150 litros de petróleo.
1.2.1.3 Gas natural El aumento del precio del barril de petróleo ha hecho posible que el gas natural sea rentable, hay que tener en cuenta las dificultades técnicas para su explotación (redes de gaseoductos, instalaciones, barcos, etc.). Hay importantes reservas de gas natural (mar del norte, Rusia, países del Magreb, etc.), las reservas probadas de gas natural son de 60 años por encima de las del petróleo.
1.2.1.4 Energía nuclear La energía nuclear es producida por una reacción, para obtenerla existen dos formas: fusión nuclear y fisión nuclear La fusión nuclear consiste en dar altas temperaturas a los núcleos de hidrógeno para que se muevan con mucha rapidez, chocando entre ellos, liberando neutrones, que provocan grandes cantidades de calor (millones de grados centígrados). Actualmente Actualme nte se están haciendo ensayos ensayo s para conseguir conse guir un habitáculo habitácu lo que pueda contener c ontener la cantidad de calor desprendida. La fisión nuclear es la más utilizada, consiste en dividir el núcleo del átomo liberando calor más neutrones, que golpean a otros átomos que su vez se dividen produciéndose una reacción en cadena. Los dos sistemas están basados en calentar agua para producir vapor, que a su vez moverán turbinas que generarán electricidad.
1.2.2 Energía primaria no contaminante o renovable Los principales recursos energéticos de los que disponemos en energía primaria no contaminante o renovable son: Sol, viento, biomasa, geotérmica, hidrahulica, aire y el mar.
1.2.2.1 Sol El Sol es una esfera de gas compuesto, 90 % de hidrógeno, 7 % de helio y aproximadamente un 3 % del resto de elementos químicos, en él se producen millones de reacciones nucleares por medio de la fusión. Su vida se estima en unos 5.000 millones de años. El aprovechamiento se puede obtener de distintos modos, pero principalmente a través de la captación térmica y fotovoltaica. En el estado español existen más de 400.000 m 2 de captadores solares térmicos y una potencia p otencia solar fotovoltaica de 11 MWp.
1.2.2.2 Viento Es la fuente de energía renovable que más rápidamente está creciendo en potencia instalada y en rentabilidad económica. Como ventaja tiene que no produce emisiones a la atmósfera ni genera residuos (excepto aceite del multiplicador) aunque su desventaja principal es su incapacidad de asegurar un suministro de energía regular o permanente.
1.2.2.3 Biomasa Se compone de materia orgánica originada por la fotosíntesis (material vegetal, residuos urbanos, ganaderos, y limpieza de los bosques). Actualmente se está usando para la realización de combustibles (biodiesel).
1.2.2.4 Hidráulica Esta energía consiste en el aprovechamiento del caudal ecológico de los ríos. Mediante la conducción del agua por una tubería que realiza un salto de agua, se obtiene energía eléctrica mediante unas turbinas.
1.3 Impacto ambiental
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Podemos afirmar que todo uso de energía es una explotación de recursos naturales. En el caso de los recursos almacenados en la Tierra (los combustibles fósiles) aparecen dos fenómenos que resultan problemáticos. Agotamiento de los recursos recursos a corto plazo, en función de las reservas y del ritmo de consumo. Liberación de compuestos químicos altamente contaminantes, un ejemplo actual sería la cantidad de CO 2 (dióxido de carbono) que hay en la atmósfera.
1.3.1 Cambio climático La temperatura media del planeta ha aumentado 0,6 ºC durante el siglo XX, la década de los años 90 fue la más cálida desde el año 1861. Se supone que la actividad humana es la principal responsable de este aumento de temperatura. La concentración del CO 2 es probablemente la más alta de los últimos veinte millones de años. La temperatura media del planeta subirá entre 1,4 y 5,8 ºC entre 1990 y el 2100, por tanto el nivel del mar aumentará entre 0,09 y 0,88 metros.
Lignito
Calentamiento global 30 %
Contaminación por metales pesados 5%
Productos cancerígenos 5%
Contaminación atmosférica 2%
Carbón
25 %
64 %
12 %
9%
Petróleo
23 %
21 %
80 %
80 %
Nuclear
0%
2%
0%
1%
Gas natural
Calentamiento global 22 %
Contaminación por metales pesados 4%
Productos cancerígenos 3%
Contaminación atmosférica 8%
Hidráulica
0%
0%
0%
0%
Tabla 1.3 Contribución de las diversas fuentes de energías a la contaminación general
1.4 Energías renovables
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Como los medios de comunicación, las Administraciones Públicas, etc. comentan que con este tipo de instalaciones se ahorrarán millones de euros y se conseguirá liberar la atmósfera de muchos productos contaminantes, muchas veces nos preguntamos ¿qué son exactamente las energías renovables? Son aquellas que son inagotables considerando el periodo de existencia de la humanidad; pueden tener su origen en el Sol, pero no necesariamente. Desde siempre, el ser humano ha desarrollado diversas técnicas para poder conseguir calor y trabajo a partir de fuentes renovables de energía. A modo de aclaración, podemos decir que el término renovable se puede explicar porque el gasto de esta energía nunca llega a superar a la generación de la misma, es decir, que si tenemos que utilizar leña, u otro tipo de biomasa vegetal, será renovable si el producto de las podas sirve para regenerar o aumentar la materia vegetal. El aprovechamiento más antiguo de energía renovable es la combustión de materia vegetal para obtener calor, esta se ha logrado por medio de la fotosíntesis, o sea por el Sol. Son energías renovables: solar térmica, tanto activa como pasiva, solar fotovoltaica, eólica, hidroeléctrica, biomasa vegetal y animal, en procesos que permitan su regeneración y consumo. También tenemos aprovechamiento geotérmico, de las mareas, así como el aprovechamiento de la temperatura del aire mediante la aerotermia. Por último, podemos afirmar que cualquier proceso que no altere el equilibrio térmico del planeta, que no genere residuos irrecuperables y que su velocidad de consumo no sea superior a la de regeneración de la fuente energética de la materia prima utilizada, será una energía renovable.
1.4.1 Aplicaciones de las energías renovables Muchas de las aplicaciones de las energías renovables se impondrán con rapidez y formarán parte de nuestra vida cotidiana, de ellas podemos destacar: • Aplicaciones de la energía solar térmica de baja, media y alta temperatura tanto industrial como para viviendas. • Desalinización de agua por métodos evaporativos. • Eliminación de contaminantes orgánicos de agua residuales. • Cogeneración por medio de biocombustibles. • Las grandes centrales fotovoltaicas.
1.4.2 Cómo fomentar las energías renovables Aunque nos estamos empezando a acostumbrar a oír declaraciones a favor de las energías renovables, es evidente que su progreso tiene algunas dificultades, sobre todo teniendo en cuenta que la radiación solar en España es muy superior a la obtenida en los países europeos. Es muy importante que la sociedad española conozca los beneficios y usos de las energías renovables, como también lo es que los diseños arquitectónicos se adecuen a las instalaciones de estas energías. Tanto por parte de las Administraciones Locales como de las Autonómicas, es necesario hacer un esfuerzo mayor para subvencionar las instalaciones de energías renovables, ya que esto repercutirá en la factura de las energías convencionales, en especial la del petróleo.
1.4.3 Formas de captación de las energías renovables La captación de energías renovables está basada en la energía que a diario recibimos del Sol, que puede ser: • Energía solar directa. • Energía solar indirecta. Energía solar indirecta
SOL
iento Olas Hidráulica Biomasa
Energía solar directa
Captación fotónica
Captación térmica Pasiva
Captación fotoquímica
Activa
Captación solar con panel plano por convección natural na tural Calor a baja temperatura temperatura
Células sola solares res
Captación solar sol ar por seguimiento Calor a baja temperatura
Calor a media temperatura
Calor a alta temperatura
Fig. 1.1 Formas de captación de las energías renovables
La energía solar directa es aquella que al exponer una placa metálica al Sol recoge una cierta cier ta radiación, que dependerá de la oscuridad de esta placa para captar más o menos radiación solar, que no hay que confundir con la captación fotónica, donde la energía no se produce por calor si no por liberación de electrones en una placa especial para ello.
La energía solar indirecta es aquella que proviene del Sol pero tiene que intervenir en algún proceso como por ejemplo la climatología: vientos, olas…
1.5 Energía solar térmica
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La energía solar térmica está basada en el aprovechamiento del calor por unos captadores solares (hay que señalar que captadores, colectores o placas es lo mismo). La cantidad de energía térmica recogida dependerá de la cantidad de metros cuadrados de superficie de captadores que tengamos. La aplicación de la energía solar térmica se puede clasificar en tres partes dependiendo de su temperatura: • Baja temperatura, temperatura, captación directa, la temperatura del fluido está por debajo del punto de ebullición. • Media temperatura, captación de de bajo índice de de concentración, la temperatura del fluido es más elevada de 100 ºC. • Alta temperatura, temperatura, captación de de alto índice de concentración, concentración, la temperatura del fluido fluido es más elevada de 400 ºC. En la presente edición nos vamos a centrar en las aplicaciones a baja temperatura, que utilizan captadores con fluido caloportador como medio de transferencia energética.
1.5.1 Energía solar térmica de baja temperatura Un sistema de baja temperatura requiere el acoplamiento de tres subsistemas: • Subsistema de captación, su finalidad es captar la energía solar. solar. • Subsistema de almacenamiento, almacenamiento, su finalidad es adaptar adaptar en el tiempo la disponibilidad disponibilidad de energía y su demanda, acumulándola cuando está disponible para poder ofrecerla en cualquier momento en que se requiera. • Subsistema de distribución distribución o consumo, su finalidad es trasladar el agua caliente producida a los puntos necesarios de consumo. El funcionamiento de estos tres subsistemas está condicionado por la meteorología, fundamentalmente por la radiación solar y la temperatura, también los condiciona la demanda.
1.5.2 Aplicación de la energía solar térmica Entre las aplicaciones de la energía solar térmica en baja temperatura vamos a señalar las siguientes: • Agua caliente sanitaria (ACS) doméstica. • ACS en alojamiento hotelero, camping… • ACS en hospitales y centros de salud.
• ACS en establecimientos como peluquerías, saunas, lavanderías… • ACS para instalaciones deportivas, educativas, guarderías… • Agua caliente en industrias agroalimentarias y otras. • Calefacción doméstica por suelo radiante. • Calefacción de invernaderos, semilleros, secaderos… • Calefacción de alojamientos ganaderos, piscifactorías… • Calefacción de piscinas. • Calefacción radiante de edificaciones con techos elevados. • Energía solar térmica para la refrigeración por absorción.
1.5.3 Perspectivas Perspectivas de la energía solar térmica té rmica La energía solar térmica existe en nuestro planeta desde el principio de los tiempos, sirviéndose la humanidad siempre de una forma o de otra, adecuándola a sus necesidades y aprovechándose de la tecnología que en cada momento de su historia ha sido capaz de utilizar, utilizar, esta subsistirá el tiempo que perdure el Sol. Los informes de la Comunidad Económica Europea ponen de manifiesto las grandes posibilidades de crecimiento del sector. sector. La principal razón para que la sociedad adopte los sistemas de energías renovables es la existencia de una mayor sensibilización por el medio ambiente y un control por medio de las administraciones de las emisiones de gases que producen efecto invernadero, contaminación, etc. Por otra parte, las Administraciones Públicas, a nivel de Ayuntamientos están muy sensibilizadas, solo hay que ver las ordenanzas municipales, donde merece resaltar la efectuada por el Ayuntamiento de Barcelona con la publicación de su normativa en 1999.
1.6 Plan de acción nacional de energías renovables renovables de españa (PANE (PANER) R) 2011-2020
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La Directiva de 2009/28/CE del Parlamento Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de abril de 2009, relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables, fija como objetivos generales a conseguir: • una cuota del 20 % de energía procedente procedente de fuentes renovables renovables en el consumo final bruto de energía de la Unión Europea (UE) y • una cuota del 10 % de energía procedente procedente de fuentes renovables renovables en el consumo de de energía en el sector del transporte en cada Estado miembro para el año 2020. Y para ello, establece objetivos para p ara cada uno de los Estados miembros en el año 2020 y una trayectoria mínima indicativa hasta ese año. En España, el objetivo se traduce en que
las fuentes renovables representen al menos el 20 % del consumo de energía final en el año 2020 (mismo objetivo que para la media de la UE), junto a una contribución del 10 % de fuentes de energía renovables en el transporte para ese año. En España las energías renovables han evolucionado hacia una participación par ticipación creciente en el sistema energético. Esta situación ha experimentado un significativo auge a partir del año 2005. En 2009, año de referencia para la elaboración del PANER, las energías renovables han supuesto el 9,4 % del abastecimiento de energía primaria, y superado el 12 % en términos de energía final bruta, de acuerdo a la nueva metodología de cálculo de la participación de energías renovables sobre el consumo final bruto de energía. MEDIDAS PARA ALCANZAR LOS OBJETIVOS
Medidas generales pueden ser de naturaleza reglamentaria o financiera. ▪
Medidas reglamentarias Desarrollo de un marco adecuado para la simplificación, homogeneización y unificación de los procedimientos administrativos de autorización de instalaciones de energías renovables (EERR), incluyendo la simple notificación.
ß
Desarrollo de un procedimiento reglado simplificado para la obtención de autorizaciones administrativas para proyectos de energías renovables para aplicaciones térmicas. ß
Desarrollo de líneas de investigación e innovación científica, que promuevan el desarrollo tecnológico de prototipos de aprovechamiento de energías renovables en el mar. ß
▪
Medidas de tipo financiero ß
Apoyo a la I+D+i en sistemas de almacenamiento de energía.
Mantenimiento de una participación pública activa en I +D+i en el sector de las energías renovables, estableciendo programas de apoyo anuales para las iniciativas industriales prioritarias de desarrollo tecnológico, encaminadas a la reducción de los costes de generación principalmente en los l os sectores eólico y solar. solar.
ß
Desarrollo de tecnologías marinas específicas, esp ecíficas, especialmente dirigidas al despliegue en aguas profundas de proyectos de aprovechamiento de las energías renovales (eólica, energía de las olas, etc.). ß
Apoyo financiero a la implantación de plataformas experimentales nacionales de primer nivel y alta especialización, con reconocimiento internacional.
ß
MEDIDAS ESPECÍFICAS EN EL SECTOR SOLAR
• Medidas de difusión, difusión, promoción y adaptación reglamentaria de las instalaciones solares (fotovoltaicas, térmicas y termoeléctricas) para fomentar su penetración horizontal en todos los sectores s ectores (edificación, agropecuario, industrial y servicios).
• Desarrollo de los mecanismos necesarios para fomentar las instalaciones instalaciones de desalación basadas en tecnologías solares (térmica de baja temperatura, fotovoltaica y termoeléctricas) • Impulso de de proyectos proyectos para la optimización optimización de las instalaciones solares térmicas térmicas que incluyan soluciones integrales (ACS, calefacción y refrigeración). • Medidas para la profesionalización del sector y para fomento del del cambio de percepción de los usuarios mediante la difusión de las ventajas de la energía solar así como de los derechos y obligaciones de sus usuarios.
2
Radiación solar
Contenidos 2.1 Conceptos básicos de física 2.2 Transformación energética 2.3 Radiación solar en la superficie terrestre 2.4 Características de un cuerpo respecto a la radiación 2.5 Radiación solar a nivel del suelo 2.6 Relaciones astronómicas
Índice
Radiación solar 2.1 Conceptos básicos de física
2
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Para una mejor comprensión de la energía solar de captación térmica, vamos a introducir unos conceptos básicos de física, que son de suma importancia para comprender los fenómenos que intervienen.
2.1.1 Trabajo Trabajo en física es la transferencia de energía de una entidad a otra a través de una fuerza aplicada sobre una distancia. La unidad de trabajo en el sistema internacional es el julio (J), y se define como el trabajo realizado por una fuerza de 1 newton (N) cuando el objeto se desplaza 1 metro (m) en la dirección de la fuerza: T = F#s 1 J
=
N#m
Otra unidad utilizada es el kW·h, que es la fuerza que desarrolla un trabajo de 1 kW en una hora. 1 kW $ h = 1.000 W # 3.600 s = 3, 6 # 10 6 julios
Diremos que 1 kW·h equivale a 3,6 # 106 J, o bien a 3.600 kJ, o a 3,6 MJ.
2.1.2 Energía La energía de un cuerpo es su capacidad para efectuar un trabajo, mientras el dicho cuerpo esté aislado adiabáticamente. Se puede observar que los conceptos de trabajo y energía van estrechamente ligados, por tanto, la energía de un cuerpo (energía interna) se mide en función del trabajo que pueda desarrollar. La unidad de medida de la energía es la misma que la del trabajo, es decir el julio (J). ( J). Por otro lado, se debe tener en cuenta que también se puede trasferir energía a un cuerpo, en este caso se dice que se consume energía. Existe una ley fundamental de la energía que dice que esta no se crea ni se destruye, solo se transforma, esto implica que la masa pueda considerarse como una forma de energía, lo que es aplicado en la famosa ecuación de Eisntein E = m # c2 , para partículas con velocidades próximas a la luz.
2.1.3 Potencia La potencia es la rapidez con que se realiza un trabajo, la unidad empleada para su medición es el watio (W): Potencia =
Trabajo realizado por una fuerza Tiempo necesario para realizarlo
También W =
J s
Existen otras unidades de potencia que no están en el sistema internacional (SI), pero que en la actualidad son utilizadas: CV = caballo de vapor = 736 W HP = horse power = 746 W (se utiliza en el Reino unido) cal/s = caloría/segundo = 4.184 W kcal/h = kilocaloría/hora = 1,163 # 10-3 kW kJ/h = kilo julio/hora = 1.000 J / 3.600 s = 0,277 J/s = 0,277 W MJ/h = mega julio/hora = 1.000.000 J / 3.600 s = 277,77 J/s = 277,77 W
2.1.4 Energía Térmica Térmica Es la energía cinética aleatoria que tienen las partículas (comúnmente electrones, iones, átomos, moléculas) que componen un sistema.
2.1.5 Calor y temperatura Con frecuencia, solemos confundir los términos calor y temperatura, puede parecer lo mismo pero no es así, ya que calor es una forma de energía y temperatura es la medida de dicha energía.
Ejemplo Como ejemplo ilustrativo podríamos citar que hay cuerpos que q ue pueden almacenar muy poco calor con una temperatura muy alta (la bombilla de incandescencia, su filamento tiene una temperatura muy elevada, más de 1.500 ºC). Sin embargo, el radiador de agua de una calefacción suele tener una temperatura superficial de 70 ºC, y su calor emitido por unidad de superficie no es comparable con la bombilla eléctrica. En definitiva, el radiador de calefacción estará transmitiendo «calor» y la forma de medir el mismo será la «temperatura». En el sistema internacional (SI) la unidad es el julio (J), también se utilizan otras unidades, como: cal = caloría = 4.184 J = 4,184 kJ, siendo 1 J = 0,24 cal BTU = britist = 1.054 J = 1,054 kJ
2.1.6 Radiación térmica Es el modo en que se traslada la energía térmica o calorífica a través del vacío y el espacio libre entre moléculas. Un cuerpo negro es aquel que absorbe toda la energía radiante que incide sobre él. Cuando hay equilibrio térmico un cuerpo emite una cantidad de energía igual a la que absorbe, por
tanto, un buen captador de radiación es también un buen emisor de radiación, para evitar esta circunstancia, los captadores solares están aislados por medio de un vidrio que produce en el interior del captador el efecto invernadero. La unidad en que se mide la radiancia solar en los captadores solares es el W/m 2. Aunque es normal que las tablas de radiancia radiancia se encuentren también también las siguientes siguientes unidades: unidades: kJ/h·m2 MJ/h·m2 kcal/h·m2 La relación entre ellas es la l a siguiente: W/m2 = 0,86 kcal/h·m 2 kcal/h m2 = 1,16 W/m 2 kcal/h · m2 = 4,18 kJ/h·m 2 kJ/h · m2 = 0,24 kcal/h·m 2
1 J = 0,24 cal
W/m2 = 3,6 kJ/h·m 2
1 cal = 4,18 J
kJ/h · m2 = 0,28 W/m 2
1 kcal = 1.000 cal
En el Anexo 4, tenemos la tabla de conversión de unidades donde se relacionan las más importantes utilizadas en el cálculo de sistemas solares térmicos.
2.2 Transformación energética
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La energía solar llega a la Tierra en forma de ondas electromagnéticas, estas se desplazan por el espacio en todas las direcciones, sin ningún tipo de soporte material, este efecto se denomina radiación. En la radiación intervienen los rayos infrarrojos, la luz y los rayos ultravioletas, que viajan en el espacio en las proporciones que se detallan en la Fig. 2.1, estos componentes cumplen la función de transportar energía.
Rayos gamma 14 W/m2 1 %
Rayos ultravioleta 54 W/m2 4 %
Luz visible 662 W/m2 49 %
Rayos infrarrojos 620 W/m2 46 %
Fig. 2.1 Distribución de la radiación solar extraterrestre extraterrestre
2.2.1 Ondas electromagnéticas Las ondas electromagnéticas están asociadas a un fenómeno físico vibratorio que se representa en forma de ondas, cada onda lleva su energía, que es proporcional a la frecuencia o ritmo de oscilación, esto queda expresado por la ecuación de Plank donde: E = h # f
donde: E es la energía; h la constante de Plank, que tiene el valor 6,624 frecuencia vibratoria expresada en hercios (Hz)
#
10-34 J·s y f la
Otro parámetro característico de las radiaciones es la longitud de onda, esta es inversamente proporcional a la frecuencia y tiene la l a relación siguiente: 1
λ
=
f
En nuestro caso, tendremos presente la velocidad de la luz, y se expresa por: p or: c
λ
=
f
donde: λ es la longitud de onda; c la velocidad de desplazamiento, en este caso será la velocidad de la luz, que equivale a 300.000 km/s y f la frecuencia vibratoria expresada en hercios (Hz) La longitud de onda es el espacio que ocupa una onda al realizar el ciclo completo, es decir desde el valor 0 al máximo positivo, pasando de nuevo por el cero, yendo al máximo negativo y retornando al valor 0, según se describe en la Fig. 2.2. máximo máx imo positivo positivo
0
0
0
máximo negativo negativo Longitud de la onda
Fig. 2.2 Longitud de onda
Por tanto, cuanto más pequeña sea la longitud de onda más grande será la frecuencia (o sea f); lo mismo que cuanto más veces la longitud de onda se repita en el tiempo, más energía transportará, véase Fig. 2.3.
ALTA FRECUENCIA
BAJA BAJA FRECUENCIA FRECUENCIA
Fig. 2.3 Diferentes tipos de longitud de onda
Otra propiedad de la longitud de onda es la capacidad de penetrar en diversos materiales, la longitud de onda de la luz visible está comprendida entre 0,38 y 0,78 µm y no puede atravesar paredes, en cambio los rayos gamma, que tienen una longitud de onda 10.000 veces más pequeña que la luz visible sí pueden, siendo necesario blindar las paredes con hormigón y plomo, como es el caso de las centrales nucleares. La luz visible se desplaza en línea recta y su dirección solo es modificada por un medio reflectante o refractante.
2.2.2 Espectro solar La transmisión de calor por radiación se produce por p or ondas electromagnéticas. La distribución espectral de la radiación solar está en función de su longitud de onda. El espectro solar está dividido, por regla general, en tres bandas que se representan en la Tabla 2.1. Banda Longitud de onda µm Porcentaje de energía Energía W / m2
Ultravioleta 0 - 0,3 8 7% 95
Zona visible 0,38 - 0,78 47,29 % 6 40
Infrarrojo > 0, 7 8 45,71 % 618
Total
1. 3 5 3
Tabla 2.1 Características de las bandas del espectro solar
Siendo µm = micra = 10 -6 metros = 10-4 cm Las longitudes de onda de la radiación solar a nivel del suelo están comprendidas entre 0,29 y 2,5 µm. rayos cósmicos
rayos gamma
e
ultravioleta l b i s i v
rayos X
infrarrojo
ondas herzianas de radio
1 Å = angström = 1 # 10-10
violeta 3.800 Å 4.500 Å
azul
verde 5.000 Å
amarillo
5.700 Å
5.900 Å
naranja rojo 6.100 Å 7.600 Å
Fig. 2.4 Ocupación de la zona visible dentro del espectro electromagnético
Ejemplo Vamos a calcular la velocidad de propagación de una onda electromagnética de frecuencia 750 # 1012 y longitud de onda de 400 µm: c
λ
=
f
Si despejamos c (velocidad de desplazamiento): c
=
λ#f
=
12
750 # 10 10
10 # 400 # 10
6
-
=
300.000
10 # 10
6
=
3
10 # 10
11
m/ s
La velocidad de propagación depende del tipo de onda, de la elasticidad del medio y de su rigidez. Por Por ejemplo, la velocidad del sonido en el aire a 20 ºC es de 343,5 m/s, mientras que la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío es de 300.000 km/s, lo que habitualmente se llama velocidad de la l a luz.
2.2.3 Datos significativos del Sol El Sol es una estrella alrededor de la cual gira un sistema de planetas, p lanetas, entre estos se encuentra la Tierra. Tierra. Dentro del universo se calculan millones de galaxias, el sistema solar se encuentra dentro de una llamada Vía Láctea. El Sol es el astro más cercano a nuestro n uestro planeta, es nuestra fuente de luz, calor y radiación electromagnética. Los datos más significativos del Sol son: • Diámetro: 1.400.000 km (109 veces el de la Tierra) • Masa relativa: 199 # 1025 tm (332.500 veces la masa de la Tierra) Tierra) • Edad aproximada: 5.000 millones de años • Vida estimada aproximada: de 5.000 a 7.000 millones de años El Sol es un inmenso horno de fusión termonuclear que cada segundo transforma 600.000.000 toneladas de hidrógeno en 596.000.000 toneladas de helio (gas noble existente en la atmósfera terrestre en pequeñas cantidades), esta reacción libera una energía equivalente a 4 # 1023 kW por segundo. Esta potencia de irradiación del Sol es aproximadamente unas 200 # 1012 veces la potencia de todas las l as centrales que actualmente funcionan en el mundo. En un segundo el Sol libera más energía que la consumida por la humanidad a lo largo de toda su historia Esta energía que se desarrolla en el Sol por medio de sus reacciones nucleares, se transforma en elevadas temperaturas de millones de grados, que a su vez se irradia al espacio, provocando ondas electromagnéticas en todas direcciones.
2.2.4 Composición del Sol Las partes principales del Sol son: • El núcleo es un horno de fusión, tiene una temperatura media de 20 millones de grados kelvin (0 oC equivalen a 273 K).
• La fotosfera es es donde se producen las manchas solares, que son las que emanan las perturbaciones cíclicas, que afectan a las comunicaciones, a los fenómenos meteorológicos, etc., aproximadamente cada 11 años. La temperatura es de unos 6.000 K. • La cromosfera es es una capa de gases de unos 10.000 km, donde se producen arcos de hidrógenos, etc. • La corona solo solo es visible cuando hay eclipse total de Sol y es la parte más alejada del núcleo. Corona Sol Cromosfera Fotosfera
La distancia del Sol a la Tierra es de unos 150 millones de km. Aunque se trate de una distancia considerable, hay que tener en cuenta que la luz viaja a 300.000 km/s, por tanto las radiaciones emitidas por el Sol llegarán a la Tierra en un breve espacio de tiempo:
Núcleo
Tiempo =
Espacio Velocidad de la luz
Por tanto tenemos: Fig. 2.5 Partes principales del Sol
150.000.000 km
= 500 s
300.000 km/s
Si pasamos los segundos a minutos dividiendo por 60 segundos que es 1 minuto, tendremos: 500 s 60 s
= 8,33 minutos
Es decir, el tiempo estimado en que las radiaciones solares llegan a la Tierra será de unos 8 minutos y 20 segundos.
Fig. 2.6 Radiación solar a la Tierra
2.3 Radiación solar en la superficie terrestr terrestree
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Como consecuencia de la radiación solar incidente (irradiación), se ha determinado que cada m2 de la atmósfera extraterrestre, perpendicular a la radiación, recibe una potencia equivalente a 1.353 W/m 2. Esta potencia, al introducirse en la atmósfera terrestre y como consecuencia de distintos fenómenos como son absorciones, reflexiones, etc., llega a la superficie disminuida con respecto al valor indicado, por tanto, el valor medio estimado de radiación que llega a la superficie terrestre, es de unos 1.000 W/m 2. Se define como constante solar la energía recibida por unidad de tiempo (hora) sobre unidad de superficie (m 2) a nivel de la atmósfera extraterrestre, considerando la radiación solar perpendicular a la superficie y una distancia Sol - Tierra variable según posición anual. El valor de la constante solar es: 1.353 W/m 2 = 1.168 kcal/h·m 2 = 4.871 kJ/h·m 2 La radiación solar, al introducirse en nuestra atmósfera terrestre, y después de atravesar las distintas capas atmosféricas de la Tierra, queda disminuida en su componente energético, por reflexión y absorción por parte par te del oxígeno, nitrógeno, ozono, vapor de agua, polvo, etc. Esto hace que la constante solar disminuya y se produzcan los siguientes fenómenos: s on reflejados como si se tratase de un • Reflexión, se produce cuando los rayos solares son espejo. • Transmisión, en este caso los rayos solares atraviesan la atmósfera, pero soportan cambios de dirección y velocidad. • Absorción, una parte de la radiación es absorbida, utilizándose para calentar los cuerpos por el choque de los átomos. A partir de estos fenómenos, se puede deducir que solo se aprovecha aprovecha una parte de la energía recibida, y el valor de esta dependerá de las condiciones climatológicas y de la posición del Sol con respecto a la Tierra. Los parámetros de la constante solar una vez que llegan a la Tierra son los que se describen en la Fig. 2.7.
Radiación solar extraterrestre Rayos gamma 14 W/m2 1 %
Rayos ultravioleta 54 W/m2 4 %
Luz visible Rayos infrarrojos 2 662 W/m 49 % 620 W/m2 46 %
Constante solar 1.353 W/m2 Atmósfera Radiación solar terrestre
Rayos gamma 1 W/m2
Rayos ultravioleta 16 W/m2 1,9 %
Luz visible Rayos infrarrojos 2 360 W/m 40 % 513 W/m2 57 %
Constante solar 1.000 W/m2
Fig. 2.7 Comparación de la radiación solar terrestre y extraterrestre extraterrestre
El espesor de la atmósfera influye decisivamente en la valoración de la energía disponible a nivel del suelo. También También tienen notables influencias: • Latitud (diferencia angular entre el ecuador ecuador y un lugar cualquiera). cualquiera). • La hora del día. • La climatología. • La altura sobre el nivel del mar. mar.
2.4 Características de un cuerpo respecto a la radiación
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La radiación solar, al incidir y atravesar la atmósfera de la Tierra, experimenta unos procesos que son importantes para el estudio de los materiales y de las formas de aprovechar la energía solar:
• Cuerpo negro, es aquel cuerpo que absorbe toda la radiación que recibe y emite toda la radiación absorbida por toda su superficie, super ficie, pasado el equilibrio termodinámico. • Coeficiente de emitancia, es la relación de energía de radiación que emite una superficie a determinada temperatura y la que emitiría la superficie si fuera cuerpo negro a la misma temperatura. • Coeficiente de absorbancia, es la relación entre la cantidad de energía de radiación que absorbe una superficie y la que absorbería la superficie si fuera un cuerpo negro sometido a la misma radiación. • Índice de efectividad, es la característica que valora la calidad de una superficie con relación a sus propiedades respecto a la radiación solar. solar. Se obtiene de la relación entre los l os coeficientes de absortancia y emitancia. Índice de efectividad =
Absortancia Emitancia
• Transmitancia, es la capacidad de una superficie a ser atravesado por la radiación incidente. La mayoría de los cuerpos transparentes lo son de forma selectiva, es decir, decir, que su transmitancia está en función de la longitud de onda de la radiación incidente.
2.5 Radiación solar a nivel del suelo (irradiación)
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El espesor de la atmósfera que deben atravesar los rayos solares influye decisivamente en la valoración de la energía disponible a nivel de suelo. Desde los puntos del horizonte, o sea por donde sale el Sol (orto), hasta donde se pone (ocaso), el espesor de atmósfera que deben atravesar los rayos solares para llegar a nivel de suelo es mayor que desde el cenit, que es donde el Sol nos da la radiación más directa. Por otra parte, como consecuencia de la forma esférica de la Tierra, y también de su atmósfera, se producen variaciones de la intensidad y características espectrales de las radiaciones solares.
Sol en el cenit
Radiación directa
Atmósfera
Radiación dispersa
Sol en el ocaso
Fig. 2.8 Radiación solar según la posición del Sol
2.5.1 Tipos de radiación solar Después de atravesar la atmósfera, una parte de la energía solar s olar llegará de forma directa, y no supondrá cambios importantes en la dispersión y en la dirección. Esta radiación la podemos subdividir en: • Radiación directa a a nivel del suelo, es la radiación recibida por el Sol sin que sus rayos hayan variado de dirección. • Radiación difusa es la radiación recibida después de que los rayos del Sol hayan variado de dirección a consecuencia de fenómenos de reflexión y de dispersión en la atmósfera (nubes, tormentas…). • Radiación reflejada o de albedo es aquella recibida por una superficie después de que la radiación solar se encuentre reflejada sobre un cuerpo cercano.
Atmósfera Absorción R a d i a a c i Dispersión ó ón R a d d i f i a fu s ac i ó ón a a d i r re e c t a a
Radiación reflejada o de albedro
Fig. 2.9 Tipos de radiación
A partir de los componentes establecidos en la Fig. 2.9 se establece la siguiente igualdad: Radi Ra diac ació ión n gl glob obal al = Ra Radi diac ació ión n di dire rect ctaa + Ra Radi diac ació ión n dif us usaa + Ra Radi diac ació ión n re refl flej ejad ada a
La radiación reflejada variará dependiendo de la naturaleza del suelo, cuanta más claridad mayor radiación reflejada, por ejemplo un suelo nevado; por contrario con trario un suelo con un color oscuro tendrá una menor radiación reflejada. Los instrumentos que miden la radiación son el pirheliómetro, que mide la radiación directa, el piranómetro, que mide la radiación global, y el polarímetro, que mide la cantidad de horas de insolación. Además, en una instalación solar es muy aconsejable tener la mayor información meteorológica de la zona, para ello es importante saber los siguientes datos: • Temperatura empera tura máxima. • Temperatura empera tura mínima. • Velocidad elocida d del viento. • Dirección del viento. • Humedad relativa. Aún así, para efectuar una buena instalación solar, es importante relacionar convenientemente la posición del Sol respecto a un periodo de un año en la localidad donde vamos a efectuar la instalación.
2.5.2 Cómo medir la radiación solar Una forma muy útil de medir la radiación solar es construirse un medidor solar a partir de una célula solar calibrada. El principio está basado en el proceso solar fotovoltaico, un aparato de medida, un amperímetro que tenga una buena precisión y una resistencia que puede ser variable con un valor de 1 Ω.
Célula solar calibrada
A
R=1Ω
Fig. 2.10 Montaje de un medidor de radiación solar
Una vez montado, hay que exponer la placa solar al Sol directamente, es importante que el día no tenga nubes que nos impidan la claridad y que el Sol se encuentre en el cenit, o sea las l as 12 horas del mediodía solar, solar, que como ya sabemos no coincide con la hora del día, ya que se adelanta 1 o 2 horas, según sea la época de invierno o verano.
El siguiente paso es calibrar el aparato con una escala, por ejemplo cuando el amperímetro esté al fondo de esta escala escal a tendremos la máxima radiación, es decir, 1.000 W/m 2, a continuación podemos efectuar una escala hasta llegar al 0 que será el origen. Como práctica podemos inclinar la célula en un sentido o en otro, de esta forma podremos observar la importancia que tiene el ángulo en la radiación solar, esta práctica se puede repetir y anotar resultados en diferentes estaciones del año.
2.5.3 Propiedades de la radiación solar a nivel del suelo Vamos a resumir las características más importantes: • Energía inagotable y limpia. • Energía intermitente (día-noche) y estacional en los climas climas templados. • Energía no controlable. En cuanto a que no se acopla a la modulación del consumo, ya que su intensidad es máxima en verano y mínima en invierno, que es cuando más se precisa. • Energía de intensidad relativamente relativamente baja (unas 1.000 kcal/m 2·h), influenciada negativamente por fenómenos atmosféricos y meteorológicos (polución y nubes). La característica de intermitencia ligada a la radiación solar obliga a almacenar la energía para modularla a su consumo. Su intensidad no es susceptible de ser controlada, es mínima cuando más se necesita y de bajo nivel. Su utilización con el propósito de cubrir la totalidad de las necesidades de calor, exigiría, en la mayoría de los casos, disponer de superficies de captación y volúmenes de almacenamiento desproporcionados y antieconómicos. En general, la energía solar se considera como una energía secundaria o de ahorro con respecto a otras convencionales más costosas, esperamos que esta consideración cambie cuando se impongan otros tipos de políticas más racionales con el medio ambiente en los países más desarrollados.
2.6 Relaciones astronómicas
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Para poder efectuar una instalación solar térmica, debemos poder predecir, aunque sea de forma aproximada, la situación donde vamos a instalar las placas solares térmicas. Por otra parte, no siempre vamos a disponer de aparatos adecuados, lo que significa que tendremos un mínimo de conocimientos sobre las relaciones del Sol-Tierra y de como estas influyen en la radiación que recibimos a lo l o largo de todo un día o de un año. Tal como se representa en la Fig. 2.11, la Tierra gira alrededor al Sol describiendo un movimiento llamado de traslación, este dura un año, es decir, 365 días aproximadamente. La Tierra también tiene un movimiento llamado de rotación, en el que la Tierra gira sobre sí misma con una duración de un día, es decir, de aproximadamente 24 horas. El eje de rotación tiene un ángulo llamado de declinación que es fundamental porque de él depende el clima de la Tierra. Tierra.
Equinoccio de otoño 21 de septiembre N δ δ
=0 N
N
δ
δ δ
Solsticio de invierno 21 de diciembre δ
= -23,45º δ
= +23,45º
S δ=0
N
δ δ
δ
δ
=0
= +23,45º Solsticio de verano 21 de junio
= -23,45º δ
S
S δ
=0
δ
= Ángulo de declinación declinación
S Equinoccio de primavera 21 de marzo
Fig. 2.11 Movimiento de la Tierra con respecto al Sol
2.6.1 Definición de parámetros Para conocer mejor como influye la radiación solar sobre una superficie inclinada y su orientación, es necesario definir los siguientes parámetros:
• Declinación solar es el ángulo que forma la Tierra - Sol y el plano del ecuador al mediodía solar, véase Fig. 2.12.
Polo norte
Declinación Declinación sola so larr δ
Plano del ecuador
Ángulo Ángu lo de declinación δ = ± 23,45º
Polo Polo s ur
Fig. 2.12 Declinación solar
Para un ángulo de declinación d = –23,45º, estamos en el solsticio de invierno en el polo norte y en solsticio de verano en el polo sur. Para un ángulo de declinación d = +23,45º, estamos en el solsticio de verano en el polo norte y en solsticio de invierno en el polo sur. En los equinoccios, que son las estaciones de primavera y otoño, el ángulo d de declinación es igual a 0.
El ángulo de declinación puede obtenerse por la fórmula, muy aproximada, de Cooper:
=
d = 23 23,, 45 se sen n 36 360 0#
284 + n 365
G
donde: n es el día del año del 1 al 365 Polo norte φ
Ecuador
Punto geográfico Polo Polo s ur
Fig. 2 13 Latitud
• Latitud, es el ángulo que forman la vertical del punto geográfico que se considere y el plano del ecuado r f. • Angulo horario ω, es el resultado de dividir los 360º de la circunferencia entre las 24 horas que tarda la Tierra en girar sobre sí misma (rotación), esto nos da 15º cada hora. Por regla general, se toma como origen el mediodía solar siendo las mañanas positivas y las tardes negativas. A parte del ángulo horario, conviene recordar recordar el concepto de hora solar que no coincide con la hora local, como ya sabemos, la hora solar siempre suele estar retrasada 1 o 2 horas, dependiendo de si la estación donde nos encontramos es otoño-invierno o primaveraverano, respectivamente.
Ejemplo Vamos a hallar el valor del ángulo horario a las 11 horas de la mañana, hora solar, y a las 16 horas y 30 minutos de la tarde, hora solar. Considerando que: • Por la mañana el ángulo horario ω es positivo. • Al mediodía el ángulo horario ω es igual a 0. • Por la tarde el ángulo horario ω es negativo. Si tomamos como origen el mediodía, según la definición se observa que de las 11 horas hasta las 12 horas va +1 hora del mediodía. ω = 1 # 15º = 15º Tomando como origen el mediodía observamos que de las 16:30 horas hasta las 12 horas van 4,5 horas. ω = 4,5 # (–15º) = –67,5º
h ora solar debido a las perturbaciones • La ecuación del tiempo es el factor que corrige la hora de la órbita terrestre. A modo de explicación comentaremos que el Sol pasa antes, después o en el momento exacto, por el meridiano del lugar a la misma hora. 15 junio
26 julio
14 mayo may o
16 abril
1 septiembre
11 f ebrero 3 noviembre noviembre 26 diciembre
Fig. 2.14 Gráfico de la ecuación del tiempo
La posición solar es la que indica la posición que tiene el Sol a lo largo de todo el día. Tal como se observa en la Fig. 2.15 se describen tres ángulos que definen la posición del Sol en la orbita terrestre: ß
El ángulo cenital q
ß
La altura solar γs
ß
El ángulo acimutal a
El ángulo cenital q es el ángulo que forma el Sol con el cenit (punto del hemisferio celeste superior al horizonte que corresponde a un lugar de la Tierra). La altura solar γs es el ángulo que forman los rayos del Sol con la superficie de la Tierra. Tierra.
• El ángulo acimutal (acimut) a, es el ángulo entre el plano de la normal, a la superficie del captador desde el meridiano del lugar, se toma como origen el sur, siendo el signo negativo (–) hacia el oeste y positivo hacia el este. El acimut varía con la hora solar ya que q ue el Sol también cambia de posición.
θ
Cenit
= Ángulo ce nital nital γs = Ángulo Ángu lo altura altura sola so larr α = Ángulo acimutal acimutal θ
γs
e s t E
α
Norte
Sur
t e e s O
Fig. 2.15 Posición solar con respecto al acimut a
Mientras en el mediodía solar tendremos la siguiente altura máxima: γs má xima = 90 - la lati titu tud d + de decl clin inac aciión so sola larr
Si resultase que la altura solar es negativa, se daría el caso que no veríamos el Sol, esto es lo que sucede en los polos durante la temporada anual, en la que hay aproximadamente seis meses de noche y seis s eis meses de día, dependiendo de la declinación solar o de la estación anual en que se encuentre.
• Ángulo de incidencia, es el que forman la radiación directa sobre la superficie captadora, es decir la línea Sol-captador, y la perpendicular al captador. r d o a p t c a
l d e r l a u c c i n d e r p p e n c i ó a r c o o l a s e n ó o y a c i ó i a d a P r R
Fig. 2.16 Ángulo de incidencia
Captación solar térmica
3
Contenidos 3.1 Captación térmica 3.2 Funcionamiento de un captador solar 3.3 Captadores solares 3.4 Tipos de captadores solares 3.5 Conexionado de captadores solares térmicos 3.6 Distancia mínima entre captadores solares
Índice
Captación solar térmica 3.1 Captación térmica
3
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El objeto de la captación térmica de la energía solar es capturar el mayor calor posible que el Sol transmite a la l a Tierra Tierra por medio de la radiación. La captación solar térmica se define como el procedimiento de transformación de la l a energía radiante del Sol en calor o energía térmica.
3.1.1 Análisis de los captadores solares a través del tiempo La invención del captador o colector solar sol ar de placa plana fue alrededor de la l a mitad del siglo XVIII, atribuida a Sausurre, aunque los primeros modelos se deben a Hersechel (1873) y a Tellier (1885). El primer fabricante industrial en serie fue Clarence M. Kemp (1892) en EEUU. En España, el captador solar plano aparece en la década de los años 70, debido a la primera crisis del petróleo, las empresas que inician la fabricación son Roca, Corbero, y otros fabricantes no tan conocidos, aunque también se importan impor tan de Israel y Australia.
3.1.2 Tipos de captación Los captadores o colectores solares térmicos pueden ser clasificados, según su utilización, como: • Baja Temperatura. emperat ura. • Media Temperatura. empera tura. • Alta Temperatura. empera tura. El sistema de captación a Baja Temperatura está basado en captadores con temperaturas iguales o menores a 100 ºC. Se utiliza para agua caliente sanitaria, calefacción por suelo radiante, calentamiento de piscinas descubiertas, etc. dentro de estos tipos de captadores los más utilizados son: • captadores solares planos, • captadores solares de tubos de vacío. El sistema de captación a Media Temperatura está basado en captadores que utilizan un reflector en forma de cilindro parabólico que focaliza la energía en un tubo de vacío por el que circula un fluido caloportador (normalmente aceites). Se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el accionamiento de una turbina por medio de vapor. vapor.
El sistema de captación a Alta Temperatura Temperatura está basado en la concentración mediante espejos ultrapulidos llamados heliostatos, que dirigen la energía hasta un receptor colocado en una torre. Se utiliza para la producción de energía eléctrica por medio de vapor, vapor, la destilación del agua salada del mar o de pozos salubres, hornos solares de alta temperatura, etc. En España existe la plataforma solar de Almería, donde se experimenta y se rentabilizan los distintos tipos de energía solar.
3.2 Funcionamiento de un captador solar
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3.2.1 Efecto inver invernadero nadero Al colocar un vidrio entre la placa que absorbe el calor y el Sol, ocurre un fenómeno llamado «efecto invernadero». Este consiste en atrapar los rayos del Sol o la radiación solar, impidiendo que la energía que atraviesa el vidrio vuelva a salir, efectuando o r o una trampa energética de radiación; este d e a n e r efecto es el mismo que ofrece la atmósfera n v i n o o t e c al Sol con respecto a la Tierra Tierra (Fig. 3.1). E f e Si se analiza el proceso más detenidamente, se observa que cuando la radiación solar Fig. 3.1 Efecto invernadero incide en un captador solar, esta puede ser total o parcialmente absorbida, otra parte también podrá ser reflejada y otra atravesará el cuerpo. La energía que se absorbe es la que hace que se caliente el cuerpo y emita a su vez radiación con una longitud de onda que dependerá de su temperatura. La parte principal de la radiación solar está comprendida entre los 0,3 y 2,4 µm, el vidrio, al ser transparente, deja pasar a través de él la radiación electromagnética, ahora bien, habrá una pequeña parte que se reflejará en su superficie, ello vendrá condicionado por el espesor del vidrio. Después de atravesar el vidrio, la radiación llega al absorbedor, que se calienta y también emite radiación, oscilando esta entre los 4,5 y 7,2 µm. En esta longitud de onda es cuando el vidrio es opaco a la misma, aumentado la temperatura en el interior del captador solar, como se detalla en la Fig. 3.2. Cubierta transparente
Aislamiento Aislamiento y carcasa carca sa Absorbedor Absorbe dor
Fig. 3.2 Efecto invernadero dentro del captador solar
3.2.2 Balance energético El balance energético es aquel que se produce en el captador solar durante el funcionamiento. Para Para realizar el estudio, vamos a considerar un captador o colector solar plano, situado en un tejado fijo, donde recibe una radiación solar uniforme y constante, por donde pasa un fluido caloportador a diferentes temperaturas, siendo el balance energético el siguiente: Q T = QU + Q P
donde: Q T es la energía total suministrada por el Sol, siendo la suma de la radiación directa y la radiación difusa; Q U la energía útil que recoge el fluido caloportador calopor tador y Q P la energía que se disipa en el exterior del captador Por otro lado, la Q T se define como el producto de la intensidad de radiación (I) por la superficie útil del captador solar (S). Pero hay que tener en cuenta que en el captador solar térmico encontramos la cubierta que tendrá una transmitancia ( t) que dejará pasar parte de la energía incidente, y por otro lado tendremos el coeficiente de absorción ( a) de la placa absorbedora, es decir: QT = I # S # τ # α
donde: I es la intensidad de radiación incidente por unidad de superficie en el captador solar térmico (W/m2); S la superficie del captador en m 2; t la transmitancia de la cubierta transparente, o sea el vidrio y a elcoeficiente el coeficiente de absorción de la placa absorbedora La energía perdida Q P engloba pérdidas debidas a convención, conducción y radiación, el cálculo es complejo y se define como el coeficiente global de pérdidas U 0, la medición es experimental. Podremos saber estimativamente el valor de la energía pérdida como una proporción de la diferencia entre la temperatura de entrada (t e) y la de ambiente (t a ), por la superficie útil del captador solar plano (S): QP
=
S # U 0 # ^te
-
t a h
donde: Q P es la energía que se s e disipa fuera del captador exterior; S la superficie super ficie del captador en m2; U0 el coeficiente global de pérdidas (10 W/m 2 ºC); te la temperatura del agua a la entrada de la placa absorbedora absorbedora y t a la temperatura ambiente Por tanto, la energía útil (Q U) del captador, en función de la radiación solar y de la temperatura ambiente, es la diferencia entre la energía absorbida y la perdida: QU
=
QT
-
Q P
Sustituyendo, Sustituyendo, tendremos la fórmula que permite efectuar la valoración: QU
=
^I # S # τ # αh
-
6S # U 0 # ^t e
-
t a h@
Simplificando la ecuación tenemos: QU
=
S # "^I # τ # αh
-
6U 0 # ^t e
-
t a h@,
3.2.3 Temperatura Temperatura interior de un captador solar térmico plano El punto de partida es que los objetivos de la energía solar térmica son conseguir un máximo de ahorro con respecto a la energía convencional, para ello hemos de diseñar un sistema que no resulte pobre en su rendimiento, lo que es lo mismo que ser altamente rentable. Si hacemos pasar un fluido por un absorbedor, podremos observar que la temperatura que alcanza el fluido siempre es menor que la temperatura del absorbedor, por tanto la temperatura del fluido no es igual en todas las partes del circuito, por ello es necesario referenciar la temperatura de una forma lógica y sencilla, y utilizaremos el concepto de la temperatura media: tm
=
(t e + t s) 2
(1)
donde: tm es la temperatura media; t e la temperatura a la entrada del captador solar y t s la l a temperatura a la salida del captador solar Es importante saber que cuando un captador solar está funcionando tiene que cumplirse cumpl irse que la temperatura de salida sea siempre mayor a la de entrada, si fuese al contrario diríamos que el fluido caloportador está perdiendo energía, como ejemplo podríamos suponer el hecho de hacer circular el fluido caloportador de noche o en un día muy nublado. Por norma general, la temperatura media que se suele tomar de un captador solar es el valor del agua para consumo, es decir 45 ºC, aunque si queremos ser exactos tendríamos que tomar un valor diferente para cada época del año (más bajo en invierno y más alto en verano). La temperatura máxima que un captador solar instalado puede alcanzar, alcanzar, es la temperatura de equilibrio estática, será cuando la instalación no esté funcionando, es decir que q ue esté parada; es importante conocerla, ya que la temperatura máxima teórica siempre será inferior a dicha temperatura de equilibrio estático.
3.2.4 Factor de eficacia (FR ) Se define el factor de eficacia (F R ) como el intercambio de calor entre la placa y el fluido solar, que es lo mismo que la relación entre la energía captada y la que captaría si la temperatura de la placa fuera la misma que la del fluido a la entrada del captador. captador. Para conocer con precisión la temperatura media de la placa captadora, habría que realizar cálculos muy complejos, debido a que la temperatura de la placa varía a lo largo de su superficie. Otra forma sería tomar la temperatura a la entrada y salida de la placa para realizar la media aritmética, como hemos visto en (1). Para poder sustituir la temperatura media de la placa por la temperatura media del fluido caloportador, se ha de introducir un factor de corrección (F R ), este también es llamado factor de eficacia o coeficiente de transporte. El factor FR es prácticamente independiente de la intensidad de la radiación incidente de la temperatura media de la placa y del ambiente, pero es función del caudal del fluido y de las características de la placa (material, espesor, separación de tubos, etc.).
Normalmente, los ensayos de las placas se realizan en condiciones atmosféricas favorables o por medio de simuladores, la ecuación que nos proporciona la energía útil (Q U) es también llamada ecuación de Bliss: QU
=
FR # S # "^I # τ # αh
-
6U 0 # ^t m
-
t ah@,
donde: Q U es la energía útil que recoge el fluido caloportador; F R el factor de eficacia; S la superficie del captador en m 2; I la radiación total incidente por unidad de superficie en el captador solar térmico (W/m2); t la transmitancia de la cubierta transparente, o sea el vidrio; a el coeficiente de absorción de la placa absorbedora; U 0 el coeficiente global de pérdidas (10 W/ m2 ºC); tm la temperatura media y t a la temperatura ambiente
3.2.5 Rendimiento de captador solar plano El rendimiento de un captador solar plano es el cociente entre la energía útil captada y la recibida en un instante de tiempo dado. Generalmente, el rendimiento de los captadores se ensaya siguiendo un procedimiento que consiste en un banco de pruebas bajo condiciones estables de radiación solar, velocidad del viento, temperatura del fluido a la entrada y a la salida, y en un periodo de tiempo donde la temperatura ambiente y la energía útil extraída no varíen sensiblemente. Los resultados hallados en los ensayos son índice de eficacia o rendimiento del captador solar, expresado por: η=
Q U S#I
donde: η es el rendimiento del captador solar sol ar,, si se multiplica por po r 100 el resultado será en % y Q U la energía útil del fluido caloportador Sustituyendo Q U por su valor en la ecuación de Bliss tenemos: η
=
Q U S#I
=
FR # S # 6I # τ # α
-
U 0 # ^t m
-
t a h@
S#I
Reduciendo y simplificando: η
=
^FR # τ # αh
-
;
FR # U0 #
^t m
-
I
t a h
E
El valor de U0 es un parámetro medido sobre condiciones ambientales estándares que tiene un valor de 10 W/ m 2 ºC. El rendimiento de un captador solar se puede expresar como la ecuación de una recta con el formato siguiente: η
=
b
-
m # x
donde: b es la ordenada en el origen (FR # t # a); m la pendiente (F R # U0) y x la variable, representa el eje de abscisas
^tm - t a h I
Algunos fabricantes en vez de tomar la temperatura media como objeto de cálculo, toman la temperatura a la salida del captador, el resultado del rendimiento es muy similar. η
1,0
Cubierta s imple imple Cubierta Cubierta do ble Supe rficie se lectiva (cubierta (cubierta simple)
0,9
Vacío
0,8
Sin Sin c ubierta
0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,06 0,07 0,07 0,08 0,08 0,09 0,09 0,10 0,10 0,11 0,11 0,12
Fig. 3.3 Curvas de rendimiento de diferentes captadores solares
Como observamos en la Fig. 3.3, el rendimiento de los captadores solares planos varía según sea su composición, se tiene que considerar que estos resultados son teóricos con ensayos efectuados en laboratorio, variando entre los 0,9 en captadores sin cubierta a 0,64 en captadores de vacío. También También tenemos que considerar que el rendimiento de un captador solar es directamente proporcional a la radiación solar. solar.
Rendimiento de un captador solar plano marca ATESA ATESA El rendimiento se define por la ecuación: η=
Q u A # I
Ecuación recomendada: η T
=
0, 9471
** =
U0 #
-
c
0, 6725 # T
tm
-
I
t a
**
m
donde: η es el rendimiento; A el área de referencia m 2; Q u la energía útil en el captador (W); I la irradiancia solar (W/m 2); tm la temperatura media del fluido; t a la temperatura ambiente; T** la temperatura adimensional y U 0 el coeficiente normalizado (U 0 = 10 W/m 2) La expresión indicada anteriormente y representada en el siguiente gráfico ha sido obtenida según el procedimiento descrito en la Norma INTA 600.001.
1 0,9 0,8 η0,7 o t 0,6 n e 0,5 i m0,4 i d0,3 n e 0,2 R 0,1 0 0
0,2
0 0,,4
0 ,6
0,8
1,2
1
1,4
t m - t a I
Fig. 3.4 Curva lineal de rendimiento de un captador solar plano marca ATESA
En la Fig. 3.4 se muestra la gráfica del rendimiento de un captador solar plano marca ATESA, cuyo rendimiento viene dado por la siguiente ecuación: T
**
=
0,94 ,947 71
-
0,67 ,672 25 # U0 #
ct
m
-
ta
I
m
3.2.6 Eficiencia de los captadores solares Otra forma de efectuar el dimensionado de una instalación de los colectores solares es la eficiencia de estos, el comportamiento de un colector solar se evalúa según los procedimientos de ensayo establecidos en la norma EN 12.975-2 las variables son anotadas en unas curvas de eficiencia en función de las diferencias de temperaturas y de la radiación total, que incide en el colector, la temperatura del fluido caloportador y las características de la l a instalación. La firma Salvador Escoda en su catálogo nos presenta el ensayo del colector solar plano de alto rendimiento SOL 25 S. 0,9 Caso 1 0,8 Caso 2
0,7
Caso 3
0,6 η
0,5
o t n e i m 0,4 i d n e R 0,3
Colector solar modelo SOL 25 S con 300 W/m2 Colector solar modelo SOL 25 S con 700 W/m2
0,2 0,1 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Diferencia de temperatura ∆T en K, curvas de Stiebel Eltron
Fig. 3.5 Curvas de rendimiento del colector solar SOL 25 S. Fuente: Salvador Escoda
El rendimiento se representa con el símbolo (η) y es la relación de cantidad de luz que incide sobre el colector con respecto al calor útil recogido por el mismo. No tiene unidad. Decimos que un colector solar tiene rendimiento máximo ( η0) cuando toda la energía que recibe la transforma en calor y, por tanto, no hay pérdidas. Esta situación es ideal, como en el caso 1 de la Fig. 3.5, donde tendremos que: η = η0
Coeficiente de pérdida térmica lineal (K 1), son las referidas a las pérdidas térmicas en la superficie del colector debido a las diferencias de temperatura, en el gráfico de la Fig. 3.5 se describe el caso 2, el rendimiento en este caso tiene el valor siguiente: η
=
η0
K1 # ∆t -
I
K 1 se mide en W/m 2 ºC Coeficiente de pérdida térmica cuadrática (K 2), esta pérdida se refiere a los componentes propios del colector solar s olar,, tubos, juntas, etc. En el gráfico de la Fig. 3.5 se describe el caso 3, el rendimiento en este caso tiene el valor siguiente: η
=
η0
K1 # ∆t -
K 2 # ∆t -
I
2
I
K 2 se mide en W/m 2 ºC2 Diferencias de temperaturas ( ∆t). Es la diferencia de temperaturas entre la temperatura media en el colector (t m) y la temperatura del ambiente (t a ) y se representa por la siguiente ecuación: ∆t
=
t
m
-
t
a
en ºC
Cuando las temperaturas del ambiente y la temperatura del fluido caloportador son iguales se dice que el colector solar no tiene pérdidas y por tanto η = η0 La irradiancia solar se representa con la letra I; existen algunos catálogos técnicos donde es G. La ecuación característica de rendimiento de un colector solar sol ar quedará de la siguiente forma: η
=
η0
-
K1 # ^t m I
-
t ah
-
K 2 # ^t m I
-
t ah2
!
Existen otros catálogos donde K 1 y K 2 tienen los símbolos a 0 y a y a 1
Ejemplo Tenemos un colector solar marca SOL 25 S, una irradiancia (I) de 800 W/m 2, con un rendimiento máximo η0 = 0,781, siendo el incremento de temperatura (∆t) de 20 ºC ( ∆t tm t a 45 25 20 ºC ). Queremos saber su eficiencia o, lo que es lo mismo, su rendimiento ( η). Los coeficientes por pérdidas lineales cuadráticas son 2,838 y 0,0154 W/m 2 ºC respectivamente. Aplicamos la fórmula: =
η
=
=
η0
-
0, 781
-
K1 # ^tm
=
-
-
tah
I
-
2, 838 # 20 -
800
=
K 2 # ^t m
-
I
0, 0154 # 20 -
t ah2
800
=
2 =
0, 781
-
0, 071
-
0, 0077
=
0, 7023
Siendo el rendimiento de este colector para irradiancia de 800 W/m 2 ºC de: η = 0,70
En la siguiente tabla se observa como varía el rendimiento de un colector solar con respecto a irradiancia solar: Rendimiento 0,5 7 0,6 6 0,7 0 0,7 2
Rendimiento máximo 0,7 8 1 0, 7 8 1 0 ,7 8 1 0 ,7 8 1
Irradiancia (W/m2) 300 500 800 1.0 0 0
∆t (ºC)
2 º K1 (W/m ºC C)
2 ºC2) K2 (W/m
20 20 20 20
2 ,8 3 8 2 ,8 3 8 2 ,8 3 8 2 ,8 3 8
0 ,0 1 5 4 0 ,0 1 5 4 0 ,0 1 5 4 0 ,0 1 5 4
En la actualidad encontramos en el mercado una gran variedad de colectores, entre los cuales hemos seleccionado los siguientes. Con esta selección no proponemos ningún tipo de afinidad o publicidad con las empresas que fabrican colectores solares térmicos, el propósito es que el lector sepa seleccionar el colector solar térmico apropiado a su instalación. Colector solar térmico marca ROCA Características según catálogo: Colector solar plano PS 2.4 Dimensiones = 2.104 # 1.204 # 80 Área bruta = 2,5 m2 Área de apertura =2,4 m2 Peso en vacío = 45 kg Capacidad = 1,35 l Presión máxima = 10 bar
Rendimiento del colector solar: η
=
0, 79
Siendo
T
-
m
3, 8 # T tm
-
=
m
-
0, 012 # T
2
m
t a
I
En la siguiente tabla se observa como varía el rendimiento de un colector solar con respecto a irradiancia solar: Rendimiento máximo 0,7 8 1 0,7 8 1 0,7 8 1 0,7 8 1
Rendimiento 0,5 1 0,6 2 0,6 8 0,7 0
Irradiancia (W/m2) 300 500 800 1 .0 0 0
∆t (ºC)
20 20 20 20
2 K1 (W/m ºC º C) K2 (W/m2 ºC2)
3, 8 1 3, 8 1 3, 8 1 3, 8 1
0,0 1 2 0,0 1 2 0,0 1 2 0,0 1 2
Características según catálogo: Colector solar de tubos de vacío AR-16 Dimensiones = 1.680 # 767 # 76 Área apertura = 1,29 m2 Peso en vacío = 20 kg Capacidad = 3,6 l Presión máxima = 10 bar Rendimiento del colector solar: η
=
0, 751
Siendo T
m
-
1, 608 # T tm
=
-
m
-
0, 010 # T
m
2
ta
I
En la siguiente tabla se observa como varía el rendimiento de un colector solar con respecto a la irradiancia solar: Rendimiento 0,6 6 0,7 1 0,7 4 0,7 4
Rendimiento máximo 0,7 8 1 0,7 8 1 0,7 8 1 0,7 8 1
Irradiancia (W/m2) 300 500 800 1 .0 0 0
∆t (ºC)
20 20 20 20
2 º K1 (W/m ºC C) K2 (W/m2 ºC2)
1,6 0 8 1,6 0 8 1,6 0 8 1,6 0 8
0 ,0 1 0 ,0 1 0 ,0 1 0 ,0 1
Si observamos las tablas del colector solar plano y del colector solar con tubos de vacío, vemos que el comportamiento del colector solar con tubos de vacío tiene un rendimiento más elevado que los colectores solares sol ares normales, siendo su mejor rendimiento en irradiancias solares bajas.
3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones
Caso 3.1
Necesitamos obtener 1.000 litros de agua, según los siguientes datos: •
Irradiancia solar: 800 W/m2 = 688 kcal/h m 2 = 2.880 kJ/h m 2
•
Las horas de Sol Sol dependen de la época del año y suponemos una media de 5 o 6 horas efectivas
•
Superficie útil del captador solar 2,4 m 2 marca Roca modelo PS 2.4
• • •
te = 25 ºC ts = 45 ºC ta = 10 ºC
!
Se entiende por hora efectiva una hora donde el Sol nos da su máxima potencia solar, es comparable con la hora solar pico utilizada en energía solar fotovoltaica
Calculamos el rendimiento de captador solar: Temperatura media (t m): tm
=
te + ts 2
=
25 + 45
o
35 C
=
2
Incremento de temperatura (∆t): ∆t
=
tm
-
t a
=
35
-
10
=
o
25 C
25 ºC equivalen a 25.000 kcal Si
X =
0,86 kcal
→ 1 Wh
25.000 kcal
→ X
25.000 kcal # 1 Wh 0,86 kcal
=
29.069 Wh
Según datos del captador solar marca ROCA modelo PS 2.4:
0 ,4 4
Rendimiento máximo 0 ,7 8 1
Irradiancia (W/m2) 300
0 ,5 8
0 ,7 8 1
0,65 0 ,6 8
Rendimiento
∆t (ºC)
2 K1 (W/m ºC º C)
2 K2 (W/m ºC2)
25
3 ,8 1
0,0 1 2
500
25
3 ,8 1
0,0 1 2
0,781
800
25
3,81
0,012
0,7 8 1
1 .0 0 0
25
3 ,8 1
0,0 1 2
Número de captadores: Una vez que tenemos la eficiencia o el rendimiento para la irradiancia de 800 W/m 2, vamos a hallar el número de captadores necesarios.
Las necesidades son de 29.069 Wh, la aportación por p or m 2 será la siguiente: Rendimiento # Irradiancia = 0,65 # 800 = 520 W/m 2 W/m2 # 6 horas = 3.120 Wh/m2 por periodo diario de 6 horas al día Número de m2 de captadores solares necesarios: 29.069 Wh 3.120 Wh/m
2
=
9,31 m
2
Superficie útil del captador solar = 2,4 m 2 Número de captadores solares: 9, 31 m 2 2, 4 m
2
=
3, 87 captadores
Redondeando el resultado al alza, instalaremos 4 captadores solares térmicos.
!
A continuación vamos a repetir el mismo ejemplo, ejempl o, pero incorporando colectores col ectores solares de vacío.
Según datos del captador solar marca ROCA modelo colector solar de tubos de vacío AR-16.
0,6 3
Rendimiento máximo 0 ,7 8 1
Irradiancia (W/m2) 300
0,6 9
0 ,7 8 1
0,72 0,7 3
Rendimiento
∆t (ºC)
2 K1 (W/m ºC º C)
2 K2 (W/m ºC2)
25
1 ,6 0 8
0,0 1
500
25
1 ,6 0 8
0,0 1
0,781
800
25
1,608
0,01
0 ,7 8 1
1 .0 0 0
25
1 ,6 0 8
0,0 1
Número de captadores: Una vez que tenemos el rendimiento para la irradiancia de 800 W/m 2, y como ya hemos calculado las necesidades, que son de 29.069 Wh, la aportación por m 2 será la siguiente: Rendimiento # Irradiancia = 0,72 # 800 = 576 W/m 2 576 W/m2 # 6 horas = 3.456 Wh/m2 por periodo diario de 6 horas al día Número de m2 captadores solares necesarios: 29.069 Wh 3.456 Wh/m
2
=
8,41 m
2
Superficie útil del captador solar = 1,29 m 2 Número de captadores solares:
8, 41 m 2 1, 29 m
2
=
6, 51 captadores
Redondeando el resultado al alza, instalaremos 7 captadores solares térmicos. Como podemos observar, la utilización de captadores solares térmicos de vacío disminuye el área de captación, simplemente porque su rendimiento es más elevado: El ahorro en este caso es de 0,9 m 2
Caso 3.2 Necesitamos obtener 1.000 litros de agua caliente a 70 ºC, y tenemos como datos de partida los siguientes: •
Temperatura emperat ura ambiente del lugar 1 º oC.
•
Irradiancia de 1.000 W/m 2 = 860 kcal/h·m 2 # 3.586 kJ/h·m 2
•
Las horas de Sol Sol dependen dependen de la época del año año y suponemos una media de 6 horas efectivas
•
Superficie útil del captador solar 1,29 m 2 marca Roca modelo colector solar de tubos de vacío AR-16
•
0,86 kcal = 1 Wh
Calculamos el rendimiento del captador solar: Temperatura media t m = 70 ºC Incremento de temperatura (∆t): ∆t
=
tm
t a
-
=
70
-
15
=
o
55 C
55 ºC equivalen a 55.000 kcal Si
X =
0,86 kcal
→ 1 Wh
55.000 kcal
→ X
55.000 kcal # 1 Wh =
0, 86 kcal
63.953 Wh
0,3 9
Rendimiento máxima 0,7 8 1
Irradiancia (W/m2) 30 0
0,5 4
0,7 8 1
0,6 3
0,66
Rendimiento
∆t (ºC)
2 K1 (W/m ºC º C) K2 (W/m2 ºC2)
55
1 ,6 0 8
0,0 1
50 0
55
1 ,6 0 8
0,0 1
0,7 8 1
80 0
55
1 ,6 0 8
0,0 1
0,781
1.000
55
1,608
0,01
Número de captadores: Las necesidades son de 63.953 Wh, la aportación por p or m 2 será la siguiente: Rendimiento # Irradiancia = 0,66 # 1.000 = 600 W/m 2 660 W/m2 # 6 horas = 3.960 Wh/m2 por periodo diario de 6 horas al día Número de m2 captadores solares necesarios: 63.953 Wh 3.960 Wh/m
2
=
16,14 m
2
Superficie útil del captador solar = 1,29 m 2 Número de captadores solares: 16, 14 m 2 1, 29 m
2
=
12, 51 captadores
Redondeando el resultado al alza, deberemos instalar 13 captadores solares térmicos.
!
Se observa que hemos efectuado este ejemplo con colectores solares de vacío directamente, ya que con los l os captadores solares planos el área sería demasiado grande y por tanto no resultaría rentable.
3.2.8 Normativa aplicada La Orden ITC/71/2007, ITC/71/2007, de 22 de enero, por la que se modifica el anexo de la Orden de 28 de julio de 1980, por la que se aprueban las normas e instrucciones técnicas complementarias para la homologación de paneles solares dice que: «A efectos de su certificación, a los captadores solares de calentamiento líquido y a los sistemas solares térmicos de calentamiento prefabricados, serán exigibles, respectivamente, las normas UNE EN 12.975 y UNE EN 12.976». Posteriormente se produjo una modificación en la Orden ITC/2.761/2008, de 26 de septiembre, por la que se amplía el plazo establecido en la disposición transitoria segunda de la Orden ITC/71/2007, de 22 de enero, por la que se modifica el anexo de la Orden de 28 de julio de 1980: «Se aceptarán, para la certificación de los sistemas solares prefabricados, los ensayos del captador de forma independiente del sistema y como tal se podrán certificar, hasta el 31 de julio de 2009. Transcurrido Transcurrido dicho plazo, todos los sistemas solares prefabricados deberán someterse, a efectos de su certificación, a los ensayos establecidos en la norma UNE EN 12.976».
3.3 Captadores solares
volver volv er
Los captadores solares térmicos son dispositivos capaces de captar la radiación solar y transmitirla a un fluido para su posterior aprovechamiento energético. Los captadores solares se dividen en dos grupos:
Captadores solares de concentración. Son los utilizados para sistemas solares térmicos de media y alta temperatura. Captadores de baja temperatura, (60 a 130 ºC) son los utilizados para refrigeración solar por el método de absorción, destilación de agua de mar y producción de energía mecánica. Captadores de media y alta temperatura, (200 a 600 ºC) su utilización es la producción de energía eléctrica y mecánica (por medio de vapor) y la producción de calor industrial.
▪
ß
ß
También existen captadores de temperatura muy elevada con temperaturas superiores a 600 ºC, se utiliza en hornos solares para ensayos y pruebas de laboratorios como puede ser la destilación del alcohol, y diversas transformaciones químicas.
Captador solar de baja temperatura. Es un receptor que recoge la energía del Sol, transformándola en calorífica a una temperatura útil para ser utilizada en instalaciones de baja temperatura, como puede ser agua caliente sanitaria, climatización de piscinas y calefacción por suelo radiante. En el mercado existen gran variedad de captadores de baja temperatura, los más utilizados son:
▪
Captador solar de placa plana. Es el captador más utilizado en la actualidad, a través de los tubos que conforman el captador, hacemos circular el fluido caloportador. El Sol, al incidir en la placa, calienta el fluido caloportador, este a su vez transporta esta energía a un acumulador a través de un intercambiador calentado el agua allí almacenada. ß
ß
Captador solar de tubos de vacío.
Fig. 3.6 Ejemplo de captador solar de placa plana. Fuente: Salvador Escoda
3.3.1 Composición de un captador solar plano Un captador solar plano está compuesto normalmente de los siguientes elementos: • Placa absorbente. • Superficie transparente. • Caja contenedora. • Aislamiento térmico. • Fluido caloportador. calop ortador. • Red de tuberías.
Placa absorbente
Superficie transparente
Aislamiento térmico
Caja contenedora Conductos portadores del fluido caloportador
Fig. 3.7 Composición de un captador plano en corte transversal transversal
A su vez vez en la Fig. 3.8 se puede observar el despiece de un captador solar plano, visto por las diferentes capas que lo forman. Junta de silicona
Vidrio templado templado de 4 mm
Parrilla Par rilla absorbedora absorbedora de tubos de cobre soldado a cha pa de cobre troquelad troquelada a Aisla miento mie nto fibra de vidrio y lámina de aluminio Caja de aluminio aluminio anodizado
Tubo intercambiador
Tubo colector Lámina Lámina de aluminio Fibra de vidrio
Fig. 3.8 Elementos de un captador solar de placa plana
3.3.2 Placa absorbente La placa absorbente está formada por componentes que transforman la radiación solar en calor y transmiten esta energía al fluido caloportador. Suele construirse de cobre, acero negro inoxidable, aluminio, etc. Hay que tener en cuenta que el material utilizado puede incidir en la corrosión, con lo cual puede variar la vida útil del captador. Con el objeto de conseguir aumentar la capacidad de absorción para la radiación solar se recubre con pintura Fig. 3.9 Ejemplo de absorbedor oscura, que ha de tener un espesor mínimo, ya que en general las pinturas son materiales aislantes y dificultan la conducción del calor, también la capa de pintura ha de ser del tipo mate ya que evita el fenómeno de la reflexión.
El tratamiento aplicado a la placa absorbente se denomina tratamiento selectivo, como ya sabemos, el índice de efectividad de las superficies selectivas lo determina: Índice de efectividad =
absortancia emitancia
TRATAMIENTO
ABSORTANCIA
EMITANCIA
Negro de níquel sobre níquel
0,9 3
0,0 6
ÍNDICE DE EFECTIVIDAD 1 5,5
Ni-Zn-S sobre níquel
0,9 6
0,0 7
1 3 ,7
Negro de cromo sobre níquel
0 ,9 2
0 ,1
9 ,2
Negro de hierro sobre acero
0 ,9
0 ,1
9
Negro de cinc
0,9
0 ,1
9
Negro de cromo
0, 8 9
0 ,1
8 ,9
Negro de cobre sobre cobre
0,8 7
0,1
8,7
Óxido de cobre sobre aluminio
0 ,9 3
0 ,1 1
8,4
Enamel cerámico
0,9
0 ,5
1,8
Pintura acrílica negra
0,9 5
0 ,9
1,0 6
Pintura silicona negra
0 ,9 3
0 ,9
1,0 3
Pintura inorgánica negra
0,9 4
0 ,9 2
1 ,0 2
Tabla 3.1 Índices de efectividad de distintos materiales
3.3.3 Superficie transparente Colocada sobre la placa absorbente produce el «efecto invernadero» al tiempo que la protege de los agentes atmosféricos. El cristal empleado tiene un tratamiento de templado para mejorar su resistencia mecánica, algunos modelos tienen en la cara interior del vidrio una rugosidad que ayuda a retener los rayos solares. Las dos caras del cristal irradian, por ello el absorbedor recibirá, además de la radiación solar, solar, la mitad de la emitida por el cristal (cara interior). De esta forma se producirá el efecto invernadero y, por tanto, la placa para la radiación ultravioleta se comportará como un cuerpo negro, aumentando la temperatura en el interior, debido a la radiación incidente y a la radiación absorbida. También se puede emplear plástico laminado, tienen el inconveniente de deteriorarse más rápidamente que el vidrio por la influencia de la radiación ultravioleta, es frágil al viento y se deben sustituir periódicamente.
3.3.4 Caja contenedora Constituye el soporte para los elementos que forman el captador, debe ser estanca a las entradas de aire y resistente a la corrosión.
No debe resistir tensiones mecánicas importantes y, en consecuencia, puede ser construida con materiales como acero galvanizado o inoxidable, aluminio, plástico, fibra de vidrio, etc., generalmente se utiliza aluminio anodizado.
3.3.5 Aislamiento térmico Está situado entre la caja y la placa absorbente, reduciendo las pérdidas de calor por transmisión en la parte posterior y lateral del captador. Suelen utilizarse espumas de poliestireno, poliuretano, fibra de vidrio, etc. En cualquier caso, el aislante deberá mantener sus propiedades estabilizadas a las temperaturas de régimen del captador. captador. Las características que se tendrán en cuenta para el cálculo del aislamiento térmico son: • Coeficiente de conductividad térmica. • Márgenes de temperatura admisibles. • Coeficiente de absorción de agua. • Espesor del aislamiento. • Características y sistema sistema de de cubierta para la protección protección exterior exterior..
3.3.6 Fluido caloportador Es el encargado de transportar el calor de la placa absorbente, está compuesto por un líquido que, generalmente, es agua mezclada con anticongelantes, que debe tener las siguientes especificaciones: • El pH estará comprendido entre 5 y 12. • El contenido de anticongelante será igual o mayor mayor del del 20 %. • El contenido en sales solubles será inferior de 500 mg/l. • El contenido contenido en sales de calcio (cal) será inferior inferior a 200 mg/l. • La calidad de este líquido se controlará periódicamente. En estos preparados anticongelantes se deberá especificar la composición y tiempo de duración.
3.3.7 Red de tuberías La red de tuberías constituye el circuito hidráulico que une los subsistemas de captación con el de producción de agua caliente para consumo. También se deben tener en cuenta: • Las dilataciones dilataciones provocadas provocadas por saltos térmicos de de -35 a 130 ºC. • La corrosión interna interna debida a los agentes agentes ambientales ambientales y naturales. naturales. • La incompatibilidad entre los materiales (electrolisis). Por regla general, el tubo de cobre es el material más ventajoso en cuanto a peso, menor rugosidad, facilidad de manipulación y resistencia a la corrosión. c orrosión.
3.4 Tipos de captadores solares
volver volv er
3.4.1 Captador solar de tubos de vacío Como su nombre indica son captadores que se les ha efectuado el vacío en el interior de un tubo, este vacío es aprovechado para eliminar las pérdidas por convección y de esta forma aumentar la temperatura, con menos necesidad de captación efectiva. También permiten más integración en el espacio arquitectónico, debido a que su espacio es más reducido. En bajas radiaciones, 300 W/m 2, tiene un rendimiento muy aceptable. Esto último es muy importante para países centro europeos como Alemania o Suiza, ya que su eficiencia o rendimiento es rentable en días de invierno y nubosos. Existen varios tipos de captadores de tubo de vacío, uno de los más utilizados es el modelo Heat Pipe , (tubo de calor o condensación), este se fundamenta en dos tubos concéntricos dentro de un tubo de vidrio donde se ha efectuado el vacío. Por el interior del tubo circula un fluido que por medio del calor producido por la radiación solar se evapora y, por tanto, asciende al tubo superior que a su vez cede calor al distribuidor que está situado en la parte superior, superior, calentando el fluido que va al intercambiador. intercambiador. Radiación solar
Tubo de vidrio con vacío v acío en el interior
Superficie reflectante
Líquido condensado
Tubo interior líquido en evaporación
Fig. 3.10 Captador solar
Entre otros tipos de captadores se distinguen los siguientes: • Flujo directo. • Sydney. • Schott. Estos tipos de captadores solares de tubos de vacío difieren poco entre ellos, siendo su parte fundamental el tubo de vacío y diferentes elementos que absorben la radiación, que puede ser por medio de aletas, unión de vidrio con metal, o superposiciones de tubos de cristal.
3.4.1.2 Instalación de captadores solares de tubo de vacío Cuando tenemos que efectuar una instalación solar térmica, hemos de plantearnos una serie de cuestiones, como son: • Aplicación de la instalación solar: Agua caliente sanitaria (ACS). (ACS). Calefacción por suelo radiante. Refrigeración solar. solar. Climatización de piscinas. • Espacio disponible en la instalación: Tipo de tejado. Problemas de radiación por sombras. Adaptación estética. • Qué relación calidad precio perseguimos: A veces lo barato es caro y viceversa. viceversa. Está relacionado el rendimiento de la instalación con el coste de la misma. ß
ß
ß
ß
ß
ß
ß
ß
ß
Estas preguntas nos las tendremos que formular antes de realizar la instalación. En el caso de captadores de tubos de vacío hemos observado que su rendimiento es notable a bajas radiaciones y, y, aunque el coste de la placa es algo superior, superior, tiene las siguientes ventajas: • Aprovechamiento Aprovechamiento de radiaciones bajas. • Menor superficie de instalación y peso. • Mantenimiento óptimo, ya que es factible factible el cambio de de los tubos estropeados. estropeados. Es importante averiguar a qué tipo de zona es a la que tenemos que realizar la instalación. En los siguientes temas efectuaremos ejercicios donde se comprobará, según las radiaciones, las zonas en las que es más rentable la utilización de captadores solares con tubos de vacío.
3.4.2 Otros tipos de captadores solares de baja temperatura Aparte de los captadores ya mencionados existen otros tipos de captadores que a continuación mencionamos. 3.4.2.1 Captador solar de caucho Es un captador formado por una serie de tubos de caucho que expuestos al Sol absorben la radiación solar y la transmiten al fluido caloportador que atraviesa su interior. Su aplicación principal es la climatización de piscinas, fuera de la época estival su rendimiento es bajo. 3.4.2.2 Captadores de aire Son captadores de tipo plano, cuya principal característica es tener el aire como fluido caloportador, no tienen una temperatura máxima límite, poseen una baja capacidad calorífica y el proceso de transferencia de calor entre la placa y el fluido es malo. Se utilizan fundamentalmente en calefacción.
3.4.2.3 Tubos de calor Están formados por dos tubos concéntricos, uno exterior de vidrio y uno interior pintado de negro o con pintura selectiva. El fluido circula por el tubo interior, su aplicación principal es calefacción.
3.4.2.4 Captadores cónicos o esféricos Aquí van unidas la unidad unidad de captación y la de almacenamiento. almacenamiento. Su superficie de captación es cónica o esférica con una cubierta de vidrio de la misma geometría. El problema que tienen es que la superficie de captación es pequeña, se utiliza en la producción de agua caliente sanitaria.
3.5 Conexionado de captadores solares solares térmicos
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El conexionado de paneles está formado por conjuntos de paneles que deben interconectarse entre sí con el resto del sistema. Deberemos tener unas consideraciones que resultan de suma importancia para el buen funcionamiento del sistema, entre ellas las más importantes a tener en cuenta son: Todos los captadores solares de un mismo sistema han de ser iguales. • La entrada entrada de de fluido será siempre siempre por una de de las tomas inferiores. inferiores. • La salida de fluido siempre se efectuará por la parte superior opuesta a la de la entrada. • El caudal caudal de los captadores captadores solares térmicos para el dimensionado dimensionado orientativo orientativo está 2. comprendido entre 40 y 70 l/h por m • La longitud de las conducciones será lo más corta posible, de este modo reduciremos reduciremos las pérdidas de carga. • Aislar correctamente correctamente para evitar evitar pérdidas de calor y puentes térmicos. • En el diseño de la distribución distribución de los captadores solares, se evitará la formación de bolsas de aire o vapor. • Se permitirá montar montar y desmontar los captadores captadores con facilidad y comodidad. comodidad. El sistema de captación de las instalaciones solares se puede conectar básicamente en serie o paralelo, o la combinación de los dos (mixto), siendo la conexión del modo siguiente: • Serie. • Paralelo Paralelo con retorno invertido. • Paralelo Paralelo con tubería exterior y retorno invertido. • Paralelo Paralelo con tubería exterior y equilibrada con válvulas. • Mixto (Paralelo/serie (Paralelo/serie 2+2).
3.5.1 Conexión de captadores en serie El acoplamiento en serie de los captadores solares tiene como consecuencia un aumento de la temperatura del agua a costa de disminuir el rendimiento de la instalación, debido a que al ir pasando el fluido de un colector a otro la temperatura de entrada en cada uno va aumentando y, y, por lo tanto, disminuyendo la eficacia global del sistema. Así, no es aconsejable esta conexión, a no ser que estemos interesados en temperaturas considerables, en este caso sería conveniente considerar otras aportaciones como las ya mencionadas (captadores de media o alta temperatura). Es por ello que solo se recomienda la utilización de tres colectores, ya que entendemos que esta solución es solo para algunas aplicaciones en las que es necesaria una temperatura superior a 50 ºC.
Fig. 3.11 Interconexionado de captadores solares en serie
3.5.2 Conexión de captadores en paralelo con retorno invertido Lo más habitual es disponer los colectores acoplados en paralelo, en el caso de hacer la disposición en varias filas, colocar estas también en paralelo, de cualquier modo deberán tener el mismo número de unidades y estar colocadas paralelas, horizontales y bien alineadas entre sí.
Fig. 3.12 Conexión en paralelo con retorno invertido
El conexionado más normal es el paralelo con retorno invertido según Fig. 3.12, este evita la instalación de válvulas de equilibrado de caudal. El número de captadores solares que se pueden conectar en paralelo tendrá en cuenta las limitaciones del fabricante, debiéndose instalar válvulas de cierre en la entrada y salida de las distintas baterías de captadores y entre las bombas, a fin de facilitar llas as labores de mantenimiento, sustitución, etc. El conexionado en paralelo puede también efectuarse con tubería exterior según Fig. 3.13, esto sucederá cuando los caudales sean elevados y sea necesario que la tubería de reparto y recogida tenga más diámetro que la que traen de fábrica los captadores solares.
Fig. 3.13 Conexión en paralelo con tubería exterior y retorno retorno invertido
3.5.3 Conexionado de captadores en paralelo con tubería exterior y equilibrada con válvulas Puede darse el caso de no poder utilizar el sistema de conexión paralelo con retorno invertido, para el que habrá que instalar caudalímetros y válvulas de equilibrado. Como norma general, no debemos conectar más de 10 captadores o conjuntos de captadores en paralelo; el motivo es que el trabajo de los captadores del centro de las filas trabaja con menos caudal que los de los extremos.
Fig. 3.14 Conexión en paralelo con tubería exterior equilibrada con válvulas
3.5.4 Conexionado de captadores en mixto (paralelo/serie 2+2) En este conexionado utilizamos los dos sistemas, serie y paralelo; todos los conjuntos en serie deben tener el mismo número de colectores que q ue en paralelo, de este modo, el caudal será el mismo para cada conjunto. Aunque su empleo no es nada común, puede tener sentido en instalaciones con grandes superficies de captación, en las que sean necesarios unos requerimientos de temperatura muy alta en la salida.
Fig. 3.15 Conexionado en mixto (paralelo/serie 2 +2)
3.6 Distancia mínima entre captadores
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Para tener el máximo de aprovechamiento de la energía captada, procuraremos que la incidencia de sombras sea mínima o nula. Los captadores térmicos no son especialmente críticos a las sombras y, por regla general, no quedan inoperantes por una sombra que ocupe de un 10 a un 15 %, aunque es evidente que produce una disminución de rendimiento. Si este fenómeno lo trasladamos al mediodía, la disminución del rendimiento será mucho más importante. Para poder hallar esta distancia mínima es importante tener nociones básicas de trigonometría.
3.6.1 Trigonometría o t s e u p o o t e t a C
H i p o t e en u β s a a
90º
α
Cateto contiguo
Fig. 3.16 Triángulo rectángulo
La trigonometría es la parte de las matemáticas que nos permite relacionar las dimensiones de los lados y los ángulos de un triángulo rectángulo, de este modo podemos situar las placas solares evitando las posibles interferencias por medio de las sombras. Un triángulo es una figura geométrica cuyos ángulos suman 180º. En nuestro caso vamos a emplear el triangulo rectángulo, que es aquel que tiene un ángulo recto, o sea de 90º, según se observa en la Fig. 3.16.
La denominación de cateto contiguo y cateto opuesto depende del ángulo en el que estemos trabajando, en la Fig. 3.16 hemos efectuado la relación partiendo del ángulo a. En este tipo de triángulos se dan las relaciones matemáticas siguientes: sen a = cos a = tg a =
Cateto Cat eto opu opuest esto o Hipotenusa Cateto Cat eto con contig tiguo uo Hipotenusa
sen a cos a
Para Para determinar los ángulos formados por la altura de los l os obstáculos y la distancia entre estos y los captadores solares, debe considerarse: Ángulo a = arco tg
Cateto opu Cateto opuest estoo Cateto Cat eto cont contigu iguoo
3.6.2 Orientación e inclinación de captadores solares Los captadores solares se situarán de forma que a lo largo del periodo anual de utilización aprovechen al máximo la radiación solar disponible. Preferentemente se orientarán hacia el Sur geográfico, desviaciones de hasta 15º hacia el Sudeste o Sudoeste con respecto a la orientación Sur no afectan sensiblemente al rendimiento y a la energía térmica captada por el equipo solar.
Tabla vertical
Sur
Sombra proyectada proyectada a las 12 h solares
Fig. 3.17 Orientación de los captadores solares
La determinación práctica del Sur geográfico puede concretarse por la dirección de la sombra proyectada por una varilla o tabla vertical, a las 12 horas o mediodía solar. Con una desviación hacia el Este, o sea Sudeste, el periodo de captación se adelantará (una hora por cada 15º de desviación) con respecto a un equipo orientado hacia el Sur geográfico. Si la desviación es hacia el Sudoeste, el periodo diario de captación se retrasará una hora por cada 15º, con el consiguiente incremento del rendimiento del equipo, por el hecho de funcionar más tiempo durante las horas en las que la temperatura ambiente es más elevada. En general, se procura que la radiación solar incida perpendicularmente sobre la superficie del captador al mediodía solar del día o punto medio de la época de utilización del equipo. El ángulo de inclinación vendrá dado según la utilización: Utilización
Ángulo de inclinación
Todo el año
Latitud del lugar
Invierno
Latitud del lugar +10º
Verano
Latitud del lugar –10º
Tabla 3.2 Ángulo de inclinación respecto a la utilización de un captador solar
Variaciones de ±10º con respecto al ángulo de inclinación óptimo no afectan sensiblemente al rendimiento y a la energía térmica útil aportada por el equipo. No obstante, desviaciones superiores de orientación e inclinación a las señaladas han de compensarse con mayor superficie de captadores.
Latit atitu ud
φ ±10
φ –15º
Sur +15º
Fig. 3.18 Orientación de los captadores solares respecto a la latitud
3.6.3 Determinación de las sombras Normalmente, en el día más desfavorable del periodo de utilización, el equipo no tendrá más del 5 % de la superficie útil de captadores cubierta por sombras. Un equipo resultará inoperante cuando el 20 % de la superficie de captación solar esté en sombra. La existencia de sombras proyectadas sobre los captadores, pueden ser por dos causas: • Obstáculos próximos. • Sombras entre captadores. Para el cálculo de las sombras tendremos que aplicar los conceptos de la Fig. 3.19.
L α =
N o r r t te e
H
Acimut
S u u r r
Fig. 3.19 Sombra proyectada en un captador solar La so somb mbra ra pr proy oyec ecta tada da =
L tg H
donde: L es la altura del objeto que se interpone entre el Sol y el panel solar y H el ángulo a que forma el Sol con el captador solar
3.6.4 Distancia mínima entre captadores El problema que tenemos que solucionar es ¿cuál será la distancia mínima entre baterías de captadores? para evitar que los de delante efectúen sombras no deseables y, concretamente, resten eficacia al conjunto de la instalación en general. Un aspecto importante a tener en cuenta en la separación entre captadores es cuando el Sol está más bajo sobre el horizonte (meses de noviembre, diciembre o enero) o cuando los días son más desfavorables. En equipos de utilización todo el año o invierno, el día más desfavorable corresponde al 21 de diciembre. En este día, la altura solar mínima al mediodía solar tiene valor: Hmínima
=
^90o
-
latitud del lugar h
-
23 o
Las sombras son más largas en el día más corto del año porque el Sol hace un recorrido más bajo, esto se da en el solsticio de invierno, o sea el 21 de diciembre. Para Para equipos de utilización, en el verano los días más desfavorables suelen ser el 21 de marzo o de septiembre. En estos días, la altura solar mínima al mediodía solar será: Hmíni nima ma
=
90o
-
latitud del lugar
B H
A
β
α
L
C
Distancia mínina
Fig. 3.20 Distancia mínima entre captadores solares
En el ángulo a tenemos que: A; cateto opuesto L; cateto contiguo donde: sen a =
A H
cos a =
L H
H; hipotenusa tg a =
En el ángulo β tenemos que: A; cateto opuesto C; cateto contiguo donde: sen β =
A B
cos β =
C B
A L
B; hipotenusa tg B
=
A B
La distancia mínima entre líneas de captadores para que la fila anterior no proyecte sombras en la posterior, se determina mediante la fórmula: tg αmín
=
sen α cos α
distancia mínima
=
=
A H L H
=
A L
se n β # B =
distancia mínima
-
B # cos β
L+C
Por otra parte: cos β = L
=
distancia mínima
C B
-
y C = cos β # B
B # cos β
Si la desarrollamos y la sustituimos quedará del modo siguiente: distancia mínima = B # cos β +
B # se n β tg αmín
Ejemplo Valorar la distancia mínima entre captadores de 2 m de longitud, inclinados 45º, situados en una zona cuya latitud es de 40º de latitud norte, con utilización en invierno. o o o o o o Hmíni nim ma = ^90 - latitud del lugar h - 23 = ^90 - 40 h - 23 = 27
Distancia mínima = B # cos β +
B # se n β tg αmínima
Distancia mínima = 2 m # cos 45 = 2 m # 0,707 +
2 m # 0, 707 0, 509
=
o
+
2 m # sen 45o tg 27
o
=
4,19 m
El Código Técnico de Edificación (CTE) en su sección HS4 (contribución solar mínima de agua caliente sanitaria) en su apartado «3.3.2.3 Estructura soporte, punto 4�, dice: los topes de sujeción de captadores y la propia estructura no arrojarán sombra sobre los captadores.
4
Composición de un sistema solar térmico
Contenidos 4.1 Componentes de una instalación solar térmica 4.2 Sistemas de captación solares 4.3 Sistema de intercambio 4.4 Sistema de acumulación 4.5 Circuito hidráulico 4.6 Termostato diferencial 4.7 Estructura, apoyo y montaje de los captadores solares
Índice
4 Composición de un sistema solar térmico
Composición de un sistema solar térmico 4.1 Componentes de una instalación solar térmica
4
volver volv er
Sus componentes son: • Un sistema de captación formado por uno o varios captadores, dispuestos de forma apropiada para transformar la radiación solar incidente en energía térmica, por medio de un fluido caloportador que circula por su interior. • Un sistema de intercambio, que es el que q ue realiza la transferencia de energía térmica. Este puede ir dentro del acumulador o por separado. • Un sistema de acumulación, en el que se almacena el agua caliente para su posterior utilización. • Un circuito hidráulico constituido por elementos como tuberías, válvulas, bombas, vaso de expansión, purgadores, etc., que son los encargados de que el sistema funcione correctamente. • Un sistema de seguridad que regula y controla el funcionamiento, suele estar compuesto por elementos de protección. • Pueden tener incorporado un sistema de energía auxiliar, que sirve para completar el aporte solar cuando la demanda sea más exigente o las condiciones solares no sean las previstas. Purgador
Válvula Válv ula de seguri s egurida dad d
Sistema auxiliar de apoyo apoyo Consumo ACS
Sa1
Sc
Acum ulador para ACS Termostato diferencial
Td Sa2
Circulador
Circulador
Agua fría
Vaso de ex pansión pansión
Fig. 4.1 Esquema básico de una instalación solar térmica
4.2 Sistemas de captación solares
volver volv er
Los sistemas de captación solar más usuales son los siguientes: Equipos compactos, se caracterizan por emplear como elemento receptor de energía el panel solar plano, llevan incorporado el depósito acumulador y para la circulación del fluido caloportador desde el colector al depósito se utiliza uno de los siguientes métodos: Equipos con circuitos por termosifón, que se basan en el aprovechamiento de las corrientes por convección. Es decir, decir, el agua al calentarse tiene una densidad menor, por lo que se produce una estratificación según los niveles de temperatura. Por tanto, en esos casos, el depósito de acumulación debe situarse a una cota más alta que los colectores. Carece de bomba de circulación y regulación, y se comercializa como equipo compacto que incluye el sistema de captación, almacenamiento, seguridad, expansión etc., en un solo módulo, su instalación resulta más simple y económica que una instalación forzada y más fiable en su funcionamiento por su simplicidad, cubren fundamentalmente pequeñas demandas de usuarios domésticos individuales, pueden trabajar como circuito Fig. 4.2 Equipo compacto cerrado y como abierto. Es válida para este circuito la Fuente: Junkers Fig. 4.2, ya que no difiere mucho de los equipos reales. Equipos con circuitos forzados, son utilizados en instalaciones de baja temperatura, requieren del acoplamiento de 3 partes o subsistemas principales, y son: • Captación. • Almacenamiento. • Distribución. Para describir el funcionamiento, nos vamos a apoyar en el esquema de la Fig. 4.1. El sistema está compuesto por captadores solares, un acumulador con intercambiador, un termostato diferencial TD y una bomba circuladora. Cuando empieza el día y el Sol comienza a proporcionar calor a la placa solar, el termostato diferencial, por medio de la sonda S C hace funcionar la bomba circuladora, que enviará el fluido caloportador hasta el acumulador, calentando a su vez el agua fría depositada de la red de distribución para el uso del ACS. Cuando venga de nuevo la noche, esta misma sonda hará que el termostato diferencial pare la bomba circuladora. Si la temperatura en el acumulador llegase, por ejemplo a 60º (probable en verano), las sondas incorporadas al acumulador harían que el termostato diferencial parase la bomba circuladora, evitando un sobrecalentamiento de la instalación. En función de la estación del año, o bien por causas meteorológicas, es posible que el sistema solar no pueda satisfacer las necesidades caloríficas o de producción de ACS, siendo recomendable la instalación de un sistema auxiliar que dé apoyo a la instalación solar sol ar.. En el mencionado esquema de la Fig. 4.1, su puesta en funcionamiento es manual, pudiéndose efectuar de un modo automático por sonda s onda de temperatura.
4.3 Sistema de intercambio
volver volv er
Según el sistema de termotransferencia, las instalaciones se clasifican en dos grupos: • Sistema solar de transferencia directa. • Sistema solar de transferencia indirecta (intercambiador). En nuestro caso, que es el más general, se trata de un sistema indirecto, es decir, existe un intercambiador tal que el fluido del primario no está en contacto con el agua caliente sanitaria. El sistema de intercambio es el elemento de la instalación que se encarga de transferir el calor generado por los captadores solares al acumulador, por medio del movimiento forzado del fluido caloportador, sin que exista la posibilidad de que estos líquidos puedan mezclarse. El principio del funcionamiento es:
1ª Ley de la termodinámica. Cualquiera que sea el procedimiento empleado para convertir el trabajo en calor o el calor en trabajo, existe o tiene una relación constante.
▪
El primer principio afirma la equivalencia entre el trabajo y el calor, es decir, establece que el trabajo puede ser transformado en calor, y viceversa.
2ª Ley de la termodinámica. Es imposible realizar una transformación cuyo único resultado sea la conversión en trabajo a temperatura uniforme.
▪
El segundo principio permite, a través del concepto de rendimiento, determinar la fracción exacta del calor absorbido por un sistema que puede ser transformado en trabajo.
(a)
(b)
Fig. 4.3 Sistemas de transferencia de calor. a) directo b) intercambiador
También los procesos térmicos se producen por los fenómenos de conducción, convección y radiación.
• Conducción es el intercambio de energía de un cuerpo a otra materia independientemente de cual sea su estado. Por ejemplo, el calentamiento del extremo
de una barra metálica, pasado un tiempo se puede observar que también se habrá calentado el otro extremo. Aunque es un ejemplo sencillo, queda suficientemente claro el concepto de conducción. Hay algunos materiales que son más sensibles que otros para la transmisión de calor, por ejemplo el cobre o la plata, que son mejores conductores que el acero inoxidable.
• Convección, se da cuando en todo el contorno del foco calorífico, este calienta el aire, que por su menor peso tiende a subir, y desplaza al de menor temperatura, produciendo de este modo una circulación de aire que a su paso por el foco calorífico lo calienta de nuevo. La convección se da de gas-gas, gas-líquido, líquido-líquido. • Radiación, se da cuando la transmisión de calor se produce de una forma directa en todas las direcciones del foco calorífico. c alorífico.
4.3.1 Intercambiador de calor Se basa en el intercambio de calor que transfiere la energía almacenada en el líquido del circuito primario al líquido del secundario, mediante dos circuitos, primario y secundario, en forma de espiral o de placas superpuestas con dichos circuitos c ircuitos embutidos en las mismas. Las ventajas de un intercambiador con circuitos independientes son las siguientes: • Permite que el circuito primario trabaje trabaje a una presión adecuada para los captadores solares, sin fluctuaciones importantes. • Utiliza un líquido térmico con anticongelante en el primario, para proteger los captadores solares de posibles heladas y de la cal del agua. • Hace un control de la circulación del circuito primario. Estos tipos de intercambiadores son también los llamados líquido a líquido, pueden estar dentro o fuera del acumulador y van en función de la complejidad de la instalación. En instalaciones pequeñas, es aconsejable utilizar intercambiadores dentro del acumulador (de serpentín o doble pared), por ser más económicos. Para instalaciones con depósitos superiores a los 1.500 litros, se harán servir intercambiadores externos al acumulador ya que permiten obtener la potencia necesaria sin limitaciones. Características de los intercambiadores más habituales en las instalaciones: ▪
Doble pared: ß
Incorporado al acumulador hasta 700 litros.
ß
Gran superficie de intercambio.
ß
Baja pérdida de carga.
ß
El rendimiento de intercambio más bajo que el tipo serpentín y placas.
ß
ß
Acumuladores con coste económico más bajo que otros tipos. Conjunto acumulador-intercambiador bastante corriente en el mercado.
▪
Serpentín: ß
Incorporado al acumulador hasta los 1.500 litros.
ß
Baja superficie de intercambio.
Pérdida de carga normal, se considera inferior a 3 mmca. ß
El rendimiento del intercambiador es mediano, superior que el de doble pared pero inferior que el de placas. ß
Acumulador con una buena relación calidad precio. ß
Los intercambiadores de serpentín pueden ser de dos tipos: helicoidales, estando los tubos arrollados en espiral y situados en la parte inferior del acumulador, o de haz tubular, Fig. 4.4.
ß
Fig. 4.4 Intercambiador de serpentín. Fuente: Junkers
Doble envolvente:
▪ ß
Elemento externo al acumulador. acumulador.
Superficie de intercambio muy elevada con dimensiones exteriores reducidas. ß
ß
Mayor pérdida de carga.
Alto rendimiento.
ß
Necesidad de dos bombas de circulación, circuito primario y circuito secundario. ß
Fig. 4.5 Intercambiador de doble envolvente
▪
ß
Es un elemento estandarizado.
En los intercambiadores de doble envolvente, el circuito primario envuelve al secundario, de modo que se produce la transferencia energética a través de toda la superficie en contacto con el líquido acumulado.
ß
Placas: ß
Es un intercambiador externo.
ß
Son dos circuitos con placas pl acas metálicas (muy parecido al radiador).
ß
Mantenimiento bastante sencillo por ser desmontable y reemplazable.
ß
Permite ampliar la potencia por medio del aumento del número de placas. pl acas.
ß
Un buen rendimiento (alta eficacia de transmisión de calor).
ß
El material de composición es de alta calidad, por tanto buena duración.
Se recomiendan para grandes instalaciones (superior a 1.500 litros). ß
El intercambiador de placas está formado por un paquete de placas metálicas, generalmente de acero inoxidable, con un grosor de 0,4 a 3 mm, el número de placas se puede aumentar o disminuir dependiendo de la necesidad. Antes se usaban intercambiadores de placas electrosoldadas, en este caso las placas no son desmontables sino soldadas entre ellas formando una sola pieza, sus dimensiones son más reducidas y su coste económico más bajo que el de placas desmontables.
ß
Fig. 4.5 Intercambiador de placas. Fuente: Sedical
Para Para instalaciones con acumulaciones elevadas, superiores a 3.000 l, puede ser más interesante el uso de intercambiadores externos. Los dos tipos que existen en el mercado son de haz tubular o de placas de acero. Los parámetros que definen a un intercambiador son básicamente el rendimiento y la eficacia de intercambio. Se entiende por rendimiento la relación entre energía obtenida a la salida y la introducida en el intercambiador, intercambiador, esta no debe ser inferior al 95 %.
4.3.2 Diseño y selección de los intercambiadores La incorporación de un intercambio de calor entre los captadores solares y el depósito acumulador supone una disminución del rendimiento del sistema, esta pérdida, para que el sistema sea efectivo, no será superior al 5 %. Como normal general un intercambiador de calor se caracteriza por cuatro factores: • Potencia térmica. térmica . • Pérdida de carga. • Suciedad acumulada por el paso del tiempo. • Rendimiento térmico o efectividad.
Potencia térmica (PT) será: PT
=
C # c e # ^t e
-
t sh
donde: C es el caudal del circuito, se toma un valor estándar de 50 l/h por m 2; c e el calor específico del fluido utilizado y (t e- ts) el salto térmico del intercambiador La potencia térmica del intercambiador tiene que ser un dato facilitado por el fabricante, como regla general el dimensionado del intercambiador será: Potencia térmica intercambiador = Potencia específica # m 2 de captación
La potencia específica estará comprendida entre 450 y 500 kcal/h por cada m 2 de captación instalado. La pérdida de carga máxima máxima admitida como criterio de diseño será inferior a 3 mmca, tanto en el circuito primario como en el secundario. La suciedad acumulada por por el paso del tiempo es un factor muy importante porque influye en su rendimiento y en la vida útil. El fabricante está obligado a aportar un certificado de ensuciamiento máximo. El rendimiento térmico, o efectividad del intercambiador de una instalación solar, es un parámetro que influye directamente en la determinación de la superficie de los captadores solares, su dimensión describe el funcionamiento del sistema. te1
ts1
t
te2
s2
El comportamiento esquemático de un intercambiador es el que se indica en la Fig. 4.7, donde: te1; temperatura entrada primario ts1; temperatura salida primario
Fig. 4.7 Esquema básico de un intercambiador
te2; temperatura entrada secundario (agua fría) ts2; temperatura salida secundario (ACS)
La potencia intercambiada entre el circuito primario y el secundario, en condiciones ideales (ausencias de pérdidas), sería: Q
=
C1 # c e1 # ^t e1
-
t s1 h
=
C2 # c e2 # ^t s2
-
t e2 h
donde: C1 es el caudal primario en litros/s; C 2 el caudal secundario en litros/s; c e1 el calor específico fluido caloportador y c e2 el calor específico del agua La efectividad de un intercambiador viene dada por la transferencia real de calor, que a su vez vendrá por las características constructivas del intercambiador y de las velocidades de capacidad calorífica y temperaturas de los líquidos circulantes: EI
EI
cant ca ntid idad ad de ca calo lorr re real al tr tran ansm smit itid ida a =
=
máxi má xima ma tr tran ansm smis isió ión n po posi sibl blee de ca calo lorr C1 # ce1 # ^te1
-
C1 # ce1 # ^te1
-
ts 1h te 2h
=
C 2 # c e2 # ^ts2
-
C1 # c e1 # ^te1
-
t e 2h te 2h
donde: EI es la efectividad de un intercambiador Un intercambiador cuya efectividad resulte ser inferior al 50 % no es aceptable en una instalación solar ya que impone reducciones de captación solar del orden del 12 %. El valor de la eficiencia (E I) tendrá un valor de 70 % para instalaciones de utilización preferente en verano o todo el año, y de 80 % para las de utilización preferente en invierno.
Características del circuito primario: • El caudal (C1) se determina según el caudal recomendado para el captador que se trate (40 ± 55 litros/h·m 2). • El salto térmico será: ∆t1 =
PT C1 # Pe1 # c e1
donde: PT es la potencia térmica; Pe1 el peso específico del fluido caloportador calopor tador (primario) y ce1 el calor específico del fluido caloportador (primario) • El valor de la temperatura a la entrada (t e1) tendrá un valor superior de 8 ºC a la prevista de trabajo para el acumulador. • La temperatura de salida:
t s1
=
t e1
-
∆t1
• La pérdida pérdida de carga tendrá un un valor máximo de 2 mca. • El fluido caloportador para circuitos abiertos abiertos o cerrados sin riesgo de heladas, será agua y en los cerrados, con riesgos de heladas, agua con anticongelante. Características del circuito secundario: • El caudal (C2) se determinará de tal forma que la l a masa térmica del circuito secundario sea igual o, como máximo, superior en un 20 % a la masa térmica del fluido caloportador (primario). En casos de calentamiento del agua de piscinas, la masa m asa térmica del secundario, puede ser hasta cuatro veces superior a la del primario, mientras que la temperatura de descarga en la piscina no sea superior a 30 ºC. • El salto térmico (∆t2) será: ∆t2 =
PT C 2 # Pe2 # c e2
donde: PT es la potencia térmica; Pe2 el peso específico del fluido en circuito secundario) y ce2 el calor específico del fluido en circuito secundario En casos de calentamiento del agua de piscinas se valorará el salto térmico. • La temperatura de entrada: te2 • La temperatura de salida:
t s2
=
=
t e1
t e2
∆t1 -
-
2
∆t 2
• La pérdida pérdida de carga tendrá un un valor máximo de 2,5 mca. • El fluido fluido circulante será agua, agua, excepto excepto en el calentamiento calentamiento de piscinas que contendrán, además, los aditivos que contenga esta para su depuración y tratamiento. Para instalaciones con una superficie total de captadores solares igual o inferior a 25 m 2, se elegirá un acumulador con intercambiador incorporado con una capacidad entre 1.500 y 1.700 litros, tal como se representa en la tabla adjunta.
Superficie de Cantidad captación
≤ 25 m
1
2
Superficie del intercambiador de calor Capacidad Tipo (itros)
Características
Interacumulador o acumulador 1.500 ± 1.700 con serpen
h Øi h
Øi
Øi
2
25 ± 50 m2
> 50 m2
Acumulador
1.500 ± 1.700
# 100 cm $2
Iguales al anterior
Placas
Tabla 4.1 Superficies de los intercambiadores
Cuando la superficie total de captadores solares sea entre 25 y 50 m 2 se incluirán dos acumuladores con intercambiador incorporado, conectados en serie o en paralelo, con una capacidad entre 1.500 y 1.700 litros, tal como se detalla en la Fig. 4.8. Como regla práctica, para el dimensionado del intercambiador, puede escogerse entre 450 y 500 kcal/h de intercambio por cada m 2 de captador instalado. Siendo la potencia térmica de intercambio: Potenc Pot encia ia térmica rmica
^450
-
=
Potenc Pot encia ia esp espec ecífic fica a
500 kcal/hh # m2 de captación A colectores cole ctores De c olectores olectores
Agua fría fría (Secundario) Agua calie calie nte (Secundario) Retorno
Fig. 4.8 Acumuladores en paralelo con intercambiador incorporado
Los sistemas de intercambio han de cumplir lo establecido en el Código Técnico de la Edificación (CTE), en su sección Documento Básico de Ahorro de Energía HE4, ver apartado 3.3.4, señalando que los sistemas de intercambio podrán ser del tipo: • Intercambiador independiente. • Intercambiador incorporado. La potencia mínima para la utilización del intercambiador independiente será: P $ 500 # A
donde: P es la potencia mínima del intercambiador y A el área de captadores Siempre que se cumpla la siguiente condición: una radiación solar de 1.000 W/m 2 con una conversión de energía solar a calor del 50 %. En el intercambiador incorporado, la utilización deberá tener la siguiente relación: Superficie útil del intercambiador Superficie total de captación
2
0, 15
Normalmente este valor está comprendido entre 0,25 y 0,40. En las tuberías de entrada y salida se instalarán válvulas de cierre próximas al manguito correspondiente.
4.4 Sistema de acumulación
volver volv er
El acumulador es el elemento de la instalación donde se almacena la energía térmica que producen los captadores solares en forma de fluido caliente. Se trata de un depósito fabricado en acero al carbono o acero inoxidable, equipado con una serie de tomas laterales para conectar el suministro de agua caliente. También lleva incorporado un termómetro, termostato, ánodos de sacrifico para la protección del acumulador por electrolisis y material aislante térmico para evitar las pérdidas de calor. calor. Existen aplicaciones como el calentamiento de piscinas o apoyo de calefacción, que en vez de acumulador, utilizan el vaso de la piscina o el propio circuito de la calefacción.
4.4.1 Tipos de acumulación Los acumuladores se pueden clasificar: ▪
Según el sistema de intercambio: ß
Acumuladores sin sistema de intercambio.
ß
Acumuladores de intercambio intercambio simple.
Fig. 4.9 Acumulador de ACS. Fuente: Junkers
ß
▪
▪
Acumuladores de doble intercambio. intercambio.
Según el material empleado en su construcción: ß
Acumuladores de acero al carbono. carbono.
ß
Acumuladores de acero inoxidable. inoxidable.
Según la posición de colocación: ß
Acumuladores horizontales.
ß
Acumuladores verticales.
Los acumuladores sin sistema de intercambio son muy básicos, su utilización consiste en acumular agua caliente para su consumo inmediato o en un corto espacio de tiempo. Se utiliza para equipos compactos estandarizados, con poco poc o volumen de acumulación. Los acumuladores de intercambio simple son idóneos para la producción de agua caliente, se emplean en instalaciones superiores a 1.000 litros. Suelen estar compuestos con serpentín o de doble envolvente. Los acumuladores adores de doble intercambio están formados por dos elementos de calor, o sea dos serpentines, alimentados por dos fuentes de calor independientes, se usan en casos de sistemas que cuentan con apoyo de una fuente auxiliar. auxiliar. También También se puede dar el caso de tener los dos elementos de calor de fuentes diferentes y una resistencia eléctrica de apoyo. Los acumuladores de acero al carbono están fabricados con acero al carbono, su uso es sanitario, están protegidos interiormente con diferentes tipos de revestimiento para evitar la corrosión y ofrecer una calidad biológica del agua suministrada. Los revestimientos interiores suelen ser: • De galvanizados en caliente por inmersión. • Vitrificado simple o de doble capa. • Resina Epoxy. Epoxy. El sistema más económico es el galvanizado en caliente por inmersión, este sistema se basa en sumergir el depósito en un baño electrolítico de sales de zinc. El vitrificado consiste en un revestimiento interno, formado por sustancias cerámicas y con temperaturas de unos de 800 ºC para obtener la cristalización. Los revestimientos con resina Epoxy se utilizan desde hace unos años porque se adaptan a acumuladores de volumen elevado, además de tener una calidad alta. Hay que tener en cuenta que los revestimientos, sean del tipo que sean, deben ser compatibles con la temperatura. Los acumuladores de acero inoxidable están formados por hierro con 8 % de cromo y 2 % de molibdeno. Es importante saber que puede ser sensible al agua si tiene alto
contenido en cloruros, lo que puede ocasionar el fenómeno de corrosión o picaduras. También presenta inconvenientes con aguas que tengan pH ácidos. Los acumuladores de acero inoxidable para producir ACS, están limitados, principalmente por el coste económico, que es elevado en relación a los materiales antes mencionados. No obstante, se pueden encontrar fácilmente con volúmenes que oscilan desde 50 ÷ 60 litros hasta 800 ÷ 1.000 litros de capacidad. Los acumuladores horizontales son acumuladores que se utilizan para equipos compactos por termosifón, ya que el acumulador forma parte integrada del equipo compacto. Los volúmenes estandarizados para estos acumuladores oscilan entre 150, 200, 300 y 400 litros, dependiendo del fabricante. No son utilizados habitualmente, exceptuando si hay necesidades de obra o falta de espacio físico. La ventaja más importante es que en esta posición no se produce la estratificación, por tanto la temperatura es bastante uniforme dentro del depósito. En los acumuladores verticales tienen la posición más habitual en las instalaciones solares térmicas, y la más recomendable, ya que favorece la estratificación del agua, estando la más caliente en la parte superior, y la más fría en la parte inferior del depósito. Esto permite dar un suministro instantáneo de agua sin que todo el depósito se encuentre a la misma temperatura. Los volúmenes más estandarizados para el uso sanitario oscilan entre los 150 y los 300 litros, en viviendas unifamiliares pueden fluctuar entre los 750 y 1.000 litros si la instalación solar también da servicio de calefacción, para instalaciones deportivas, hoteles, hospitales, etc., pueden tener entre 1.000 y 7.000 litros, debido a que la demanda energética es elevada.
4.4.2 Volumen Volumen de acumulación para el consumo de ACS El volumen del depósito acumulador se determina considerando los factores de servicio, ser vicio, que pueden ser: • Coincidencia entre los periodos de captación y el de consumo, en este caso el volumen específico del acumulador será de 35 a 50 litros por m 2 de captador solar. • Desfases entre entre captación solar y consumo no superiores a las 24 horas, en este caso el volumen específico del acumulador será de 50 a 75 litros por m 2 de captador solar. • Desfases entre captación y consumos habituales o periódicos, periódicos, estimados estimados superiores a 24 horas e inferiores a 72 horas (calentamiento de agua en procesos industriales), en este caso el volumen específico del acumulador será de 75 a 150 litros por m 2 de captador solar. • Desfases entre entre captación y consumo superiores a 72 horas (calentamiento de ACS ACS en segunda vivienda para fines de semana), en este caso c aso el volumen óptimo del acumulador se determinará por medio de un balance de pérdidas y ganancias energéticas mediando, al propio tiempo, la optimización o ptimización del aislamiento del mismo.
Retorno de captadores
Consumo ACS
El aislamiento de los acumuladores se determinará tomando como base los siguientes supuestos: • Temperatura emperat ura del almacenada = 60 ºC.
ACS
• Temperatura emperat ura del ambiente exterior inmediato al acumulador = 10 ºC.
Ida de captadores
• Disminución máxima diaria de la temperatura del agua acumulada Fig. 4.10 Distribución de un acumulador = 3 ºC. Este nivel de aislamiento puede conseguirse con un espesor de 50 mm de fibra de vidrio pero, no obstante, son recomendables aislamientos con espesores entre 80 y 150 mm. Para depósitos de hasta 500 litros, el aislamiento podrá ser de poliuretano expandido protegido en superficie con chapa de acero galvanizado. El Código Técnico de Edificación (CTE), sección HE4 (contribución solar mínima de agua caliente sanitaria), en su apartado 2.2.5 Sistema de acumulador solar, especifica lo siguiente. Agua de red
1 El sistema solar se debe dimensionar en función de la energía que aporta a lo largo del día y no solo en función de la potencia del generador (captadores solares), por po r tanto se debe prever una acumulación acorde con la demanda al no ser esta 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: 50 1
V A
1 180
donde: A es la suma de las áreas de los captadores [m²] y V el volumen del depósito de acumulación solar [litros] 3 No se permite la conexión de un sistema de generación auxiliar en el acumulador solar. Para los equipos de instalaciones solares que vengan preparados de fábrica para albergar un sistema auxiliar eléctrico, se deberá anular esta posibilidad de forma permanente, mediante sellado irreversible u otro medio.
4.5 Circuito hidráulico
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El circuito hidráulico es el encargado de dar un buen funcionamiento al sistema solar térmico, de su buen diseño e instalación depende el rendimiento del sistema. El circuito hidráulico está formado por tuberías, bomba de circulación, fluido caloportador, vaso de expansión, purgador desairador, manómetros, termómetros y termostatos, válvulas de paso, válvulas de seguridad, válvulas antirretorno, válvulas de tres vías y grifo de vaciado.
4.5.1 Tubería uberíass Son conducciones hidráulicas por donde pasa el fluido caloportador y el agua caliente sanitaria (ACS). En su diseño hay que tener en cuenta una serie de consideraciones básicas que se merecen destacar: material empleado, caudal, longitud, seguridad, facilidad para el montaje. El material empleado en las conducciones o tuberías es cobre, acero galvanizado, acero negro o plásticos: • El cobre es el material más aconsejable ya que posee unas altas prestaciones en cuanto a resistencia a la corrosión, maleabilidad, ductilidad e inocuidad, además de ser muy competitivo económicamente. Las tuberías de cobre serán tubos estirados en frío y uniones por capilaridad. • El acero galvanizado , si bien es muy utilizado en fontanería tradicional, no puede usarse como material en el circuito primario, pues se deteriora su protección a temperaturas superiores a los 65 ºC. • El acero negro, solo se recomienda su uso en instalaciones que requieran grandes caudales, además está prohibido su uso en la conducción de agua caliente sanitaria, por producirse oxidaciones en su estructura que perjudican la potabilidad del agua. Solo es posible su uso en el circuito primario. • Los plásticos, las conducciones de plástico son una alternativa clara a las de cobre, puesto que poseen propiedades muy parecidas y precios muy ajustados. En la actualidad existen tuberías de plástico que pueden alcanzar temperaturas superiores a los 100 ºC, por el contrario, corren el peligro de deteriorarse por la exposición directa a los rayos solares.
Caudal, los valores idóneos de este se consideran de un modo aproximado, siendo un valor estándar entre 40 y 70 litros por hora y por m 2, este valor varía en función de la aplicación a la que estemos sirviendo. Longitud, tendremos especial cuidado con la longitud del trazado hidráulico, esta será lo más corta posible, de este modo conseguiremos tener menos pérdida de carga debida al rozamiento del fluido con la tubería, por otra parte disminuiremos las pérdidas de calor. La pérdida de carga lineal será menor de 40 mmca, en caso contrario habría que elegir el diámetro inmediatamente superior. Las máximas pérdidas admitidas para un correcto funcionamiento en el circuito primario y en el circuito secundario de la instalación solar térmica no serán superiores a 7 mca (0,7 bar). Seguridad, las variaciones de temperaturas en estos sistemas pueden ser un factor muy importante al aumentar la temperatura, el fluido caloportador incide directamente en aumentar la presión del sistema, para tal fin, es importante instalar unos elementos que permitan la correcta expansión del fluido y evite las sobrepresiones peligrosas. También También es de vital importancia que las tuberías no tengan aire, ya que perjudica la transmisión del calor, el modo de evitar estos dos factores es mediante purgadores, válvulas de seguridad, etc. Facilidad para el montaje, es muy importante que el montaje discurra por zonas de fácil acceso. Con un buen diseño se facilita al instalador o mantenedor el montaje de los componentes del sistema solar térmico.
Tanto en el circuito primario como en el secundario, se realizará el montaje con la máxima limpieza para evitar la formación de la legionela, bacteria que se desarrolla en los circuitos de ACS, cuya temperatura de desarrollo se sitúa en los 37 ºC, tomándose las máximas precauciones posibles a temperaturas comprendidas entre los 20 y los 45 ºC. Para el mantenimiento de la instalación se cumplirá la Norma UNE 100.030 sobre prevención de la legionela.
4.5.2 Aislantes
Fig. 4.11 Distintos tipos de aislantes Fuente: Salvador Escoda
Es un elemento fundamental en la instalación, su finalidad es disminuir las posibles pérdidas caloríficas en los colectores, acumulador y conducciones. Los valores más importantes para la elección apropiada del aislamiento son: coeficiente de conductividad, gama de temperaturas, resistencia, fácil colocación y coste.
El espesor del aislamiento debe al menos cumplir las normas indicadas en el Reglamento de instalaciones térmicas en los edificios (RITE), en la IT 1.2.4.2.1 Aislamiento térmico de redes de tuberías. 1. Todas Todas las tuberías y accesorios, así como equipos, aparatos y depósitos de las l as instalaciones térmicas dispondrán de un aislamiento térmico cuando contengan fluidos con: • temperatura menor que la temperatura temperatura del ambiente del local por el que discurran; discurran; • temperatura mayor mayor que 40 ºC cuando están instalados en locales no calefactados, entre los que se deben considerar pasillos, galerías, patinillos, aparcamientos, salas de máquinas, falsos techos y suelos técnicos, entendiendo 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 estén instalados en el exterior del edificio, la terminación final del aislamiento deberá poseer la protección suficiente contra la intemperie. En la realización de la estanquidad de las juntas se evitará el paso del agua de lluvia. 3. Los equipos y componentes y tuberías, que se suministren aislados de fábrica, deben cumplir con su normativa específica en materia de aislamiento o la que determine el fabricante. En particular, particular, todas las superficies frías de los equipos frigoríficos estarán aisladas térmicamente con el espesor determinado por el fabricante. 6. 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. 7. Para el cálculo del espesor mínimo de aislamiento se podrá optar por el procedimiento simplificado o por el alternativo.
Procedimiento simplificado 1. En el procedimiento simplificado los espesores mínimos de aislamiento térmicos, expresados en mm, en función del diámetro exterior de la tubería sin aislar y de la temperatura del fluido en la red y para un material con conductividad térmica de referencia a 10 ºC de 0,040 W/(m·K) deben ser los indicados en las siguientes s iguientes tablas 1.2.4.2.1 a 1.2.4.2.4 . Diámetro exterior (mm)
Temperatura máxima del fluido (ºC) 40…60
> 60…100
> 100…180
D ≤ 35
25
25
30
35 < D ≤ 60
30
30
40
6 0 < D ≤ 90
30
30
40
90 90 < D ≤ 140
30
40
50
14 140 < D
35
40
50
Tabla 1.2.4.2.1 Espesores mínimos de aislamiento (mm) de tuberías y accesorios que transportan fluidos calientes que discurren por el interior de edificios
Diámetro exterior (mm)
Temperatura máxima del fluido (ºC) 40…60
> 60…100
> 100…180
D ≤ 35
35
35
40
35 < D ≤ 60
40
40
50
6 0 < D ≤ 90
40
40
50
90 90 < D ≤ 140
40
50
60
14 140 < D
45
50
60
Tabla 1.2.4.2.2 Espesores mínimos de aislamiento (mm) de tuberías y accesorios que transportan fluidos calientes que discurren por el exterior de edificios
Diámetro exterior (mm)
Temperatura mínima del fluido (ºC) > -10…0
> 0…10
> 10
D ≤ 35
30
25
20
35 < D ≤ 60
40
30
20
6 0 < D ≤ 90
40
30
30
90 90 < D ≤ 140
50
40
30
14 140 < D
50
40
30
Tabla 1.2.4.2.3 Espesores mínimos de aislamiento (mm) de tuberías y accesorios que transportan fluidos fríos que discurren por el interior de edificios
Temperatura mínima del fluido (ºC)
Diámetro exterior (mm)
> -10…0
> 0…10
> 10
D ≤ 35
50
45
40
35 < D ≤ 60
60
50
40
6 0 < D ≤ 90
60
50
50
90 90 < D ≤ 140
70
60
50
14 140 < D
70
60
50
Tabla 1.2.4.2.4 Espesores mínimos de aislamiento (mm) de tuberías y accesorios que transportan fluidos fríos que discurren por el exterior de edificios
2. Los espesores mínimos de aislamiento de equipos, aparatos y depósitos deben ser iguales o mayores que los indicados en las tablas anteriores para las tuberías de diámetro exterior mayor que 140 mm. 3. Los espesores mínimos de aislamiento de las redes de tuberías que tengan un funcionamiento continuo, como redes de agua caliente sanitaria, deben ser los indicados en las tablas anteriores aumentados en 5 mm. 4. Los espesores mínimos de aislamiento de las redes de tuberías que conduzcan, alternativamente, fluidos calientes y fríos serán los obtenidos para las condiciones de trabajo más exigentes. 5. Los espesores mínimos de aislamiento de las redes de tuberías de retorno de agua serán los mismos que los de las redes de tuberías de impulsión. 6. Los espesores mínimos de aislamiento de los accesorios de la red, como válvulas, filtros, etc., serán los mismos que los de la tubería en que estén instalados. 7. El espesor mínimo de aislamiento de las tuberías de diámetro exterior menor o igual que 20 mm y de longitud menor que 5 m, contada a partir de la conexión a la red general de tuberías hasta la unidad terminal, y que estén empotradas en tabiques y suelos o instaladas en canaletas interiores, será de 10 mm, evitando, en cualquier caso, la formación de condensaciones. 8. Cuando se utilicen materiales de conductividad térmica distinta a λref = 0,04 W/(m·K) a 10 ºC, se considera válida la determinación del espesor mínimo aplicando las siguientes ecuaciones: para superficies planas:
d
=
dref #
para superficies de sección circular:
λ λref d d
=
2
= e EXP
λ λref
#
ln
D + 2 # dref D
o G -
1
donde: λref es la conductividad térmica de referencia, igual a 0,04 W/(m · K) a 10 ºC; λ la conductividad térmica del material empleado, en W/(m·K); d ref el espesor mínimo de
referencia, en mm; d el espesor mínimo del material empleado, en mm; D el diámetro interior del material aislante, coincidente con el diámetro exterior de la tubería, en mm; ln el logaritmo neperiano (base 2,7183...) y EXP; significa el número neperiano elevado a la expresión entre paréntesis
IT 1.2.4.2.1.3 Procedimiento alternativo alternativo 1. El método de cálculo elegido para justificar el cumplimiento de esta opción tendrá en consideración los siguientes factores: a. El diámetro exterior de la tubería. tubería. b. La temperatura del fluido, máxima o mínima. c. Las condiciones del ambiente donde está instalada la tubería, como temperatura seca, mínima o máxima respectivamente, la velocidad media del aire y, en el caso de fluidos fríos, la temperatura de rocío y la radiación solar. d. La conductividad térmica del material aislante que se pretende emplear a la temperatura media de funcionamiento del fluido. e. El coeficiente superficial exterior, exterior, convectivo y radiante, de transmisión de calor, calor, considerando la emitancia del acabado y la velocidad media del aire. f. La situación de las superficies, vertical u horizontal. g. La resistencia resistencia térmica del material material de la tubería. 2. El método de cálculo se podrá formalizar a través de un programa informático siguiendo los criterios indicados en la norma UNE-EN ISO 12.241. 3. El estudio justificará documentalmente, por cada diámetro de la tubería, el espesor empleado del material aislante elegido, las pérdidas o ganancias de calor, las pérdidas o ganancias de las tuberías sin aislar, la temperatura superficial, y las pérdidas totales de la red.
4.5.3 Bomba de circulación Es la responsable de vencer la resistencia que opone el fluido a su paso por el circuito. Entre los diferentes tipos de circuladores (alternativos, rotativos y centrífugos) se ha optado por los centrífugos. Sus características serán determinadas en función del fluido a impulsar, la pérdida de carga en el circuito hidráulico y en relación a la composición del fluido fl uido circulante: agua, agua con anticongelante, agua de piscinas con aditivos, etc. El caudal del circuito de los captadores solares, vendrá en función de las conexiones entre estos (paralelo, serie-paralelo) siendo el recomendado entre 42 y 55 l/hm 2 para captadores solares plano y 60-70 l/hm 2 para captadores solares de tubo de vacío, con un fluido caloportador compuesto por una disolución de agua con anticongelante marcado por el fabricante.
Ejemplo Vamos a calcular el caudal circulante en un captador solar térmico marca ATESA. La superficie del captador solar ATESA es 1,852 m 2. El caudal de agua = 1, 852 m2 # 50 l/h $ m2 = 92, 6 l/ h El caudal de mezcla = 1, 852 m2 # 60 l/h $ m2 = 111, 12 l/ h
En la Fig. Fig. 4.12 se muestra la pérdida de carga en función del caudal, considerando que el fluido caloportador es agua. ) a 70 c m 60 m ( a 50 g r 40 a c e d 30 a d 20 i d r 10 é P 0
0
30
60
90
12 0
1 50
180
21 0
24 0
2 70
300
Caudal (litros/hora)
Fig. 4.12 Pérdida de carga del captador solar ATESA
En nuestro caso tenemos que para un caudal de 92,6 l/h, existe una pérdida de carga de 6 mmca, para el caso de mezcla de agua 70 % y 30 % de glicol, el resultado será sensiblemente superior, extrapolando resultados 8 mmca. En caso de tener más captadores solares conectados en paralelo, solo tendremos que multiplicar los resultados por el número de captadores solares que haya en la instalación.
Ejemplo Vamos a calcular c alcular la pérdida de carga de 5 captadores solares marca ATESA instalados en paralelo, con su circuito primario que comprende accesorios e intercambiador. intercambiador. En caso que el fluido caloportador fuese agua sería: 5 captadores # 6 mmca = 30 mmca En caso que el fluido caloportador fuese agua en 70 % y 30 % de glicol sería: 5 captadores # 8 mmca = 40 mmca Accesorios contabilizamos 10 mmca (según datos datos fabricante). Intercambiador se contabilizan 20 mmca (según datos fabricante).
Ejemplo Obtenemos una pérdida de carga en el circuito primario de: Captadores Accesorios Intercambiador Total
40 mmca 10 mmca 20 mmca 70 mmca
La bomba circuladora que elegiremos deberá ser capaz de suministrar esta presión con un margen suficiente, en torno al 20 %, para prevenir futuras pérdidas de rendimiento del mismo, por tanto: 70 mmca #
20 100
=
14 mmca
70 mmca + 14 mmca
=
84 mmca
Entre los diversos modelos de cada c ada marca, siempre seleccionaremos aquel que mejor se adapte a los valores que se han calculado, debe ser capaz de vencer una pérdida de carga de 84 mmca para un caudal de 112 l/h.
Entre la aspiración y la impulsión del circulador se dispondrá un manómetro que permitirá medir la pérdida de carga en el circuito.
Fig. 4.13 Bomba electrocirculadora electrocirculadora Fuente: BAXI
En instalaciones de un tamaño considerable, es recomendable la instalación de otra bomba idéntica en paralelo y en posición de reposo, con ello evitamos la parada de la instalación por avería o mal funcionamiento de la bomba.
4.5.4 Fluido caloportador Es el encargado de pasar a través de los colectores y absorber la energía térmica de estos, para luego transferirla del intercambiador al circuito secundario, son cuatro los tipos de fluidos que se suelen utilizar:
Agua El agua se puede utilizar en circuito abierto, de forma que el ACS (agua caliente sanitaria) pasará directamente por los colectores solares, esto tiene inconvenientes, como los materiales empleados para el transporte del agua que deben ser aptos para el consumo. Esta forma de producir ACS es poco rentable y las normativas lo prohíben, por tanto es desaconsejable.
Otra problemática que se plantea es el de la legionela, que es una bacteria que puede provocar cuadros clínicos severos cuando se inhala en forma de aerosol en suficiente concentración. Esta bacteria se desarrolla en agua a temperatura entre 20 y 45 ºC, siendo su fase de mayor desarrollo entorno a los 37 ºC. El agua también se puede utilizar en circuito cerrado, si bien puede p uede presentar problemas de congelación, por lo que es preciso recurrir al uso de anticongelantes.
Agua con adición de anticongelante Es la solución más generalizada, pero hay que tener en cuenta ciertas características de la mezcla 70 % de agua y 30 % de líquido anticongelante (glicol, etc.), como es su toxicidad, aumento de viscosidad, aumento de dilatación, disminución de la estabilidad, disminución del calor específico o aumento de su temperatura de ebullición.
Fluidos orgánicos Hay que mantener las mismas precauciones que en el caso de agua con adición de anticongelante, en cuanto a toxicidad, viscosidad o dilatación. Además, estos fluidos orgánicos, sean sintéticos o derivados del petróleo, presentan riesgo de incendio al ser combustibles, aunque son estables a altas temperaturas.
Aceites de silicona Si bien son una buena posibilidad por sus óptimas características técnicas, su elevado coste no los hace una opción atractiva en la mayoría de los casos. El fluido caloportador que vamos a utilizar es agua con la adición de un anticongelante, que suele ser, fundamentalmente, a base de propilenglicol, de etilenglicol o de glicol. Tendremos Tendremos en cuenta las diferencias de las 0 propiedades físicas que existen entre el agua normal y nuestro Propilenglicol -5 ) fluido caloportador, de viscosidad, C º ( dilatación, estabilidad, calor n -10 ó i c específico o temperatura de a l e ebullición. g -15 n o c e d a r u t a r e p m e T
Etilenglicol
-20 -25 -30 -35 -40
0
10
20 30 40 50 Concentración (% en peso)
Fig. 4.14 Curvas de congelación etilenglicol y propilenglicol
En cualquier caso, sí hay que recordar que debido a la toxicidad del anticongelante, es preciso asegurar la imposibilidad de mezcla entre el fluido caloportador y el agua de consumo. La forma más usual de conseguir este propósito es haciendo que la presión del circuito primario sea inferior a la del secundario, de modo que un contacto entre ambos fluidos por rotura en el punto de intercambio
provoque el paso del agua hacia el circuito primario, pero no al revés. Además la válvula de seguridad del circuito primario deberá estar tarada a una presión inferior a la del agua de red, para proteger a los colectores c olectores de la elevada presión de esta.
4.5.5 Vaso de expansión Su finalidad es la de absorber las dilataciones del fluido caloportador, por lo que todas las instalaciones de agua caliente sanitaria deben equiparse con depósitos de expansión cerrados. Se clasifican en vasos de expansión abiertos o cerrados, en cualquier caso la capacidad del mismo debe ser suficiente para admitir la expansión del líquido caloportador. Tampoco debe existir ninguna válvula en los tubos que comunican el circuito con el depósito. Los vasos de expansión cerrados funcionan por compresión de una cámara de gas (aire), contenida en el interior de ellos, separada del agua de la instalación por una membrana flexible, de este modo el agua contenida en la instalación no tiene ningún punto de contacto con la atmósfera. Al aumentar el agua de la instalación, por el efecto del aumento de la temperatura, se produce una sobrepresión en el circuito que es absorbida por el depósito o vaso de expansión; al disminuir la temperatura, el volumen del agua se reduce y el depósito devuelve el agua a la instalación.
Fig. 4.15 Vasos de expansión Fuente: BAXI V u
Agua
Aire
Las ventajas de los vasos de expansión cerrados respecto a los abiertos son: • Fácil montaje. montaje . • No absorben oxígeno. • Elimina la necesidad de colocar conductos de seguridad.
V
Fig. 4.16 16 Funcionamiento en caliente (superior) y fría (inferior) de un depósito de expansión cerrado
• Se eliminan las pérdidas pérdidas de agua por evaporación. El cálculo de los vasos de expansión se realiza según el Reglamento de instalaciones térmicas en los edificios (RITE), ITE 1.3.4.2.4 y en la norma UNE 100.155 .
UNE 100.155 Cálculo El sistema de expansión tiene la función de absorber las variaciones de volumen del fluido caloportador contenido en un circuito cerrado al variar su temperatura, manteniendo la presión entre los límites preestablecidos e impidiendo pérdidas y reposiciones de la masa de fluido. Los límites de trabajo de un depósito a presión en cuanto a presión y temperatura deben establecerse por el fabricante del mismo. Símbolo
Unidad
Definición
Ce
adimensional
Coeficiente de de di dilatación de del flu fluido
Cp
adimensional
Coeficiente de presión del gas
f c
adimensional
Factor de corrección
G
% en volumen
Porcentaje de glicol etilénico en agua
Pvs
bar (rel.)1)
Presión de tarado de la válvula de seguridad
Pi
bar (abs.)2)
Presión inicial en el vaso
Pm
bar (abs.)
Presión mínima en el vaso
PM
bar (abs.)
Presión máxima en el vaso
t
ºC
Temperatura máxima de funcionamiento del agua en el circuito
V
litros
Contenido total de agua en el circuito
V u
litros
Volumen útil del vaso de expansión
V t
litros
Volumen total del vaso de expansión
Presión relativa (o manométrica) Presión absoluta 1 bar = 100.000 Pa (aproximadamente igual a 1 atm)
1) 2)
Coeficiente de expansión El coeficiente de expansión del agua entre la temperatura de 4 oC a la que corresponde el volumen específico mínimo y la temperatura máxima de funcionamiento puede expresarse teóricamente por: 1.000 Ce
=
f^ t h
-
1
^ válida hasta 210 ºCh
Donde: La función de la temperatura del denominador puede expresarse mediante un polinomio de cuarto orden:
F(t) = 999,831 – 1,23956 # 10-2 # t + 6,00584 # 10-3 # t2 – 1,97359 # 10-5 # t3 – 4,80021 # 10-8 # t4
Con un error porcentual máximo inferior a 1 %. Al aumentar aumentar la temperatura, aumenta el volumen de agua que se acompaña con un aumento del volumen disponible debido a la dilatación simultánea de los componentes del circuito. La variación neta del volumen de agua debe ser absorbida por el sistema de expansión y puede expresarse por las siguientes fórmulas: • Para temperaturas desde 30 hasta 70 ºC (ambas incluidas) Ce = (– 1,75 + 0,064 # t + 0,0036 # t2) # 10-3
(1)
• Para temperaturas desde 70 hasta 140 ºC (ambas excluidas) Ce = (– 33,48 + 0,738 # t) # 10-3
(2)
• Para temperaturas desde 140 140 hasta hasta 210 ºC ( ambas incluidas) Ce = (– 95 + 1,2 # t) # 10-3
(3)
Otra fórmula válida entre las temperaturas de 30 y 120 ºC ambas incluidas será: Ce = (3,24 # t2 + 102,13 # t – 2.708,3) # 10-6
(4)
Cuando el fluido caloportador sea una solución de glicol-etilénico en agua, el coeficiente de expansión Ce debe multiplicarse por el siguiente factor de corrección: f c = a # (1,8 # t + 32)b
(5)
Donde: a = – 0,134 # (G2 – 143,8 # G + 1.918,2) b = 3,5 # 10-4 # (G2 – 94,57 # G + 500) Válido para un contenido de glicol etilénico entre un 20 y 50 % en volumen y para temperaturas de 65 ºC hasta 115 ºC. El coeficiente de expansión es siempre positivo y menor que la unidad y representa la relación entre el volumen útil del vaso de expansión que debe ser igual al volumen del fluido expansionado y el volumen de fluido contenido en la instalación: Ce =
V u V
Coeficiente de presión El coeficiente de presión para el cálculo total de los vasos de expansión cerrados sin trasiego de fluido al exterior se calcula por: Cp =
V t V u
Este coeficiente es positivo y mayor que la unidad, siendo la relación entre el volumen total y el volumen útil. En el caso de vasos de expansión sin diafragma: Cp
=
Pm # PM P1 # ^PM
-
Pmh
En el caso de vaso de expansión con diafragma: Cp
=
PM PM
-
Pm
Vasos V asos de expansión abiertos Solo se podrán utilizar hasta 90 ºC de temperatura del agua. Para Para vasos de expansión con la superficie del agua en contacto con la atmósfera, el volumen neto se calculará por: V u = V # Ce Acome Aco metida tida
Válvula de llenado
Rebosadero Ventilación 100 mm mínmo
Nivel máximo
V f
V u
50 mm mínimo Desagüe
Nivel mínimo
Nivel máximo del flotador (válvula cerrada
m o m m i n 0 í 5 m 2
Conexión a red
La cota de emplazamiento del vaso de expansión debe elegirse de manera que en cualquier punto del circuito y con cualquier régimen de funcionamiento de la bomba de circulación exista una sobrepresión de al menos 0,15 bar por encima de la presión atmósferica, para asegurarnos que no pueda entrar aire en el circuito. Si el vaso de expansión está conectado en la l a aspiración de la bomba la anterior condición se cumple situando al depósito a 1,5 m por encima del punto geométricamente más elevado. Para Para el cálculo del vaso de expansión abierto se seguirá los siguientes pasos: • Se calcula el volumen total del agua contenida en al circuito circuito (tuberías, (tuberías, generador, generador, radiador, etc.).
• Se determina determina la temperatura máxima máxima de funcionamiento del sistema, en el caso de circuitos de agua caliente, esta temperatura será igual a la temperatura de impulsión y en el caso de agua refrigerada se tomará la temperatura máxima que se prevea pueda alcanzar el sistema cuando esté parado con un mínimo de 30 ºC. Se calcula el coeficiente de expansión con una de las ecuaciones (1), (2) y (4) según la temperatura máxima de funcionamiento del sistema. El volumen total del vaso de expansión se calcula: V u + Volumen ocupado por el agua desde su nivel mínimo hasta el fondo del depósito + Volumen necesario para el alojamiento del rebosadero y eventualmente de la válvula de acometida por encima del nivel máximo En cualquier caso el volumen total del vaso de expansión deberá ser al menos igual al 6 % de volumen total del agua en la instalación.
Vasos V asos de expansión cerrados Los vasos de expansión cerrados con fluido en contacto directo (sin diafragma) o indirecto (con diafragma) con un gas presurizado, el volumen total del vaso debe calcularse por: Vt = V # Ce # Cp Pm
Pm Vu
V f V u
=
C e # V
V f 1
Vt
=
Ce # V #
Pm
Conexión a red
1
Pm -
PM
V u
Vu
Pm
=
C e # V
1 Vt
=
Pm
Ce # V #
Pi Pm
Pi -
PM
Conexión a red
La presión mínima de funcionamiento en el vaso de expansión debe elegirse de forma que en cualquier punto del circuito y con cualquier régimen de funcionamiento de la bomba de circulación, la presión existente sea mayor que la presión atmosférica o la tensión de vapor de agua a la máxima temperatura de funcionamiento, utilizando la mayor entre las dos. La presión mínima en el vaso debe ser tal que se eviten fenómenos de cavitación en la aspiración de la bomba para ello se comprobará que el NPSH en el lugar de emplazamiento de la bomba sea mayor que el NPSH requerido por el fabricante. Debe tomarse un margen de seguridad, como mínimo 0,2 bar para sistemas a temperaturas menores que 90 ºC y de 0,5 bar para temperaturas mayores. La presión máxima de funcionamiento será ligeramente menor que la presión de tarado de la válvula de seguridad, que a su vez será menor que la menor entre las presiones máximas de
de trabajo a la temperatura de funcionamiento de los equipos y aparatos que forman parte del circuito, debe elegirse el menor entre los siguientes valores: p M = 0, 9 # Pvs + 1 ^10 % menor que Pvsh PM = Pvs + 0, 65 ^es 0, 35 bar menor que Pvsh
Las presiones mínima y máxima indicadas deben corregirse con la altura geométrica del emplazamiento del vaso de expansión. El cálculo de un vaso de expansión cerrado se hace siguiendo los pasos: • Se calcula el volumen total de agua contenido contenido en el circuito (tuberías, generadores, generadores, etc.) con los datos suministrados por el fabricante. •
Se determina la temperatura máxima de funcionamiento del sistema: En caso de circuito de agua caliente y sobrecalentada, la temperatura será la de impulsión. ß
En caso de circuitos de agua refrigerada o salmuera se adoptará la temperatura máxima que se prevea puede alcanzar el sistema cuando esté parado con un mínimo de 30 ºC para redes en el interior de edificios y 40 ºC para redes situadas al exterior. ß
• Se calcula el coeficiente de expansión con una de las fórmulas (1), (2), (3) o (4) según sea la temperatura máxima del sistema y se tendrá en cuenta el factor de corrección de la ecuación (5) para la solución de agua y glicol etilénico. • Se determinan las presiones de trabajo. • Se calcula el coeficiente de presión Cp según sea el vaso con o sin membrana. • Por último se calcula el volumen total del del vaso de expansión expansión con:
4.5.6 Purga de aire En los puntos altos de la salida de 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 cm 3. Este volumen podrá disminuirse si se instala a la salida del circuito solar y antes del intercambiador un desaireador con purgador automático. En el caso de utilizar purgadores automáticos, adicionalmente, se colocarán los dispositivos necesarios para la purga manual.
4.5.7 Purgador El purgador tiene como función evacuar los gases contenidos en el fluido caloportador, que pueden dar lugar a la formación de bolsas que impiden la correcta circulación del fluido, además de provocar corrosiones. Para su correcto funcionamiento hay que colocar el purgador en el punto más alto de la instalación.
Fig. 4.17 Purgador Fuente: Standard Hidráulica
El desaireador asegura que los gases disueltos en el líquido sean evacuados hacia el exterior por el purgador. La forma más sencilla de lograrlo es haciendo que la fuerza centrífuga lance el agua hacia las paredes, mientras que el aire, al ser más ligero, se acumula en el centro y asciende a través del mismo, siendo evacuado por el purgador que está situado en la parte superior. superior.
4.5.8 Manómetros Son los encargados de darnos el valor de la presión en el circuito, en kg/cm 2 o en mca. En este último caso serán hidrómetros. La escala de los mismos suele estar comprendida entre 0 y 6 kg/cm 2, si bien no debe llegarse a tales presiones debido a que elementos del circuito, como pueden ser los colectores o el depósito de expansión, no suelen soportar presiones mayores de los 4 kg/cm2.
Fig. 4.18 Termohidrómetro de un solo cuerpo. Fuente: OMEGA
4.5.9 Termómetros y termostatos Los termómetros son los encargados de medir la temperatura del fluido. Los termostatos, a su vez, son los encargados de transformar una lectura de temperatura en una señal eléctrica que ponga en funcionamiento un determinado mecanismo. Ambos se pueden clasificar en dos tipos: tipos: ▪
De contacto
Encontramos los de abrazadera, que se colocan en contacto con la tubería a través de la citada pieza. ▪
De inmersión
Estos, en cambio, van introducidos en una vaina que se coloca en el interior de la tubería, con lo que su fiabilidad es mucho mayor al ser mucho más directo el contacto con el fluido.
4.5.10 Válvulas de paso Son los elementos encargados de interrumpir total o parcialmente el paso del fluido a través de las conducciones. Los diferentes tipos de las válvulas son: ▪ Válv Válvulas ulas de asient asi entoo Poseen como elemento obturador un disco que se cierra sobre su asiento. Producen pérdidas de carga importantes, se utilizan para regular el caudal. ▪ Válvulas Válvulas de compuerta Tienen un elemento obturador formado por una cuña. Este tipo de válvula se utiliza como órgano de cierre, nunca como elemento de regulación. ▪ Válvulas Válvulas de mariposa Constan de un disco que hace de obturador y provoca una pequeña pérdida de carga. Válvulas de bola o esfera ▪ Válvulas Se basan en un elemento obturador formado por una bola de acero inoxidable que tiene un orificio del mismo diámetro que la tubería en la que se coloca, por lo que la pérdida de carga es mínima cuando están abiertas.
Fig. 4.19 Válvula de compuerta Fuente: Comeval
Fig. 4.20 Válvula de seguridad Fuente: Standard Hidráulica
4.5.11 Válvulas de seguridad Su función es limitar la presión en el circuito y así proteger los componentes del mismo. Los puntos más delicados son el campo de colectores y el vaso de expansión, por lo que se debe marcar a una presión inferior a la máxima soportada por los citados elementos. Fig. 4.21 Válvula de seguridad Fuente: Standard Hidráulica
Su colocación está obligada por la legislación para todos aquellos circuitos sometidos a presión y a variaciones de temperatura.
4.5.12 Válvulas antirretorno o retención Son las encargadas de permitir el paso del fluido en un sentido e impedirlo en el contrario. Fundamentalmente las hay de dos tipos, de clapeta y de obús, siendo estas últimas poco aconsejables para el circuito primario debido a su elevada pérdida de carga.
Fig. 4.22 Válvulas de retención tipo clapeta. Fuente: Genebre
4.5.13 Válvulas de tres vías Se usan para regular la circulación por distintas conducciones según el momento, suelen estar controladas por una señal eléctrica procedente del regulador diferencial o de un termostato. Fig. 4.23 Válvula de tres vías con control automático. Fuente: Genebre
4.5.14 Grifo de vaciado Su utilización se hace necesaria cuando es preciso vaciar el circuito, ya sea el primario o el secundario, por labores de mantenimiento o reposición del algún elemento del circuito. Para conseguirlo con rapidez y comodidad se debe colocar en la parte inferior de los circuitos.
4.6 Termostato Termostato diferencial
Fig. 4.24 Grifo de vaciado Fuente: Standard Hidráulica
volver volv er
El elemento que se encarga de hacer circular la energía térmica que generan los captadores solares hacia el acumulador es la bomba de circulación, pero necesita un equipo de control que dé órdenes de funcionamiento o de parada, según sean las necesidades del acumulador, como puede ser la falta de radiación solar, etc. Este elemento de control se llama termostato diferencial y se designa por (TD), también puede denominarse sistema de regulación y control (R). (R ).
Purgador Sc
= sonda del captad ca ptador or solar
Válv ula de se gurida guridad d
Sa1 = sonda
del acumulador a cumulador entrad entrada a de l acumulador salida salida Sa2 = sonda del Sc
Salida ACS
Sa1
Entrada agua fría
Sa2
Termostato Td diferencial
Acum ulador Circulador
Vaso de expansión expansión
Fig. 4.25 Regulación por termostato diferencial actuando sobre bomba
4.6.1 Principio de funcionamiento del termostato diferencial (TD) El principio de funcionamiento del TD se basa en la comparación de dos medidas de temperatura con dos sondas, situadas una en la salida de los captadores solares y otra en la parte baja del depósito de acumulación de ACS Las sondas son normalmente resistencias variables semiconductoras, NTC (resistencia con el coeficiente de temperatura negativo, o sea que varía la resistencia con el valor inverso de la temperatura). Sonda del capta c aptado dorr
Sonda del acumulador acumulador
TD
Bomba
Fig. 4.26 Esquema de bloques de un TD
El TD va comparando las temperaturas, cuando la diferencia es igual o superior a un valor prefijado, el TD da órdenes para que la bomba se ponga en funcionamiento. La parada de la bomba se producirá cuando la diferencia de medidas se sitúe en un valor igual o menor que el que tiene prefijado el TD para provocar la parada. Los valores más habituales que el regulador aplica para controlar la maniobra de marcha y de paro son: • Marcha ≥ 8 ºC • Paro ≤ 2 ºC
Estos valores, aunque habituales, se pueden variar, ya que el aparato dispone de esta opción. Otra función que tiene incorporado el TD es la de antihielo, que permite evitar en parte el riesgo de las heladas en los captadores solares cuando toman valores de riesgo. Cuando la sonda de los captadores solares detectan la temperatura prefijada, el TD envía la señal de puesta en marcha a la bomba de circulación para que haga recircular agua del depósito solar, solar, caliente los captadores y evite la congelación, consiguiendo que la instalación de tubos no se deteriore.
4.6.2 Configuración del regulador TD Las funciones fundamentales de un TD son las siguientes: • Ser la central de cómputo y almacenamiento de información. • Generar y enviar enviar las órdenes órdenes a los elementos eléctricos externos. externos. • Visualizar en pantalla pantalla la temperatura de los puntos vitales vitales de la instalación. • Realizar el control diferencial de las temperaturas de los colectores y de los depósitos. El regulador TD viene con tres sondas térmicas incluidas, dos de ellas se utilizarán para medir la temperatura en los colectores y los acumuladores, dejando una tercera para medir la temperatura en otro punto cualquiera.
Fig. 4.27 Regulador diferencial TD. Fuente: Resol
4.6.3 Configuración interna del TD La configuración interna del aparato, consta de dos circuitos diferenciados: • Control. • Potencia. El circuito electrónico de control es el encargado de procesar los datos de las sondas, contrastarlas y decidir el tipo de orden en función de los parámetros prefijados.
Una vez el circuito de control ha procesado los datos, emite una orden que va al circuito de potencia, formado por un pequeño relé de unos 10 A monofásico, que es el que actúa sobre la bomba. Circuito electrónico de control
Sondas de temperatura
TD
Circuito electrónico de potencia
Bomba circuladora
Fig. 4.28 Esquema de bloques interno del TD
Aunque el circuito de potencia potenc ia del TD puede funcionar con un relé de 10 A, es aconsejable aconse jable utilizar contactores, así podemos maniobrar la bomba de circulación sin peligro de sobrecalentamiento para el TD. Este sistema es beneficioso para potencias superiores a 600 o 800 W.
TD
Contactor
Bo m b a de c i rc u l a ción
Fig. 4.29 Esquema de bloques TD con apoyo de contactor
Cuando la tensión de alimentación de los TD funciona con 230 V y 50 Hz, el cuadro eléctrico donde esté situada la alimentación deberá cumplir la normativa eléctrica para estos casos, o sea, interruptor magnetotérmico dentro de una envolvente que cumpla la protección IP54.
4.6.4 Ubicación de las sondas de temperatura Vamos a describir básicamente la ubicación de las sondas de temperatura, ya que de una buena ubicación depende que el sistema funcione adecuadamente. ▪ Sonda de colectores. Esta sonda es la encargada de medir la temperatura del agua a la salida del captador solar o batería de captadores c aptadores solares, medida que es enviada al TD. Para que esta medida sea fiable es necesario que la sonda esté situada dentro del tubo de salida del captador. Tiene las mismas características que las sondas de los captadores ▪ Sonda del depósito. Tiene solares. Estas deberán estar situadas en la parte baja del depósito, ya que siempre estará más fría que la media o alta del mismo.
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4.7 Estructura, apoyo y montaje de los captadores solares Su función, simple a la vez que vital, es sujetar los colectores con la inclinación y orientación calculada en el proyecto. Las características de una buena estructura soporte son: • rapidez de montaje, • coste bajo, • seguridad en el anclaje y • sujeción. El tipo de anclaje dependerá de la ubicación de los colectores, según estén en cubierta o terraza, y también de las fuerzas que actúen sobre él como consecuencia de la presión del viento a la que se ve sometido. Especialmente, debemos tener cuidado a los esfuerzos de tracción que se producen sobre los anclajes, originados por los vientos que vienen del Norte, debido a que nuestra instalación de colectores se halla orientada hacia el Sur. Sur. Junto con la estructura soporte en sí, se realizará previamente la construcción de los muretes sobre los que se va a apoyar la estructura metálica. Estos deben ser de hormigón hor migón armado con varillas metálicas y con una sección mínima de 200 # 200 mm. También es importante dotar a la estructura de una protección contra la corrosión, c orrosión, en el caso que sea de hierro. Igualmente, los materiales de sujeción de los colectores a la estructura, deben ser protegidos de la corrosión cor rosión o ser de acero inoxidable. La estructura soporte se fijará al edificio de forma que resista las cargas a las que será sometida. La sujeción de los colectores a la estructura resistirá las cargas del viento y nieve, pero el sistema de fijación permitirá, si fuese necesario, el movimiento del colector de forma que no se transmitan esfuerzos de dilatación y contracción.
4.7.1 Cálculo de las fuerzas aplicadas a un captador solar Para Para hallar la resistencia a la que debe de hacer frente la estructura, es necesario calcular antes todas y cada una de las fuerzas que entran en juego, ya sean debidas al viento, peso de la propia estructura o colectores. La fuerza del viento que actúa sobre un colector es calculada mediante la fórmula: f = P # S # sen a
donde: f es la fuerza del viento que incide perpendicularmente a la superficie vertical; P la presión dinámica del viento y que es función de la velocidad del mismo; S la superficie del colector y a el ángulo de inclinación del colector con la horizontal
S Viento f
α
f 1
f 2
α
Fig. 4.30 Conjunto de fuerzas aplicadas sobre el colector por la acción del viento
En la mayotía de los casos se sule llamar presión dinámica del viento que incide sobre una superficie vertical a: P
1 =
2
#
2
d # v
donde: P es la presión dinámica vertical en N/m 2; d la densidad del viento, cuyo valor es de 1,22 kg/m3 y v la velocidad del viento en m/s Sustituyendo Sustituyendo y simplificando la expresión anterior: P
=
1, 5 # 1, 2 # v
2
=
2
0, 6 # v
o
2
P
v =
1, 66
En la siguiente tabla se indican algunos valores en la aplicación de la fórmula de la presión dinámica: Velocidad V elocidad del viento km/h
Velocidad del viento n/s
Presión dinámica dinámica N/m2
25
6,9 4
2 9 ,3 6
50
1 3 ,8 8
1 1 6,0 5
100
2 7,7 7
4 6 4,5 6
120
3 3,3 3
6 6 9,2 1
Tabla 4.2
Ejemplo Vamos a calcular la fuerza que ha de soportar los paoyos para una velocidad del viento de 120 km/h. f = P # S # sen a
donde: f es la fuerza total en N; S la superficie del panel en m 2 y seno a el seno del ángulo del panel, ya que la presión dinámica está calculada sobre una superficie vertical f
=
669, 21 # 2, 5 # 0, 707^sen 45ºh = 1.182, 82 N
Como normalmente el panel está sujeto por cuatro apoyos, cada uno debe soportar 295,7 N. Para la velocidad del viento es aconsejable tomar la máxima velocidad del viento del lugar y añadir algún coeficiente de seguridad.
Cálculo de las instalaciones
5
Contenidos 5.1 Dimensionado Dimensionado de un equipo solar destinado al calentamiento de agua 5.2 Procedimiento Procedimiento para el dimensionado de la instalación solar térmica para ACS 5.3 Procedimiento Procedimiento para el dimensionado de la instalación solar térmica en piscinas cubiertas
Índice
5 Cálculo de las instalaciones
Cálculo de las instalaciones 5.1 Dimensionado de un equipo solar destinado al calentamiento de agua
5 volver volv er
La determinación del consumo de agua caliente sanitaria, se efectuará sobre base estadística que cubra la demanda energética en los meses más desfavorables. En la actualidad, y a partir de haber entrado en vigor el CTE en su apartado Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria, sección HE4, se establecen unos mínimos según zonas prefijadas. Esto significa que aunque hemos de considerar en todos los casos estos mínimos, podemos aumentar la cantidad de agua caliente sanitaria según la consideración de la demanda, pero en cambio no podemos disminuirla en ningún caso.
5.1.1 Contribución solar mínima HE4 Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria 1 Ámbito de aplicación 1 Esta Sección es de aplicación a: a) edificios de nueva construcción o a edificios existentes en que se reforme íntegramente el edificio en sí o la instalación térmica, o en los que se produzca un cambio de uso característico del mismo, en los que exista una demanda de agua caliente sanitaria (ACS) superior a 50 l/día; b) ampliaciones o intervenciones, no cubiertas en el punto anterior, en edificios existentes con una demanda inicial de ACS superior a 5.000 l/día, que supongan un incremento superior al 50 % de la demanda inicial; c) climatizaciones de: piscinas cubiertas nuevas, piscinas cubiertas existentes en las que se renueve la instalación térmica o piscinas descubiertas existentes que pasen a ser cubiertas.
2 Caracterización y cuantificación de las exigencias 2.1 CARACTERIZACIÓN CARACTERIZACIÓN DE LA EXIGENCIA
1 Se establece una contribución mínima de energía solar térmica en función de la zona climática y de la demanda de ACS o de climatización de piscina del edificio. 2 En el caso de ampliaciones e intervenciones en edificios existentes, contemplados en el punto 1 b) del apartado 1, la contribución solar mínima solo afectará al incremento de la demanda de ACS sobre la demanda inicial.
2.2 CUANTIFICACIÓN CUANTIFICACIÓN DE LA EXIGENCIA 2.2.1 CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA PARA ACS Y/O PISCINAS CUBIERTAS
1 La contribución solar mínima anual es la fracción entre los valores anuales de la energía solar aportada exigida y la demanda energética anual para ACS o climatización de piscina cubierta, obtenidos a partir de los valores mensuales. 2 En la tabla 2.1 se establece, para cada zona climática y diferentes niveles de demanda de ACS a una temperatura de referencia de 60 ºC, ºC, la contribución solar mínima anual exigida para cubrir las necesidades de ACS.
5 0 -5 . 0 0 0
I 30
Zona climática II III IV 30 40 50
V 60
5 .0 0 0 - 1 0 . 0 0 0
30
40
50
60
70
> 1 0.0 0 0
30
50
60
70
70
Demanda total de ACS del edificio (l/d)
Tabla 2.1 Contribución solar mínima anual para ACS en %
3 En la tabla 2.2 se establece, para cada zona climática, la contribución c ontribución solar mínima anual exigida para cubrir las necesidades de climatización de piscinas cubiertas.
Piscinas cubiertas
I 30
Zona climática II III IV 30 50 60
V 70
Tabla 2.2 Contribución solar mínima en %. Caso climatización de piscinas cubiertas
4 La contribución solar mínima para ACS y/o climatización de piscinas cubiertas podrá sustituirse parcial o totalmente mediante una instalación alternativa de otras energías renovables, procesos de cogeneración o fuentes de energía residuales procedentes de la instalación de recuperadores de calor ajenos a la propia instalación térmica del edificio; bien realizada en el propio edificio o bien a través de la conexión a una red de climatización urbana. 5 Para poder realizar la sustitución se justificará documentalmente que las emisiones de dióxido de carbono y el consumo de energía primaria no renovable, debidos a la instalación alternativa y todos sus sistemas auxiliares para cubrir completamente la demanda de ACS, o la demanda total de ACS y calefacción si se considera necesario, son iguales o inferiores a las que se obtendrían mediante la correspondiente instalación solar térmica y el sistema s istema de referencia que se deberá considerar como auxiliar de apoyo para la demanda comparada. 6 En los casos en los que el emplazamiento del edificio no cuente con suficiente acceso al sol por barreras externas al mismo, cuando existan limitaciones no subsanables derivadas de la configuración previa del edificio existente en rehabilitación de edificios o cuando existan limitaciones no subsanables derivadas de la aplicación de la normativa urbanística que imposibiliten de forma evidente la disposición de la superficie de captación necesaria en edificios de nueva planta o rehabilitaciones de edificios, o cuando así lo determine el
órgano competente que deba dictaminar en materia de protección histórico-artística, deberá sustituirse parcial o totalmente la contribución solar mínima de manera acorde con lo establecido en los párrafos 4 y 5. 2.2.2 PROTECCIÓN CONTRA SOBRECALENTAMIENTOS
1 El dimensionado de la instalación se realizará teniendo en cuenta que en ningún mes del año la energía producida por la instalación podrá 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 c onsideración aquellos periodos de tiempo en los cuales la demanda energética se sitúe un 50 % por debajo de la media correspondiente al resto del año, tomándose medidas de protección. 2 En el caso de que en algún mes del año la contribución solar pudiera sobrepasar el 100 % de la demanda energética se adoptarán cualquiera de las siguientes medidas: a) dotar a la instalación de la posibilidad de disipar dichos excedentes (a través de equipos específicos preferentemente pasivos o mediante la circulación nocturna del circuito primario); b) tapado parcial del campo de captadores. En este caso el captador solar térmico 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 este trabajo entre las labores del contrato de mantenimiento; d) desvío de los excedentes energéticos a otras aplicaciones existentes; e) sistemas de vaciado y llenado automático del campo de captadores. 3 En cualquier caso, si existe la posibilidad de evaporación del fluido de transferencia de calor bajo condiciones de estancamiento, el dimensionado del vaso de expansión debe ser capaz de albergar el volumen del medio de transferencia de calor de todo el grupo de captadores completo incluyendo todas las tuberías de conexión de captadores más un 10 %. 4 Las instalaciones deben incorporar un sistema de llenado manual o automático que permita llenar el circuito y mantenerlo presurizado. En general, es muy recomendable la adopción de un sistema de llenado automático con la inclusión de un depósito de recarga u otro dispositivo. 2.2.3 PÉRDIDAS POR ORIENTACIÓN, INCLINACIÓN Y SOMBRAS
1 Las pérdidas se expresan como porcentaje de la radiación solar que incidiría sobre la superficie de captación orientada al sur, a la inclinación óptima y sin sombras. 2 La orientación e inclinación del sistema generador y las posibles sombras sobre el mismo serán tales que las pérdidas sean inferiores a los límites establecidos en la tabla 2.3. Este porcentaje de pérdidas permitido no supone una minoración de los requisitos de contribución solar mínima exigida.
Caso
Orientación e inclinación
Sombras
Total
General
10 %
10 %
15 %
Superposición de captadores
20 %
15 %
30 %
Integración arquitectónica de captadores
40 %
20 %
50 %
Tabla 2.3 Pérdidas límite
3 En todos los casos se han de cumplir tres condiciones: las pérdidas por orientación e inclinación, las pérdidas por sombras y las pérdidas totales deberán ser inferiores a los límites estipulados en la tabla anterior, respecto a los valores de energía obtenidos considerando la orientación e inclinación óptimas y sin sombra alguna. 4 Se considerará como la orientación óptima el sur y la inclinación óptima, dependiendo del periodo de utilización, uno de los valores siguientes: a) demanda constante anual: la latitud geográfica; b) demanda preferente en invierno: la latitud geográfica
10 º;
+
c) demanda preferente en verano: la latitud geográfica –10 º. 2.2.4 SISTEMAS DE MEDIDA DE ENERGÍA SUMINISTRADA
1 Las instalaciones solares o instalaciones alternativas que las sustituyan de más de 14 kW dispondrán de un sistema s istema de medida de la energía suministrada con objeto de poder verificar el cumplimiento del programa de gestión energética y las inspecciones periódicas de eficiencia energética. 2 El diseño del sistema de contabilización de energía y de control debe permitir al usuario de la instalación comprobar de forma directa, visual e inequívoca el correcto funcionamiento de la instalación, de manera que este pueda controlar diariamente la producción de la instalación. 3 En el caso de viviendas esta visualización y contraste de la energía producida por la instalación con respecto a la producción de proyecto podrá ser verificada de forma centralizada por quien la comunidad delegue o de manera individualizada por cada usuario particular mediante la incorporación de paneles de visualización, visores de lectura de contadores, etc. accesibles. 4 En el caso de instalaciones solares con acumulación solar distribuida será suficiente la contabilización de la energía solar de forma centralizada en el circuito de distribución hacia los acumuladores individuales. 2.2.5 SISTEMAS DE ACUMULACIÓN SOLAR Y CONEXIÓN DE SISTEMA DE GENERACIÓN AUXILIAR
1 El sistema de acumulación solar se debe dimensionar en función de la energía que aporta a lo largo del día, y no solo en función de la l a potencia del generador (captadores solares), por tanto se debe prever una acumulación acorde con la demanda al no ser esta 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: 50 1
V A
1 180
donde: A es la suma de las áreas de los captadores (m²) y V el volumen de la acumulación solar (litros) 3 No se permite la conexión de un sistema de generación auxiliar en el acumulador solar. Para los equipos de instalaciones solares que vengan preparados de fábrica para albergar un sistema auxiliar eléctrico, se deberá anular esta posibilidad de forma permanente, mediante sellado irreversible u otro medio.
3 Verificación Verificación y justificación del cumplimiento de la exigencia 3.1 PROCEDIMIENTO DE VERIFICACIÓN
1 Para la aplicación de esta sección debe seguirse la secuencia que q ue se expone a continuación: a) obtención de la contribución solar mínima según el apartado 2.2; b) diseño y dimensionado de la instalación; c) obtención de las pérdidas límite por orientación, inclinación y sombras del apartado 2.2.3; d) cumplimiento de las condiciones de mantenimiento del apartado 5. 3.2 JUSTIFICACIÓN DEL CUMPLIMIENTO CUMPLIMIENTO DE LA EXIGENCIA
1 En la documentación de proyecto figurará: a) la zona climática según la Radiación Solar Global media diaria anual del emplazamiento; b) la contribución solar mínima exigida; c) la demanda de agua caliente sanitaria s anitaria anual; 2 Cuando la demanda se satisfaga mediante una instalación solar térmica, se incluirán también: a) las características y dimensionado de la l a instalación proyectada; b) contribución solar anual alcanzada; c) plan de vigilancia y plan de mantenimiento de la instalación. 3 Cuando toda o parte de la demanda de agua caliente sanitaria se cubra con una instalación alternativa, se justificará el cumplimiento de lo dispuesto en el apartado 4 y 5 del punto 2.2.1.
4 Cálculo 4.1 CÁLCULO DE LA DEMANDA
1 Para valorar las demandas se tomarán los valores unitarios que aparecen en la siguiente tabla:
Criterio de demanda
unidad
Litros/día # unidad
Vivienda
28
por persona
Hospitales y clínicas
55
por persona
Ambulatorio y centro de salud
41
por persona
Hotel *****
69
por persona
Hotel ****
55
por persona
Hotel ***
41
por persona
Hotel/Hostal **
34
por persona
Camping
21
por persona
Hostal/Pensión *
28
por persona
Residencia
41
por persona
Centro penitenciario
28
por persona
Albergue
24
por persona
Vestuarios/duchas colectivas
21
por persona
Escuela sin ducha
4
por persona
Escuela con ducha
21
por persona
Cuarteles
28
por persona
Fábricas y talleres
21
por persona
Oficinas
2
por persona
Gimnasios
28
por persona
Restaurantes
8
por persona
Cafeterías 1 por persona Los valores de demanda ofrecidos en esta tabla tienen la función de determinar la fracción solar mínima a abastecer mediante la aplicación de la tabla 2.1. Las demandas de ACS a 60 ºC se han obtenido de la norma UNE 94.002. Para el cálculo se ha utilizado la ecuación (3.2) con los valores de T i = 12 ºC (constante) y T = 45 ºC
Tabla 4.1 Demanda de referencia a 60 ºC
(1)
2 Para otros usos se tomarán valores contrastados por la experiencia o recogidos por fuentes de reconocida solvencia. 3 Para una temperatura en el acumulador final diferente de 60 ºC, se deberá alcanzar la contribución solar mínima correspondiente a la demanda obtenida con las demandas de referencia a 60 ºC. No obstante, la demanda a considerar a efectos de cálculo, según la temperatura elegida, será la que se obtenga a partir de la siguiente expresión: 12
/ Di ^Th (4.1)
D ^ Th =
i=1
60 D i ^ Th
=
D i ^60 ºCh #
T
-
-
Ti Ti
(4.2)
donde: D (T) es la demanda de agua caliente sanitaria anual a la temperatura T elegida; Di (T) la demanda de agua caliente sanitaria para el mes i a la temperatura T elegida; Di (60 ºC) la demanda de agua caliente sanitaria sanitaria para el mes i a la temperatura de 60 ºC; ºC; T la temperatura del acumulador final y Ti la temperatura media del agua fría en el mes i (según Apéndice B, que se adjunta en el Anexo 3 de este est e libro ) 4 En el uso residencial privado el cálculo del número de personas por vivienda deberá hacerse utilizando como valores mínimos los que se s e relacionan a continuación: Número de dormitorios
1
2
3
4
5
6
≥ 6
Número de personas
1 ,5
3
4
5
6
6
7
Tabla 4.2 Valores mínimos de ocupación de cálculo en uso residencial privado
5 En los edificios de viviendas multifamiliares se utilizará el factor de centralización correspondiente al número de viviendas del edificio que multiplicará la demanda diaria de agua caliente sanitaria a 60 ºC calculada. Número de viviendas Factor de centralización
N ≤ 3 4 ≤ N ≤ 10 11 ≤ N ≤ 20 21 ≤ N ≤ 50 51 ≤ N ≤ 75 76 ≤ N ≤ 100 1
0 ,9 5
0 ,9 0
0,8 5
0,8 0
0 ,7 5
N ≤ 101 0,7 0
Tabla 4.3 Valor del factor de centralización
6 Adicionalmente se tendrán en cuenta las l as pérdidas caloríficas en distribución/recirculación del agua a los puntos de consumo así como en los sistemas de acumulación. 7 Para el cálculo posterior de la contribución solar anual, se estimarán las demandas mensuales tomando en consideración el número de personas correspondiente a la ocupación plena. 8 Se tomarán como perteneciente per teneciente 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. 9 En el caso que se justifique 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. 4.2 ZONAS CLIMÁTICAS
1 En la tabla 4.4 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:
Zona climática
MJ/ m2
kWh/m2
I
H < 1 3 ,7
H < 3,8
II
13,7 ≤ H < 15,1
3,8 ≤ H < 4,2
II
15,1 ≤ H < 16,6
4, 2 ≤ H < 4,6
IV
16,6 ≤ H < 18,0
4,6 ≤ H < 5,0
V
H ≥ 1 8, 0
H ≥ 5, 0
Tabla 4.4 Radiación solar global media diaria anual
2 Para la asignación de la zona climática de la tabla 4.4 podrán emplearse los datos de Radiación Solar Global media diaria anual que para las capitales de provincia se recogen en el documento «Atlas de Radiación Solar en España utilizando datos del SAF de Clima de EUMETSAT», publicado en el año 2012 por la Agencia Estatal de Meteorología. Para aquellas localidades distintas de las capitales de provincia, a efectos de aplicación de este Documento Básico podrá emplearse el dato correspondiente a la capital de provincia, o bien otros datos oficiales de Radiación Solar Global media diaria anual aplicables a dicha localidad correspondientes al periodo p eriodo 1983-2005.
5 Mantenimiento 1 Sin perjuicio de aquellas operaciones de mantenimiento derivadas de otras normativas, para englobar todas las operaciones necesarias durante la vida de la instalación para asegurar el funcionamiento, aumentar la fiabilidad y prolongar la duración de la misma, se definen dos escalones complementarios de actuación: a) plan de vigilancia; b) plan de mantenimiento preventivo. preventivo. 5.1 PLAN DE VIGILANCIA
1 El plan de vigilancia se refiere básicamente a las operaciones que permiten asegurar que los valores operacionales de la instalación sean correctos. Es un plan de observación simple de los parámetros funcionales principales, para verificar el correcto funcionamiento de la instalación. Tendrá Tendrá el alcance descrito en la tabla 5.1: Elementos de la instalación
Operación Limpieza de cristales
Captadores
Frecuencia Descripción (meses) a determinar Con agua y productos adecuados
Cristales
3
IV condensaciones en las horas centrales del día
Juntas
3
IV agrietamientos agrietamientos y deformaciones
Absorbedor
3
IV corrosión, deformación, deformación, fugas, etc.
Conexiones
3
IV fugas
Estructura
3
IV degradación, indicios de corrosión
Elementos de la instalación Circuito primario
Operación Tubería, aislamiento y sistema de llenado Purgador manual Termómetro
Circuito secundario
Frecuencia (meses) 6 3 diaria
Tubería y aislamiento
6
Acumulador solar solar
3
Descripción IV ausencia de humedad y fugas Vaciar el aire del botellín IV temperatura IV ausencia de humedad y fugas Purgado de la acumulación de lodos de la parte inferior del depósito
IV: inspección visual
Tabla 5.1 Plan de vigilancia
2 Adicionalmente, durante todo el año se vigilará la instalación con el objeto de prevenir los posibles daños ocasionados por los posibles sobrecalentamientos. 5.2 PLAN DE MANTENIMIENTO
1 Son operaciones de inspección visual, verificación de actuaciones y otros, que aplicados a la instalación deben permitir mantener dentro de límites aceptables las condiciones de funcionamiento, prestaciones, protección y durabilidad de la instalación. 2 El mantenimiento implicará, como mínimo, una revisión anual de la instalación para instalaciones con superficie de captación inferior a 20 m 2 y una revisión cada seis meses para instalaciones con superficie de captación superior a 20 m 2. 3 El plan de mantenimiento debe realizarse por personal técnico competente que conozca la tecnología solar térmica y las instalaciones mecánicas en general. La instalación tendrá un libro de mantenimiento en el que se s e reflejen todas las operaciones realizadas así como el mantenimiento correctivo. 4 El mantenimiento ha de incluir todas las operaciones de mantenimiento y sustitución de elementos fungibles o desgastados por el uso, necesarias para asegurar que el sistema funcione correctamente durante su vida útil. 5 A continuación se desarrollan de forma detallada las operaciones de mantenimiento que deben realizarse en las instalaciones de energía solar térmica para producción de agua caliente, la periodicidad mínima establecida (en meses) y observaciones en relación con las prevenciones a observar. observar. Equipo Captadores
Frecuencia Descripción (meses) 6 IV diferencias sobre original
Cristales
6
IV diferencias entre captadores
Juntas
6
IV condensaciones y suciedad
Absorbedor
6
IV agrietamientos, deformaciones
Carcasa
6
IV corrosión, deformaciones
Conexiones
6
IV def defor orm mació ación, n, osci oscila laci cion ones es,, ven venta tana nass de de res respi pira racción ión
Frecuencia Descripción (meses) 6 IV aparición de fugas
Equipo Estructura Captadores*
6
IV degradación, indicios de corrosión, y apriete de tornillos
Captadores*
12
Tapado parcial del campo de captadores
Captadores*
12
Destapado parcial del campo de captadores
Captadores*
12
Vaciado parcial del campo de captadores
Captadores* 12 Llenado parcial del campo de captadores * Operaciones a realizar en el caso de optar por las medidas b) o c) del apartado 2.2.2 párrafo 2 IV: inspección visual
Tabla 5.2 Plan de mantenimiento. Sistema de captación Frecuencia Descripción (meses) 12 Presencia de lodos en fondo
Equipo Depósito Ánodos de sacrificio
12
Comprobación de desgaste
Ánodos de corriente impresa
12
Comprobación del buen funcionamiento
Aislamiento
12
Comprobar que no hay humedad
Tabla 5.3 Plan de mantenimiento. Sistema de acumulación Frecuencia Descripción (meses) 12 CF eficiencia y prestaciones
Equipo Intercambiador de placas Intercambiador de serpentín
12
Limpieza
12
CF eficiencia y prestaciones
12
Limpieza
CF: control de funcionamiento
Tabla 5.4 Plan de mantenimiento. Sistema de intercambio Equipo Fluido refrigerante
Frecuencia Descripción (meses) 12 Comprobar su densidad y pH
Estanquidad
24
Efectuar prueba de presión
Aislamiento al exterior exterior
6
IV deg degra rada daci ción ón pro protec tección ción unio unione ness y ause ausenc ncia ia de hum humedad edad
Aislamiento al interior interior
12
IV uniones y ausencia de humedad
Purgador automático
12
CF y limpieza
Purgador manual
6
Vaciar el aire del botellín
Bomba
12
Estanquidad
Equipo Vaso de expansión cerrado
Frecuencia Descripción (meses) 6 Comprobación de la presión
Vaso de expansión abierto
6
Comprobación del nivel
Sistema de llenado
6
CF actuación
Válvula de corte
12
CF actuaciones (abrir y cerrar) para evitar agarrotamiento
Válvula de seguridad IV: inspección visual CF: control de funcionamiento
12
CF actuación
Tabla 5.5 Plan de mantenimiento. Sistema de captación Frecuencia Descripción (meses) 12 Comprobar que está siempre bien cerrado para que no entre polvo
Equipo Cuadro eléctrico Control diferenci ncial
12
CF actuación
Termostato Verificación del sistema de medida CF: control de funcionamiento
12
CF actuación
12
CF actuación
Tabla 5.6 Plan de mantenimiento. Sistema eléctrico y de control Frecuencia Descripción (meses) 12 CF actuación
Equipo Sistema auxiliar Sondas de temperatura
12
CF actuación
CF: control de funcionamiento
Tabla 5.7 Plan de mantenimiento. Sistema de energía auxiliar
Apéndice A Terminología Terminología Absorbedor: componente de un captador solar térmico cuya función es absorber la energía radiante y transferirla en forma de calor c alor a un fluido. Captador (solar térmico): dispositivo diseñado para absorber la radiación solar y transmitir la energía térmica así producida a un fluido fl uido de trabajo que circula por su interior. interior. Carcasa: es el componente del captador que conforma su superficie exterior, fija la cubierta, contiene y protege a los restantes componentes del colector col ector y soporta los anclajes del mismo. Cerramiento: función que realizan los captadores cuando constituyen el tejado o la fachada de la construcción arquitectónica, debiendo garantizar la debida estanqueidad y aislamiento térmico. Circuito primario: circuito del que forman parte los captadores y las tuberías que los unen, en el cual el fluido recoge la energía solar y la transmite.
Circuito secundario: circuito en el que se recoge llaa energía transferida del circuito primario para ser distribuida a los puntos de consumo. Circuito de consumo: circuito por el que circula agua de consumo. Circulación natural: cuando el movimiento del fluido entre los captadores y el intercambiador del depósito de acumulación se realiza por convección y no de forma forzada. Depósitos solares conectados en serie invertida: depósitos conectados de forma que el sentido de circulación del agua de consumo es contrario al sentido de circulación de calentamiento del agua solar. Depósitos solares conectados en paralelo con el circuito secundario equilibrado: depósitos conectados en paralelo de forma que el sentido de circulación del agua de consumo es contrario al sentido de circulación de calentamiento del agua solar. Elementos de sombreado: cuando los captadores protegen a la construcción arquitectónica de la sobrecarga térmica causada por los rayos solares, proporcionando sombras en el tejado o en la fachada del mismo. Instalación solar térmica: conjunto de componentes encargados de realizar las funciones de captar la radiación solar incidente mediante captadores solares térmicos, transformarla directamente en energía térmica útil calentando un líquido, transportar la energía térmica captada al sistema de intercambio o de acumulación a través de un circuito hidráulico mediante circulación natural por termosifón o circulación forzada por bomba, transferir la energía térmica captada desde el circuito de captadores al circuito de consumo mediante un intercambiador, almacenar dicha energía térmica de forma eficiente, bien en el mismo líquido de trabajo de los captadores, o bien transferirla a otro, para poder utilizarla después de forma directa en los puntos de consumo, asegurar mediante un sistema de regulación y control el correcto funcionamiento de la instalación para proporcionar la máxima energía solar térmica posible y protegerla frente a sobrecalentamientos, congelaciones, etc. El sistema s istema se complementa con un sistema auxiliar de apoyo. Los sistemas que conforman la instalación solar térmica para agua caliente son los siguientes: a) un sistema de captación formado por los l os captadores solares de calentamiento de fluido, 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 transferencia 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 proporcionar 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 congelaciones, etc;
f) adicionalmente, se dispone de un equipo de energía convencional auxiliar que se utiliza para cubrir la demanda que la energía solar no pueda satisfacer directamente, garantizando la continuidad del suministro de agua caliente en casos de escasa radiación solar o demanda superior a la prevista. Integración arquitectónica de los captadores: disposición de los captadores en la que estos cumplen una doble función, energética y arquitectónica (revestimiento, (revestimiento, cerramiento o sombreado) y, y, además, sustituyen a elementos constructivos convencionales o son elementos constituyentes de la composición arquitectónica. Irradiancia solar: potencia radiante incidente por unidad de superficie sobre un plano dado. Se expresa en kW/m 2. Irradiación solar: energía incidente por unidad de superficie sobre un plano dado, obtenida por integración de la irradiancia solar durante un intervalo de tiempo dado, normalmente una hora o un día. Se mide en kWh/m 2. Pérdidas por orientación: cantidad de irradiación solar no aprovechada por el sistema captador a consecuencia de no tener la orientación óptima.
Pérdidas por inclinación: cantidad de irradiación solar no aprovechada por el sistema captador a consecuencia de no tener la inclinación óptima. Pérdidas por sombras: cantidad de irradiación solar no aprovechada por el sistema captador a consecuencia de la existencia de sombras sobre el mismo en algún momento del día. Radiación solar: es la energía procedente del sol en forma de ondas electromagnéticas. Radiación Solar Global media diaria anual: radiación solar directa e indirecta (global) que llega a una determinada superficie, tomando el valor anual como suma de valores medios diarios. En este documento se considera una superficie horizontal. Revestimiento: cuando los captadores constituyen parte de la envolvente de una construcción construcc ión arquitectónica. Sistema de referencia: se considerará como sistema de referencia para ACS, y como sistema de referencia para calefacción, una caldera de gas con rendimiento medio estacional de 92 %. Sistemas solares prefabricados: instalaciones solares térmicas que se producen bajo condiciones que se presumen uniformes y son ofrecidos a la venta como equipos completos y listos para instalar, instalar, bajo un solo nombre comercial. Pueden ser compactos o partidos y, y, por otro lado, constituir un sistema integrado o bien un conjunto y configuración uniforme de componentes. Superposición de captadores: disposición de los captadores en la que estos se colocan paralelos a la envolvente del edificio sin necesidad de cumplir la doble funcionalidad definida en la integración arquitectónica. No se considera admisible la colocación horizontal de los módulos con el fin de favorecer la autolimpieza de los captadores. Temperatura de estancamiento del captador: corresponde a la máxima temperatura del fluido que se obtiene cuando, sometido el captador a altos niveles de radiación y temperatura ambiente y siendo la velocidad del viento despreciable, no existe circulación en el captador y se alcanzan condiciones cuasiestacionarias.
5.1.2 Datos necesarios para el dimensionado Para la realización del dimensionado de la instalación de energía solar térmica hay que considerar los siguientes datos: • Determinación del consumo. • Zona geográfica de la instalación. • Inclinación de los captadores captadores solares según según latitud latitud del lugar. lugar. • Combustible a utilizar utilizar en caso de de tener tener equipo equipo de apoyo. Para determinar determinar el consumo será necesario establecer el tipo de vivienda o establecimiento y el uso a que se destinará la instalación: • Vivienda unifamiliar. unifamil iar. • Bloque de viviendas. • Hotel, hostal, etc. • Camping. • Nave industrial. • Complejo deportivo. En el caso de vivienda unifamiliar, unifamiliar, la determinación del consumo vendrá dada por: • Zona geográfica. • Situación prevista para captadores (tejado, terrado, suelo). • Orientación Sur o en su defecto Sudeste o Sudoeste. Sudoeste. • Número de dormitorios. En el caso de viviendas multifamiliares, la determinación del consumo vendrá dada por: • Zona geográfica. • Situación prevista para captadores. • Orientación. • Número de viviendas viviendas y número de habitaciones en en cada tipo de vivienda. En hoteles, hostales, pensiones residencias, etc., determinaremos el nivel de confort que tienen, por tanto será conveniente saber: • Zona geográfica. • Situación prevista para captadores (tejado, terrado, suelo). • Orientación Sur o en su defecto Sudeste o Sudoeste. Sudoeste.
• Categoría del hotel (número de estrellas). • Número de personas. Otro dato importante es el combustible a utilizar en caso que la instalación tenga un equipo de apoyo.
5.2 Procedimiento Procedimiento para el dimensionado de la instalación solar térmica para ACS volver volv er Los datos de partida necesarios para el dimensionado y cálculo de la instalación están constituidos por una serie de parámetros que definen las características de uso y de funcionamiento: 1. Valoración del consumo medio diario (litros/día), (litros/día), así como de ACS durante durante los meses de verano (junio a septiembre). 2. Valoración del consumo mensual (litros/mes), así como el consumo de ACS ACS total (anual, años en general). 3. Los valores valores máximos y mínimos de superficie de captación captación solar vendrán determinados por: • La demanda de energía térmica. • La energía solar térmica aportada. • Las fracciones solares mensuales y anuales. • El rendimiento medio anual. 4. La temperatura temperatura del del agua de la red (ºC), en el Anexo 3 de este libro está la tabla de temperatura media del agua por provincia durante todos los meses del año. 5. La radiación solar útil, en el Anexo 1 adjunto del libro se encuentran las tablas de radiación solar interceptada por una superficie plana. pl ana. 6. La superficie de captación solar vendrá dada por la división división de las necesidades totales de calor y la radiación útil anual, podremos p odremos obtener, obtener, de forma provisional, la superficie de captación. 7. Para saber el número de captadores dividiremos dividiremos la superficie de captación solar por la superficie de la placa solar (normalmente la placa solar suele ser entre 1,5 a 2 m 2). 8. Se comprobará que estamos estamos dentro dentro de la contribución contribución solar mínima. mínima. 9. De entre las posibles superficies a instalar entre el límite límite inferior y superior con el resultado, estudiaremos cuál es el que reúne las condiciones de: • Menor inversión. • Mayor ahorro de combustible. • Mejor tiempo de amortización de la inversión inversión con el ahorro.
5.2.1 Determinación del consumo de ACS El cálculo lógico en cualquier instalación es evaluar el consumo cons umo que tiene, en el caso de ACS tenemos que conocer la cantidad de litros de agua al día que consumen los usuarios de los edificios en cuestión. Para saber cual es la cantidad de ACS tomaremos los datos aportados por la tabla 4.1 Demanda de referencia a 60 ºC, que tiene la función de determinar la fracción solar mínima a abastecer por la aplicación de la tabla 2.1 Contribución solar mínima anual para ACS en % (ambas tablas en el apartado 5.1.1 Contribución solar mínima ).). En residencial privado se utilizará el cálculo por el número de personas por vivienda, los valores mínimos son los que se detallan en la tabla 4.2 Valores mínimos de ocupación de cálculo en uso residencial residencial privado % (apartado 5.1.1 Contribución solar mínima ).).
Ejemplo Vamos a calcular el consumo medio de agua de un hotel de 4 estrellas de 100 camas a temperatura de servicio de 45 ºC en la provincia de Burgos. La temperatura media anual del agua, según Anexo 3 es de 10,08 ºC. El consumo de agua a 60 ºC del hotel de 4 estrellas de 55 l persona: 100 personas # 55 litros = 5.500 litros
5.500 litros de ACS a 60 oC por día, sería la necesaria para abastecer el hotel diariamente. En un mes tendremos un gasto de 5.500 l # 30 días = 165.000 litros de ACS mensuales. mens uales. A continuación vamos a calcular la cantidad cantidad de ACS para 45 ºC. Aplicamos la ecuación (4.2) detallada en el apartado 5.1.1 Contribución solar mínima : Di ^ Th
=
=
Di ^60 ºCh #
165.000 #
49, 92 34, 92
=
60 T
-
-
Ti Ti
=
Dmes ^ 45 ºCh
=
165.000^60 ºCh #
60
-
10, 08
45
-
10, 08
=
235.876,28 litros
Podemos observar que a una temperatura de 60 ºC el gasto de ACS es de 165.000 l/mes, en cambio para una temperatura de 45 ºC el gasto de ACS es de 235.876,28 l/mes, esto corresponde a: 235.876,28 litros 30
=
7.862, 54 l/d ía de ACS
Como resultado de este ejercicio, observamos obser vamos que cuando disminuye la temperatura del calentamiento del ACS aumenta el volumen de almacenamiento del mismo.
5.2.2 Necesidad de calor para ACS Un factor importante en los sistemas solares térmicos es la necesidad media de calor (Q). Este dato se toma con referencia a la temperatura de la red, que se ofrece en las tablas del Anexo 3. Q
=
consumo # ^tac
-
tredh # nº de días
donde: Q es la necesidad media de calor en kcal; consumo el consumo (l/día) a la l a temperatura elegida, normalmente 60 ºC; t ac la temperatura del agua caliente para el consumo; t red la temperatura media del agua de la red, en tablas del Anexo 3 y nº de días pueden ser mes, año, etc., siempre se contabilizará en días
Ejemplo Queremos calcular la necesidad de calor (Q), para suministrar durante un año ACS a 60 ºC a 20 viviendas situadas en Madrid, con 3 habitaciones cada una. •
Periodo anual 365 días.
•
En Madrid, y su provincia, tenemos una temperatura de agua de la red red (t red) de 13 ºC, según Anexo 3.
El consumo medio diario por vivienda: 4 personas # 28 l/persona = 112 litros, al ser 20 viviendas: 112 l/vivienda # 20 viviendas # 0,9 factor de centralización = 2.016 Q
=
consumo # ^tac
Q
=
2.016 # ^60
-
13h # 365
=
Q
=
2.016 # ^60
-
13 h # 1
94.752 kcal/día
-
tredh # nº de días =
34.584.480 kcal/año
Caso 5.1 Queremos determinar la necesidad de ACS y el calor necesario para un apartamento en periodo estival (junio-septiembre) situado en la provincia de Huesca. La temperatura media anual del agua, según Anexo 3, es de 12,42 ºC. La composición del apartamento es: •
3 dormitorios.
•
Según la tabla 4.2 Valores Valores mínimos de ocupación de cálculo en uso residencial privado (apartado 5.1.1 Contribución solar mínima ),), 3 dormitorios equivalen a un valor mínimo de 4 personas.
•
4 personas en el apartamento.
Necesidades de ACS: Según la tabla CTE en demanda de referencia a 60 ºC en viviendas:
4 personas # 28 litros/persona = 112 litros Si consideramos que el periodo estival está comprendido entre los meses de junio a septiembre, tendremos los siguientes días: Junio
=
30 días
Julio
=
31 días
Agosto
=
31 días
Septiembre
=
30 días
Total días
=
122 días
Q
=
112 # ^60
-
12, 42h 12
=
5.328, 96 kcal
Aplicamos el resultado de calor (Q) a los 122 días, las necesidades necesidades caloríficas serán: 5.328,96 kcal/días # 122 días = 650.133,12 kcal
5.2.3 Determinación de la superficie captadora solar La determinación de la superficie captadora es una de las partes más importante de la instalación, puesto que de ella depende que la energía solar térmica sea efectiva o no. Para empezar tendremos en cuenta qué tipo de colector solar vamos utilizar: •
Colector solar de tubos de vacío.
•
Colector solar plano.
La elección vendrá dada por la zona donde queramos aplicar la energía solar térmica, el resultado se obtendrá con la radiación del lugar en cuestión. Tendremos en cuenta que los colectores solares de tubos de vacío ofrecen un rendimiento y una eficiencia más elevada en radiaciones bajas que los colectores solares planos.
5.2.4 Orientación e inclinación de los captadores solares La recepción de los rayos solares por medio de un captador solar varía dependiendo de la orientación cardinal y de la inclinación respecto al plano horizontal. La orientación, así como la inclinación, deberá tener pérdidas inferiores a las que se detallan en la tabla siguiente: Caso General Superposición Integración arquitectónica
Orientación e inclinación 10 % 20 % 40 %
Sombras 10 % 15 % 20 %
Total 15 % 30 % 50 %
Tabla 5.1 Pérdidas al límite
Se considera integración arquitectónica cuando los captadores solares coexistan como función energética y arquitectónica.
Se considera que existe superposición arquitectónica cuando la disposición de los captadores c aptadores se realiza en paralelo al envolvente del edificio. El ángulo de inclinación de los colectores solares sobre el plano horizontal se determinará en función de la latitud geográfica β y del periodo de utilización de la instalación de acuerdo con los valores siguientes: Periodo de utilización
Inclinación de los colectores
Anual, con consumo constante
βº
Preferentemente en invierno
(β + 10)º
Preferentemente en verano
(β – 10)º
Tabla 5.2 Inclinación de los captadores solares Consumo anual constante latitud del lugar Preferente Pre ferente en invierno invierno latitud +10 Preferente en verano latitud -10
- 25º
Orie ntación = sur geográfico (25º)
Sur 25º
+
Fig. 5.1 Orientación e inclinación de captador solar
Ejemplo Vamos a determinar la orientación o rientación y la inclinación de un captador solar en la provincia de Zamora, efectuar a modo de prueba p rueba para todas las posibilidades viables. 1º Consultaremos en la tabla del Anexo 1 la latitud de la provincia de Zamora, que es 41º30’. 2º Si el uso del captador va a ser para todo el año, tendremos que: El ángulo de inclinación será 41º30’ 3º Si el uso del captador es preferente en invierno, tendremos que: El ángulo de inclinación 41º30’ + 10º = 51º30’ 4º Si el uso del captador es preferente en verano, tendremos que: El ángulo de inclinación 41º30’ – 10º = 31º30’ 5º La orientación será = Sur ± 25º, resultado que dependerá de nuestra elección, por supuesto buscando siempre la radiación máxima.
5.2.5 Energía mensual cedida en forma de calor por el sol Como ya se ha indicado, el captador solar transforma la radiación solar en energía calorífica útil. Una parte de la radiación solar interceptada es la que se cede al depósito de acumulación de ACS, ya que hay una parte de radiación solar recibida que se pierde en los elementos que componen el colector solar. solar. A continuación se detallan los rendimientos rendimientos de los colectores colectores solares utilizados utilizados para efectuar los ejercicios prácticos de este libro: Captador solar térmico marca ATESA, ecuación recomendada por el fabricante: η
=
0, 9471
-
0, 6725 # T
m
Siendo T
m
=
U0 #
^t m
-
ta h
I
Se considera que: U0 = 10 W/m 2 (tm – ta ) = 45 a 60 ºC I = 1.000 W/m 2 Marca colector
Rendimiento (%)
Irradiancia (W/m2 d díía)
Temperatura (ºC)
ATESA ATESA
64
1.000
45
ATESA ATESA
54
1.000
60
Tabla 5.3 Relación rendimiento-temperatura
Se observa que el captador solar oscila su rendimiento entre el 64 % a 45 ºC y el 54 % a 60 ºC dependiendo de la temperatura del ACS y con una irradiancia de 1.000 W/m 2 día. Captador solar plano ROCA, ecuación recomendada por el fabricante: η
=
0, 79
-
3, 8 # T
m
-
0, 012 # T
2
m
Siendo T
m
tm =
-
t a
I
Marca colector
Rendimiento (%)
Irradiancia (W/m2 d díía)
Temperatura (ºC)
ROCA
0 ,5 8
800
45
ROCA
0 ,6 2
1 .0 0 0
45
Tabla 5.4 Relación rendimiento-irradiancia y temperatura
Captador solar de tubos de vacío ROCA, ecuación recomendada por el fabricante: η
=
0, 751
-
1, 608 # T
m
-
0, 010 # T
m
2
Siendo T
m
tm =
-
t a
I
Marca colector
Rendimiento (%)
Irradiancia (W/m2 d díía)
Temperatura (ºC)
ROCA
0 ,5 0
80 0
60
ROCA
0 ,5 6
1.0 0 0
60
Tabla 5.5 Relación rendimiento-irradiancia y temperatura
Tablas de rendimiento en función de la temperatura del ACS y la irradiancia: Marca colector
Rendimiento (%)
Irradiancia (W/m2 d díía)
Temperatura (ºC)
ROCA
0 ,5 1
300
45
ROCA
0 ,6 1
500
45
ROCA
0 ,6 6
800
45
ROCA
0 ,6 8
1 .0 0 0
45
Tabla 5.6 Relación rendimiento-irradiancia y temperatura Marca colector
Rendimiento (%)
Irradiancia (W/m2 d díía)
Temperatura (ºC)
ROCA
0 ,4 3
30 0
60
ROCA
0 ,5 6
50 0
60
ROCA
0 ,6 3
8 00
60
ROCA
0 ,6 5
1.0 0 0
60
Tabla 5.7 Relación rendimiento-irradiancia y temperatura
En general podemos observar que en los colectores solares térmicos, el rendimiento es directamente proporcional a la radiación y a la temperatura de utilización del ACS.
5.2.6 Cálculo de las instalaciones El cálculo de las instalaciones se realiza utilizando los mismos conceptos descritos para determinar las necesidades caloríficas en función de los consumos de ACS, variando únicamente el dimensionado de los captadores solares y, en su caso, el de la l a energía auxiliar de apoyo. Para el cálculo de las instalaciones solares térmicas, hemos confeccionado una tabla. También También es factible utilizar otros tipos de hoja de cálculo como EXCEL, programas informáticos o simplemente rellenar los datos de forma manual.
1 Mes
2
3
Energía Días necesaria diaria 103 kcal
Enero
31
Febrero
28
Marzo
31
Abril
30
Mayo
31
Junio
30
Julio
31
Agosto
31
Septiembre
30
Octubre
31
Noviembre
30
Diciembre
31
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
7
8
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual kJ/m2 día kcal/m2 día kcal/m2 103 kcal
9 Energía auxiliar mensual 103 kcal
Tabla 5.8 Hoja de cálculo para el dimensionado de las instalaciones solares térmicas
Donde: 1; se relacionan los meses del periodo de utilización, que puede ser de un año o de periodos, dependiendo de la utilización de la instalación. 2; corresponde a los días de funcionamiento en ese mes. 3; se anota la energía necesaria diaria en 10 3 kcal. 4; se anota la energía necesaria mensual, que es el resultado de la columna 3 multiplicado por los días de funcionamiento de la columna 2. 5; anotaremos la radiación solar interceptada por una superficie horizontal, en kJ/m 2 día, que se puede encontrar en las tablas de radiación del Anexo 1, donde podemos seleccionar la radiación solar por provincias y ángulo de inclinación de los colectores. 6; anotaremos la radiación efectiva, que será la radiación de la columna 5 multiplicada por 0,24, que es el factor para pasar los kJ/m 2 día a kcal/m 2 día. 7; se anota el resultado de multiplicar la columna 6 por los días de funcionamiento de la columna 2. 8; se anotará el resultado de multiplicar la columna 7 por los m 2 de panel solar y por el rendimiento de este. Del mismo modo podremos calcular si es necesaria la utilización de energía auxiliar de apoyo.
9; anotaremos la diferencia entre la columna 8 y la columna 4. Si el resultado es positivo es que el sistema no necesitará apoyo de energía auxiliar, auxiliar, en cambio si s i el resultado es negativo tendremos que utilizar apoyo, esto suele suceder en meses en que hay muy pocas horas de Sol y por tanto el aporte de energía es menor, como son los meses de noviembre, diciembre y enero.
Caso 5.2 Vamos a calcular las necesidades caloríficas, la superficie de captación y el volumen del depósito para el calentamiento de agua caliente sanitaria (ACS) en una vivienda unifamiliar en la provincia de Málaga. La vivienda dispone de calefacción central, por lo que en los meses de invierno la instalación solar puede disponer, si es necesario, de apoyo de energía auxiliar de calefacción. Datos: La vivienda tiene 3 dormitorios, según la tabla 4.2 Valores Valores mínimos de ocupación de cálculo en uso residencial privado (apartado 5.1.1 Contribución solar mínima ),), 4 personas. La temperatura media del agua de entrada anual, según tablas del Anexo 3 es 15,5 ºC. El ACS tendrá la temperatura de 45 ºC. Paneles Paneles orientados al sur con latitud aproximada de 36º43’. El rendimiento del colector solar se establece para una radiación solar de 1.000 W/m 2. Los paneles se instalarán con un ángulo de 45º, que es el ángulo con más rentabilidad térmica para todo el año.
Rendimiento del captador solar Para una irradiancia de 1.000 W/m 2 y una temperatura media del captador de 45 ºC tenemos unos rendimientos descritos en la siguiente tabla, según la ecuación característica: Colector
η
K 1 (W/m2 º ºC C)
2 ºC2) K2 (W/m
Características
ATESA ATESA
0,73
0,22
0,00
Placa plana
ROCA PS 2.4
0 ,6 5
0 ,1 2
0, 0 1
Placa plana
ROCA AR-16
0, 6 9
0 ,0 5
0, 0 1
Tubos de vacío
Tabla 5.9 Rendimientos
En este caso vamos a utilizar el colector plano solar marca ROCA modelo PS 2.4 y sus características según catálogo son: Dimensiones = 2.104 # 1.204 # 80 Área bruta = 2,5 m2 Área de apertura = 2,4 m 2 Peso en vacío = 45 kg Capacidad = 1,35 l Presión máxima = 10 bar
Captador Cap tadores es solare sola ress térmico tér micoss
Termo Te rmostat stato o diferencial diferencial Acumula Acu mulador dor principal ACS solar so lar Acum ulador auxilia aux iliarr ACS para pa ra consumo
TD
Agua de la red
Bomba Bo mba de circula c irculación ción
Generador auxiliar
Fig. 5.2 Esquema instalación vivienda unifamiliar
Energía necesaria diaria 10 3 kcal Según tabla 4.1 Demanda de referencia a 60 ºC ºC (apartado 5.1.1 Contribución solar mínima ),), vemos que el consumo de ACS en una vivienda unifamiliar es de 28 litros/día a 60 ºC por persona, como son 4 personas tendremos: 28 litros/día a 60 ºC # 4
=
112 litros/día a 60 ºC
Ahora según la ecuación (4.2) detallada en el apartado 5.1.1 Contribución solar mínima , calcularemos las necesidades de calor para ACS a 45 ºC: D i ^45h
=
112 #
60
-
15, 5
45
-
15, 5
=
112 #
44, 5 29, 5
=
168,94 litros
"
169 litros
En el Anexo 3 , tenemos que la temperatura media del agua en Málaga es de 15,5 ºC. Por tanto la necesidad calorífica que tendrá el agua será: Q
=
consumo # ^tac
Q
=
169 # ^45
-
-
tredh # nº de días
15, 5h # 1
=
4.985, 5 kcal/día
Este resultado lo anotaremos en la columna 3, dividiendo por 1.000 para adecuarlo a la tabla: 4.985, 5 kcal/día 1.000
=
4, 98 # 103 kca call/día
"
tab abla la op opci ción 2ª
Energía necesaria mensual 10 3 kcal Multiplicaremos la energía necesaria diaria por los días del mes que corresponda y la anotaremos en la columna 4. Radiación kJ/m2 día Según la tabla de Anexo 1 tenemos la radiación media mensual por día, que anotaremos en la columna 5.
Radiación efectiva kcal/m 2 día La radiación expresada en kJ/m 2 se multiplica por 0,24 para transformarla en kcal/m 2, anotando el resultado en la columna 6.
Radiación mensual kcal/m 2 mes Hay que multiplicar la radiación efectiva por los días de cada mes y anotarlo en la columna 7.
Cálculo de la superficie captadora Vamos a calcular según el CTE la contribución solar mínima, lo primero es situar en la zona climática a Málaga, que según las tablas de radiación del Anexo 6 pertenece a la zona climática V, como está comprendida la vivienda entre 50 y 5.000 l/d la contribución solar mínima será del 60 %. La cantidad de ACS a 45 ºC es de 169 l/d, el 60 % será 101,4 redondeando al alza 102 l/d. Q
=
consumo # ^tac
Q
=
102 # ^45
-
-
tredh # nº de días
15, 5h # 1
=
3.009 kcal/día
=
3 # 103 ^columna 3h
"
tabla opción 1ª
Los cálculos de los colectores solares serán entre el mínimo exigido (60 %) por el CTE 3.009 kcal/día y el máximo (100 %) 4.985 kcal/día. A continuación efectuaremos los cálculos para las dos opciones. opciones. OPCIÓN 1ª
El mes de mayo tiene 31 días y una necesidad calorífica mínima de: 3.009 kcal/día # 31 = 93.279 kcal/mes El captador solar para este mismo mes dispondrá de una aportación solar de 147.445,92 kcal/m 2, que para los cálculos redondearemos a 147.446 kcal/m 2. Como según hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones , el captador solar marca ROCA tiene una superficie de 2,4 m 2 y un rendimiento aproximado del 65 %, el número de captadores solares necesarios serán: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 65
=
93.279 147 14 7.446 # 0, 65
=
93.279 95.840
=
0,97 m 2
OPCIÓN 2ª
El mes de mayo tiene 31 días y una necesidad calorífica máxima de: 4.985 kcal/día # 31 = 154.535 kcal/mes El captador solar para este mismo mes, dispondrá de una aportación solar de 147.445,92 kcal/m 2, que para los cálculos redondearemos a 147.446 kcal/m 2. Como según hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones , el captador solar marca ROCA tiene una superficie de 2,4 m 2 y un rendimiento aproximado del 65 %, por tanto el número de captadores solares necesarios será:
Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 65
=
154.535 147 14 7.446 # 0, 65
=
154.535 95.840
=
1,6 1, 6 m2
Se observa que tanto en la primera opción como en la segunda, estamos por debajo de los m2 del panel solar térmico 2,4 m 2. Esto significa que tendremos excedentes que podemos aprovechar para otros usos.
Aporte solar mensual 103 kcal Será la radiación efectiva mensual por los m 2 por el rendimiento del panel. El resultado se anotará en la columna 8.
Energía auxiliar mensual 10 3 kcal Será la diferencia entre el aporte solar mensual, 10 3 kcal, y la energía necesaria mensual, 103 kcal, si el resultado es positivo es que el sistema ese mes no necesitará energía auxiliar de apoyo, si el resultado es negativo el sistema no nos proporciona ACS suficiente. En este caso para la opción 1ª el resultado es siempre positivo, por tanto tendremos las necesidades de ACS cubiertas siempre que se cumplan las radiaciones solares, en la opción 2ª, los meses de enero y febrero, necesitarán apoyarse en energía auxiliar. auxiliar. 1 Mes
2
3
Energía necesaria Días diaria 103 kcal
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
7
8
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual kJ/m2 día kcal/m2 día kcal/m2 103 kcal
9 Energía auxiliar mensual 103 kcal
Enero
31
3,01
9 3,3 1
1 3 .2 8 6
3.188,64
98.847,84
1 5 4 .2 0 2 , 6 3
6 0 ,8 9
Febrero
28
3,01
8 4, 2 8
1 6 .2 7 0
3.904,80
109.334,40
1 7 0.5 6 1,6 6
8 6,2 8
Marzo
31
3,01
9 3 ,3 1
2 1 .3 9 2
5.134,08
159.156,48
2 4 8.2 8 4,1 1
1 5 4,9 7
Abril
30
3,01
90,30
18.672
4.481,28
134.438,40
209.723,90
119,42
Mayo
31
3,01
9 3,3 1
1 9 .8 1 8
4.756,32
147.445,92
2 3 0. 0 1 5 , 6 4
1 3 6,7 1
Junio
30
3,01
90,30
20.282
4.867,68
146.030,40
227.807,42
137,51
Julio
31
3,01
93,31
21.666
5.199,84
161.195,04
251.464,26
158,15
Agosto
31
3,01
93,31
20.950
5.028,00
155.868,00
243.154,08
149,84
Septiembre
30
3,01
9 0,3 0
2 0 .7 1 2
4.970,88
149.126,40
2 3 2.6 3 7,1 8
1 4 2,3 4
Octubre
31
3,01
9 3 ,3 1
1 7 .3 3 8
4.161,12
128.994,72
2 0 1 . 2 3 1, 7 6
1 0 7,9 2
Noviembre
30
3,01
9 0 ,3 0
1 6 .4 4 6
3.947,04
118.411,20
1 8 4.7 2 1,4 7
9 4,4 2
Diciembre
31
3,01
9 3,3 1
1 0 .1 2 8
2.430,72
7 5 . 3 5 2 ,3 2
1 1 7 .5 4 9, 6 2
2 4 ,2 4
Tabla 5.10 Opción 1ª
1
2
3
Energía Días necesaria diaria 103 kcal
Mes
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
7
8
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual kJ/m2 día kcal/m2 día kcal/m2 103 kcal
9 Energía auxiliar mensual 103 kcal
Enero
31
4,9 8
154,38
13.286
3 . 1 8 8, 6 4
9 8 .8 4 7 , 8 4
1 5 4 .2 0 2 ,6 3
-0,18
Febrero
28
4,9 8
139,44
16.270
3 . 9 0 4 ,8 0
1 0 9 .3 3 4, 4 0
1 7 0 .5 6 1 ,6 6
3 1,1 2
Marzo
31
4,9 8
154,38
2 1.3 9 2
5. 1 3 4 , 0 8
1 5 9 . 1 5 6 ,4 8
248.284,11
9 3,9 0
Abril
30
4,98
149,40
18.672
4.481,28
134.438,40
209.723,90
60,32
Mayo
31
4 ,9 8
154,38
1 9. 8 1 8
4 .7 5 6 , 3 2
1 4 7.4 4 5,9 2
230.015,64
7 5,6 4
Junio
30
4,98
149,40
20.282
4.867,68
146.030,40
227.807,42
78,41
Julio
31
4,98
154,38
21.666
5.199,84
161.195,04
251.464,26
97,08
Agosto
31
4,98
154,38
20.950
5.028,00
155.868,00
243.154,08
88,77
Septiembre
30
4 ,9 8
1 4 9,4 0
2 0. 7 1 2
4 .9 7 0 , 8 8
1 4 9 .1 2 6, 4 0
2 3 2 .6 3 7 ,1 8
8 3, 2 4
Octubre
31
4,9 8
154,38
17.338
4 . 1 6 1 ,1 2
1 2 8.9 9 4,7 2
2 0 1 .2 3 1 ,7 6
4 6,8 5
Noviembre
30
4,9 8
149,40
16.446
3. 9 4 7 , 0 4
1 1 8 . 4 1 1 ,2 0
1 8 4 .7 2 1 ,4 7
3 5,3 2
Diciembre
31
4,9 8
154,38
10.128
2 . 4 3 0, 7 2
7 5 .3 5 2 , 3 2
1 1 7 .5 4 9 ,6 2
-36,83
Tabla 5.11 Opción 2ª
Cálculo del depósito de acumulación Recordamos que el CTE, en su apartado 2.2.5, indica que el volumen del depósito de acumulación estará en función de la energía que aporta el sistema a lo largo del día y no en función de la potencia del generador (captador solar térmico), por tanto se debe prever una acumulación acorde con la demanda al no ser esta simultánea con la generación. Para la aplicación del ACS, el área total de los captadores tendrá un valor tal que se cumpla la condición: 50 1
V A
1 180
donde: A es la suma de áreas de los captadores en m 2 y V el volumen del depósito de acumulación solar en litros En nuestro caso tendremos que: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 2,4 = 120 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 2,4 = 432 litros El depósito será mayor de 120 litros y menor de 432 litros, elegimos un depósito de 300 litros con intercambiador incorporado, ya que por ser un sistema inferior a una superficie de 25 m 2 el intercambiador vendrá incorporado en el depósito del acumulador.
Caso 5.3 Vamos a calcular las necesidades caloríficas, la superficie de captación y el volumen del depósito para el calentamiento de agua caliente sanitaria (ACS) en una vivienda unifamiliar en la provincia de Lugo. La vivienda dispone de calefacción central, por lo que en los meses de invierno la instalación solar puede disponer, si es necesario, de apoyo de energía auxiliar de calefacción. Datos: La vivienda tiene 4 dormitorios, según la tabla 4.2 Valores mínimos de ocupación de cálculo en uso residencial privado (apartado 5.1.1 Contribución solar mínima ),), equivale a 5 personas. Temperatura media del agua de entrada anual, según tablas del Anexo 3, es de 10,92 ºC. El ACS a 45 ºC. Paneles Paneles orientados al sur con latitud aproximada de 43º. El rendimiento del colector solar se establece para una radiación solar de 750 W/m 2. Los paneles se instalarán con un ángulo de 45º, que es el ángulo con más rentabilidad térmica para todo el año.
Rendimiento del captador solar Para una irradiancia de 750 W/m 2 y una temperatura media del captador de 45 ºC tenemos unos rendimientos descritos en la siguiente tabla, según la ecuación característica: η
=
0, 751
-
1, 608 # T
m
-
0, 010 # T
m
2
Colector
η
K 1 (W/m2 º ºC C)
2 ºC2) K2 (W/m
Características
ATESA ATESA
0,65
0,30
0,00
Placa plana
ROCA PS 2.4
0 ,6 0
0 ,1 7
0, 0 2
Placa plana
ROCA AR-16
0, 6 7
0 ,0 7
0, 0 1
Tubos de vacío
Tabla 5.12 Rendimientos
En este caso vamos a utilizar el colector solar de tubos de vacío marca ROCA modelo AR-16, ya que su rendimiento es superior a los captadores planos convencionales, sus características según catálogo son: Dimensiones = 1.680 # 767 # 76 Área bruta = 1,29 m 2 Área del absorbedor = 0,808 0,808 m 2 Peso en vacío = 20 kg Capacidad = 3,6 l
Captador Cap tadores es solare sola ress térmico tér micoss
Termo Te rmostat stato o diferencial diferencial Acumula Acu mulador dor principal ACS solar so lar Acum ulador auxilia aux iliarr ACS para pa ra consumo
TD
Agua de la red
Bomba Bo mba de circula c irculación ción
Generador auxiliar
Fig. 5.3 Esquema instalación vivienda unifamiliar
Energía necesaria diaria 10 3 kcal Según tabla 4.1 Demanda de referencia a 60 ºC ºC (apartado 5.1.1 Contribución solar mínima ),), vemos que el consumo de ACS en una vivienda unifamiliar es de 28 litros/día a 60 ºC por persona, como son 5 personas tendremos: 28 litros/día a 60 ºC # 5 = 140 litros/día a 60 ºC Ahora según la ecuación (4.2) detallada en el apartado 5.1.1 Contribución solar mínima , calcularemos las necesidades de calor para ACS a 45 ºC: D i ^45h
=
140 #
60 45
-
10, 92
-
10, 92
=
140 #
49, 08 34, 08
=
201, 61 litros
Redondeando al alza tendremos 202 litros. La necesidad calorífica que deberá tener el agua será: Q =
consumo # ^tac tredh # nº de días 202 # ^45 10, 92h # 1 6.884, 16 kcal/día 6, 88 # 103 kcal/día^columna 3h tabla opción 2ª 1.000
=
-
=
=
-
=
"
Energía necesaria mensual 10 3 kcal Multiplicaremos la energía necesaria diaria por los días del mes que corresponda y la anotaremos en la columna 4.
Radiación kJ/m2 día La tabla del Anexo 1 nos da la radiación media mensual por día, que anotaremos en la columna 5.
Radiación efectiva kcal/m 2 día Hay que multiplicar el resultado de la radiación en unidad kJ/m 2 día por 0,24 para utilizar la unidad de kcal/m 2 día, el resultado se anotará en la columna 6.
Radiación mensual kcal/m2 mes Hay que multiplicar la radiación efectiva por los días de cada mes y anotarlo en la columna 7.
Cálculo de la superficie captadora Vamos a calcular según el Anexo 6 la contribución solar mínima, la zona climática a la que pertenece Lugo es la zona II. Como la vivienda está comprendida entre 50 y 5.000 l/d, la contribución solar mínima será del 30 %. La cantidad de ACS a 45 ºC es de 200 l/d, el 30 % será 60 l/d. Q
consumo # ^tac 2.044, 8 kcal/día
=
=
1.000
-
=
tredh # nº de días
=
60 # ^45
2, 04 # 103 ^columna 3h
"
-
10, 92h # 1
=
tabla opción 1ª
Observamos que los cálculos de los colectores solares serán entre el mínimo exigido (30 %) por el CTE 2.050 kcal/día y el máximo (100 %) 6.902 kcal/día. A continuación efectuaremos los cálculos para las dos opciones. opciones. OPCIÓN 1ª
El mes de mayo tiene 31 días y una necesidad calorífica mínima de: 2.050 kcal/día # 31 = 63.550 kcal/mes El captador solar para este mes dispondrá de una aportación solar s olar de 94.383,84 kcal/m 2. Como hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones, instalaciones, el de 2 tubos de vacío marca ROCA tiene una superficie de 0,808 m y un rendimiento aproximado del 67 %, por tanto el número de captadores solares necesarios será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 67
=
63.240 94.38 383 3, 84 # 0, 67
=
63.240 63. 237, 17
=
1 m2
Si el colector solar de vacío tiene una superficie de absorción de 0,808 m 2. La cantidad de colectores solares necesaria será: 1 0, 808
=
1, 23 cole lect cto ore ress
En este caso, se observa que con un colector solar no tendremos suficiente para dimensionar la instalación, según lo establecido en el CTE (apartado 5.1.1 contribución solar mínima), por tanto deberemos que instalar 2 colectores solares de tubos de vacío: 2 # 0,808 = 1,61 m 2
OPCIÓN 2ª
El mes de mayo tiene 31 días y una necesidad calorífica máxima de: 6.902 kcal/día # 31 = 213.962 kcal/mes El captador solar para este mes, dispondrá de una aportación solar de 94.383,84 kcal/m 2. Como hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones, instalaciones, el 2 captador solar marca ROCA tiene una superficie de 0,808 m y un rendimiento aproximado del 67 %, por tanto el número de captadores solares necesario será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 67
=
213.962 94.38 383 3, 84 # 0, 67
=
213.962 63. 237, 17
=
3,38 m2
En este caso se observa que para llegar al 100 % de contribución solar deberemos instalar los siguientes colectores solares: 3, 38 0, 808
=
4, 18 colec ecto tore ress
Efectuando el redondeo al alza instalaremos 5 colectores solares térmicos de tubos de vacío, siendo el área de decantación igual a: 5 # 0,808 = 4,04 m 2
Aporte solar mensual 103 kcal Será la radiación efectiva mensual por los m 2 por el rendimiento del panel. El resultado se anotará en la columna 8.
Energía auxiliar mensual 10 3 kcal Será la diferencia entre el aporte solar mensual, 10 3 kcal, y la energía necesaria mensual, 103 kcal, si el resultado es positivo es que el sistema ese mes no necesitará energía auxiliar de apoyo, si el resultado es negativo tendremos que el sistema no nos proporciona ACS suficiente. 1 Mes
2
3
Energía Días necesaria diaria 103 kcal
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
7
8
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual kJ/m2 día kcal/m2 día kcal/m2 103 kcal
9 Energía auxiliar mensual 103 kcal
Enero
31
2,04
6 3,2 4
5.8 9 2
1.414,08
43.836,48
68.384,91
5,14
Febrero
28
2,04
5 7, 1 2
1 0 .4 9 4
2.518,56
70.519,68
1 1 0 . 0 1 0 ,7 0
5 2 ,8 9
Marzo
31
2,04
6 3 ,2 4
9.9 1 2
2.378,88
73.745,28
1 1 5 .0 4 2 , 6 4
5 1 ,8 0
Abril
30
2,04
61,20
13.860
3.326,40
99.792,00
155.675,52
94,48
Mayo
31
2,04
6 3,2 4
12.686
3.044,64
94.383,84
1 4 7 . 2 3 8, 7 9
8 4,0 0
1 Mes
2
3
Energía necesaria Días diaria 103 kcal
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
7
8
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual 2 2 2 kJ/m día kcal/m día kcal/m 103 kcal
9 Energía auxiliar mensual 103 kcal
Junio
30
2,04
61,20
14.628
3.510,72
105.321,60
164.301,70
103,10
Julio
31
2,04
63,24
15.224
3.653,76
113.266,56
176.695,83
113,46
Agosto
31
2,04
63,24
14.946
3.587,04
111.198,24
173.469,25
110,23
Septiembre
30
2,04
6 1,2 0
1 2 .7 4 6
3.059,04
91.771,20
1 4 3 . 1 6 3, 0 7
8 1,9 6
Octubre
31
2,04
6 3 ,2 4
1 2 .7 7 4
3.065,76
95.038,56
1 4 8.2 6 0,1 5
8 5,0 2
Noviembre
30
2,04
6 1 ,2 0
8.7 3 4
2.096,16
62.884,80
98.100,29
3 6,9 0
Diciembre
31
2,04
6 3,2 4
4.6 5 0
1.116,00
34.596,00
53.969,76
-9,27
7
8
9
Tabla 5.13 Opción 1ª 1 Mes
2
3
Energía necesaria Días diaria 103 kcal
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual kJ/m2 día kcal/m2 día kcal/m2 103 kcal
Energía auxiliar mensual 103 kcal
Enero
31
6,8 8
213,28
5 .8 9 2
1.4 1 4,0 8
4 3 . 8 3 6 ,4 8
6 8 . 3 8 4 ,9 1
-144,90
Febrero
28
6,8 8
192,64
10.494
2 . 5 1 8 ,5 6
7 0 . 5 1 9 ,6 8
1 1 0 .0 1 0 , 7 0
-82,63
Marzo
31
6,8 8
213,28
9.912
2 . 3 7 8, 8 8
7 3 .7 4 5 , 2 8
115.042,64
-98,24
Abril
30
6,88
206,40
13.860
3.326,40
99.792,00
155.675,52
-50,72
Mayo
31
6 ,8 8
213,28
1 2. 6 8 6
3 .0 4 4 , 6 4
9 4 . 3 8 3, 8 4
147.238,79
-66,04
Junio
30
6,88
206,40
14.628
3.510,72
105.321,60
164.301,70
-42,10
Julio
31
6,88
213,28
15.224
3.653,76
113.266,56
176.695,83
-36,58
Agosto
31
6,88
213,28
14.946
3.587,04
111.198,24
173.469,25
-39,81
Septiembre
30
6 ,8 8
2 0 6,4 0
1 2. 7 4 6
3 .0 5 9 , 0 4
9 1 . 7 7 1, 2 0
1 4 3. 1 6 3 , 0 7
-63,24
Octubre
31
6 ,8 8
2 1 3, 2 8
1 2 .7 7 4
3 . 0 6 5 ,7 6
9 5.0 3 8,5 6
1 4 8 .2 6 0 , 1 5
-6 5 , 0 2
Noviembre
30
6,8 8
206,40
8.734
2 . 0 9 6, 1 6
6 2 .8 8 4, 8 0
9 8 .1 0 0 , 2 9
-108,30
Diciembre
31
6,8 8
2 1 3,2 8
4.650
1.1 1 6,0 0
3 4 . 5 9 6 ,0 0
5 3 . 9 6 9 ,7 6
-159,31
Tabla 5.14 opción 2ª
Cálculo del depósito de acumulación Como ya se ha comentado anteriormente, en el pasado caso, el volumen del depósito de acumulación estará en función de la energía que aporta el sistema a lo largo del día y no en
función de la potencia del generador (captador solar). El depósito de acumulación tendrá que cumplir la siguiente condición: 50 1
V A
1 180
donde: A es la suma de áreas de los captadores en m 2 y V el volumen del depósito de acumulación solar en litros En nuestro caso tendremos que: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 1,61 = 80,5 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 1,61 = 289 litros El depósito será mayor de 80 litros y menor de 289 litros, elegimos un depósito de 200 litros con intercambiador incorporado, ya que por ser un sistema inferior a una superficie de 25 m 2 el intercambiador vendrá incorporado en el depósito del acumulador. En la segunda opción tendremos: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 4,2 = 210 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 4,2 = 756 litros El depósito será mayor de 210 litros y menor que 756 litros, elegimos un depósito de 400 litros con intercambiador incorporado, ya que por ser un sistema inferior a una superficie de 25 m2, el intercambiador vendrá incorporado en el depósito de acumulador. acumulador.
Caso 5.4 Vamos a efectuar una valoración de las necesidades anuales de calor, la superficie de captación solar, el depósito de acumulación y el intercambiador, para uso de agua caliente sanitaria (ACS) de un hostal en la provincia de Valladolid, Valladolid, se prevé una ocupación del 100 % durante todo el año. Datos: El hostal/pensión consta de 20 habitaciones con una ocupacion media de 1,5 personas por habitación. Temperatura media del agua de entrada según tablas del Anexo 3 es 11,67 ºC. Los captadores solares estarán orientados al sur 41º 39’ de latitud. El ACS tendrá la temperatura de 60 ºC. Los paneles se instalarán con un ángulo de 45º, que es el que tiene más rentabilidad térmica para todo el año.
Rendimiento del captador solar Vamos a calcular calc ular la radiación solar en la provincia de Valladolid Valladolid para un captador solar con ángulo de 45 o, para ello tomaremos los datos de radiación en el Anexo 1:
6.852 + 15.932 + 15 .868 + 17 .384 + 17 .646
+ 19 .528 + 21 .878 + 22
.472
+ 18
.662
+ 15
4 . 06
+9
8. 34
+6
12 =
188.290 12
=
15.690,83 kJ/m 2
equivalente a 15,690 MJ/m 2, esta cifra está dentro de los límites del CTE en su zona climática IV (16,6 y 18 MJ/m 2). Irradiación solar Sabiendo que 1 W/m 2 = 3,6 kJ/h m 2: 1 W/m 2 # 15.690, 83 kJ/m 2
=
3, 6 kJ/h $ m 2
4.358,56 Wh/m2
La irradiación solar en un día medio será de 4.358,56 Wh/m 2, sabiendo que un día solar tiene en verano de 5 a 6 horas efectivas y en invierno de 3 a 4 horas efectivas, podemos establecer una irradiación solar media de 4 a 5 horas solares, teniendo el caso de 5 horas solares: 4.358,56 5
=
871, 71 W/m
2
Redondeando al alza tendremos 872 W/m 2. Para esta irradiancia tenemos los rendimientos siguientes: Colector
η
K 1 (W/m2 º ºC C)
2 ºC2) K2 (W/m
Características
ATESA ATESA
0,49
0,46
0,00
Placa plana
ROCA PS 2.4
0 ,4 9
0 ,2 6
0, 0 4
Placa plana
ROCA AR-16
0,61
0,11
0,03
Tubos de vacío
Tabla 5.15 Rendimientos
En este caso vamos a utilizar el colector solar de tubos de vacío marca ROCA modelo AR-16, ya que su rendimiento es superior a los captadores planos convencionales, su ecuación y características según catálogo son: η
=
0, 751
-
1, 608 # T
m
-
0, 010 # T
m
2
Dimensiones = 1.680 # 767 # 76 Área bruta = 1,29 m 2 Área del absorbedor = 0,808 0,808 m 2 Peso en vacío = 20 kg Capacidad = 3,6 l
Energía necesaria diaria 10 3 kcal Según tabla 4.1 Demanda de referencia a 60 ºC ºC (apartado 5.1.1 Contribución solar mínima ),), el consumo del hostal es de 28 litros/persona por día, como hay 20 habitaciones, tendremos:
8. 28
=
28 litros/día a 60 ºC # 30 personas = 840 litros/día a 60 ºC A continuación continuación calcularemos calcularemos las necesidades caloríficas para el ACS según el apartado 5.2.2. Las necesidades caloríficas: Q
=
consumo # ^tac
Q
=
840 # ^60
-
-
tredh # nº de días
11, 67h # 1
=
40.597, 20 kcal/día
Este resultado lo anotaremos en la columna 3, dividiendo por 1.000 para adecuarlo a la tabla: 40.597, 20 kcal/día 1.000
.
40, 60 kcal/día # 103
"
tabla opción 2ª
Energía necesaria mensual 10 3 kcal Multiplicaremos la energía necesaria diaria por los días del mes que corresponda y la anotaremos en la columna 4.
Radiación kJ/m2 día La tabla de Anexo 1 nos da la radiación media mensual por día, que anotaremos en la columna 5.
Radiación efectiva kcal/m 2 día Hay que multiplicar el resultado de la radiación en unidad kJ/m 2 día por 0,24 para utilizar la unidad de kcal/m 2 día, el resultado se anotará en la columna 6.
Radiación mensual kcal/m2 mes Hay que multiplicar la radiación efectiva por los días de cada mes y anotarlo en la columna 7.
Cálculo de la superficie captadora Vamos a calcular, según el CTE, la contribución solar mínima, lo primero que haremos será comprobar a que zona climática, según las tablas del Anexo 6, pertenece Valladolid, que es a la zona IV, IV, como la l a vivienda está comprendida entre 50 y 5.000 l/d, la contribución sol solar ar mínima será del 50 %. La cantidad de ACS a 60 ºC es de 840 l/d, el 50 % será 420 l/d Q
=
consumo # ^tac
=
20.298, 60 kcal/día . 20, 3 # 10 3 kcal
-
tredh # nº de días
=
"
420 # ^60
-
11, 67h # 1
=
tabla opción 1ª
Vemos que los cálculos de los colectores solares serán entre el mínimo exigido (50 %) por el CTE 20.300 kcal/día y el máximo (100 %) 40.605 kcal/día. A continuación efectuaremos los cálculos para las dos opciones. opciones.
OPCIÓN 1ª
El mes de mayo tiene 31 días y una necesidad calorífica mínima de: 20.300 kcal/día # 31 = 629.300 kcal/mes El captador solar para este mismo mes dispondrá de una aportación solar de 131.286,24 kcal/m 2. Como hemos visto en el apartado Rendimiento del captador solar, el de tubos de vacío marca ROCA tiene una superficie de 0,808 m 2 y un rendimiento aproximado del 61 %, por tanto el número de captadores solares necesario será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 61
=
629.300 131 13 1.286, 24 # 0, 61
=
629.300 80. 084, 60
=
7,85 m 2
Sabemos que el colector solar de vacío tiene una superficie de absorción de 0,808 m 2. La cantidad de colectores solares necesaria será: 7, 85 0, 808
=
9,71co ,71collectores
&
10 colectore ress
10 # 0,808 = 8,08 m 2 OPCIÓN 2ª
El mes de mayo tiene 31 días y una necesidad calorífica máxima de: 40.600 kcal/día # 31 = 1.258.600 kcal/mes El captador solar para este mes dispondrá de una aportación solar de 131.286,24 kcal/m 2. Como hemos visto en el apartado Rendimiento del captador solar, el de marca ROCA tiene una superficie de 0,808 m 2 y un rendimiento aproximado del 61 %, por tanto el número de captadores solares necesario será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 61
=
1.258.600 131 13 1.286, 24 # 0, 61
=
1.258.600 80. 084, 60
=
15,715 m 2
En este caso se observa que para llegar al 100 % de contribución solar instalaremos los siguientes colectores solares: 15, 715 0, 808
=
19,45 co colec lector tores es
Efectuando el redondeo al alza, instalaremos 20 colectores solares térmicos de tubos de vacío, siendo el área de captación igual a: 20 # 0,808 = 16,16 m 2 Aporte solar mensual 103 kcal Será la radiación efectiva mensual por los m 2 por el rendimiento del panel. El resultado se anotará en la columna correspondiente.
Energía auxiliar mensual 10 3 kcal Será la diferencia entre el aporte solar mensual, 10 3 kcal, y la energía necesaria mensual, 103 kcal, si el resultado es positivo es que el sistema ese mes no necesitará energía auxiliar de apoyo, si el resultado es negativo veremos que el sistema no nos proporciona ACS suficiente para el mes o meses solicitados. 1 Mes
2
3
Energía Días necesaria diaria 103 kcal
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
7
8
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual 2 2 2 kJ/m día kcal/m día kcal/m 103 kcal
9 Energía auxiliar mensual 103 kcal
Enero
31
2 0,3 0
6 2 9, 3 6
6. 8 5 2
1.644,48
50.978,88
79.527,05
-549,83
Febrero
28
2 0,3 0
5 6 8 ,4 6
1 5 .9 3 2
3.823,68
107.063,04
1 6 7 . 0 1 8 ,3 4
-401,44
Marzo
31
2 0,3 0
6 2 9 ,3 6
15.868
3.808,32
1 1 8 . 0 5 7, 9 2
1 8 4. 1 7 0 , 3 6
-445,19
Abril
30
20,30
609,06
17.384
4.172,16
125.164,80
195.257,09
-413,80
Mayo
31
2 0 ,3 0
6 2 9 ,3 6
17.646
4. 2 3 5 , 0 4
1 3 1 . 2 8 6 ,2 4
2 0 4.8 0 6,5 3
-4 2 4 , 5 6
Junio
30
20,30
609,06
19.528
4.686,72
140.601,60
219.338,50
-389,72
Julio
31
20,30
629,36
21.878
5.250,72
162.772,32
253.924,82
-375,44
Agosto
31
20,30
629,36
22.472
5.393,28
167.191,68
260.819,02
-368,54
Septiembre
30
2 0 ,3 0
609,06
1 8.6 6 2
4. 4 7 8 , 8 8
1 3 4 . 3 6 6 ,4 0
2 0 9 .6 1 1 ,5 8
-399,45
Octubre
31
2 0 ,3 0
629,36
1 5.4 0 6
3.697,44
114.620,64
1 7 8 .8 0 8,2 0
-450,55
Noviembre
30
2 0,3 0
6 0 9, 0 6
9 .8 3 4
2.360,16
70.804,80
1 1 0.4 5 5,4 9
-498,60
Diciembre
31
2 0,3 0
6 2 9, 3 6
6. 8 2 8
1.638,72
50.800,32
7 9 .2 4 8 , 5 0
-550,11
7
8
9
Tabla 5.16 Opción 1ª 1 Mes
2
3
Energía necesaria Días diaria 103 kcal
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual kJ/m2 día kcal/m2 día kcal/m2 103 kcal
Energía auxiliar mensual 103 kcal
Enero
31
4 0 ,6 0
1.258,60
6 .8 5 2
1 . 6 4 4 ,4 8
5 0.9 7 8,8 8
7 9.5 2 7,0 5
-1.179,07
Febrero
28
4 0,6 0
1.136,80
15.932
3.8 2 3,6 8
1 0 7 . 0 6 3, 0 4
1 6 7 .0 1 8 ,3 4
-969,78
Marzo
31
4 0 ,6 0
1.258,60
1 5.8 6 8
3.8 0 8,3 2
1 1 8 . 0 5 7 ,9 2
184.170,36
-1.074,43
Abril
30
40,60
1.218,00
17.384
4.172,16
125.164,80
195.257,09
-1.022,74
Mayo
31
4 0 ,6 0
1.258,60
1 7.6 4 6
4 .2 3 5, 0 4
1 3 1. 2 8 6 , 2 4
204.806,53
-1.053,79
1
2
3
Energía Días necesaria diaria 103 kcal
Mes
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
7
8
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual 2 2 2 kJ/m día kcal/m día kcal/m 103 kcal
9 Energía auxiliar mensual 103 kcal
Junio
30
40,60
1.218,00
19.528
4.686,72
140.601,60
219.338,50
-998,66
Julio
31
40,60
1.258,60
21.878
5.250,72
162.772,32
253.924,82
-1.004,68
Agosto
31
40,60
1.258,60
22.472
5.393,28
167.191,68
260.819,02
-997,78
Septiembre
30
4 0 ,6 0
1.218,00
1 8.6 6 2
4 .4 7 8, 8 8
1 3 4. 3 6 6 , 4 0
209.611,58
-1.008,39
Octubre
31
4 0 ,6 0
1.258,60
1 5.4 0 6
3 . 6 9 7 ,4 4
1 1 4 .6 2 0, 6 4
178.808,20
-1.079,79
Noviembre
30
4 0 ,6 0
1.218,00
9.834
2 .3 6 0 , 1 6
7 0 . 8 0 4, 8 0
110.455,49
-1.107,54
Diciembre
31
4 0 ,6 0
1.258,60
6.828
1 . 6 3 8 ,7 2
5 0.8 0 0,3 2
7 9.2 4 8,5 0
-1.179,35
Tabla 5.17 opción 2ª
Cálculo del depósito de acumulación Como se comenta en cada caso, el depósito de acumulación cumplirá la siguiente condición: 50 1
V A
1 180
donde: A es la suma de áreas de los captadores en m 2 y V el volumen del depósito de acumulación solar en litros En nuestro caso tendremos que en la primera opción: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 8,08 = 404 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 8,08 = 1.131,2 litros El depósito será mayor de 404 litros y menor de 1.131 litros. En la segunda opción tendremos: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 16,16 = 808,4 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 16,16 = 2.908 litros El depósito será mayor de 808 litros y menor que 2.908 litros, elegimos un depósito de 1.500 litros con intercambiador incorporado.
Purgador
o r d a a p t a C
Válvula Válv ula de seguri s eguridad dad
Sistema auxiliar de apoyo apoyo
Consumo ACS
Sc
Sa1
Acumula Acu mulador dor para ACS Termostato diferencial
Td
Circulador
Sa2
Entrada de agua fría
Vaso de expansión expansión
Sc = sonda del de l captador captador solar
Circulador
Sa1 = sonda del acumulador a cumulador entrada entrada
Marcha
Sa2 = sonda del de l acumulador salida salida
Paro
(Sc - Sa1) > 6 ºC
(Sc - Sa1) < 6 ºC
Sa2 < 60 ºC
Sa2 > 60 ºC
Fig. 5.4 Esquema de la instalación
Caso 5.5 Vamos a efectuar una valoración de las necesidades anuales de calor, la superficie de captación solar, el depósito de acumulación y el intercambiador para uso de agua caliente sanitaria (ACS) en un hostal de la provincia de Huelva, donde se prevé una ocupación del 100 % durante todo el año. Datos: El hostal/pensión consta de 20 habitaciones con una ocupacion de 2 personas por habitación, con una ocupación plena anual. Temperatura media del agua de entrada según tablas del Anexo 3 es 15,58 ºC. Los captadores solares estarán orientados al sur 37º 16’ de latitud. El ACS tendrá la temperatura de 60 ºC. Los paneles se instalarán con un ángulo de 45º, que es el que tiene más rentabilidad térmica para todo el año.
Rendimiento del captador solar Vamos a calcular la radiación solar en la provincia de Huelva para un captador solar con ángulo de 45 o, para ello tomaremos los datos de radiación en el Anexo 1:
12.1 .13 34 + 16.9 .96 60 + 18.7 .78 82 + 20.7 .78 84 + 20 20.9 .92 22 + 20 20.9 .93 36 + 22 22.6 .60 04 + 23. 3.5 500
3.5 512 + 17.6 .60 02 +13.5 .57 74 +11.2 .28 88 + 23.
12 =
222.598 12
=
18.549,83 kJ/ m2
equivalente a 18,549 MJ/m 2, esta cifra está dentro de los límites del CTE en su zona climática V (>18,0 MJ/m 2).
Irradiación solar Sabiendo que 1 W/m 2 = 3,6 kJ/h m 2: 1 W/m 2 # 18.549, 83 kJ/m 2 =
3, 6 kJ/h $ m 2
5.152, 73 Wh/m2
La irradiación solar en un día medio será de 5.152,73 Wh/m 2, sabiendo que un día solar tiene en verano de 5 a 6 horas efectivas y en invierno de 3 a 4 horas efectivas, podemos establecer una irradiación solar media de 4 a 5 horas solares, teniendo el caso de 5 horas solares: 5.152,73 5
=
1.030, 546 W/m
2
Tomaremos 1.000 W/m 2, ya que es la máxima aportación solar. Para esta irradiancia solar tenemos los rendimientos siguientes: Colector
η
K 1 (W/m2 º ºC C)
2 K2 (W/m ºC2)
Características
ATESA ATESA
0,63
0,32
0,00
Placa plana
ROCA PS 2.4
0 ,5 8
0 ,1 8
0, 0 3
Placa plana
ROCA AR-16
0, 6 5
0 ,0 8
0, 0 2
Tubos de vacío
Tabla 5.18 Rendimientos
En este caso vamos a utilizar el colector solar plano marca ATESA ya que su rendimiento es del 63 %, y su ecuación y características según catálogo son: η
=
0, 9471
-
0, 6725 # T
m
Dimensiones = 1.990 # 990 # 78 Área bruta = 1,852 1,852 m 2 Área del absorbedor = 0,808 0,808 m 2 Peso en vacío = 44,8 kg Capacidad = 2,8 l
Energía necesaria diaria 10 3 kcal Según tabla 4.1 Demanda de referencia a 60 ºC ºC (apartado 5.1.1 Contribución solar mínima ),), el consumo del hostal es de 28 litros/persona por día, como hay 20 habitaciones con dos personas por habitación tendremos:
=
28 litros/día a 60 ºC # 40 personas = 1.120 litros/día a 60 ºC A continuación continuación calcularemos calcularemos las necesidades caloríficas para el ACS según el apartado 5.2.2. Las necesidades caloríficas: Q
=
consumo # ^tac
Q
=
1.120 # ^60
-
-
tredh # nº de días
15, 58h # 1
=
49.750, 4 kcal/día
Este resultado lo anotaremos en la columna 3, dividiendo por 1.000 para adecuarlo a la tabla: 49.750 kcal/día 1.000
=
49, 75 kcal/día # 103
"
tabla opción 2ª
Energía necesaria mensual 10 3 kcal Multiplicaremos la energía necesaria diaria por los días del mes que corresponda y la anotaremos en la columna 4.
Radiación kJ/m2 día En la tabla de Anexo 1 vemos la radiación media mensual por día, que anotaremos en la columna 5.
Radiación efectiva kcal/m 2 día Hay que multiplicar el resultado de la radiación en unidad kJ/m 2 día por 0,24 para utilizar la unidad de kcal/m 2 día, el resultado se anotará en la columna 6.
Radiación mensual kcal/m2 mes Hay que multiplicar la radiación efectiva por los días de cada mes y anotarlo en la columna 7.
Cálculo de la superficie captadora Vamos a calcular, según el CTE, la contribución solar mínima, lo primero que efectuaremos es la comprobación de la zona climática a la l a que pertenece Huelva, zona V, V, como la vivienda está comprendida entre 50 y 5.000 l/d, la contribución solar s olar mínima será del 60 %. La cantidad de ACS a 60 ºC es de 1.120 l/d, el 60 % será 672 l/d Q =
consumo # ^tac tredh # nº de días 672 # ^60 15, 58h # 1 29.850, 24 kcal/día 29, 85 # 103 kc kcal al/día tab abla la op opci ción 1ª 1.000
=
-
=
=
-
=
"
Vemos que los cálculos de los colectores solares están entre el mínimo exigido (60 %) por el CTE 29.850 kcal/día y el máximo (100 %) 49.750 kcal/día. A continuación efectuaremos los cálculos para las dos opciones. opciones.
OPCIÓN 1ª
El mes de mayo tiene 31 días y una necesidad calorífica mínima de: 29.850 kcal/día # 31 = 925.350 kcal/mes El captador solar para este mes, dispondrá de una aportación solar de 222.619,68 kcal/m 2. Como hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones, el de tubos de vacío marca ROCA tiene una superficie de 1,852 m 2 y un rendimiento aproximado del 63 %, por tanto el número de captadores necesarios será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 63
=
925.350 222.619, 68 # 0, 63
=
925.350 140. 250, 39
=
6,59 m 2
Si tenemos que el colector solar de vacío tiene una superficie de absorción de 1,852 m 2. La cantidad de colectores solares necesarios serán: 6, 59 1, 852
=
3, 56 cole lect cto ore ress
Se instalarán 4 colectores, con una superficie total de: 4 # 1,852 = 7,408 m 2 OPCIÓN 2ª
El mes de mayo tiene 31 días y una necesidad calorífica máxima de: 49.750 kcal/día # 31 = 1.542.250 kcal/mes El captador solar para este mes, dispondrá de una aportación solar de 222.619,68 kcal/m 2. Como hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones, el de la marca ATESA tiene una superficie de 1,852 m 2 y un rendimiento aproximado del 63 %, por tanto el número de captadores necesario será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 63
=
1.542.250 222.619, 68 # 0, 63
=
1.542.250 140. 250, 39
=
10,99 m 2
En este caso se observa que para llegar al 100 % de contribución solar tendremos que instalar los siguientes colectores solares: 10, 99 1, 852
=
5, 93 colec ecto tore ress
Efectuando el redondeo al alza, se instalarán 6 colectores solares planos, siendo el área de captación igual a: 6 # 1,852 = 11,11 m 2
Aporte solar mensual 103 kcal Será la radiación efectiva mensual por los m 2 por el rendimiento del panel. El resultado se anotará en la columna correspondiente.
Energía auxiliar mensual 10 3 kcal Será la diferencia entre el aporte solar mensual, 10 3 kcal, y la energía necesaria mensual, 103 kcal, si el resultado es positivo es que el sistema ese mes no necesitará energía auxiliar de apoyo, si el resultado es negativo, el sistema no nos proporcionará ACS suficiente para el mes o meses solicitados. 1 Mes
2
3
Energía Días necesaria diaria 103 kcal
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
7
8
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual 2 2 2 kJ/m día kcal/m día kcal/m 103 kcal
9 Energía auxiliar mensual 103 kcal
Enero
31
2 9,8 5
9 2 5, 3 5
1 2 .1 3 4
2.912,16
90.276,96
1 4 0.8 3 2,0 6
-784,52
Febrero
28
2 9,8 5
8 3 5 ,8 0
1 6 .9 6 0
4.070,40
113.971,20
1 7 7 . 7 9 5 ,0 7
-658,00
Marzo
31
2 9,8 5
9 2 5 ,3 5
18.782
4.507,68
1 3 9 . 7 3 8, 0 8
2 1 7. 9 9 1 , 4 0
-707,36
Abril
30
29,85
895,50
20.784
4.988,16
149.644,80
233.445,89
-662,05
Mayo
31
2 9 ,8 5
9 2 5 ,3 5
20.922
5. 0 2 1 , 2 8
1 5 5 . 6 5 9 ,6 8
2 4 2.8 2 9,1 0
-6 8 2 , 5 2
Junio
30
29,85
895,50
20.936
5.024,64
150.739,20
235.153,15
-660,35
Julio
31
29,85
925,35
22.604
5.424,96
168.173,76
262.351,07
-663,00
Agosto
31
29,85
925,35
23.500
5.640,00
174.840,00
272.750,40
-652,60
Septiembre
30
2 9 ,8 5
895,50
2 3.5 1 2
5. 6 4 2 , 8 8
1 6 9 . 2 8 6 ,4 0
2 6 4 .0 8 6 ,7 8
-631,41
Octubre
31
2 9 ,8 5
925,35
1 7.6 0 2
4.224,48
130.958,88
2 0 4 .2 9 5,8 5
-721,05
Noviembre
30
2 9,8 5
8 9 5, 5 0
1 3 .5 7 4
3.257,76
97.732,80
1 5 2 . 4 6 3, 1 7
-7 4 3 , 0 4
Diciembre
31
2 9,8 5
9 2 5, 3 5
1 1 .2 8 8
2.709,12
83.982,72
1 3 1.0 1 3,0 4
-794,34
7
8
9
Tabla 5.19 Opción 1ª 1 Mes
2
3
Energía necesaria Días diaria 103 kcal
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual kJ/m2 día kcal/m2 día kcal/m2 103 kcal
Energía auxiliar mensual 103 kcal
Enero
31
4 9 ,7 5
1.542,25
5 .8 9 2
1 . 4 1 4 ,0 8
4 3.8 3 6,4 8
6 8.3 8 4,9 1
-1.473,87
Febrero
28
4 9,7 5
1.393,00
10.494
2.5 1 8,5 6
7 0 . 5 1 9 ,6 8
1 1 0 .0 1 0 ,7 0
-1 . 2 8 2 , 9 9
Marzo
31
4 9 ,7 5
1.542,25
9.912
2 .3 7 8 , 8 8
7 3 . 7 4 5, 2 8
115.042,64
-1.427,21
Abril
30
49,75
1.492,50
13.860
3.326,40
99.792,00
155.675,52
-1.336,82
Mayo
31
4 9 ,7 5
1.542,25
1 2.6 8 6
3 .0 4 4, 6 4
9 4 .3 8 3 , 8 4
147.238,79
-1.395,01
1
2
3
Energía Días necesaria diaria 103 kcal
Mes
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
7
8
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual 2 2 2 kJ/m día kcal/m día kcal/m 103 kcal
9 Energía auxiliar mensual 103 kcal
Junio
30
49,75
1.492,50
14.628
3.510,72
105.321,60
164.301,70
-1.328,20
Julio
31
49,75
1.542,25
15.224
3.653,76
113.266,56
176.695,83
-1.365,55
Agosto
31
49,75
1.542,25
14.946
3.587,04
111.198,24
173.469,25
-1.368,78
Septiembre
30
4 9 ,7 5
1.492,50
1 2.7 4 6
3 .0 5 9, 0 4
9 1 .7 7 1 , 2 0
143.163,07
-1.349,34
Octubre
31
4 9 ,7 5
1.542,25
1 2.7 7 4
3 . 0 6 5 ,7 6
9 5 . 0 3 8 ,5 6
148.260,15
-1.393,99
Noviembre
30
4 9 ,7 5
1.492,50
8.734
2 .0 9 6 , 1 6
6 2 . 8 8 4, 8 0
9 8 . 1 0 0, 2 9
-1.394,40
Diciembre
31
4 9 ,7 5
1.542,25
4.650
1 . 1 1 6 ,0 0
3 4.5 9 6,0 0
5 3.9 6 9,7 6
-1.488,28
Tabla 5.20 Opción 2ª
Cálculo del depósito de acumulación Como se va viendo en cada caso planteado, el depósito de acumulación cumplirá c umplirá la siguiente condición: 50 1
V A
1 180
donde: A es la suma de áreas de los captadores en m 2 y V el volumen del depósito de acumulación solar en litros En nuestro caso tendremos que en la primera opción: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 7,408 = 370,4 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 7,408 = 1.333,44 litros El depósito será mayor de 370,4 litros y menor de 1.333,44 litros, elegimos un depósito de 500 litros con intercambiador incorporado. En la segunda opción tendremos: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 11,11 = 555,5 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 11,11 = 1.999,8 litros El depósito será mayor de 555,5 litros y menor que 1.999,8 litros, elegimos un depósito de 1.000 litros con intercambiador incorporado.
Válv ula de se gurida guridad d Purgador Sistema auxiliar de apoyo apoyo
o r d a p t a C
Sc
Consumo ACS Sa1
Acumula Acu mulador dor para ACS Termostato diferencial
Td
Circulador
Sa2
Entrada de agua fría
Vaso de expansión expansión
Sc = sonda del de l captador captador solar Sa1 = sonda del acumulador a cumulador entrada entrada Sa2 = sonda del de l acumulador salida salida
Circulador Marcha
Paro
(Sc - Sa1) > 6 ºC
(Sc - Sa1) < 6 ºC
Sa2 < 60 ºC
Sa2 > 60 ºC
Fig. 5.5 Esquema de la instalación
5.3 Procedimiento Procedimiento para el dimensionado de la instalación solar térmica en piscinas cubiertas volver volv er El calentamiento de agua para piscinas podemos dividirlas en dos partes: • Piscinas cubiertas. • Piscinas descubiertas. La normativa que debe cumplir este tipo de instalaciones se encuentra en el RITE y en EL DBHE-4 del CTE.
RITE IT 1.1.4.3.2 Calentamiento del agua en piscinas climatizadas 1. La temperatura del agua estará comprendida entre 24 y 30 ºC según el uso principal de la piscina (se excluyen las piscinas para usos terapéuticos). La temperatura del agua se medirá en el centro de la piscina y a unos 20 cm por debajo de la lámina de agua. 2. La tolerancia en el espacio, horizontal y verticalmente, de la temperatura del agua no podrá ser mayor que ± 1,5 C.
RITE IT 1.2.4.6 Aprovechamiento de energías renovables y residuales IT 1.2.4.6.1 Contribución de calor renovable o residual para la producción térmica del edificio 1. En los edificios nuevos o sometidos a reforma, con previsión de demanda térmica una parte de las necesidades energéticas térmicas derivadas de esa demanda se cubrirán c ubrirán mediante la incorporación de sistemas de aprovechamiento de calor renovable o residual. 2. Estos sistemas se diseñaran para alcanzar los objetivos de ahorro de energía primaria y emisiones de CO 2 establecidos en el Código Técnico de la Edificación. En la selección y diseño de la solución se tendrán en consideración los criterios de balance de energía y rentabilidad económica. 3. La determinación de los coeficientes de paso de la producción de CO 2 y de energía primaria, se realizarán de acuerdo con lo establecido en el apartado 2 de la IT1.2.2. 4. Las fuentes de calor renovable y residual pueden estar integradas en la propia generación térmica del edificio o ser accesibles a través de una red de distribución de energía térmica de distrito.
IT 1.2.4.6.2 Contribución de calor renovable o residual para las demandas térmicas de piscinas cubiertas 1. En las piscinas cubiertas una parte de las necesidades térmicas se cubrirán mediante la incorporación de sistemas de aprovechamiento de calor renovable o residual. 2. En la selección y diseño de estos sistemas se seguirán los mismos criterios que en la IT 1.2.4.6.1.
IT 1.2.4.6.3 Contribución de calor renovable o residual para el calentamiento de piscinas al aire libre Para el calentamiento del agua de piscinas al aire libre solo podrán utilizarse fuentes de energía renovable o residual; para este último caso se tendrá en cuenta que q ue el diseño no haya sido realizado exclusivamente para este fin.
IT 1.2.4.6.4 Climatización de espacios abiertos La climatización de espacios abiertos sólo podrá realizarse mediante la utilización de energías renovables o residuales. No podrá utilizarse energía convencional para la generación de calor y frío destinado a la climatización de estos espacios. La parte del HE-4 que hace referencia a las piscinas la encontramos en el Apartado 5.1.1 de este tema , concretamente en el punto 2.2.1 Contribución solar mínima para ACS y/o piscinas cubiertas.
5.3.2 Procedimiento para el cálculo de la instalación En general, al efectuar el cálculo de la potencia térmica necesaria para calentar el agua de una piscina, tendremos en cuenta las pérdidas siguientes: • Por transferencia de vapor de agua ambiente: ß
Desde la superficie del agua.
ß
Desde el suelo mojado alrededor de la piscina.
ß
Desde el cuerpo de las personas mojadas.
• Por convención convención de la superficie de agua agua del vaso de la piscina. • Por radiación radiación de la superficie de agua hacia los cerramientos. • Por conducción a través través de de las paredes del vaso vaso de la piscina. piscina. • Por renovación renovación del agua del vaso de la piscina. Las pérdidas por evaporación se producen por la transferencia de vapor del agua al ambiente, que se puede dar tanto en el suelo mojado como en el cuerpo mojado de los bañistas. El agua se convierte en vapor y se mezcla con el aire ambiente tomando el calor necesario para la evaporación del agua, según los principios termodinámicos. Las pérdidas por convención solo se dan en piscinas descubiertas y son debidas a la diferencia de temperatura entre el agua de la piscina y el medio ambiente. En piscinas cubiertas no se valora, ya que la temperatura ambiente es superior a la temperatura del agua de la piscina. Las pérdidas por radiación también se dan solo en piscinas descubiertas, por la diferencia entre la temperatura exterior y la del agua, que en las cubiertas no se valoran. Las pérdidas por conducción son debidas al flujo del calor del agua de la piscina con las paredes de la misma. El valor de estas pérdidas es pequeño y se deja a criterio del proyectista. Las pérdidas por renovación de agua son las debidas a la evaporación, limpieza de filtros y por agitación del agua cuando se nada. El valor aproximado es de 1/200 diario del volumen de la piscina. La ganancia de calor se produce solo en piscinas descubiertas y se debe a la radiación solar que incide sobre el agua, el valor será el mismo que la radiación que es interceptada por una superficie horizontal plana ( Anexo 1).
5.3.3 Cálculos de la instalación Para el cálculo de la instalación de piscinas cubiertas y descubiertas vamos a describir las variables que intervienen:
GR
PR
PE
PEV
PER
PDC
PDC PDC
GR PR PE PEV PER PCV PCD
PCV
PDC
calor ganado por po r la la radiación so lar lar e n piscinas piscinas descubiertas descubiertas pérdidas de calor por radiación radiació n pérdidas de calor por evaporación pérdidas de calor por calentamiento del agua de reposición debida a la evaporación pérdidas de calor debidas al rebosamiento pérdidas de calor por convección (solo para piscinas descubiertas) pérdidas de calor por conducción
Fig. 5.6 Ganancias y pérdidas de las piscinas
Calor ganado por la radiación solar en piscinas descubiertas G R En las tablas de radiación que hay en el Anexo 1, tenemos la radiación que absorberá el agua en un plano con inclinación = 0º.
Pérdidas de calor, por radiación P R (kcal/día) o (kcal/mes), para piscinas descubiertas, es un valor que será igual todos los días PR = r # R # S # 14, 4
donde: r es la emisividad efectiva del agua = 0,9; R las pérdidas de calor debidas a la radiación se considera 68 kcal/m 2; S la superficie de la piscina y 14,4 es el valor en caso de utilizar manta térmica (12 horas diurnas + 20 %)
Pérdidas de calor por evaporación PE (kcal/día) Es la transferencia de vapor de agua al aire ambiente: PE
=
WC # 539 # 24
donde: 539 es el calor latente de vaporización (pasar del estado líquido a vapor) a presión atmosférica, en kg/h; 24 l es debido a las horas de funcionamiento en un día, y W C la cantidad de agua evaporada, en kg/h WC
=
Constante # S # ^K
En piscina cubierta,
-
K 1h
constante = 25 + 19 # 0 = 25
V es la velocidad del viento (se considera V = 0 por estar en recinto cerrado); S la superficie del plano de agua (m 2); K la cantidad de agua en el aire saturado a la temperatura de la superficie del agua (K = coeficiente para 24/25 ºC = 0,019 kg/kg aire saturado) y K 1 la cantidad de agua en el aire ambiente según la temperatura exterior para todo el año K 1 = 0,0013 Velocidad V elocidad viento m/s 0 1 2 3
Velocidad viento km/h 0 3,6 7 ,2 1 0,8
Piscinas cubiertas 25 25 25 25
Piscinas descubiertas 19 19 19 19
Tabla 5.21 5 .21 Velocidad Velocidad viento
Ejemplo Para una piscina cubierta de 10 # 25 m situada en Madrid, la cantidad de agua evaporada será igual a: S = 10 # 25 = 250 m 2 donde: la constante es 25 ya que la velocidad del aire es 0 m/s; K para agua en el aire saturado a la temperatura del agua superficial 24/25 ºC es de 0,019 kg/kg aire saturado y K 1 es la cantidad de agua en el aire ambiente según la temperatura exterior 0,0013 La cantidad de agua evaporada se calculará por W C, que vendrá dada por: • La velocidad del aire (en piscina cubiertas = 1 m/s). • La superficie de la piscina en m 2 (S). • La cantidad de agua en el aire aire saturado a la temperatura temperatura de la superficie del agua (K = coeficiente para 24/25 ºC = 0,019 kg/kg aire saturado). • La cantidad de agua en el aire ambiente según la temperatura exterior será: De mayo a septiembre 0,008 De octubre a abril inclusive 0,006 W C = constante # S # (K – K 1) = 25 # 250 # (0,019 – 0,0013) = 110,625 kg/h ß
ß
Tendremos 110,625 kg de agua evaporada por hora.
Pérdidas de calor por el calentamiento del agua de reposición debida a la evaporación PEV Es la energía necesaria para el calentamiento de la temperatura del agua de la red hasta ponerla a la temperatura de la piscina, o sea los kg/h de agua evaporados durante todas las horas de funcionamiento que después se han de reponer en la piscina. PEV
=
^kcal/día h
=
WC ^kg kg/hh # 14, 4 # ^ Temperatura piscina
-
Temperatura redh
Pérdidas de calor debidas al rebosamiento PER Es la energía necesaria para calentar el agua de la red a la temperatura del agua de la piscina. Los kilogramos de agua perdida por rebosamiento del agua en los contornos debidos a la agitación, etc. Esta energía necesaria será diariamente, como máximo, el 1/200 de la capacidad del vaso de la piscina. PER
1 =
200
#
V # ^ Temperatura piscina
-
Temperatura redh
donde: V es el volumen de la piscina en litros
Pérdidas de calor por convección (solo para piscinas descubiertas) P CV PCV = 600 kcal/día $ m PCV =
2
600 kcal/día $ m
2
25 kcal/día $ m
=
24
2
Para Para paliar las pérdidas de calor por convección que equivale a 600 kcal/día en 24 h se usa la manta térmica, esta reduce las pérdidas en 14,4 horas. 14, 4 h # 600 kcal/día $ m
2 =
24 h
360 kc kcal al/día $ m
2
Este resultado será en horas: 360 kcal/día $ m 24 h/día
2
=
15 kcal/ h $ m
2
Pérdidas de calor por conducción PCD Son debidas al calor que se pierde por las paredes de la piscina, ya que, generalmente, una piscina está compuesta por cuatro paredes más la que forma el fondo, en cada una de las cuales tendrá unas pérdidas por conducción: 1º Efectuaremos la medición del fondo de la piscina, que será aproximadamente igual a la de la superficie: Pf =
coef co efic icie ient nte e#L S
=
kcal/h $ m $ ºC
donde: Pf son las pérdidas debidas al fondo de la piscina; coeficiente es el coeficiente de transmisión lineal se toma como valor 1,5 cal/h·m·ºC; L la longitud del perímetro de la piscina en m y S la superficie de la pared donde se va efectuar la medición (m 2) 2º Efectuaremos la medición de las paredes, aproximadamente son el doble que la superficie del fondo de la piscina, o lo l o que es lo mismo, multiplicaremos por 2 las pérdidas del fondo: p p = 2 # pf
donde: pp son las pérdidas por las paredes (kcal/h)
PCD = ^Pf + pph # S^Tpiscina –Tterrenoh , en kcal/h
donde: S es la superficie del plano pl ano del agua (m 2); Tpiscina es considerada 24º, 25º, etc y T terreno es aproximadamente igual a la temperatura media del agua de la red
Necesidades térmicas de las piscinas Calcularemos la captación solar necesaria a instalar, teniendo en cuenta que cubra las necesidades de calor en el mes más desfavorable del periodo de utilización. Resumen del balance energético para la piscina descubierta: Balance energético = PR + PE + PEV + PER + PCV + PCD - GR
Dentro del balance energético escogemos el mes: Superfici Supe rficiee capta captadora dora =
Nece Ne cesi sida dade dess en ener ergé géti tica cass de dell me mess el eleg egid idoo
Núme Nú mero ro de ca capt ptad ador ores es =
Radi Ra diac ació ión n so sola larr de dell me mess el eleg egid idoo Superfici Supe rficiee capta captadora dora Supe Su perf rfic icie ie de dell ca capt ptad ador or el eleg egid idoo
5.3.4 Ejercicio de cálculo de instalación Vamos a realizar un caso práctico sobre las necesidades caloríficas de las piscinas, así nos ayudará a entender mejor lo que hemos expuesto con anterioridad.
Caso 5.6 Vamos a calcular las necesidades energéticas para el calentamiento de 2 piscinas iguales en la provincia de Tarragona, una será descubierta con un periodo de utilización desde marzo hasta octubre, mientras la cubierta será de uso anual. Datos: Latitud = 41º 07’ Superficie de la piscina = 50 m 2 Perímetro = 10 + 10 + 5 + 5 = 30 m Capacidad = 80.000 litros Velocidad del viento = 2 m/s Temperatura de agua en la piscina = 24 ºC Temperatura empera tura media de la red, según Anexo 3 = 14,92 ºC Se prevé la utilización de manta térmica.
Calor ganado por la radiación solar en piscinas descubiertas G R El GR = Energía absorbida diaria (según tablas) # días # superficie piscina Mes
Días
Enero
31
7.4 1 4
5 5 . 1 6 0 ,1 6
50
Total energía distribuida kcal/mes 2 . 7 5 8 .0 0 8
Febrero
28
1 1 .5 4 4
7 7.5 7 5,6 8
50
3 . 8 7 8 .7 8 4
Marzo
31
1 3 .1 6 0
9 7 .9 1 0 , 4 0
50
4 .8 9 5 .5 2 0
Abril
30
16.562
119.246,40
50
5.962.320
Mayo
31
1 8.4 5 0
1 3 7 .2 6 8 , 0 0
50
6 .8 6 3 .4 0 0
Junio
30
20.552
147.974,40
50
7.398.720
Julio
31
21.232
157.966,08
50
7.898.304
Agosto
31
18.172
135.199,68
50
6.759.984
Septiembre
30
1 3.9 0 2
1 0 0 . 0 9 4 ,4 0
50
5 .0 0 4 . 7 2 0
Octubre
31
1 1 .1 6 8
8 3 . 0 8 9 ,9 2
50
4 . 1 5 4 .4 9 6
Noviembre
30
7.3 4 8
5 2 .9 0 5 ,6 0
50
2 .6 4 5 . 2 8 0
Diciembre
31
5 .9 6 2
4 4 .3 5 7 ,2 8
50
2 .2 1 7 . 8 6 4
Energía absorbida Energía absorbida Superficie piscina kJ/m2·día kcal/m2·mes m2
Tabla 5.23 Energía distribuida
Pérdidas de calor, por radiación P R El valor de las pérdidas de calor por radiación solo se dará en piscinas descubiertas. PR = r # R # S # 14,4 donde: r es la emisividad efectiva del agua = 0,9; R son las pérdidas de calor debidas a la radiación, se consideran 68 kcal /m 2; S es la superficie piscina; 14,4 debido a las horas de funcionamiento de la manta térmica en un día, sin manta térmica hay que considerar 24 horas de Emisividad efectiva Pérdidas calor del agua kcal/m2 0,9 68
Superficie Manta térmica Pérdida total piscina horas piscina m2 50 1 4 ,4 1.3 6 5 .9 8 4
Mes
Días
Enero
31
Febrero
28
0 ,9
68
50
1 4 ,4
1 .2 3 3 . 7 9 2
Marzo
31
0,9
68
50
1 4,4
1.3 6 5.9 8 4
Abril
30
0,9
68
50
14,4
1.321.920
Mayo
31
0,9
68
50
1 4,4
1.3 6 5.9 8 4
Junio
30
0,9
68
50
14,4
1.321.920
Julio
31
0,9
68
50
14,4
1.365.984
de Emisividad efectiva Pérdidas calor del agua kcal/m2 0,9 68
Superficie Manta térmica Pérdida total piscina horas piscina m2 50 14,4 1.365.984
Mes
Días
Agosto
31
Septiembre
30
0,9
68
50
1 4,4
1 .3 2 1.9 2 0
Octubre
31
0 ,9
68
50
1 4 ,4
1 .3 6 5 .9 8 4
Noviembre
30
0,9
68
50
1 4 ,4
1 .3 2 1 . 9 2 0
Diciembre
31
0,9
68
50
1 4,4
1.3 6 5.9 8 4
Tabla 5.24 Pérdidas Pérdidas
Pérdidas de calor por evaporización PE PE = W C # 539 # 14,4 donde: 539 kg/h es el calor latente de vaporización (pasar de estado líquido a vapor) a presión atmosférica; 14,4 debido a las horas de funcionamiento de la manta térmica en un día, sin manta térmica hay que considerar 24 horas; W C en piscinas cubiertas es la cantidad de agua evaporada, que será y vendrá dada por una constante, según tabla adjunta Velocidad V elocidad viento m/s
Velocidad viento km/h
Piscinas cubiertas
Piscinas descubiertas
0
0
25
19
1
3,6
25
19
2
7 ,2
25
19
3
1 0,8
25
19
W C = constante # S # (K – K 1) siendo aquí: S la superficie del plano de agua (m 2); K la cantidad de agua en el aire saturado a la temperatura de la superficie del agua (K = coeficiente para 24/25 ºC = 0,019 kg/kg aire saturado) y K 1 la cantidad de agua en el aire ambiente según la temperatura exterior para todo el año K 1 = 0,0013 En piscina cubierta tendremos: W C = 25 # 50 # (0,019 – 0,0013) = 22,12 kg /h Siendo la PE para piscina cubierta: PE = W C # 539 # 14,4 = 22,12 # 539 # 14,4 = 171.686,59 kcal/día La W C para piscina descubierta con velocidad del viento de 2 m/s: W C = 63 # 50 # (0,019 – 0,0013) = 55,75 kg /h Siendo la PE para piscina descubierta: PE = W C # 539 # 14,4 = 55,75 # 539 # 14,4 = 432.709,2 kcal/día
El resultado de las P E, tanto para piscina cubierta como para piscina descubierta, queda reflejado en la tabla adjunta. Mes
Días
Enero
31
Piscina cubierta kcal/mes 5 .3 2 2 . 2 8 4 , 2 9
Piscina descubierta kcal/mes
Febrero
28
4 . 8 0 7 . 2 2 4 ,5 2
Marzo
31
5 . 3 2 2 . 2 8 4 ,2 9
1 3 .4 1 3 . 9 8 5 , 2 0
Abril
30
5.150.597,70
12.981.276,00
Mayo
31
5 . 3 2 2 .2 8 4 , 2 9
1 3 . 4 1 3. 9 8 5 , 2 0
Junio
30
5.150.597,70
12.981.276,00
Julio
31
5.322.284,29
13.413.985,20
Agosto
31
5.322.284,29
13.413.985,20
Septiembre
30
5 .1 5 0 .5 9 7 , 7 0
1 2 .9 8 1 . 2 7 6 , 0 0
Octubre
31
5 . 3 2 2 . 2 8 4, 2 9
1 3 . 4 1 3 .9 8 5 ,2 0
Noviembre
30
5 . 1 5 0 . 5 9 7 ,7 0
Diciembre
31
5 .3 2 2 .2 8 4 , 2 9
Tabla 5.25 Pérdidas de calor por evaporación
Pérdidas de calor por el calentamiento del agua de reposición debida a la evaporación PEV PEV (kcal/día) = W C (kg/h) # 14,4 # (Tpiscina – Tred) Para piscinas cubiertas obtenemos la siguiente tabla:
10
h funcionamiento manta térmica 1 4,4 0
1 3 8.2 4 1 ,1 5
24
11
1 4 ,4 0
1 1 5.9 4 4,1 9
2 2 ,1 2
24
12
1 4 ,4 0
1 1 8 .4 9 2 ,4 2
30
22,12
24
14
14,40
95.558,40
Mayo
31
2 2,1 2
24
16
1 4,4 0
7 8 .9 9 4 , 9 4
Junio
30
22,12
24
18
14,40
57.335,04
Julio
31
22,12
24
20
14,40
39.497,47
Agosto
31
22,12
24
20
14,40
39.497,47
Septiembre
30
2 2,1 2
24
19
1 4,4 0
4 7.7 7 9,2 0
Octubre
31
2 2,1 2
24
16
1 4, 4 0
7 8 .9 9 4 ,9 4
Noviembre
30
2 2 ,1 2
24
12
1 4 ,4 0
1 1 4 .6 7 0,0 8
Diciembre
31
2 2,1 2
24
11
1 4,4 0
1 2 8.3 6 6,7 8
Mes
Días
W C kg/h
Tpiscina ºC
Tred ºC
Enero
31
2 2 ,1 2
24
Febrero
28
2 2 ,1 2
Marzo
31
Abril
Tabla 5.26 Pérdidas de calor por calentamiento en piscinas cubiertas
PEV kcal·mes
Para Para piscinas descubiertas obtenemos la siguiente tabla: W C kg/h
Tpiscina ºC
Tred ºC
h funcionamiento manta térmica
PEV kcal·mes
Mes
Días
Enero
31
Febrero
28
Marzo
31
5 5 ,7 5
24
12
1 4 ,4 0
2 9 8 . 6 4 1 ,6 0
Abril
30
55,75
24
14
14,40
240.840,00
Mayo
31
5 5 ,7 5
24
16
1 4 ,4 0
1 9 9.0 9 4,4 0
Junio
30
55,75
24
18
14,40
144.504,00
Julio
31
55,75
24
20
14,40
99.547,20
Agosto
31
55,75
24
20
14,40
99.547,20
Septiembre
30
5 5,7 5
24
19
1 4 ,4 0
1 2 0.4 2 0,0 0
Octubre
31
5 5 ,7 5
24
16
1 4,4 0
1 9 9.0 9 4,4 0
Noviembre
30
Diciembre
31
Tabla 5.27 Pérdidas de calor por calentamiento en piscinas descubiertas
Pérdidas de calor debidas al rebosamiento PER 1
PER
=
PER
=
PER
=
200 1
#
V # ^ Tpiscina
-
Tredh
# 80.000 # ^ Tpiscina 200 400 # ^Tpiscina Tredh
-
Tredh
-
El resultado de PER se adjunta en esta tabla:
4 00
Tpiscina ºC 24
Tred ºC 10
PER kcal/mes 1 7 3 .6 0 0
28
4 00
24
11
1 4 5 .6 0 0
Marzo
31
40 0
24
12
1 4 8 .8 0 0
Abril
30
400
24
14
120.000
Mayo
31
400
24
16
9 9 .2 0 0
Junio
30
400
24
18
72.000
Julio
31
400
24
20
49.600
Agosto
31
400
24
20
49.600
Septiembre
30
400
24
19
6 0.0 0 0
Mes
Días
1/200 # volumen piscina
Enero
31
Febrero
400
Tpiscina ºC 24
Tred ºC 16
PER kcal/mes 9 9 .2 0 0
30
4 00
24
12
1 4 4 .0 0 0
31
40 0
24
11
1 6 1 .2 0 0
Mes
Días
1/200 # volumen piscina
Octubre
31
Noviembre Diciembre
Tabla 5.28 Pérdidas de calor por rebosamiento
Suma de pérdidas de agua por evaporación y por rebosamiento P EV + PER , el agua a reponer, se tendrá que calentar a temperatura del agua de la piscina. PEV Piscina descubierta kcal/mes
PEV + PER Piscina descubierta kcal/mes
PEV Piscina cubierta kcal/mes
PER kcal/mes
Enero
1 3 8.2 4 1
1 7 3 .6 0 0
3 1 1. 8 4 1 , 1 5
Febrero
1 1 5.9 4 4
1 4 5.6 0 0
2 6 1.5 4 4,1 9
Mes
PEV + PER Piscina cubierta kcal/mes
Marzo
2 9 8 6 4 1,6 0
1 1 8.4 9 2
1 4 8.8 0 0
4 4 7 .4 4 2
2 6 7.2 9 2,4 2
Abril
240840,00
95.558
120.000
360.840
215.558,40
Mayo
1 9 9 0 9 4,4 0
7 8 .9 9 5
9 9 .2 0 0
2 9 8.2 9 4
1 7 8 . 1 9 4 ,9 4
Junio
144504,00
57.335
72.000
216.504
129.335,04
Julio
99547,20
39.497
49.600
149.147
89.097,47
Agosto
99547,20
39.497
49.600
149.147
89.097,47
Septiembre
1 2 0 4 2 0,0 0
4 7.7 7 9
6 0 .0 0 0
1 8 0.4 2 0
1 0 7 . 7 7 9 ,2 0
Octubre
1 9 9 0 9 4 ,4 0
7 8 .9 9 5
9 9 .2 0 0
2 9 8. 2 9 4
1 7 8 .1 9 4 , 9 4
Noviembre
1 1 4.6 7 0
1 4 4.0 0 0
2 5 8.6 7 0,0 8
Diciembre
1 2 8 .3 6 7
1 6 1 .2 0 0
2 8 9 . 5 6 6 ,7 8
Tabla 5.29 Suma de pérdidas de calor por evaporación y por rebosamiento
Pérdidas de calor por convección (solo para piscinas descubiertas) P CV Como la piscina descubierta tiene manta térmica estas pérdidas las reducimos a 360 kcal/ día·m2: PCV = 360 kcal / día m 2 # 50 m2 = 18.000 kcal / día El resultado para los meses del año se obtiene en tabla adjunta:
31
PCV kcal/día·m2 1 8 .0 0 0
PCV kcal/mes·m2 5 5 8 .0 0 0
Febrero
28
1 8 .0 0 0
5 0 4 .0 0 0
Marzo
31
1 8 .0 0 0
5 5 8 .0 0 0
Abril
30
18.000
540.000
Mes
Días
Enero
31
PCV kcal/día·m2 1 8.0 0 0
PCV kcal/mes·m2 5 5 8 .0 0 0
Junio
30
18.000
540.000
Julio
31
18.000
558.000
Agosto
31
18.000
558.000
Septiembre
30
1 8.0 0 0
5 4 0 .0 0 0
Octubre
31
1 8.0 0 0
5 5 8.0 0 0
Noviembre
30
1 8 .0 0 0
5 4 0 .0 0 0
Diciembre
31
1 8.0 0 0
5 5 8.0 0 0
Mes
Días
Mayo
Tabla 5.30 Pérdidas de calor por convección
Pérdidas de calor por conducción PCD Pérd Pé rdid idaa po porr el fo fond ndoo =
K2 # L S
=
kcal/h $ m2 $ o C
donde: K 2 es el coeficiente de transmisión lineal y es 1,5 kcal/h·m·ºC; L la longitud del perímetro de la piscina en m y S la superficie de la pared donde se va efectuar la medición Las pérdidas por las paredes vamos a considerarlass como el doble de las pérdidas del fondo: Pérdida total paredes = 0,9 + (2 # 0,9) = 2,7 kcal/h·m·ºC A continuación pasamos este resultado resultado por día: 2,7 kcal/h·m·ºC # 24 h = 64,8 kcal/día·m·ºC PCD = K # S (Tpiscina – Tterreno) donde: Tpiscina se considera 24º, 25º, etc. y Tterreno es aproximadamente igual a la temperatura media del agua de la red El resultado de la fórmula queda q ueda reflejado en la tabla adjunta: Tpiscina ºC
Tred ºC
PCD kcal/mes
50
24
10
1.4 0 6.1 6 0
6 4,8 0
50
24
11
1.1 7 9.3 6 0
31
6 4 ,8 0
50
24
12
1 .2 0 5 . 2 8 0
Abril
30
64,80
50
24
14
972.000
Mayo
31
6 4,8 0
50
24
16
8 0 3.5 2 0
Pérdidas total Superficie piscina de paredes
Mes
Días
Enero
31
6 4,8 0
Febrero
28
Marzo
Tpiscina ºC
Tred ºC
PCD kcal/mes
50
24
18
583.200
64,80
50
24
20
401.760
31
64,80
50
24
20
401.760
Septiembre
30
6 4,8 0
50
24
19
4 8 6.0 0 0
Octubre
31
6 4 ,8 0
50
24
16
8 0 3 .5 2 0
Noviembre
30
6 4,8 0
50
24
12
1.1 6 6.4 0 0
Diciembre
31
6 4, 8 0
50
24
11
1 . 3 0 5 .7 2 0
Pérdidas total Superficie piscina de paredes
Mes
Días
Junio
30
64,80
Julio
31
Agosto
Tabla 5.31 Pérdidas por las paredes
Resumen del balance energético para la piscina descubierta: Balance energético = P R + PE + PEV + PER + PCV + PCD – GR Mes
PCV
PCD
GR
Balance energía pérdidaganancia
PR
PE
PEV + PER
Marzo
1 .3 6 5 .9 8 4
1 3 4 1 3 9 8 5,2 0
4 4 7.4 4 2
5 5 8 .0 0 0 1 . 2 0 5 . 2 8 0
4 . 8 9 5 .5 2 0 1 2 . 0 9 5 . 1 7 0 , 8 0
Abril
1.321.920
12981276,00
360.840
540.000
972.000
5.962.320 10.213.716,00
Mayo
1.3 6 5.9 8 4
1 3 4 1 3 9 8 5,2 0
2 9 8.2 9 4
5 5 8.0 0 0
8 0 3 .5 2 0
6 . 8 6 3 .4 0 0
9 .5 7 6 .3 8 3 , 6 0
Junio
1.321.920
12981276,00
216.504
540.000
583.200
7.398.720
8.244.180,00
Julio
1.365.984
13413985,20
149.147
558.000
401.760
7.898.304
7.990.572,40
Agosto
1.365.984
13413985,20
149.147
558.000
401.760
6.759.984
9.128.892,40
Septiembre 1.321.920
1 2 9 8 1 2 7 6 ,0 0
1 8 0.4 2 0
5 4 0.0 0 0
4 8 6.0 0 0
5 . 0 0 4 .7 2 0 1 0 . 5 0 4 .8 9 6 , 0 0
1 3 4 1 3 9 8 5,2 0
2 9 8.2 9 4
5 5 8.0 0 0
8 0 3.5 2 0
4 .1 5 4 . 4 9 6 1 2 . 2 8 5 . 2 8 7 , 6 0
Enero Febrero
Octubre
1.3 6 5.9 8 4
Noviembre Diciembre
Tabla 5.32 Balance energético para piscina descubierta
Una vez obtenido el resultado del balance de energía, vamos a calcular los m 2 de superficie captadora y el número n úmero de captadores solares a instalar. instalar. Para ello vamos a utilizar la siguiente tabla:
Balance energía pérdida-ganancia
Radiación kJ/m2 día ángulo 45º
Marzo
1 2 . 0 9 5 .1 7 0 , 8 0
Abril
Días
Radiación mensual kcal/m2
Superficie captadora m2
Nº de captadores
1 6 .0 6 4
31
1 1 9 .5 1 6
101
42
10.213.716,00
16.860
30
121.392
84
35
Mayo
9. 5 7 6.3 8 3,6 0
1 6 .6 8 0
31
1 2 4. 0 9 9
77
32
Junio
8.244.180,00
17.598
30
126.706
65
27
Julio
7.990.572,40
18.620
31
138.533
58
24
Agosto
9.128.892,40
17.644
31
131.271
70
29
Septiembre
1 0 . 5 0 4 . 8 9 6 ,0 0
1 5 .7 4 4
30
1 1 3.3 5 7
93
39
Octubre
1 2 . 2 8 5 . 2 8 7 ,6 0
1 5.6 4 6
31
1 1 6.4 0 6
1 06
44
Mes Enero Febrero
Noviembre Diciembre
Tabla 5.33 Superficie captadora y nº de captadores
El cálculo, según la tabla, se ha efectuado de la siguiente forma: Superfici Supe rficiee capta captadora dora =
Nece Ne cesi sida dade dess en ener erggéti tica cass de dell me mess el eleg egid idoo Radiación sol olaar del mes elegido
Supe Su perf rfic icie ie ca capt ptad ador oraa me mess de oc octu tubr bree = =
12.285.287, 60 116.406, 24
=
12.285.287, 60 15. 64 646 # 0, 24 # 31
=
101 m2
Si utilizamos un captador solar térmico marca ROCA, modelo PS 2.4, que tiene una superficie de 2,4 m 2, obtendremos: Nº de captadores =
101 2, 4
=
42 captadores
En caso de que en vez de octubre utilizásemos julio, el resultado sería el siguiente: Superficie captadora mes de junio =
Nº de captadores =
58 2, 4
=
7.990.572,40 17.598 # 0, 24 24 # 30
24 captadores
=
7.990.572,40 126.705 , 6
=
58 m2
Como vemos, en caso de piscina descubierta, el resultado de la inversión comportaría un derroche, ya que la cantidad de captadores solares es elevada, hay que buscar una solución que impida perder la energía calorífica, es decir, que retenga esta energía. En la actualidad en las piscinas descubiertas existen unas coberturas de metacrilato que facilitan la radiación solar e impiden que esta se pierda por la evaporación, sería un sistema evaluable en este caso. Resumen del balance energético para la piscina cubierta: Mes
PE
PEV + PER
PCD
Total pérdidas
Enero
5 .3 2 2. 2 8 4,2 9
3 1 1.8 4 1,1 5
1 . 4 0 6 .1 6 0
7 .0 4 0 .2 8 5 , 4 4
Febrero
4 .8 0 7 .2 2 4 , 5 2
2 6 1 .5 4 4 , 1 9
1 .1 7 9 . 3 6 0
6 . 2 4 8 .1 2 8 ,7 1
Marzo
5 .3 2 2 .2 8 4 , 2 9
2 6 7 .2 9 2 ,4 2
1 .2 0 5 . 2 8 0
6 . 7 9 4 . 8 5 6 ,7 1
Abril
5.150.597,70
215.558,40
972.000
6.338.156,10
Mayo
5.3 2 2.2 8 4,2 9
1 7 8.1 9 4,9 4
8 0 3 .5 2 0
6 . 3 0 3 . 9 9 9 ,2 3
Junio
5.150.597,70
129.335,04
583.200
5.863.132,74
Julio
5.322.284,29
89.097,47
401.760
5.813.141,76
Agosto
5.322.284,29
89.097,47
401.760
5.813.141,76
Septiembre
5 . 1 5 0 . 5 9 7 ,7 0
1 0 7 .7 7 9 ,2 0
4 8 6 .0 0 0
5 . 7 4 4 . 3 7 6 ,9 0
Octubre
5 . 3 2 2 . 2 8 4 ,2 9
1 7 8 . 1 9 4, 9 4
8 0 3 .5 2 0
6 . 3 0 3 .9 9 9 , 2 3
Noviembre
5 .1 5 0 .5 9 7 , 7 0
2 5 8 . 6 7 0 ,0 8
1 .1 6 6 . 4 0 0
6 . 5 7 5 . 6 6 7 ,7 8
Diciembre
5.3 2 2.2 8 4,2 9
2 8 9 . 5 6 6 ,7 8
1.3 0 5.7 2 0
6 .9 1 7 . 5 7 1 , 0 7
Tabla 5.34 Balance energético para piscina cubierta
Una vez obtenido el resultado del balance de energía, vamos a calcular los m 2 de superficie captadora y el número de captadores solares a instalar. Para ello vamos a desarrollar la siguiente tabla: Mes
Total pérdidas
Radiación kJ/m2 día ángulo 45º
Enero
7 . 0 4 0 .2 8 5 ,4 4
1 3.6 4 4
31
1 0 1.5 1 1 ,3 6
69
29
Febrero
6.2 4 8.1 2 8 ,7 1
1 6 .0 6 4
28
1 0 7 . 9 5 0, 0 8
58
24
Marzo
6 .7 9 4.8 5 6 ,7 1
1 6.0 6 4
31
1 1 9 .5 1 6, 1 6
57
24
Abril
6.338.156,10
16.860
30
121.392,00
52
22
Mayo
6 . 3 0 3 .9 9 9 , 2 3
1 6. 6 8 0
31
1 2 4 . 0 9 9 ,2 0
51
21
Días
Radiación mensual kcal/m2
Superficie captadora m2
Nº de captadores
5 Cálculo de las instalaciones
Mes
Total pérdidas
Radiación kJ/m2 día ángulo 45º
Junio
5.863.132,74
17.598
30
126.705,60
46
19
Julio
5.813.141,76
18.620
31
138.532,80
42
17
Agosto
5.813.141,76
17.644
31
131.271,36
44
18
Septiembre
5 .7 4 4 . 3 7 6 , 9 0
1 5 .7 4 4
30
1 1 3.3 5 6,8 0
51
21
Octubre
6 .3 0 3 . 9 9 9 , 2 3
1 5. 6 4 6
31
1 1 6 .4 0 6 , 2 4
54
23
Noviembre
6 . 5 7 5 . 6 6 7 ,7 8
1 2. 4 3 0
30
8 9 . 4 9 6 ,0 0
73
31
Diciembre
6 . 9 1 7 .5 7 1 , 0 7
1 1. 9 8 2
31
8 9 .1 4 6 , 0 8
78
32
Días
Radiación mensual kcal/m2
Superficie captadora m2
Nº de captadores
Tabla 5.35 Superficie captadora y nº de captadores
El cálculo, según la tabla, se ha efectuado de la siguiente forma: Superfici Supe rficiee capta captadora dora =
Nece Ne cesi sida dade dess en ener erggéti tica cass de dell me mess el eleg egid idoo Radiación sol olaar del mes elegido
Supe Su perf rfic icie ie ca capt ptad ador oraa me mess de di dici ciem embr bree = =
6.917.571,07 89.146, 08
=
6.917.571,07 11. 98 982 # 0, 24 2 4 # 31
=
78 m2
Si utilizamos un captador solar térmico marca ROCA, modelo PS 2.4, que tiene una superficie de 2,4 m 2, obtendremos: Nº de captadores =
78 2, 4
=
32 captadores
En caso de que en vez de diciembre utilizásemos julio, el resultado sería el siguiente: Superficie captadora mes de julio =
Nº de captadores =
42 2, 4
=
5.813.141,76 18.620 # 0, 24 24 # 31
=
5.813.141,76 138.532, 8
=
42 m 2
17 captadores
En piscinas cubiertas, nos encontramos con 36 captadores solares en el mes de diciembre y 20 captadores solares en el mes de julio. El planteamiento en este caso es establecer un equilibrio con respecto al funcionamiento de la instalación solar y del equipo de apoyo, dicho de otra forma, entre la inversión para la instalación solar que cubra una parte de las necesidades energéticas del mes de diciembre,
en este caso, y el ahorro de combustible que resultará del no funcionamiento del equipo de apoyo mientras el equipo solar vaya aportando apor tando la energía necesaria. Purgadores automáticos automáticos Campo de colectores
Filtro Filtro de arena are na Llaves Llaves de 5 vías
Toma Skinne Sk inners rs
Válvula Válv ula de va v aciado ciado
Válvula de 3 vías
Toma limpiafondos Vaciado Vac iado piscina piscina
Toma llenado llena do de agua
Fig. 5.7 Esquema de una instalación solar en piscina
Perspectivas y proyecto de las instalaciones solares térmicas
6
Contenidos 6.1 Perspectivas Perspectivas de la energía solar térmica
6.2 Proyecto de las instalaciones solares
Índice
6 Perspectivas y proyectos de las 5instalaciones Cálculo de las solares instalaciones térmicas
Perspectivas y proyectos de las instalaciones solares térmicas 6.1 Perspectivas de la energía solar térmica
6
volver volv er
Dentro aplicaciones de las energías renovables debidas al Sol, los sistemas de captación solar térmica por baja temperatura son los que más se están imponiendo, además son los l os que más rentabilidad tienen ya que el rendimiento es prácticamente el doble que el de los sistemas fotovoltaicos: • Placa solar fotovoltaica rendimiento máximo alrededor alrededor del 18 % (a nivel nivel comercial). • Placa solar térmica térmica rendimiento rendimiento alrededor del 60 al 70 70 %. Las perspectivas de la energía solar térmica son satisfactorias por sus resultados y por el grado de implicación que están comenzando a tener organismos oficiales como Ayuntamientos, Comunidades Autónomas, etc. El empleo de sistemas solares térmicos para el ACS hace posible bajar la factura energética. Ha de quedar claro que todavía quedan muchos factores a investigar, investigar, como son el rendimiento de los captadores solares, las mejoras de intercambiadores y de acumuladores, y, y, sobre todo, queda pendiente abaratar costes para aumentar la rentabilidad económica. También También hay que potenciar sistemas que todavía están en estudio de mejora, como son: • Calefacción por suelo radiante. • Calefacción solar para invernaderos. • Energía solar de refrigeración mediante máquinas de absorción.
6.1.1 Calefacción por suelo radiante La calefacción solar por suelo radiante se hará de modo análogo a los cálculos realizados para ACS, pero tomando otros datos datos de partida, como son: • temperatura del aire envolvente, • temperatura radiante media de las paredes del entorno, incluyendo suelos suelos y techos, • velocidad del aire, • humedad relativa, • actividad metabólica que el individuo realiza, • grado de vestimenta, • cercanía de focos de calor (luz, radiación radiación solar a través través de ventana, etc.),
• temperatura del aire alrededor de la cabeza, • estado psicológico. Estos son los factores más importantes que influirán en la sensación de confort, que es, en definitiva, el objetivo que persigue cualquier sistema de calefacción. Las consecuencias del ahorro energético por medio de calefacción solar por suelo radiante son: • Se disminuyen disminuyen las pérdidas en tuberías, ya que no alcanzan las temperaturas de las calefacciones convencionales. • No se crean bolsas de aire aire caliente en los techos y, y, por tanto, las pérdidas pérdidas por conducción disminuirán, valorándose en un 30 %. • En la calefacción solar por suelo radiante, radiante, la temperatura del aire suele oscilar entre unos 18 y 20 ºC, mientras en las calefacciones convencionales por radiadores de aire suelen estar a unos 22 ºC. Por tanto, cuando ventilamos el local o se producen renovaciones incontroladas, perdemos gran cantidad de calor contenido en el aire. En cambio, en una calefacción solar radiante es un 15 % menor aproximadamente que en una calefacción convencional. • La temperatura del agua que circula por un suelo radiante está comprendida comprendida entre entre 20 y 40 ºC frente a los 70 - 80 ºC, esto nos permite usar generadores de baja temperatura con el considerable ahorro.
6.1.2 Calefacción solar para inver invernaderos naderos Este sistema consiste en hacer pasar agua caliente por el subsuelo produciendo un aumento de temperatura, que se puede variar dependiendo de las necesidades del cultivo y la producción agrícola. El método está compuesto por un sistema automático de control de la circulación del fluido, debido a la variación temporal de la radiación solar incidente y la alternancia de periodos nubosos a lo largo de un día, factores que hacen variar la disponibilidad de la energía. Se establece que el fluido debe circular desde el sistema captador solar al suelo del invernadero cuando su temperatura sea lo suficientemente elevada como para calentar el suelo. Un termostato con sonda situado en la parte superior del módulo captador realiza esta misión, deteniendo la bomba cuando la temperatura del fluido es inferior al valor mínimo prefijado. p refijado. El principal objetivo que persiguen los métodos de calefacción solar es modificar las propiedades desfavorables térmicas del lugar, y aprovechar una parte de la energía radiante, acumularla y emplearla posteriormente en el calentamiento del aire o suelo del invernadero. El sistema más desarrollado es la utilización de captadores solares independientes del invernadero. Esto es debido a su gran disponibilidad comercial y a la experiencia adquirida en su montaje y funcionamiento.
En estas instalaciones, el sistema intercambiador de calor, cuya misión es ceder de forma eficiente al invernadero el calor de origen solar acumulado, trabaja a bajas temperaturas y presenta una superficie de intercambio grande, del orden de 2 a 5 veces superior a la superficie requerida por los sistemas convencionales c onvencionales que emplean agua caliente o vapor. vapor. El aprovechamiento del suelo del invernadero como interacumulador de calor, obliga a diseñar de manera especial su construcción, sin perder de vista su funcionalidad, su bajo coste y la adaptación de técnicas y materiales constructivos al alcance de los que se dedican a trabajar los invernaderos. En general, los actuales sistemas de calentamiento del suelo están adaptados a las diferentes técnicas y trabajo de cultivo en los invernaderos. El problema está en obtener los parámetros de diseño y dimensionado de la instalación, así como determinar las condiciones de funcionamiento para que el sistema dé unos resultados energéticos óptimos. La configuración del sistema se compone de: • Superficie de captadores. • Aporte diurno y nocturno de calor. calor. • Capacidad variable de intercambio de calor en en el suelo.
Válvula de tres tres vías M Circulador
Captador solar
Termostato diferencial TD
r o d r a o i d b a l u m a c m r u t e c n A i
Motor eléctrico Aére Aé reoterm otermo o
Circulador
Fig. 6.1 Sistema solar de calefacción del invernadero
Los rendimientos de captación vienen afectados por las condiciones meteorológicas (radiación, temperatura y viento) de cada día de ensayo, así como por el diferente estado inicial del sistema (temperatura del fluido acumulado) y el funcionamiento del intercambiador. intercambiador.
6.1.3 Refrigeración solar mediante máquinas de absorción Uno de los obstáculos más evidentes, tanto a nivel tecnológico como a nivel de usuario, para la implantación de sistemas solares a pequeña escala (viviendas, pequeñas aplicaciones industriales, etc.) radica en que los periodos de máxima disponibilidad de radiación coinciden
precisamente con los de mínima demanda por parte de sus usuarios potenciales, sobre todo en entornos de climas tipo mediterráneos y en aquellas aplicaciones en las que el objetivo es la generación de determinada cantidad de calor. Esto produce inevitablemente la necesidad de sistemas de almacenamiento de tipo estacional, cuyo desarrollo no resulta suficiente como para que, acoplados a un sistema solar, ofrezcan garantías de un rendimiento económico aceptable. La aplicación del aprovechamiento de la energía solar en edificios, locales y la refrigeración se ve favorecida por las ventajas de la no generación de gases por efecto invernadero. Como estamos comprobando, el pico de consumo eléctrico doméstico en España en los últimos años se está trasladando de los meses de invierno a los de verano, por las cargas de los equipos de aire acondicionado y por que el propio mercado nacional de estos equipos es uno de los más importantes a nivel europeo. De manera general, la refrigeración solar puede ser de dos formas: una pasiva, favoreciendo procesos (sombras, ventilación, humidificación, radiación nocturna, etc.) y otra mediante dispositivos dedicados a la captación y transformación en energía utilizable. Las máquinas frigoríficas operan con el principio de las máquinas de absorción por parte de un fluido de la fase gaseosa del refrigerante resultante en el evaporador y la posterior generación de la misma, tras el calentamiento de la mezcla del fluido absorbente más refrigerante. Q g
Q c
G e ne ra dor
Conde ns ador
Intercambiador de calor Válvula de expansión Circulador Absorb Abs orbent entee
Absorb Abs orbedor edor
Q a
Evaporador
Q e
Fig. 6.2 Esquema de refrigeración por absorción
Q a ; calor cedido en el absorbedor Q c; calor cedido en el condensador Q e; calor absorbido en el evaporador Q g ; calor tomado en el generador La Fig. 6.2 muestra el esquema de elementos de un ciclo de refrigeración simple. Como se puede observar, observar, aparecen dos componentes básicos más que en un ciclo de refrigeración por compresión, que es el compresor, compresor, reemplazado por el conjunto generador-absorbedor, generador-absorbedor, al que se añade un intercambiador de alta temperatura, y una bomba, así se consigue obtener gas de alta presión. Según experiencias recogidas, el rendimiento técnico de los sistemas de refrigeración solar que operan bajo estos procedimientos llega hasta el 40 %, lo que en principio demuestra viabilidad en el empleo de sistemas combinados de calefacción c alefacción y refrigeración. Evaporador Condensador
Colector solar
Sistema auxiliar
Acumula Acu mulador dor solar
Generador
Agua de refrigeración
Fig. 6.3 Sistema de refrigeración conectado a captadores solares
Estos sistemas son muy apropiados para el aprovechamiento de los excedentes energéticos de las instalaciones solares en los meses de verano, así como la posibilidad de dotar a las mismas de una operación continuada, favoreciendo que las empresas, estamentos y autoridades energéticas implicados en la fabricación de captadores solares y equipos de refrigeración, y los centros de investigación dedicaran una atención especial a esta posibilidad. El empleo de la energía solar como fuente primaria en procesos térmicos distintos de los que conocemos, como la calefacción y el ACS, presenta ciertas ventajas que deberían tenerse en cuenta a la hora de promover y financiar proyectos de investigación.
6.2 Proyecto de las instalaciones solares
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A veces pensamos que los proyectos, las memorias y los demás documentos que están plasmados por escrito explicando cómo funciona una instalación son terreno exclusivo de grandes propósitos. Muchas veces, en la práctica de las instalaciones, surgen malos entendidos entre el cliente y el instalador por no especificar detalladamente todos los componentes de la instalación, así como sus calidades y especificaciones técnicas. Para tener todos los datos correctos, tanto para el cliente como para el instalador, y tener todo el material con garantías, conviene efectuar un pequeño proyecto de la obra a ejecutar, tener un expediente de cada instalación, guardar la documentación que vayamos creando. A continuación detallaremos los pasos a seguir seguir para la realización de un proyecto proyecto tipo.
6.2.1 Información previa en un proy proyecto ecto Antes de de montar montar una instalación de energía solar térmica, hay que informar al futuro futuro usuario usuario a través de una documentación básica que permita evaluar si este equipo va a cubrir sus necesidades y garantizar sus perspectivas. La empresa dará al cliente una documentación que detalle: • Un cálculo de las necesidades necesidades tenidas tenidas en cuenta para para la instalación. • Una lista de los materiales que se utilizarán para construir el equipo solar. solar. • El presupuesto para instalar instalar y poner en marcha marcha el equipo. equipo. • Si hay algún programa específico. • Explicaciones de cualquier línea de financiación.
6.2.2 Memoria técnica La memoria técnica es un documento donde podemos expresar todos los condicionantes que nos han hecho decidir la instalación de un determinado material o una configuración concreta, será más o menos detallada en función de la complejidad del volumen que tenga la instalación. En las instalaciones pequeñas, la memoria será escueta, basta un modelo normalmente estandarizado con los datos de los materiales. También son importantes los datos de la radiación solar que hemos utilizado en el esquema básico de funcionamiento. En el caso de un proyecto con cierta magnitud, la memoria técnica es tarea del técnico que lleve la dirección de obra.
6.2.3 Pr Presupuesto esupuesto El presupuesto contendrá el listado de todos los equipos y materiales que se incluyen en la instalación, indicando las características, el precio unitario y la cantidad. Se indicarán la inclusión o no del montaje, los transportes, etc. En el presupuesto de la instalación adjuntaremos otros documentos que se refieren a las garantías y los seguimientos de la obra, con esto daremos seguridad y garantía al cliente.
6.2.4 Información técnica de los equipos Hay que suministrar la máxima información sobre cada tipo de equipo, a fin de facilitar el mantenimiento, la localización de errores en el funcionamiento y la posible sustitución a lo largo de la vida de la instalación. De todos modos, también es recomendable dosificar la documentación técnica. El usuario no debería tener herramientas que logren modificar los parámetros básicos de la instalación, ya que podría provocar errores o averías por falta de conocimiento.
6.2.5 Condiciones de contrato Cuando el presupuesto esté aprobado, se concretarán con cretarán las siguientes condiciones para definir el contrato: • El importe total y las condiciones de pago. • El cronograma cronograma de la actuación: actuación: suministro, suministro, obras, obras, instalación y puesta en marcha. • Las garantías y las condiciones de su prolongación si es necesario. necesario. • La propuesta del plan de mantenimiento. • La responsabilidad técnica. • Las normativas que se han de aplicar. aplicar. Un punto destacable será la firma del usuario en el documento de conformidad para poner en marcha el equipo, a partir de este documento comenzará el periodo de garantía. Es importante hacer servir las características que suelen rotularse en las placas de los fabricantes.
6.2.6 Normas y reglamentos de aplicación Las instalaciones de energía solar térmica están reglamentadas en el Código Técnico de la Edificación (CTE) en su sección HE4 (Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria). También estas instalaciones han de cumplir las normativas correspondientes a los demás reglamentos que son aplicables a las instalaciones de producción de ACS y calefacción: • Sección HS-4 Suministro de agua del CTE.
• Sección HE-4 Contribución solar mínima de ACS del CTE. • Reglamento de Equipos a Presión. • Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT). • RITE 2007. • Reglamento de la energía auxiliar utilizada, en su caso. • Ordenanzas de seguridad e higiene en el trabajo. • Ordenanzas sobre instalaciones solares del municipio donde se ubique ubique la instalación. • Normativas Normativas de gestión de residuos. Los captadores deben estar homologados aún en caso de no recibir ningún tipo de subvención.
Proyectos de instalaciones
7
Contenidos 7.1 Proyecto Proyecto de instalación nº 1 7.2 Proyecto Proyecto de instalación nº 2 7.3 Proyecto Proyecto de instalación nº 3 7.4 Proyecto Proyecto de instalación nº 4
Índice
5 7Cálculo Proyectos de las de instalaciones
Proyectos de instalaciones 7.1 Proyecto de instalación nº1
7
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Instalación de producción de agua caliente sanitaria (ACS) A continuación vamos a describir el proyecto para la producción de agua caliente sanitaria en la provincia de Soria.
Datos generales TITULAR Y DOMICILIO
Titular de la instalación o razón social con el CIF. Domicilio social. SITUACIÓN
La instalación objeto de este proyecto se sitúan en la provincia de Soria. CLASE DE ACTIVIDAD
Hostal-restaurante. OBJETO
La finalidad de este proyecto es el estudio, diseño y cálculo de los elementos que q ue componen la instalación de producción de agua caliente sanitaria mediante placas de energía solar de un hostal-restaurante. PROPUESTA
Se propone la instalación de: • Centralización de captadores solares térmicos. • Abastecimiento de ACS, junto con los cálculos. • Producción y acumulación de ACS. NORMATIVA CONSIDERADA
• Sección HS-4 Suministro de agua del CTE. • Sección HE-4 Contribución solar mínima de ACS del CTE. • Reglamento de Equipos a Presión.
• Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT). • RITE 2007. • Reglamento de la Energía auxiliar utilizada, en su caso. • Ordenanzas de seguridad e higiene en el trabajo. • Ordenanzas sobre instalaciones solares solares del municipio donde donde se ubique la instalación. instalación. • Normativa Normativa de gestión de residuos. DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO
El edificio consta de tres plantas y una azotea, que están dispuestas de la siguiente forma: • La planta baja tiene 200 m 2 de superficie, es donde está situado el restaurante, que tiene un aforo de 160 personas. • El hostal tiene 20 habitaciones con una ocupación máxima de 40 personas, situadas situadas en dos plantas del edificio. • La azotea tiene 200 m 2, es donde irán instalados los captadores solares térmicos para la producción de agua caliente sanitaria. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN
Constará de un sistema de captadores solares centralizados. El sistema generará energía térmica en un circuito cerrado que se distribuirá hasta cada planta, donde habrá un depósito acumulador con serpentín para intercambio térmico que calentará el agua. El depósito se conectará en serie con un calentador de agua instantáneo, por si el aporte de agua es insuficiente a fin de obtener la l a temperatura de uso. Para tener la red de distribución primaria de agua caliente equilibrada, de forma que todos los intercambiadores de los depósitos reciban el mismo caudal de agua o energía térmica, se colocarán válvulas de equilibrado en cada acometida de cada planta. La red primaria estará compuesta por un circuito cerrado con una bomba que hará circular el agua desde los captadores solares hasta los depósitos. RENDIMIENTO DEL CAPTADOR SOLAR
Vamos a averiguar la irradiación solar en la provincia de Soria para un captador solar con ángulo de 45º, para ello tomaremos los datos de radiación del Anexo 1: 8.818 + 11.362 + 12.536
+ 14.008 +
16.180
+ 18.016 + 20.564 + 19.484 + 16.070 + 12.276 + 7.900 + 10.314
12 167.528 =
12
=
13.960,66 kJ/ m
2
=
Equivalente a 13,960 MJ/m 2, esta cifra está por debajo de los límites del CTE en su zona climática III (15,1 y 16,6) MJ/m 2, se observa que existe un desfase entre la zona climática y la tabla del Anexo 1 . Tenemos dos opciones, una sería utilizar la tabla de radiación solar global del CTE y la otra utilizar la radiación solar del Anexo 1. Nos inclinamos por la segunda opción por razones obvias, ya que la provincia de Soria es una zona muy fría, en todo caso el instalador y el propietario de la instalación, deberán valorar la relación placas-coste, según la radiación en la zona.
Irradiación solar Sabiendo que 1 W/m 2 = 3,6 kJ/h m 2 tendremos que: 1 W W//m 2 # 13.960, 66 kJ/m 2 3, 6 k kJJ/h $ m 2
=
3.877, 96 Wh/m 2
La irradiación solar en un día medio será de 3.877,96 Wh/m 2, sabiendo que un día solar tiene en verano de 5 a 6 horas solares efectivas y en invierno de 3 a 4 horas solares efectivas, podemos establecer una media de 4 a 5 horas solares, teniendo para el caso de 4,5 horas solares una irradiancia de: 3. 877, 96 4, 5
=
861,79 W/m
2
Redondeando al alza tendremos 862 W/m 2. Para esta irradiancia solar tenemos los rendimientos siguientes: Colector
η
K 1 (W/m2 º ºC C)
2 ºC2) K2 (W/m
Características
ATESA ATESA
0,66
0,29
0,00
Placa Plana
ROCA PS 2.4
0,6 1
0 ,1 6
0,0 2
Placa plana
ROCA AR-16
0,6 7
0 ,0 7
0,0 2
Tubos de vacío
Tabla 7.1 Rendimientos
En este caso vamos a utilizar el colector solar tubos de vacío marca ROCA modelo AR-16 ya que su rendimiento es superior a los captadores planos convencionales.
Especificaciones técnicas del equipo solar El equipo de captación solar tendrá la siguiente característica técnica: Colector solar de tubos de vacío AR-16 Notas según catálogo: Está formado por 16 tubos a los que se le realiza el vacío, se observa que los tubos de vacío tienen una rentabilidad alta en zonas de baja radiación. Ecuación de rendimiento: η
=
0, 751
-
1, 608 # T
m
-
0, 010 # T
m
2
Dimensiones (mm) = 1.680 # 767 # 76 Área bruta (m2) = 1,29 Área del absorbedor (m2) = 0,808 Peso en vacío (kg) =20 Capacidad (l) = 3,6 El rendimiento se adjunta en la tabla 7.1, según la radiación. Temperatura de estancamiento = 298 ºC Presión máxima = 10 bar Componentes: • Tubo colector colec tor coaxial de cobre. • Carcasa de aluminio aluminio con aislamiento interior de de 50 mm de lana de roca. • Tubo con vacío interior interio r inferior a 0,001 mbar. • Absorbedor altamente selectivo a partir de óxido de aluminio. • Superficie reflectante de plata.
Área de captación solar En este apartado vamos a valorar las necesidades caloríficas del hostal y la superficie de captación necesaria. Datos: Hostal-restaurante situado en la provincia de Soria. Los captadores estarán orientados al sur con latitud de 41º46’. La inclinación de los captadores solares será de 45º, ya que su utilización está prevista para todo el año. El rendimiento de los captadores será de un 67 % aproximadamente.
Energía necesaria diaria 103 kcal Para el cálculo del agua caliente sanitaria necesaria tendremos en cuenta la tabla 4.1 Demanda de referencia a 60 ºC (apartado 5.1.1 Contribución solar mínima del Tema 5 de este libro). Para el restaurante: 160 personas # 8 litros/día = 1.280 litros/día a 60 ºC En el caso del hotel, vemos que en la tabla mencionada en el anterior párrafo, el consumo de ACS en un hotel/hostal** es de 34 litros/día a 60 ºC por persona, siendo el aforo máximo de 40 personas:
34 litros/día a 60 ºC # 40 = 1.360 litros/día a 60 ºC El resultado es 1.360 + 1.280 = 2.640 litros a 60 ºC. Según la ecuación (4.2) detallada en el apartado 5.1.1 Contribución solar mínima del Tema 5, calcularemos las necesidades de calor para ACS a 45 ºC: D i ^45h
=
2.640 #
60 45
-
-
10, 33 10, 33
=
2.640 #
49, 67 34, 67
=
3.782, 19 litros
Las necesidades caloríficas serán: Q
=
consumo # ^tac
Q
=
3.782, 19 # ^45
-
-
tredh # nº de días 10, 33 h # 1
=
131.128 , 52 kcal/día
Este resultado redondeando lo anotaremos en la columna 3 dividiendo por 1.000 para adecuarlo a la tabla: 131.129 kcal/día 1.000
=
131, 13 # 103 kca call/día
"
tab ablla op opci ción 2ª
Energía necesaria mensual 10 3 kcal Multiplicaremos la energía necesaria diaria por los días del mes que correspondan y la anotaremos en la columna 4.
Radiación kJ/m2 día Las tablas del Anexo 1 nos dan la radiación media mensual por día, que anotaremos en la columna 5. La radiación que tomaremos será para una inclinación de 45º, porque es la más favorable para el año.
Radiación efectiva kcal/m 2 día Hay que multiplicar el resultado de la radiación en unidad kJ/m 2 día por 0,24 para utilizar la unidad de kcal/m 2 día, el resultado se anotará en la columna 6.
Radiación mensual kcal/m2 mes Hay que multiplicar la radiación efectiva por los días de cada mes y anotarlo en la columna 7.
Cálculo de la superficie captadora Vamos a calcular, según el CTE, la contribución solar mínima. Lo primero es comprobar a qué zona climática pertenece Soria, que según las tablas tablas de radiación es la zona III, como la vivienda está comprendida entre 50 y 5.000 l/d la contribución solar mínima será del 40 %. La cantidad de ACS a 45 ºC es de 3.782 l/d, el 40 % será 1.512,8 l/d. Q =
consumo # ^tac tredh # nº de días 1.512, 8 # ^45 10, 33h # 1 52.448, 77 kcal/día 52, 44 # 103 kc kcal al/día ta tab bla op opci ción 1ª 1.000
=
-
=
=
-
"
=
Vemos que los cálculos de los colectores solares, redondeando al alza, serán entre el mínimo exigido (40 %) por el CTE 52.449 kcal/día y el máximo (100 %) 11.129 kcal/día. A continuación efectuaremos los cálculos para las dos opciones. opciones. OPCIÓN 1ª
El mes de mayo tiene 31 días y una necesidad calorífica mínima de: 52.449 kcal/día # 31 = 1.625.919 kcal/mes El captador solar para este mes, dispondrá de una aportación solar de 120.379,2 kcal/m 2. Como hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones , el de tubos de vacío marca ROCA tiene una superficie de 0,808 m 2 y un rendimiento aproximado del 67 %, por tanto el número de captadores solares necesarios será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 67
=
1.625.919 120 12 0.379, 2 # 0, 67
=
1.625.919 80.654 654, 06
=
20,16 m2
Si tenemos que el colector solar de vacío tiene una superficie de absorción de 0,808 m 2. La cantidad de colectores solares necesaria será: 20, 16 0, 808
=
24, 95 colec ecto tore ress
En este caso observamos que el número de colectores solares será 24,95; emplearemos 25 colectores solares de tubos de vacío, siendo los m2 de utilización los siguientes: 25 # 0,808 = 20,2 m 2 OPCIÓN 2ª
El mes de mayo tiene 31 días y una necesidad calorífica máxima de: 131.129 kcal/día # 31 = 4.064.999 kcal/mes El captador solar para este mes, dispondrá de una aportación solar de 120.379,2 kcal/m 2. Como hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones , el de la marca ROCA tiene una superficie de 0,808 m 2 y un rendimiento aproximado del 67 %, por tanto el número de captadores solares necesario será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 67
=
4.064.999 120 12 0.379, 2 # 0, 67
=
4.064.999 80. 654, 06
=
50,4 m 2
En este caso se observa que para llegar al 100 % de contribución solar instalaremos los siguientes colectores solares: 50, 4 0, 808
=
62, 37 colectores
Efectuando el redondeo al alza tendremos que instalar 63 colectores solares térmicos de tubos de vacío, siendo el área de captación igual a:
63 # 0,808 = 50,9 m 2
Aporte solar mensual 103 kcal Será la radiación efectiva mensual por los m 2 por el rendimiento del panel. El resultado se anotará en la columna correspondiente.
Energía auxiliar mensual 10 3 kcal Será la diferencia entre el aporte solar mensual, 10 3 kcal, y la energía necesaria mensual, 10 3 kcal. Si el resultado es positivo, el sistema s istema ese mes no necesitará energía auxiliar de apoyo, si el resultado es negativo tendremos que el sistema no nos proporciona ACS suficiente para el mes o meses solicitados, por tanto nos apoyaremos en energía auxiliar los meses que menos radiación tengamos.
Resultados Los resultados obtenidos quedan reflejados en las siguientes tablas: 1
Mes
2
3
Energía Días necesaria diaria 103 kcal
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
7
8
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual 2 2 2 kJ/m día kcal/m día kcal/m 103 kcal
9 Energía auxiliar mensual 103 kcal
Enero
31
5 2,4 4
1 . 6 2 5, 6 4
8 .8 1 8
2 . 1 1 6 ,3 2
6 5 . 6 0 5 , 9 2 1 0 2 . 3 4 5 , 2 4 - 1 . 5 2 3 ,2 9
Febrero
28
5 2 ,4 4
1.4 6 8,3 2
1 1.3 6 2
2 .7 2 6 , 8 8
7 6 .3 5 2 ,6 4 1 1 9 .1 1 0 , 1 2 - 1 . 3 4 9 , 2 1
Marzo
31
5 2 ,4 4
1.6 2 5,6 4
1 2.5 3 6
3 .0 0 8 , 6 4
9 3 .2 6 7 ,8 4 1 4 5 .4 9 7 , 8 3 - 1 . 4 8 0 , 1 4
Abril
30
5 2 ,4 4
1.5 7 3,2 0
1 4.0 0 8
3 .3 6 1 , 9 2 1 0 0 . 8 5 7 , 6 0 1 5 7 . 3 3 7 , 8 6 - 1 . 4 1 5 ,8 6
Mayo
31
5 2 ,4 4
1.6 2 5,6 4
1 6.1 8 0
3 .8 8 3 , 2 0 1 2 0 . 3 7 9 , 2 0 1 8 7 . 7 9 1 , 5 5 - 1 . 4 3 7 ,8 5
Junio
30
5 2 ,4 4
1.5 7 3,2 0
1 8.0 1 6
4 .3 2 3 , 8 4 1 2 9 . 7 1 5 , 2 0 2 0 2 . 3 5 5 , 7 1 - 1 . 3 7 0 ,8 4
Julio
31
5 2 ,4 4
1.6 2 5,6 4
2 0.5 6 4
4 .9 3 5 , 3 6 1 5 2 . 9 9 6 , 1 6 2 3 8 . 6 7 4 , 0 1 - 1 . 3 8 6 ,9 7
Agosto
31
5 2 ,4 4
1.6 2 5,6 4
1 9.4 8 4
4 .6 7 6 , 1 6 1 4 4 . 9 6 0 , 9 6 2 2 6 . 1 3 9 , 1 0 - 1 . 3 9 9 ,5 0
Septiembre
30
5 2 ,4 4
1.5 7 3,2 0
1 6.0 7 0
3 .8 5 6 , 8 0 1 1 5 . 7 0 4 , 0 0 1 8 0 . 4 9 8 , 2 4 - 1 . 3 9 2 ,7 0
Octubre
31
5 2 ,4 4
1.6 2 5,6 4
1 2.2 7 6
2 .9 4 6 , 2 4
9 1 .3 3 3 ,4 4 1 4 2 .4 8 0 , 1 7 - 1 . 4 8 3 , 1 6
Noviembre
30
5 2 ,4 4
1.5 7 3,2 0
7 .9 0 0
1.8 9 6,0 0
5 6.8 8 0,0 0
Diciembre
31
5 2 ,4 4
1.6 2 5,6 4
1 0.3 1 4
2 .4 7 5 , 3 6
7 6 .7 3 6 ,1 6 1 1 9 .7 0 8 , 4 1 - 1 . 5 0 5 , 9 3
Tabla 7.2 Opción 1ª
8 8 . 7 3 2 , 8 0 -1 .4 8 4 , 4 7
1
2
3
Energía necesaria Días diaria 103 kcal
Mes
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
7
8
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual 2 2 2 kJ/m día kcal/m día kcal/m 103 kcal
9 Energía auxiliar mensual 103 kcal
Enero
31
131,13
4 . 0 6 5, 0 3
8. 8 1 8
2 .1 1 6,3 2
6 5 .6 0 5 , 9 2 1 0 2 .3 4 5 , 2 4 -3 . 9 6 2 , 6 8
Febrero
28
1 3 1 ,1 3
3.6 7 1,6 4
1 1. 3 6 2
2 .7 2 6,8 8
7 6 .3 5 2 , 6 4 1 1 9 .1 1 0 , 1 2 - 3 . 5 5 2 , 5 3
Marzo
31
1 3 1 ,1 3
4.0 6 5,0 3
1 2. 5 3 6
3 .0 0 8,6 4
9 3 .2 6 7 , 8 4 1 4 5 .4 9 7 , 8 3 - 3 . 9 1 9 , 5 3
Abril
30
1 3 1 ,1 3
3.9 3 3,9 0
1 4. 0 0 8
3 . 3 6 1 , 9 2 1 0 0 . 8 5 7 ,6 0 1 5 7 . 3 3 7 , 8 6 - 3 . 7 7 6 ,5 6
Mayo
31
1 3 1 ,1 3
4.0 6 5,0 3
1 6. 1 8 0
3 . 8 8 3 , 2 0 1 2 0 . 3 7 9 ,2 0 1 8 7 . 7 9 1 , 5 5 - 3 . 8 7 7 ,2 4
Junio
30
1 3 1 ,1 3
3.9 3 3,9 0
1 8. 0 1 6
4 . 3 2 3 , 8 4 1 2 9 . 7 1 5 ,2 0 2 0 2 . 3 5 5 , 7 1 - 3 . 7 3 1 ,5 4
Julio
31
1 3 1 ,1 3
4.0 6 5,0 3
2 0. 5 6 4
4 . 9 3 5 , 3 6 1 5 2 . 9 9 6 ,1 6 2 3 8 . 6 7 4 , 0 1 - 3 . 8 2 6 ,3 6
Agosto
31
1 3 1 ,1 3
4.0 6 5,0 3
1 9. 4 8 4
4 . 6 7 6 , 1 6 1 4 4 . 9 6 0 ,9 6 2 2 6 . 1 3 9 , 1 0 - 3 . 8 3 8 ,8 9
Septiembre
30
1 3 1 ,1 3
3.9 3 3,9 0
1 6. 0 7 0
3 . 8 5 6 , 8 0 1 1 5 . 7 0 4 ,0 0 1 8 0 . 4 9 8 , 2 4 - 3 . 7 5 3 ,4 0
Octubre
31
1 3 1 ,1 3
4.0 6 5,0 3
1 2. 2 7 6
2 .9 4 6,2 4
9 1 .3 3 3 , 4 4 1 4 2 .4 8 0 , 1 7 - 3 . 9 2 2 , 5 5
Noviembre
30
1 3 1 ,1 3
3.9 3 3,9 0
7 .9 0 0
1 . 8 9 6 ,0 0
5 6.8 8 0 , 0 0
Diciembre
31
1 3 1 ,1 3
4.0 6 5,0 3
1 0. 3 1 4
2 .4 7 5,3 6
7 6 .7 3 6 , 1 6 1 1 9 .7 0 8 , 4 1 - 3 . 9 4 5 , 3 2
8 8 . 7 3 2 ,8 0
-3 .8 4 5 , 1 7
Tabla 7.3 Opción 2ª
A la vista de los resultados resultados en la 1ª opción, estamos dentro dentro de lo exigido exigido por el CTE sección HE, aunque en los meses de enero, febrero, marzo, abril, octubre noviembre y diciembre habrá que utilizar energía auxiliar, en el caso que queramos utilizar más volumen de ACS instalaremos más colectores solares hasta llegar al 100 % de los cálculos efectuados en la 2ª opción, aunque seguiremos teniendo las mismas carencias de ACS en los meses descritos anteriormente. Para evitar este problema tendríamos que tomar como mes el más desfavorable, que en nuestro caso será noviembre, o enero por tener 31 días. Partiendo de los mínimos establecidos en el CTE, es el instalador y el propietario de la instalación los que deberán elegir la forma más adecuada para el aprovechamiento solar sin dejar de lado el ahorro económico.
Volumen V olumen de acumulación Cálculo del depósito de acumulación El depósito de acumulación tendrá que cumplir c umplir la siguiente condición: 50 1
V A
1 180
donde: A es la suma de áreas de los captadores en m 2 y V el volumen del depósito de acumulación solar en litros En nuestro caso tendremos que: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 20,20 = 1.010 litros
Volumen máximo = 180 # A = 180 # 20,20 = 3.636 litros Aquí el depósito será mayor de de 1.010 litros y menor que 3.636 3.636 litros. En la segunda opción tendremos: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 50,40 = 2.520 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 50,40 = 9.072 litros Ahora el depósito será mayor de 2.520 2.520 litros y menor que 9.072 litros. Para Para este caso hemos elegido un sistema compuesto por tres depósitos, uno por cada planta, de acuerdo con los cálculos efectuados con anterioridad para las necesidades de ACS de restaurante y habitaciones. Planta baja restaurante 1.280 litros/día Planta primera hostal 680 litros/día Planta segunda hostal 680 litros/día Total = 1.280 1.28 0 + 680 + 680 = 2.640 litros /día Según la primera opción, el depósito oscilará entre 1.010 y 3.636 litros, elegimos un depósito con un volumen de 3.500 litros, mediante una simple regla proporcional podremos efectuar las subdivisiones de acumulación: 2.640 3.500
=
0, 75
Planta baja restaurante 1.280 litros/día Planta primera hostal 680 litros/día Planta segunda hostal 680 litros/día
1.280 0, 75
680 0, 75
1.706, 66 → 1.700 litros
=
906, 66 → 900 litros
=
906, 66 → 900 litros
680 0, 75
=
Para esta opción tendremos dos depósitos de 900 litros y uno de 1.700 litros, que corresponden a la opción mínima, según el CTE. A modo de ejemplo, podemos desarrollar los depósitos de acumulación para la anterior del 100 %.
Cálculo del intercambiador Si bien en el actual CTE, con revisión del 2013, no se reglamenta la forma de calcular el intercambiador de calor, se puede seguir utilizando lo indicado en el anterior CTE, pues la forma de cálculo es responsabilidad del proyectista. O bien, la fórmula desarrollada anteriormente en el anterior Tema 4, Apartado 4.3.2: Potencia térmica intercambiador = Potencia específica # m 2 de captación
El sistema de intercambio podrá ser independiente o incorporado, en nuestro caso nos inclinamos por uno incorporado. Para Para el cálculo de este tipo de intercambiador, tendremos en cuenta la siguiente relación: Superficie útil del intercambio Superficie total de captación
$
0, 15
Los valores normales están entre 0,25 y 0,40. En nuestro caso opción 1: Superficie úti til del intercambio = Superficie total de captación # 0, 25 Superficie útil del intercambio = 20, 2 # 0, 25 = 5, 05 m 2
En nuestro caso opción 2: Superficie úti til del intercambio = Superficie total de captación # 0, 25 Superficie útil del intercambio = 50, 40 # 0, 25 = 12, 6 m 2
La superficie útil de intercambio estará comprendida entre 5,05 y 12,6 m 2, en las tuberías de entrada y salida de agua del intercambiador de calor se instalará una válvula de cierre próxima al manguito correspondiente.
Aislamiento de las tuberías y acumuladores El aislamiento de los acumuladores, así como el de las tuberías, se determinará teniendo en cuenta: • La temperatura de ACS almacenada. • La temperatura del ambiente exterior inmediato al acumulador. acumulador. • La disminución diaria de la temperatura de agua acumulada. El aislamiento tiene como función reducir la transmisión de calor entre el fluido y el ambiente, ahorrando energía. El espesor será como mínimo de un material que presente un coeficiente de conductividad térmica de 0,040 W/m ºC a 20 ºC Los espesores del aislamiento se seleccionarán de acuerdo con las tablas del apartado 4.5.2 del Tema 4, y que estarán en función del lugar donde se instale la tubería y de la temperatura del fluido.
Caudal de circulación El caudal de circulación estará comprendido entre 1,2 litros/s l itros/s y 1,6 litros/s por cada 100 m 2.
Fluido caloportador Es el encargado de pasar a través de los captadores y absorber la energía térmica de estos para luego transferirla en el intercambiador al circuito secundario. El líquido utilizado será no tóxico y anticorrosivo.
La selección del fluido caloportador dependerá del tipo de zona, de las condiciones climatológicas, heladas, etc. Los anticongelantes utilizados son el propilenglicol, el etilenglicol, etc. Una mezcla muy apropiada para la utilización como fluido caloportador será la formada por un 27 % (en peso) de propilenglicol y un 73 % de agua, o bien, de un 23 % de etilenglicol y un 77 % en agua.
Equipos y materiales En el presente proyecto se cumplirán los correspondientes reglamentos. No se especificarán marcas, ni tipos, ni modelos, etc., de los componentes adicionales de la instalación, por no ser objeto de este libro.
Caldera auxiliar La caldera auxiliar será del tipo electrónico e instantánea y utilizará como combustible el gas. Se usará cuando, por cualquier circunstancia, la demanda de ACS sea superior a la extraída del sistema solar térmico o cuando existan problemas climatológicos.
Planos En los planos quedará reflejada la obra que realizaremos y los elementos propios de la instalación. En ellos, una vez terminado el montaje de la instalación, quedará reflejada cualquier variación habida. VÁLVULA DE D E BOLA BOLA
T
INDICADOR DE TEMPERATURA (TERMÓMETRO)
VÁLVULA VÁ LVULA DE D E EQUILIBRAD EQUILIBRADO O
M
INDICADOR INDI CADOR DE PRESIÓN PRESIÓN (MANÓMETRO)
VÁLVULA VÁ LVULA DE D E SEGURIDA SEGURIDAD D
PURGAD PURG ADOR OR DE AIRE AI RE
VÁLVULA VÁ LVULA DE RET R ETENC ENCIÓN IÓN
BOMBA
VÁLVULA DE ASIENTO
RE
CUADRO CUAD RO DE D E REGULACIÓN ELECTRÓ ELECTRÓNICA NICA
TUBO AISLAD AI SLADO O TUBO AIS A ISLAD LADO O Y FORRADO
CÉLULA FOTOELÉCTRICA FOTOELÉCTRICA
Simbología
Los planos de la instalación estarán divididos en partes: • Azotea, instalación de captadores solares. • Planta segunda, distribución ACS en las habitaciones. • Planta primera, distribución de ACS en las habitaciones. • Planta baja, distribución de ACS en el restaurante.
Regulación electrónica
T
T
Llenado
Fig. 7.1 Plano azotea
Azotea. Se describe la instalación de los captadores solares con todos los elementos de seguridad: válvula de seguridad, depósito de expansión, medidores de temperatura.
▪
El funcionamiento del sistema viene dado por el regulador electrónico, que por medio de una célula fotoeléctrica, hace funcionar la bomba en el momento que capta Sol, igualmente, en el momento que no haya, la bomba se parará, coincidiendo esto con las horas de Sol diario.
Fig. 7.2 Plano planta segunda
Planta segunda. Será una zona de distribución de ACS y estará formada por el depósito de ACS y un calentador de gas instantáneo por si las condiciones meteorológicas o el gasto de ACS es elevado, también estarán todos los elementos de seguridad, como las válvulas, etc. ▪
Fig. 7.3 Plano planta primera
Planta primera. Distribución de ACS en las habitaciones, tiene la misma función que la planta segunda, o sea, dará servicio de ACS en las habitaciones.
▪
Fig. 7.4 Plano planta baja
Planta baja. Distribución de ACS en el restaurante, en esta zona tendrá un uso y unos horarios más puntuales, ya que su máxima utilización se dará durante las comidas y cenas, el depósito de ACS será de una mayor capacidad debido al consumo calculado, al estar dotado de todos los sistemas de seguridad, y de un calentador de gas instantáneo, en previsión de las condiciones meteorológicas. ▪
Operaciones de mantenimiento Las operaciones de mantenimiento las realizará el usuario o podrá contratarlas a una empresa, en todo caso hay que realizar dos tipos: • Mantenimiento visual. • Mantenimiento preventivo. preventivo.
• Mantenimiento correctivo (en caso que haya que realizar realizar sustitución de alguno de sus componentes). Equipo
Frecuencia (meses)
Descripción
Captadores
6
IV diferencias sobre original
Cristales
6
IV diferencias entre captadores
Juntas
6
IV condensaciones y suciedad
Absorbedor
6
IV agrietamientos, deformaciones
Carcasa
6
IV corrosión, deformaciones
Conexiones
6
IV deformación, oscilaciones, ventanas de respiración
Estructura
6
IV aparición de fugas
Captadores*
6
IV degradación, indicios de corrosión, y apriete de tornillos
Captadores*
12
Tapado parcial del campo de captadores
Captadores*
12
Destapado parcial del campo de captadores
Captadores*
12
Vaciado parcial del campo de captadores
Captadores*
12
Llenado parcial del campo de captadores
* Operaciones a realizar en el caso de optar por una de estas medidas: • tapado parcial del campo de captadores. En este caso el captador solar térmico 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); • vaciado parcial del campo de captadores. Esta solución permite evitar el sobrecalentamiento, pero dada la pérdida de parte del de l fluido del circuito primario, debe ser repuesto por un fluido de características similares, debiendo incluirse este trabajo entre las labores del contrato de mantenimiento; IV inspección visual
Plan de mantenimiento. Sistema de captación Equipo
Frecuencia (meses)
Descripción
Depósito
12
Presencia de lodos en fondo
Ánodos de sacrificio
12
Ánodos de corriente impresa
12
Aislamiento
12
Comprobación de desgaste Comprobación del buen funcionamiento Comprobar que no hay humedad
IV inspección visual
Plan de mantenimiento. Sistema de acumulación
Equipo
Frecuencia (meses)
Descripción
Intercambiador de placas
12 12
CF eficiencia y prestaciones Limpieza
Intercambiador de serpentín
12 12
CF eficiencia y prestaciones Limpieza
CF control de funcionamiento
Plan de mantenimiento. Sistema de intercambio Equipo
Frecuencia (meses)
Descripción
Fluido refrigerante
12
Comprobar su densidad y pH
Estanquidad
24
Efectuar prueba de presión
Aislamiento al exterior
6
IV degradación protección uniones y ausencia de humedad
Aislamiento al interior
12
IV uniones y ausencia de humedad
Purgador automático
12
Purgador manual
6
Vaciar el aire del botellín
Bomba
12
Estanquidad
Vaso de expansión cerrado
6
Comprobación de la presión
Vaso de expansión abierto
6
Comprobación del nivel
Sistema de llenado
6
CF actuación
Válvula de corte
12
CF actuaciones (abrir y cerrar) para evitar agarrotamiento
Válvula de seguridad
12
CF actuación
CF y limpieza
IV inspección visual CF control de funcionamiento
Plan de mantenimiento. Sistema de captación Equipo
Frecuencia (meses)
Descripción
Cuadro eléctrico
12
Comprobar que está siempre bien cerrado para que no entre polvo
Control diferencial
12
CF actuación
Termostato
12
CF actuación
Verificación del sistema de medida
12
CF actuación
CF control de funcionamiento
Plan de mantenimiento. Sistema eléctrico y de control
Equipo
Frecuencia (meses)
Descripción
Sistema auxiliar
12
CF actuación
Sondas de temperatura
12
CF actuación
CF control de funcionamiento
Plan de mantenimiento. Sistema de intercambio
7.2 Proyecto de instalación nº2
volver volv er
A continuación desarrollaremos el proyecto en una zona con c on mayor radiación como puede ser de Las Palmas, que está situada en la zona V, por supuesto el edificio mantendrá unas características idénticas, de este modo podremos observar obser var las diferencias de instalación según la radiación térmica.
Instalación de producción de agua caliente sanitaria (ACS). Datos generales TITULAR Y DOMICILIO
Titular de la instalación o razón social con el CIF. Domicilio social. SITUACIÓN
La instalación objeto de este proyecto se sitúa en la provincia de Las Palmas. CLASE DE ACTIVIDAD
Hostal-restaurante OBJETO
La finalidad de este proyecto es el estudio, diseño y cálculo de los elementos que q ue componen la instalación de producción de agua caliente sanitaria mediante placas de energía solar de un Hostal-restaurante. PROPUESTA
Se propone la instalación de: • Centralización de captadores solares térmicos. • Instalación y cálculos para el abastecimiento de ACS. • Producción y acumulación de ACS. NORMATIVA CONSIDERADA
• Sección HS-4 Suministro de agua del CTE.
• Sección HE-4 Contribución solar mínima de ACS del CTE. • Reglamento de Equipos a Presión. • Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT). • RITE 2007. • Reglamento de la Energía auxiliar utilizada, en su caso. • Ordenanzas de seguridad e higiene en el trabajo. • Ordenanzas sobre instalaciones solares solares del municipio donde donde se ubique la instalación. instalación. • Normativa Normativa de gestión de residuos. DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO
El edificio consta de tres plantas y azotea, que están dispuestas de la siguiente forma: • Planta baja tiene 200 m 2 de superficie, es donde está situado el restaurante, que tiene un aforo de 160 personas. • El hostal tiene 20 habitaciones con una ocupación de 40 personas, situadas en 2 plantas del edificio. • Azotea tiene 200 m2, es donde irán instalados los captadores solares térmicos para la producción de agua caliente sanitaria. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN
Constará de captadores solares centralizados. El sistema generará energía térmica en un circuito cerrado que se distribuirá hasta cada planta, donde habrá un depósito acumulador con serpentín para intercambio térmico que calentará el agua. El depósito se conectará en serie con un calentador de agua instantáneo, por si el aporte de agua es insuficiente, con el objetivo de obtener agua caliente para la temperatura de uso. Para tener la red de distribución primaria de agua caliente equilibrada, de forma que todos los intercambiadores de los depósitos reciban el mismo caudal de agua o energía térmica, se colocarán válvulas de equilibrado en cada acometida de cada planta. La red primaria estará compuesta por un circuito cerrado con una bomba que hará circular el agua desde los captadores solares hasta los depósitos. RENDIMIENTO DEL CAPTADOR SOLAR
Vamos a averiguar la irradiación solar en la provincia de Las Palmas para un captador solar con ángulo de 45º, para ello tomaremos los datos de radiación en el Anexo 1.
13.232 + 19.454
+
15 .670
+
16 .008
+
14 .508
+ 12 .512 + 12 .334 + 13 .074 + 16
.624
+ 14
.258
+ 12
5. 48
+9
7. 52 =
12 169.974 =
=
12
14.164, 5 kJ/m
2
Equivalentes a 14,164 MJ/m 2, esta cifra está por debajo de los límites del CTE en su zona climática V (≥18) MJ/m 2. Se observa que existe un desfase entre la zona climática y la tabla del Anexo 1 , tenemos dos opciones: una sería utilizar la tabla de radiación solar global del CTE, y la otra utilizar la radiación solar del Anexo 1, nos inclinamos por la primera opción por razones obvias, ya que la provincia de Las Palmas es una zona muy templada. En todo caso, el instalador y el propietario de la instalación deberán valorar la relación placas coste, según la radiación en la zona.
Irradiación solar Sabiendo que 1 W/m 2 = 3,6 kJ/h m 2 tendremos que: 1 W W//m 2 # 18.000 kJ/m 2
5.000 Wh/m 2
=
3, 6 k kJJ/h $ m 2
La irradiación solar en un día medio será de 5.000 Wh/m 2, sabiendo que un día solar tiene en verano de 5 a 6 horas solares efectivas y en invierno de 3 a 4 horas solares efectivas, podemos establecer una media de 4 a 5 horas solares, teniendo para el caso de 5 horas solares una irradiancia de: 5.000
5
=
1.000 W/m
2
El resultado es 1.000 W/m 2. Para esta irradiancia tenemos los rendimientos siguientes: Colector
η
K 1 (W/m2 º ºC C)
2 ºC2) K2 (W/m
Características
ATESA ATESA
0,73
0,22
0,00
Placa plana
ROCA PS 2.4
0,6 5
0 ,1 2
0,0 1
Placa plana
ROCA AR-16
0,6 9
0 ,0 5
0,0 1
Tubos de vacío
Tabla 7.5 Rendimientos
En este caso vamos a utilizar el colector solar plano marca ATESA, ATESA, ya que su rendimiento es del 73 %, su ecuación y características según catálogo son: η
=
0, 9471
-
0, 6725 # T
m
Dimensiones = 1.990 # 990 # 78 Superficie útil del captador = 1,852 m 2 Área del absorbedor = 0,808 0,808 m 2
Peso del captador lleno = 44,8 kg Capacidad = 2,8 l Presión máxima = 7 bar Dimensiones: 78
990
1.990
Fig. 7.5 Dimensiones del captador solar ATESA EXPORT TRIDIMENSIONAL
Vamos a realizar el proyecto en base de la radiación del CTE o sea 18 MJ/m 2.
Área de captación solar En este apartado vamos a valorar las necesidades caloríficas del hostal y la superficie de captación necesaria. Datos: • Hostal-restaurante situado en la provincia de Las Palmas. • Los captadores captadores estarán orientados al sur con latitud latitud de 28º11’. • La inclinación de los captadores solares solares será de de 45º, ya que la utilización prevista es para todo el año. • El rendimiento rendimiento de los captadores será de un 73 % aproximadamente. aproximadamente.
Energía necesaria diaria kcal Para el cálculo del agua caliente sanitaria necesaria, para el restaurante tendremos en cuenta la tabla 4.1 Demanda de referencia a 60 ºC (apartado 5.1.1 Contribución solar mínima del Tema 5 de este libro ). 160 personas # 8 litros/día persona = 1.280 litros/día a 60 ºC
En el caso del hotel, vemos que en la tabla mencionada en el anterior párrafo, el de ACS en un Hotel/Hostal** es de 34 litros/día a 60 ºC por persona. p ersona. 34 litros/día a 60 ºC # 40 = 1.360 litros/día a 60 ºC Ahora, según la ecuación (4.2) detallada en el apartado 5.1.1 Contribución solar mínima del Tema 5, calcularemos las necesidades de calor para ACS a 45 ºC: D i ^45h
=
1.360 #
60 45
-
17, 08
-
17, 08
=
1.360 #
42, 92 27, 92
=
2.090, 65 . 2.091 litros
En el Anexo 3, vemos que la temperatura media del agua en Las Palmas es de 17,08 ºC. Por tanto, la necesidad calorífica que tendrá el agua será: Q
=
consumo # ^tac
Q
=
1.360 # ^45
-
-
tredh # nº de días
17, 08h # 1
=
37.971, 20 kcal/día
Cálculo de la superficie captadora Vamos a calcular, según el CTE, la contribución solar mínima: lo primero que haremos será comprobar a qué zona climática, según las tablas del Anexo 6, pertenece Las Palmas, Palmas, que es la zona V. Como la vivienda está comprendida entre 50 y 5.000 l/d, la contribución solar mínima será del 70 %. La cantidad de ACS a 45 ºC es 2.091 l/d, el 70 % será 1.463,70 l/d, redondeando 1.464 l/día: Q
=
consumo # ^tac
Q
=
1.464 # ^45
-
17, 08h # 1
=
40.874, 88 kcal/ día, para el 70 % de contribución
Q
=
2.091 # ^45
-
17, 08h # 1
=
58.380, 72 kcal/día, para el 100 % de contribución
-
tredh # nº de días
Los cálculos de los colectores solares, serán entre el mínimo exigido (70 %) por el CTE, 40.874,88 kcal/día, kcal/día, y el máximo (100 %), %), 58.380,72 kcal/día. kcal/día. A continuación efectuaremos los cálculos para las dos opciones. opciones. OPCIÓN 1ª
Para Para un mes de 31 días la necesidad calorífica mínima es: 40.874,88 kcal/día # 31 = 1.267.121,28 kcal/mes El captador solar para este mismo mes con 31 días, dispondrá de una radiación media solar global diaria de: 18.000 kcal/m 2 # 31 = 558.000 kcal/m 2 mes El aporte solar será de 558.000 kcal/m 2 mes. Como hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones , el captador solar plano marca ATESA tiene
una superficie de 1,852 m 2 y un rendimiento aproximado del 73 %, por tanto el número de captadores solares necesario será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 73
=
1.267. 121, 28 558.00 000 0 # 0, 73
=
1.267. 121, 28 407.340
=
3,11 m 2
Si tenemos que el colector solar plano tiene una superficie de 1,852 m 2. La cantidad de colectores solares planos necesaria será: 3, 11 1, 852
=
1, 67 colectores
En este caso observamos que el número de colectores solares será de 1,67 y que por defecto será de 2 colectores solares de placa plana, siendo los m 2 de utilización los siguientes: 2 # 1,852 = 3,704 m 2 OPCIÓN 2ª
Un mes con 31 días tendrá una necesidad calorífica máxima de: 58.380,72 kcal/día # 31 = 1.809.802,32 kcal/mes El captador solar para este mismo mes con 31 días, dispondrá de una radiación media solar global diaria de: 18.000 kcal/m 2 # 31 = 558.000 kcal/m 2 mes El aporte solar será de 558.000 kcal/m 2 mes. Como hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones , el captador solar plano marca ATESA tiene una superficie de 1,852 m 2 y un rendimiento aproximado del 73 %, por tanto el número de captadores solares necesarios será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 73
=
1.809. 802, 32 558.00 000 0 # 0, 73
=
1.809. 802, 32 407.340
=
4,44 m2
En este caso se observa que para llegar al 100 % de contribución solar deberemos instalar los siguientes colectores solares: 4, 44 1, 852
=
2, 39 cole lecctore ress
Efectuando el redondeo al alza, instalaremos 3 colectores solares térmicos planos, siendo el área de captación igual a: 3 # 1,852 = 5,556 m 2
Volumen V olumen de acumulación Cálculo del depósito de acumulación El depósito de acumulación tendrá que cumplir la siguiente condición:
50 1
V A
1 180
donde: A es la suma de áreas de los captadores en m 2 y V el volumen del depósito de acumulación solar en litros En nuestro caso tendremos que: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 3,704 = 185,2 litros, redondeando 185 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 3,704 = 666,72 litros, redondeando 667 litros Aquí el depósito será mayor de de 185 litros y menor de 667 litros. En este caso tendremos que en la segunda opción: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 5,556 = 277,8 litros, redondeando 278 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 5,556 = 1.000,8 litros, redondeando 1.000 litros Ahora el depósito será mayor de 278 278 litros y menor de 1.000 litros. Para Para este caso hemos elegido un sistema compuesto por tres depósitos, uno por cada planta: Planta baja restaurante 1.280 litros/día Planta primera hostal 680 litros/día Planta segunda hostal 680 litros/día Total = 1.280 + 680 + 680 = 2.640 litros /día Según la primera opción, el depósito oscilará entre 185 y 667 litros, elegimos un depósito con un volumen de 1.200 litros, mediante una simple regla proporcional podremos efectuar las subdivisiones de acumulación: 2.640 750
=
3, 52 ,
de acuerdo a los cálculos efectuados con anterioridad para las necesidades de ACS de restaurante y habitaciones
Planta baja restaurante 1.280 litros/día Planta primera hostal 680 litros/día Planta segunda hostal 680 litros/día
1.280 3, 52
680 3, 52
363, 63 → depósito de 350 litros
=
193, 18 → depósito de 200 litros
=
193, 18 → depósito de 200 litros
680 3, 52
=
Observaciones En la tabla resumen vemos que para un mismo edificio, pero situado en diferentes provincias, obtenemos unos resultados muy diferentes:
Pro rovvin inci ciaa
Radi Ra diaaci ción ón so sola larr Co Conndi dici cióón mí mínnim imaa Co Cole lect ctoor so sola larr m2
Volumen V olumen acumulación
Soria
13,96 MJ/m2
50 %
2 5 ,0 8
4.000 l
Las Palmas
18 MJ/m2
70 %
7,4 0 8
1.100 l
Tabla 7.5 Resultados
En la tabla se observa como afecta la radiación solar de las diferentes zonas en que está dividida España, tanto los m 2 de captación solar como los volúmenes de acumulación son directamente proporcionales a la radiación solar.
7.3 Proyecto de instalación nº3
volver volv er
Instalación de producción de agua caliente sanitaria (ACS) para una oficina en la población de Hervás, provincia de Cáceres Datos generales TITULAR Y DOMICILIO
Titular de la instalación o razón social con el CIF. Domicilio social. SITUACIÓN
La instalación objeto de este proyecto se sitúa en la población de Hervás, provincia de Cáceres. CLASE DE ACTIVIDAD
Oficina general. OBJETO
La finalidad de este proyecto es el estudio, diseño y cálculo de los elementos que q ue componen la instalación de producción de agua caliente sanitaria mediante placas de energía solar de una oficina. PROPUESTA
Se propone la instalación de: • Centralización de captadores solares térmicos. • Instalación y cálculos para el abastecimiento de ACS. • Producción y acumulación de ACS. NORMATIVA CONSIDERADA
• Sección HS-4 Suministro de agua del CTE.
• Sección HE-4 Contribución solar mínima de ACS del CTE. • Reglamento de Equipos a Presión. • Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT). • RITE 2007. • Reglamento de la Energía auxiliar utilizada, en su caso. • Ordenanzas de seguridad e higiene en el trabajo. • Ordenanzas sobre instalaciones solares solares del municipio donde donde se ubique la instalación. instalación. • Normativa Normativa de gestión de residuos. DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO
El edificio es una nave industrial con 200 m 2 destinados a oficinas con 50 puestos de trabajo: • Oficinas. • En la azotea, que tiene 200 m 2, hay un espacio destinado a la instalación de captadores solares térmicos para la producción de agua caliente sanitaria. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN
El sistema generará energía térmica en un circuito cerrado que se distribuirá hasta el depósito de acumulación con serpentín para intercambio térmico, que calentará el agua. El depósito se conectará en serie con un calentador de agua instantáneo, por si el aporte de agua es insuficiente, a fin de obtener agua caliente c aliente para la temperatura de uso. La red primaria estará compuesta por un circuito cerrado con una bomba que hará circular el agua desde los captadores solares hasta los depósitos. RENDIMIENTO DEL CAPTADOR SOLAR
Vamos a calcular la radiación solar en la población de Hervás, provincia de Cáceres, para un captador solar con ángulo de 45º, para ello tomaremos los datos de radiación en el Anexo 1 . 12.460 + 14 .235 + 15 .789
+
17 .654
+ 19 .564 +
21 .657 12
167.745 =
12
=
13.978, 75 kJ/m
+ 22 .341 + 17
.045
+ 12
.564
+9
5 . 63
+4
8. 73 =
2
Equivalente a 13,97 MJ/m 2, esta cifra está por debajo de los límites del CTE en su zona climática V ( ≥ 18 MJ/m 2), se observa que existe un desfase entre la zona climática y la tabla del Anexo 1, tenemos dos opciones: una sería utilizar la tabla de radiación solar global del CTE y la otra utilizar la radiación solar del Anexo 1, al ser la población de Hervás
en la provincia de Cáceres una zona con un índice de radiación elevada, nos inclinamos por la primera opción por razones obvias, en todo caso el instalador y el propietario de la instalación, deberán valorar la relación placas coste, según la radiación en la zona.
Irradiación solar Sabiendo que 1 W/m 2 = 3,6 kJ/h m 2 tendremos que: 1 W W//m 2 # 18.000 kJ/m 2 3, 6 k kJJ/h $ m 2
5.000 Wh/m 2
=
La irradiación solar en un día medio será de 5.000 Wh/m 2, sabiendo que un día solar tiene en verano de 5 a 6 horas solares efectivas y en invierno de 3 a 4 horas solares efectivas, podemos establecer una media de 4 a 5 horas solares, teniendo para el caso de 5 horas solares una irradiancia de: 5.000
5
=
1.000 W/m
2
Para Para esta irradiancia tenemos los rendimientos siguientes: Colector
η
K 1 (W/m2 º ºC C)
2 K2 (W/m ºC2)
Características
ATESA ATESA
0,71
0,23
0,00
Placa plana
ROCA PS 2.4
0,6 4
0 ,1 3
0,0 1
Placa plana
ROCA AR-16
0,6 8
0 ,0 6
0,0 1
Tubos de vacío
Tabla 7.6 Rendimientos
En este caso vamos a utilizar el colector solar plano marca ATESA, ATESA, ya que su rendimiento es del 73 %, su ecuación y características según catálogo son: η
=
0, 9471
-
0, 6725 # T
m
Dimensiones = 1.990 # 990 # 78 Superficie útil del captador = 1,852 m 2 Área del absorbedor = 0,808 0,808 m 2 Peso del captador lleno = 44,8 kg Capacidad = 2,8 l Presión máxima = 7 bar Dimensiones:
78
990
1.990
Fig. 7.6 Dimensiones del captador solar ATESA EXPORT TRIDIMENSIONAL
Vamos a realizar el proyecto en base de la radiación del CTE, o sea 18 MJ/m 2.
Área de captación solar Datos: Lavandería industrial situada en Hervás provincia de Cáceres. Los captadores estarán orientados al sur con c on latitud de 39º29’. La inclinación de los captadores solares será de 45º, ya que la utilización prevista es para todo el año. El rendimiento de los captadores será de un 60 % aproximadamente.
Energía necesaria diaria kcal El consumo de la oficina será: • 2 litros/día por persona. 2 litros/persona # 50 personas = 100 litros/día a 60 ºC Ahora, según la ecuación (4.2) detallada en el apartado 5.1.1 Contribución solar mínima del Tema 5, calcularemos las necesidades de calor para ACS a 45 ºC: D i ^45h
=
100 #
60 45
-
-
14, 08 14, 08
=
100 #
45, 92 30, 92
=
148, 51 litros
En el Anexo 3, vemos que la temperatura media del agua en la población de Cáceres es de 14,08 ºC. Por Por tanto, la necesidad calorífica que tendrá el agua será:
Q
=
consumo # ^tac
Q
=
148, 51 # ^45
-
-
tredh # nº de días
14, 08h # 1
=
4.591, 92 kcal/día
Cálculo de la superficie captadora Vamos a calcular según el CTE la contribución solar sol ar mínima, lo primero que efectuaremos es comprobar a qué zona climática, pertenece Hervás (Cáceres), que es a la zona IV, IV, como la vivienda está comprendida entre 50 y 5.000 l/d la contribución solar mínima será del 50 %. La cantidad de ACS a 45 ºC es de 148,51 l/d, el 50 % será s erá 74,25 l/d: Q
=
consumo # ^tac
Q
=
74, 25 # ^45
-
-
tredh # nº de días
14 , 08 h # 1
=
2.295, 81 kcal/día
Vemos que los cálculos de los colectores solares, serán entre el mínimo exigido (50 %) por el CTE 2.295,81 kcal/día y el máximo (100 %) 4.591,92 kcal/día. A continuación efectuaremos los cálculos para las dos opciones. opciones. OPCIÓN 1ª
Para Para un mes de 31 días la necesidad calorífica mínima de: 2.295,81 kcal/día # 31 = 71.170,11 kcal/mes El captador solar para este mismo mes con 31 días, dispondrá de una radiación media global diaria de: 18.000 kcal/m 2 # 31 = 558.000 kcal/m 2 mes El aporte solar será de 558.000 kcal/m 2 mes. Como hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones , el captador solar plano marca ATESA tiene una superficie de 1,852 m 2 y un rendimiento aproximado del 71 %, por tanto el número de captadores solares necesario será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 71
=
71.170, 11 558.00 000 0 # 0, 71
=
71. 170, 11 396.180
=
0,179 m 2
Si tenemos que el colector solar plano tiene una superficie de 1,852 m 2. La cantidad de colectores solares planos necesaria será de 1. OPCIÓN 2ª
Un mes con 31 días tendrá una necesidad calorífica máxima de: 4.591,92 kcal/día # 31 = 142.349,52 kcal/ mes El captador solar para este mismo mes con 31 días, dispondrá de una radiación media solar global diaria de: 18.000 kcal/m 2 # 31 = 558.000 kcal/m 2 mes
El aporte solar será de 558.000 kcal/m 2 mes. Como hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones , el captador solar plano marca ATESA tiene una superficie de 1,852 m 2 y un rendimiento aproximado del 71 %, por tanto el número de captadores solares necesario será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 71
=
142. 349, 52 558.00 000 0 # 0, 71
=
142. 349, 52 396.180
=
0,359 m 2
En este caso se observa que para llegar al 100 % de contribución solar también se instalará un colector. Con un solo colector cubriremos sobradamente la demanda total de ACS, debiendo prever un circuito auxiliar para disipar calor los meses de máxima irradiación solar.
Volumen V olumen de acumulación Cálculo del depósito de acumulación El depósito de acumulación tendrá que cumplir la siguiente condición: 50 1
V A
1 180
donde: A es la suma de áreas de los captadores en m 2 y V el volumen del depósito de acumulación solar en litros En nuestro caso tendremos que: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 0,179 = 8,95 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 0,179 = 32,22 litros Aquí el depósito será mayor de de 9 litros y menor de 32,22 litros. En nuestro caso tendremos que en la segunda opción: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 0,359 = 17,95 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 0,359 = 64,62 litros Ahora el depósito será mayor de 18 litros y menor de 65 litros.
7.4 Proyecto Proyecto de instalación nº4
volver volv er
Instalación de producción de agua caliente sanitaria (ACS) para un taller Descripción del edificio El edificio es una nave industrial con 200 m 2 donde trabajan 20 personas. En la azotea, que tiene 200 m 2, hay un espacio destinado a la instalación de captadores solares térmicos para la producción de agua caliente sanitaria.
Rendimiento del captador solar Vamos a calcular la radiación solar en la población de Pamplona perteneciente a Navarra, para un captador solar con ángulo de 45º, para ello tomaremos los datos de radiación en el Anexo 1: 6.668 + 10.628 + 13.368
+
11.3 .33 36 + 14.816
+ 17.342 +
18.920
+ 17.490 + 15.462 + 14.086 + 6.962 + 4.802 =
12 151.880 =
12
=
12.656, 12.6 56,66 66 kJ/ m
2
equivalentes a 12,65 MJ/m 2, la cifra está por debajo de los límites del CTE en su zona climática II (13,7 y 15,1 MJ/m 2). Se observa que existe un desfase entre la zona climática y la tabla del Anexo 1, tenemos dos opciones: una sería utilizar la tabla de radiación solar global del CTE y la otra utilizar la radiación solar del Anexo 1, al ser Pamplona una población en zona con un índice de radiación baja, nos inclinamos por la opción de las tablas de radiación del Anexo 1, en todo caso el instalador y el propietario de la instalación deberán valorar la relación placas coste, según la radiación en la zona.
Irradiación solar Sabiendo que 1 W/m 2 = 3,6 kJ/h m 2 tendremos que: 1 W/m 2 # 12.656,66 kJ/m 2 3, 6 k kJJ/h $ m 2
=
3.515, 73 Wh/m 2
La irradiación solar en un día medio será de 3.515,73 Wh/m 2, sabiendo que un día solar tiene en verano de 5 a 6 horas solares efectivas y en invierno de 3 a 4 horas solares efectivas, podemos establecer una media de 4 a 5 horas solares, teniendo para el caso de 4,5 horas solares: 3.515, 73
5
=
781, 27 W/m
2
El resultado es 781,27 W/m 2. Para esta irradiancia tenemos los rendimientos siguientes: Colector
η
K 1 (W/m2 º ºC C)
2 K2 (W/m ºC2)
Características
ATESA ATESA
0,64
0,31
0,00
Placa plana
ROCA PS 2.4
0,6 0
0 ,1 7
0,0 2
Placa plana
ROCA AR-16
0,6 6
0 ,0 7
0,0 2
Tubos de vacío
Tabla 7.7 Rendimientos
Por ser una zona de baja radiación utilizaremos colectores solares de tubos de vacío marca ROCA modelo AR-16, ya aunque su rendimiento es similar a los captadores planos convencionales, cuando haya baja radiación solar mantienen un buen rendimiento.
Especificaciones técnicas del equipo solar El equipo de captación solar tendrá las siguientes características técnicas: Colector solar de tubos de vacío AR-16. Notas según catálogo: Está formado por 16 tubos a los que se le realiza el vacío, se observa que los tubos de vacío tienen una rentabilidad alta en zonas de baja radiación. Ecuación de rendimiento: η
=
0, 9751
-
1, 608 # T
m
-
0, 010 # T
2
m
Dimensiones (mm) = 1.680 # 767 # 76 Área bruta (m2) = 1,29 Área del absorbedor (m2) = 0 0,808 Peso en vacío (kg) = 20 Capacidad (l) = 3,6 Rendimiento = se adjuntan en la tabla según la radiación Temperatura de estancamiento = 298 ºC Presión máxima = 10 bar Componentes: • Tubo colector colec tor coaxial de cobre. • Carcasa de aluminio aluminio con aislamiento interior de de 50 mm de lana de roca. • Tubo con vacío interior interio r inferior a 0,001 mbar. • Absorbedor altamente selectivo a partir de óxido de aluminio. • Superficie reflectante de plata.
Área de captación solar En este apartado vamos a valorar las necesidades caloríficas del edificio de viviendas y la superficie de captación necesaria. Datos: • Edificio de viviendas situado en la población de Pamplona. Pamplona. • Los captadores captadores solares solares térmicos estarán orientados al al sur con latitud de 42º85’. 42º85’. • La inclinación de los captadores solares solares será de de 45º, ya que la utilización prevista es para todo el año. • El rendimiento rendimiento de los captadores será de un 66 % aproximadamente. aproximadamente.
Energía necesaria diaria kcal El consumo de taller será: • 21 litros/día por persona # 20 personas = 420 l/día Ahora, según la ecuación (4.2) detallada en el apartado 5.1.1 Contribución solar mínima del Tema 5, calcularemos las necesidades de calor para ACS a 45 ºC: D i ^45h
=
420 #
60
-
11, 67
45
-
11, 67
=
450 #
48, 33 33, 33
=
652, 52 litros, redondeamos a 653 l
En el Anexo 3, vemos que la temperatura media del agua en la población p oblación de Pamplona es de 11,67 ºC. Por Por tanto, la necesidad calorífica que tendrá el agua será: Q =
consumo # ^tac tredh # nº de días 653 # ^45 11, 67h # 1 21. 764, 49 kcal/día 21, 76 # 103 kca call/día tab abla la op opci ción 2ª 1.000
=
-
=
-
=
"
=
Cálculo de la superficie captadora Vamos a calcular, según el CTE, la contribución solar mínima. La zona climática a la pertenece Pamplona es la zona II, como la vivienda está comprendida entre 50 y 5.000 l/d, la contribución solar mínima será del 30 %. La cantidad de ACS a 45 ºC es de 653 l/d, así que el 30 % será 195,9 l/d: Q =
consumo # ^tac tredh # nº de días 195, 9 # ^45 11, 67h # 1 6.529, 34 kcal/día 6, 52 # 103 kca call/día tab abla la op opci ción 1ª 1.000
=
-
=
=
-
"
Vemos que los cálculos de los colectores solares, serán entre el mínimo exigido (30 %) por el CTE 6.529,34 kcal/día y el máximo (100 %) 21.764,49 kcal/día. A continuación efectuaremos los cálculos para las dos opciones. opciones. OPCIÓN 1ª
Para Para un mes de 31 días la necesidad calorífica mínima es: 6.529,34 kcal/día # 31 = 202.409,54 kcal/mes El captador solar para este mes, con 31 días, dispondrá de una radiación media solar global diaria de: 3.555,84 kcal/m 2 # 31 = 110.231,04 kcal/m 2 mes El aporte solar será de 110.231,04 kcal/m 2 mes. Como hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones, el captador solar de tubos de vacío marca ROCA tiene una superficie de 0,808 m 2 y un rendimiento aproximado del 66 %, por tanto el número de captadores solares necesario será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 66
=
202. 409, 54 110.203, 04 # 0, 66
=
202. 409, 54 72. 752, 48
=
2,78 m 2
Si tenemos que el colector solar plano tiene una superficie de 0,808 m 2. La cantidad de colectores solares planos necesaria será: 2, 78 0, 808
=
3, 44 cole lecctore ress
En este caso, observamos que el número de colectores solares será de 3,44; entonces, serán 4 los colectores solares de placa plana, siendo los m 2 de utilización los siguientes: 4 # 0,808 = 3,23 m 2 OPCIÓN 2ª
Un mes con 31 días tendrá una necesidad calorífica máxima de: 21.764,49 kcal/día # 31 = 674.699,19 kcal/ mes El captador solar para este mes, con 31 días, dispondrá de una radiación media solar global diaria de: 3.555,84 kcal/m 2 # 31 = 110.231,04 kcal/m 2 mes El aporte solar será de 110.231,04 kcal/m 2 mes. Como hemos visto en el apartado 3.2.7 Cálculo para dimensionar las instalaciones, el captador solar plano marca ROCA tiene una superficie de 0,808 m 2 y un rendimiento aproximado del 66 %, por tanto el número de captadores solares necesarios será: Necesidad calorífica á rea de = captació n^m 2h Aportación solar # 0, 66
=
674. 699, 19 110 11 0.203, 04 # 0, 66
=
674. 699, 19 72. 752, 48
=
9,27 m 2
En este caso se observa que para llegar al 100 % de contribución solar tendremos que instalar los siguientes colectores solares: 9, 27 0, 808
=
11, 47 colectores
Efectuando el redondeo al alza tendremos que instalar 12 colectores solares térmicos planos, siendo el área de captación igual a: 12 # 0,808 = 9,696 m 2
Aporte solar mensual 103 kcal Será la radiación efectiva mensual por los m 2 por el rendimiento del panel. El resultado se anotará en la columna correspondiente.
Energía auxiliar mensual 10 3 kcal Será la diferencia entre el aporte solar mensual, 10 3 kcal, y la energía necesaria mensual, 103 kcal. Si el resultado es positivo es que el sistema, ese mes, no necesitará energía auxiliar de apoyo, si el resultado es negativo tendremos que el sistema no nos proporciona ACS suficiente para el mes o meses solicitados, por tanto deberemos apoyarnos en energía auxiliar los meses que menos radiación tengamos.
Resultados Los resultados obtenidos quedan reflejados en las siguientes tablas: 1
Mes
2
3
Energía Días necesaria diaria 103 kcal
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
7
8
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual 2 2 2 kJ/m día kcal/m día kcal/m 103 kcal
9 Energía auxiliar mensual 103 kcal
Enero
31
6,52
2 0 2,1 2
6.6 6 8
1 . 6 0 0, 3 2
4 9 .6 0 9,9 2
7 7.3 9 1 ,4 8
-1 2 4 , 7 3
Febrero
28
6,5 2
1 8 2,5 6
1 0.6 2 8
2 .5 5 0,7 2
7 1 .4 2 0 ,1 6 1 1 1 .4 1 5 ,4 5
- 7 1 ,1 4
Marzo
31
6,5 2
2 0 2,1 2
1 3.3 6 8
3 .2 0 8,3 2
9 9 .4 5 7 ,9 2 1 5 5 .1 5 4 ,3 6
- 4 6 ,9 7
Abril
30
6,5 2
1 9 5,6 0
1 1.3 3 6
2 .7 2 0,6 4
8 1 .6 1 9 ,2 0 1 2 7 .3 2 5 ,9 5
- 6 8 ,2 7
Mayo
31
6,5 2
2 0 2,1 2
1 4.8 1 6
3 . 5 5 5 , 8 4 1 1 0 . 2 3 1 ,0 4 1 7 1 . 9 6 0 , 4 2
-3 0 ,1 6
Junio
30
6,5 2
1 9 5,6 0
1 7.3 4 2
4 . 1 6 2 , 0 8 1 2 4 . 8 6 2 ,4 0 1 9 4 . 7 8 5 , 3 4
-0 ,8 1
Julio
31
6,5 2
2 0 2,1 2
1 8.9 2 0
4 . 5 4 0 , 8 0 1 4 0 . 7 6 4 ,8 0 2 1 9 . 5 9 3 , 0 9
1 7 ,4 7
Agosto
31
6,5 2
2 0 2,1 2
1 7.4 9 0
4 . 1 9 7 , 6 0 1 3 0 . 1 2 5 ,6 0 2 0 2 . 9 9 5 , 9 4
0 ,8 8
Septiembre
30
6,5 2
1 9 5,6 0
1 5.4 6 2
3 . 7 1 0 , 8 8 1 1 1 . 3 2 6 ,4 0 1 7 3 . 6 6 9 , 1 8
-2 1 ,9 3
Octubre
31
6,5 2
2 0 2,1 2
1 4.0 8 6
3 . 3 8 0 , 6 4 1 0 4 . 7 9 9 ,8 4 1 6 3 . 4 8 7 , 7 5
-3 8 ,6 3
Noviembre
30
6,5 2
1 9 5,6 0
6.9 6 2
1 . 6 7 0 ,8 8
5 0.1 2 6,4 0
7 8.1 9 7 ,1 8
-117,40
Diciembre
31
6,5 2
2 0 2,1 2
4.8 0 2
1 . 1 5 2 ,4 8
3 5.7 2 6,8 8
5 5.7 3 3 ,9 3
-146,39
7
8
9
Tabla 7.8 Opción 1ª 1 Mes
2
3
Energía necesaria Días diaria 103 kcal
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual 2 2 2 kJ/m día kcal/m día kcal/m 103 kcal
Energía auxiliar mensual 103 kcal
Enero
31
2 1 ,7 6
6 7 4,5 6
6.6 6 8
1 .6 0 0 , 3 2
4 9 .6 0 9 , 9 2
7 7 .3 9 1 , 4 8
-5 9 7 ,1 7
Febrero
28
2 1 ,7 6
6 0 9,2 8
1 0 .6 2 8
2 .5 5 0,7 2
7 1 . 4 2 0 , 1 6 1 1 1 .4 1 5 , 4 5
-4 9 7 , 8 6
Marzo
31
2 1 ,7 6
6 7 4,5 6
1 3 .3 6 8
3 .2 0 8,3 2
9 9 . 4 5 7 , 9 2 1 5 5 .1 5 4 , 3 6
-5 1 9 , 4 1
Abril
30
2 1 ,7 6
6 5 2,8 0
1 1 .3 3 6
2 .7 2 0,6 4
8 1 . 6 1 9 , 2 0 1 2 7 .3 2 5 , 9 5
-5 2 5 , 4 7
Mayo
31
2 1 ,7 6
6 7 4,5 6
1 4 .8 1 6
3 . 5 5 5 , 8 4 1 1 0 .2 3 1 ,0 4 1 7 1 . 9 6 0 ,4 2
-5 0 2, 6 0
1
2
3
Energía Días necesaria diaria 103 kcal
Mes
4 Energía necesaria mensual 103 kcal
5
6
7
8
Radiación solar Radiación Radiación Aporte solar interceptada efectiva mensual mensual kJ/m2 día kcal/m2 día kcal/m2 103 kcal
9 Energía auxiliar mensual 103 kcal
Junio
30
2 1 ,7 6
6 5 2,8 0
1 7 .3 4 2
4 . 1 6 2 , 0 8 1 2 4 .8 6 2 ,4 0 1 9 4 . 7 8 5 ,3 4
-4 5 8, 0 1
Julio
31
2 1 ,7 6
6 7 4,5 6
1 8 .9 2 0
4 . 5 4 0 , 8 0 1 4 0 .7 6 4 ,8 0 2 1 9 . 5 9 3 ,0 9
-4 5 4, 9 7
Agosto
31
2 1 ,7 6
6 7 4,5 6
1 7 .4 9 0
4 . 1 9 7 , 6 0 1 3 0 .1 2 5 ,6 0 2 0 2 . 9 9 5 ,9 4
-4 7 1, 5 6
Septiembre
30
2 1 ,7 6
6 5 2,8 0
1 5 .4 6 2
3 . 7 1 0 , 8 8 1 1 1 .3 2 6 ,4 0 1 7 3 . 6 6 9 ,1 8
-4 7 9, 1 3
Octubre
31
2 1 ,7 6
6 7 4,5 6
1 4 .0 8 6
3 . 3 8 0 , 6 4 1 0 4 .7 9 9 ,8 4 1 6 3 . 4 8 7 ,7 5
-5 1 1, 0 7
Noviembre
30
2 1 ,7 6
6 5 2,8 0
6.9 6 2
1 .6 7 0 , 8 8
5 0.1 2 6 , 4 0
7 8 .1 9 7 , 1 8
-5 7 4 , 6 0
Diciembre
31
2 1 ,7 6
6 7 4,5 6
4.8 0 2
1 .1 5 2 , 4 8
3 5.7 2 6 , 8 8
5 5 .7 3 3 , 9 3
-6 1 8 , 8 3
Tabla 7.9 Opción 2ª
Cálculo del depósito de acumulación El depósito de acumulación cumplirá la l a siguiente condición: 50 1
V A
1 180
donde: A es la suma de áreas de los captadores en m 2 y V el volumen del depósito de acumulación solar en litros En nuestro caso tendremos que en la primera opción: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 3,44 = 172 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 3,44 = 619 litros Aquí el depósito será mayor de de 172 litros y menor de 619 litros. En nuestro caso tendremos que en la segunda opción: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 9,696 = 484,8 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 9,696 = 1.745,28 litros Ahora el depósito será mayor de 484,8 484,8 litros y menor de 1.745,28 1.745,28 litros. Para Para la 1ª opción hemos elegido un sistema compuesto por un depósito de 500 l. Para Para la 2ª opción hemos elegido un sistema compuesto por un depósito de 2.000 l.
Caudal de circulación El caudal de circulación estará comprendido entre 1,2 litros/s y 1,6 litros/s por cada 100 m 2.
Fluido caloportador Es el encargado de pasar a través de los captadores y absorber la energía térmica de estos para luego transferirla desde el intercambiador al circuito secundario. El líquido utilizado será no tóxico y anticorrosivo. La selección del fluido caloportador dependerá del tipo de zona y de las condiciones climatológicas, heladas, etc. Alguno de los anticongelantes que se pueden usar son el propilenglicol, etilenglicol, etc. Una mezcla muy apropiada para utilizarla como fluido caloportador será la formada por un 27 % (en peso) de propilenglicol y un 73 % de agua, o de un 23 % de etilenglicol y un 77 % en agua.
Equipos y materiales En el presente proyecto se cumplirán los correspondientes reglamentos, no se especificarán marcas, ni tipos, ni modelos, etc., de los componentes adicionales de la instalación, por no ser objeto de este libro.
Caldera auxiliar La caldera auxiliar será del tipo electrónico e instantánea, utilizará como combustible el gas y se usará cuando por cualquier circunstancia la demanda de ACS sea superior a la extraída del sistema solar térmico o por problemas climatológicos. El depósito será mayor de 404 litros y menor de 1.454,4 litros, elegiremos un depósito de 800 litros con intercambiador incorporado. Para la 1ª opción hemos elegido un sistema compuesto por ocho depósitos, uno por cada vivienda, siendo de 200 litros por vivienda con un total de: 200 litros # 8 = 1600 litros En la segunda opción tendremos: Volumen mínimo = 50 # A = 50 # 46,86 = 2.343 litros Volumen máximo = 180 # A = 180 # 46,86 = 8.434,8 litros El depósito será mayor de 2.343 litros y menor de 8.434,8 litros, elegimos un depósito de 2.400 litros con intercambiador incorporado. Para la 2ª opción hemos elegido un sistema compuesto por ocho depósitos, uno por cada vivienda siendo de 300 litros por vivienda con un total de: 300 litros # 8 = 2.400 litros Para Para el cálculo de los depósitos de acumulación tendremos en cuenta, aparte de la normativa (CTE), el habitáculo donde se ha de instalar, porque de este dependerá el tamaño del depósito acumulador, en el caso de este ejemplo un depósito mayor de 300 litros es un depósito muy grande y por tanto el espacio ocupado es considerable.
Cálculo del intercambiador El sistema de intercambio podrá ser independiente o incorporado, en nuestro caso nos inclinamos por uno incorporado, para el cálculo de este tipo de intercambiador, intercambiador, tendremos en cuenta lo especificado en el CTE sección HE apartado 3.3.4, debiendo guardar la siguiente relación: Superficie útil del intercambio Superficie total de captación
$
0, 15
Los valores normales están entre 0,25 y 0,40. En nuestro caso opción 1: Superficie úti til del intercambio = Superficie total de captación # 0, 25 Superficie útil del intercambio = 14, 54 # 0, 25 = 3, 635 m 2
En nuestro caso opción 2: Superficie úti til del intercambio = Superficie total de captación # 0, 25 Superficie útil del intercambio = 46, 86 # 0, 25 = 11, 71 m 2
La superficie útil de intercambio estará comprendida entre 3,635 y 11,71 m 2, en las tuberías de entrada y salida de agua del intercambiador de calor se instalará una válvula de cierre próxima al manguito correspondiente.
Bomba de circulación La bomba de circulación que elijamos debe ser capaz de impulsar la pérdida de carga en el circuito hidráulico, será un fluido compuesto de agua más anticongelante. El caudal del circuito de captadores está en función de sus conexiones y los niveles recomendados oscilan entre 45 a 55 l/h por m 2, la presión de trabajo estará comprendida entre 4 a 8 mca. La puesta en marcha y paro de la bomba de circulación vendrá dada por un termostato diferencial con sondas de temperaturas.
5 Cálculo de las instalaciones Anexo 1
Anexo 1
Tablas solares de radiación
Índice
A continuación detallamos las tablas de radiación solar de España, estas tablas están efectuadas para una superficie inclinada con unos ángulos de inclinación de 0º, 30º, 45º y 60º. La radiación viene dada en kJ/m 2 por día, la orientación de los captadores solares debe ser el sur, para poder captar la máxima energía solar posible. Para transformar los kJ/m 2 de la tabla a kcal/m 2 es necesario multiplicar los valores de la radiación expresados por 0,24.
PROVINCIA: ÁLAV ÁLAVA A LATITUD: LA TITUD: 42º 85’ Ángulo
ene
feb
0
4.458
8.422
Orient ación: Sur Orientación: Unidades: kJ/m2 mar
abr
may
jun
jul
agos
sep
nov
dic
4.916
3.216
30
6.668 11.842 10.742 11.930 15.124 16.136 17.118 15.092 13.174 12.322 7.074
4.428
45
7.296 12.654 10.764 11.426 14.022 14.724 15.722 14.288 13.034 12.922 7.644
4 .7 4 2
60
7.534 12.776 10.278 10.426 12.322 12.684 13.626 12.834 12.270 12.832 7.816
4.822
9.198 11.400 15.312 16.878 17.628 14.634 11.556 9.270
PROVINCIA: ALBACETE PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 39º 00’ Ángulo
ene
feb
oct
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
7.236 10.638 12.360 17.556 19.636 22.136 23.892 20.960 16.330 11.520 6.778
5.806
30
11.050 14.552 14.472 18.438 19.050 20.694 22.692 21.412 18.654 14.962 9.662
9.078
45
12.110 15.384 14.462 17.552 17.426 18.550 20.464 20.046 18.388 15.536 10.386 10.030
60
12.496 15.372 13.732 15.810 15.004 15.616 17.296 17.682 17.168 15.276 10.556 10.426
PROVINCIA: ALICANTE PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 38º 21’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
9.360 13.540 16.244 20.746 23.720 25.870 26.088 22.446 18.522 13.386 9.264 7.502
30
1 5 . 0 9 6 1 9 .3 7 0 1 9 . 6 0 6 2 1 . 9 4 0 2 2 .9 4 6 2 4 .0 1 0 2 4 . 6 5 6 2 2 . 9 1 0 2 1 . 3 7 2 1 7 .7 3 6 1 4 . 0 5 2 1 2 .3 4 0
45
1 6 . 7 4 8 2 0 .7 0 8 1 9 . 7 5 0 2 0 . 8 8 2 2 0 .8 7 8 2 1 .3 5 6 2 2 . 1 3 4 2 1 . 4 0 6 2 1 . 1 0 4 1 8 .5 0 6 1 5 . 3 3 6 1 3 .7 8 6
60
1 7 . 4 2 4 2 0 .8 4 6 1 8 . 8 3 2 1 8 . 7 4 6 1 7 .8 0 2 1 7 .7 6 4 1 8 . 5 6 4 1 8 . 8 1 0 1 9 . 7 0 0 1 8 .2 5 0 1 5 . 7 5 2 1 4 .4 4 0
PROVINCIA: ALMERÍA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 36º 3 6º 51’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
8 .9 1 8 1 2 .1 4 4 1 6 . 7 4 8 2 0 . 4 3 2 2 3 . 4 0 4 2 4 .0 3 4 2 4 . 5 3 4 2 2 .1 8 8 1 7 .9 6 2 1 3 . 7 7 8 9 . 7 9 6 7 . 6 6 2
30
1 3 . 5 5 4 1 6 .4 4 8 1 9 . 9 6 2 2 1 . 4 5 6 2 2 .4 3 6 2 2 .1 6 2 2 3 . 0 0 8 2 2 . 4 0 4 2 0 . 3 5 0 1 7 .9 2 8 1 4 . 5 0 2 1 2 .0 4 0
45
1 4 . 8 0 8 1 7 .3 1 0 2 0 . 0 0 2 2 0 . 3 0 8 2 0 .1 3 2 1 9 .6 5 6 2 0 . 5 7 4 2 0 . 8 2 2 1 9 . 9 5 4 1 8 .5 8 2 1 5 . 7 1 6 1 3 .2 9 4
60
1 5 . 2 2 4 1 7 .2 1 6 1 8 . 9 7 4 1 8 . 1 3 2 1 7 .2 3 4 1 6 .3 4 4 1 7 . 2 2 4 1 8 . 1 9 6 1 8 . 5 1 6 1 8 .2 1 6 1 6 . 0 4 2 1 3 .7 9 2
PROVINCIA: ASTURIAS PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 43º 22’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
5 .3 6 0 7 .5 3 6 1 0 . 4 2 6 1 2 . 8 9 2 1 5 .2 8 0 1 6 . 6 2 2 1 6 .2 0 4 1 4 . 1 9 6 1 2 . 1 0 0 8 . 0 4 0 5 . 6 1 0 4 . 2 7 2
30
8 .8 0 2 1 0 .4 5 2 1 2 . 4 9 6 1 3 . 6 7 8 1 5 . 1 2 6 1 5 .9 3 0 1 5 . 7 6 6 1 4 .6 5 6 1 3 .9 2 8 1 0 . 4 8 0 8 . 6 0 6 6 . 8 6 4
45
9 .8 5 2 1 1 .1 3 4 1 2 . 6 2 8 1 3 . 1 4 6 1 4 . 0 5 0 1 4 .5 5 6 1 4 . 5 1 6 1 3 .8 9 4 1 3 .8 3 4 1 0 . 9 4 0 9 . 4 6 0 7 . 6 4 6
60
1 0 . 3 5 2 1 1 .2 2 0 1 2 . 1 3 6 1 2 . 0 1 2 1 2 .3 5 8 1 2 .5 6 4 1 2 . 6 3 6 1 2 . 4 9 8 1 3 . 0 5 4 1 0 .8 3 0 9 . 7 9 4 8 .0 1 0
PROVINCIA: ÁVILA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 40º 4 0º 39’ Ángulo
ene
feb
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 mar
abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
6 .5 5 8 1 0 .1 9 4 1 2 . 0 4 4 1 6 . 2 6 0 1 9 . 7 1 6 2 1 .2 3 6 2 4 . 4 0 6 2 2 .6 6 4 1 6 .5 7 8 1 1 . 0 7 6 6 . 4 5 4 5 . 0 0 4
30
1 0 . 2 8 8 1 4 .2 7 0 1 4 . 3 0 6 1 7 . 2 0 0 1 9 .3 0 4 2 0 .0 4 8 2 3 . 4 1 0 2 3 . 5 1 0 1 9 . 2 8 4 1 4 .6 6 2 9 . 5 0 0 8 .0 7 4
45
1 1 . 3 6 4 1 5 .2 0 2 1 4 . 3 8 2 1 6 . 4 4 6 1 7 .7 5 2 1 8 .0 9 2 2 1 . 2 2 8 2 2 . 1 4 0 1 9 . 1 4 2 1 5 .3 2 8 1 0 . 3 1 0 9 . 0 0 0
60
1 1 . 8 0 4 1 5 .2 9 4 1 3 . 7 3 0 1 4 . 9 0 4 1 5 .3 7 2 1 5 .3 4 8 1 8 . 0 2 2 1 9 . 6 2 8 1 7 . 9 9 4 1 5 .1 6 8 1 0 . 5 6 2 9 . 4 3 6
PROVINCIA: BADAJOZ PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 38º 53’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
6 .6 5 6 9 .5 0 4 1 3 . 1 5 0 1 7 . 5 8 8 2 1 .2 6 6 2 3 . 3 2 0 2 3 .9 0 6 2 1 . 1 4 2 1 6 . 4 9 6 1 1 . 6 3 8 7 . 8 7 2 5 .5 6 8
30
9 .9 4 2 1 2 .7 1 0 1 5 . 4 9 8 1 8 . 4 6 8 2 0 . 6 3 4 2 1 .7 6 4 2 2 . 6 9 8 2 1 .6 0 0 1 8 .8 5 4 1 5 . 1 3 2 1 1 . 6 1 6 8 .5 7 8
45
1 0 . 8 3 4 1 3 .3 5 8 1 5 . 5 2 0 1 7 . 5 8 0 1 8 .8 5 0 1 9 .4 7 2 2 0 . 4 6 4 2 0 . 2 2 0 1 8 . 5 8 8 1 5 .7 1 8 1 2 . 6 0 0 9 . 4 4 2
60
1 1 . 1 3 4 1 3 .2 8 6 1 4 . 7 5 0 1 5 . 8 3 0 1 6 .1 7 4 1 6 .3 3 6 1 7 . 2 8 8 1 7 . 8 3 4 1 7 . 3 5 4 1 5 .4 5 4 1 2 . 8 8 8 9 . 7 9 0
PROVINCIA: BALEARES PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 39º 3 9º 57’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
8.364 12.720 14.462 17.818 22.922 24.902 25.634 22.224 17.606 12.918 8.960
30
13.536 18.368 17.304 18.818 22.328 23.292 24.408 22.862 20.420 17.326 13.912 10.690
45
15.050 19.704 17.518 17.950 20.414 20.840 22.020 21.452 20.224 18.160 15.288 11.972
60
15.692 19.906 16.730 16.202 17.508 17.454 18.568 18.948 18.952 17.980 15.790 12.566
PROVINCIA: BARCELONA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 41º 24’ Ángulo
ene
feb
mar
6.472
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
6.196 10.006 13.606 18.170 21.272 22.734 22.358 18.966 15.196 11.764 6.908
30
9.816 14.166 16.554 19.466 20.922 21.512 21.538 19.602 17.620 15.960 10.564 10.694
45
10.874 15.144 16.770 18.682 19.266 19.428 19.618 18.496 17.490 16.808 11.582 12.276
60
11.324 15.284 16.106 16.970 16.692 16.456 16.768 16.486 16.456 16.728 11.960 13.142
PROVINCIA: BURGOS PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 42º 20’ feb
mar
5.862
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2
Ángulo
ene
abr
may
jun
jul
agos
0
3.708
7.996 10.780 14.386 18.110 21.434 22.964 20.080 14.452 10.034 5.170
2.910
30
4.942 11.016 12.852 15.278 17.876 20.402 22.232 20.942 16.812 13.420 7.464
3.730
45
5.232 11.700 12.954 14.668 16.536 18.510 20.304 19.824 16.718 14.090 8.072
3 .9 0 2
60
5.278 11.412 12.412 13.364 14.444 15.770 17.404 17.720 15.776 14.002 8.254
3.908
PROVINCIA: CÁCERES PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 39º 29’ feb
mar
sep
oct
nov
dic
Orientación:Sur Unidades: kJ/m2
Ángulo
ene
abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
6.061
30
1 1 . 1 4 2 1 2 .0 9 0 1 3 . 0 7 0 1 5 . 4 6 3 2 0 .5 4 6 2 2 .3 4 5 2 3 . 5 6 4 2 1 . 5 6 6 1 6 . 6 5 4 1 1 .7 6 5 7 . 6 5 9 3 .4 2 9
45
1 2 . 4 6 0 1 4 .2 3 5 1 5 . 7 8 9 1 7 . 6 5 4 1 9 .5 6 4 2 1 .6 5 7 2 2 . 3 4 1 2 0 . 9 8 6 1 7 . 0 4 5 1 2 .5 6 4 9 . 5 6 3 4 .8 7 3
60
1 2 . 0 1 0 1 3 .8 9 3 1 4 . 9 8 7 1 6 . 8 9 4 1 8 .5 4 3 2 0 .9 8 7 2 0 . 9 8 6 1 9 . 8 7 6 1 6 . 7 5 4 1 3 .4 2 5 8 . 9 6 3 4 .6 3 9
9 .6 1 4 1 0 . 7 8 0 1 4 . 3 8 6 1 8 .1 1 0 2 1 . 4 3 4 2 2 . 9 6 4 2 0 .0 8 0 1 4 . 4 5 2 1 0 .0 3 4 5 . 1 7 0 2 . 9 1 0
PROVINCIA: CÁDIZ PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 36º 3 6º 28’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
8 .3 9 4 1 3 .2 6 4 1 6 . 4 5 8 2 2 . 2 7 0 2 5 . 6 3 0 2 7 .3 2 2 2 7 . 2 2 2 2 5 .7 1 0 2 0 .5 2 8 1 4 . 5 9 4 9 . 7 5 0 7 . 8 7 8
30
1 2 . 4 5 0 1 8 .2 1 0 1 9 . 4 8 8 2 3 . 4 5 2 2 4 .4 9 6 2 5 .0 1 2 2 5 . 4 0 4 2 6 . 0 3 6 2 3 . 5 5 0 2 6 .2 7 6 1 4 . 2 9 0 1 2 .3 3 4
45
1 3 . 5 2 2 1 9 .2 2 8 1 9 . 4 8 6 2 2 . 1 7 8 2 2 .0 9 2 2 2 .0 2 2 2 2 . 5 9 6 2 4 . 1 4 2 2 3 . 1 5 0 2 9 .9 7 4 1 5 . 4 4 4 1 3 .6 0 2
60
1 3 . 8 3 8 1 9 .1 5 8 1 8 . 4 4 6 1 9 . 7 4 8 1 8 .6 2 4 1 8 .0 9 8 1 8 . 7 5 6 2 0 . 9 6 8 2 1 . 4 8 4 3 1 .8 7 0 1 5 . 7 2 6 1 4 .0 9 8
PROVINCIA: CANT PROVINCIA: CANTABRIA ABRIA LATITUD: LA TITUD: 43º 4 3º 28’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
4 .7 0 4 7 .2 6 8 9 . 6 4 8 1 1 . 3 3 8 1 5 . 1 3 8 1 5 . 7 4 0 1 5 . 1 3 4 1 2 .0 2 8 1 1 . 4 8 2 8 .9 8 4 5 . 2 0 6 3 . 5 7 4
30
7 .4 3 2 1 0 .0 2 2 1 1 . 4 4 0 1 1 . 9 0 6 1 4 . 9 8 6 1 5 .1 0 2 1 4 . 7 2 8 1 2 .3 1 6 1 3 .1 5 0 1 1 . 9 9 4 7 . 8 2 4 5 . 3 5 0
45
8 .2 4 6 1 0 .5 6 8 1 1 . 5 2 0 1 1 . 4 2 0 1 3 . 9 2 0 1 3 .8 2 4 1 3 . 5 7 2 1 1 .6 6 4 1 3 .0 4 4 1 2 . 6 0 0 8 . 5 5 4 5 . 8 5 6
60
8 .6 1 2 1 0 .7 3 2 1 1 . 0 5 0 1 0 . 4 3 6 1 2 . 2 5 4 1 1 .9 6 0 1 1 . 8 4 8 1 0 .5 1 0 1 2 .3 0 4 1 2 . 5 3 8 8 . 8 2 8 6 . 0 6 0
PROVINCIA: CASTELLÓN PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 39º 3 9º 59’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
7 .6 0 4 1 2 .4 2 4 1 5 . 6 3 4 1 8 . 4 9 6 2 1 . 1 5 8 2 3 .0 4 4 2 3 . 3 6 4 2 0 .3 0 6 1 7 .1 7 0 1 2 . 1 2 6 7 . 7 6 6 6 . 8 0 6
30
1 2 . 1 4 2 1 7 .9 9 4 1 9 . 1 1 2 1 9 . 6 4 0 2 0 .6 5 0 2 1 .6 4 0 2 2 . 3 2 8 2 0 . 8 6 0 1 9 . 9 3 0 1 6 .1 5 8 1 1 . 7 5 4 1 1 .6 1 4
45
1 3 . 4 6 0 1 9 .3 2 8 1 9 . 3 5 0 1 8 . 7 6 8 1 8 .9 3 0 1 9 .4 4 2 2 0 . 2 2 4 1 9 . 5 9 6 1 9 . 7 5 2 1 6 .9 1 6 1 2 . 8 4 0 1 3 .1 0 2
60
1 4 . 0 1 0 1 9 .5 4 6 1 8 . 5 5 2 1 6 . 9 6 2 1 6 .3 1 2 1 6 .3 8 6 1 7 . 1 7 4 1 7 . 3 6 2 1 8 . 5 3 2 1 6 .7 3 8 1 3 . 2 1 0 1 3 .8 3 2
PROVINCIA: CIUDAD REAL PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 38º 3 8º 59’ Ángulo
ene
feb
mar
abr
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
5 .9 4 8 1 0 .4 2 4 1 2 . 6 4 2 1 6 . 5 8 4 2 0 . 7 2 0 2 3 .0 2 4 2 5 . 7 6 4 2 2 .9 5 6 1 7 .4 2 6 1 0 . 9 7 4 6 . 4 9 8 4 . 6 1 0
30
8 .6 2 8 1 4 .2 1 2 1 4 . 8 4 8 1 7 . 3 6 6 2 0 . 1 1 0 2 1 .5 0 8 2 4 . 4 4 4 2 3 .5 5 0 2 0 .0 7 2 1 4 . 1 4 6 9 . 1 6 6 6 . 6 2 8
45
9 .3 3 6 1 5 .0 1 4 1 4 . 8 5 0 1 6 . 5 2 6 1 8 . 3 8 4 1 9 .2 5 4 2 2 . 0 0 0 2 2 .0 5 4 1 9 .8 2 8 1 4 . 6 6 0 9 . 8 2 8 7 . 1 6 4
60
9 .5 3 8 1 4 .9 9 4 1 4 . 1 0 0 1 4 . 8 9 4 1 5 . 7 9 6 1 6 .1 7 4 1 8 . 5 1 0 1 9 .4 1 4 1 8 .5 3 6 1 4 . 3 9 4 9 . 9 7 0 7 . 3 3 4
PROVINCIA: CÓRDOBA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 37º 3 7º 53’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
7 .4 0 0 1 1 .0 9 4 1 4 . 1 5 6 1 7 . 2 2 4 1 9 . 0 1 4 2 4 .2 6 6 2 5 . 7 2 2 2 3 .4 1 2 1 7 .9 8 8 1 1 . 8 9 4 8 . 2 2 8 6 . 2 3 6
30
1 1 . 0 4 4 1 5 .0 2 6 1 6 . 6 7 2 1 8 . 0 3 8 1 8 .3 4 8 2 2 .4 9 8 2 4 . 2 4 8 2 3 . 8 5 6 2 0 . 5 7 8 1 5 .3 0 2 1 1 . 9 7 4 9 . 5 9 6
45
1 2 . 0 2 4 1 5 .8 2 4 1 6 . 6 7 2 1 7 . 1 1 2 1 6 .7 4 0 2 0 .0 2 2 2 1 . 7 3 4 2 2 . 2 4 8 2 0 . 2 5 8 1 5 .8 2 8 1 2 . 9 3 2 1 0 .5 5 0
60
1 2 . 3 4 0 1 5 .7 6 0 1 5 . 8 1 4 1 5 . 3 6 2 1 4 .3 8 6 1 6 .6 9 6 1 8 . 2 1 2 1 9 . 4 9 2 1 8 . 8 7 2 1 5 .5 0 8 1 3 . 1 8 0 1 0 .9 2 4
PROVINCIA: CORUÑA, LA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 43º 4 3º 22’ Ángulo
ene
feb
mar
abr
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
5 .1 7 2 7 .6 3 8 1 1 . 0 7 0 1 4 . 6 7 6 1 5 .0 1 6 1 6 . 8 7 6 1 8 .1 7 2 1 4 . 9 2 6 1 3 . 3 5 6 8 . 2 4 4 6 . 2 6 8 3 . 9 3 8
30
8 .4 0 8 1 0 .6 3 4 1 3 . 4 0 2 1 5 . 7 1 8 1 4 . 8 5 6 1 6 .1 7 6 1 7 . 6 8 4 1 5 .4 5 8 1 5 .5 4 6 1 0 . 8 1 2 9 . 9 3 0 6 . 1 3 4
45
9 .3 9 4 1 1 .3 3 6 1 3 . 5 8 0 1 5 . 1 3 4 1 3 . 8 0 0 1 4 .7 8 2 1 6 . 2 5 6 1 4 .6 5 4 1 5 .4 8 6 1 1 . 3 0 0 1 1 . 0 0 2 6 .7 8 4
60
9 .8 5 2 1 1 .4 3 2 1 3 . 0 7 2 1 3 . 8 3 6 1 2 . 1 5 0 1 2 .7 4 8 1 4 . 1 0 6 1 3 .1 7 6 1 4 .6 4 4 1 1 . 2 0 2 1 1 . 4 5 4 7 .0 6 8
PROVINCIA: CUENCA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 40º 05’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
6 .0 4 0 9 .2 1 2 1 1 . 8 0 8 1 5 . 2 6 6 1 8 .6 8 0 2 0 . 9 2 8 2 3 .7 8 8 2 1 . 4 6 8 1 5 . 9 8 2 1 1 . 0 7 6 6 . 3 9 4 4 .9 6 8
30
9 .0 9 8 1 2 .5 0 2 1 3 . 9 0 0 1 6 . 0 3 0 1 8 . 2 3 2 1 9 .7 0 2 2 2 . 7 4 4 2 2 .1 2 2 1 8 .4 0 8 1 4 . 5 3 2 9 . 2 4 6 7 . 7 4 2
45
9 .9 4 8 1 3 .2 0 4 1 3 . 9 4 0 1 5 . 2 9 6 1 6 . 7 5 0 1 7 .7 5 0 2 0 . 5 9 6 2 0 .7 9 2 1 8 .2 0 8 1 5 . 1 5 0 9 . 9 8 4 8 . 5 5 4
60
1 0 . 2 5 4 1 3 .1 9 8 1 3 . 2 7 6 1 3 . 8 4 2 1 4 .5 0 4 1 5 .0 4 0 1 7 . 4 7 6 1 8 . 4 1 2 1 7 . 0 6 8 1 4 .9 5 4 1 0 . 1 9 0 8 . 9 0 2
PROVINCIA: GIRONA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 41º 59’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
7 .2 3 8 1 0 .2 0 4 1 3 . 6 2 4 1 5 . 9 5 8 1 7 . 9 5 8 1 7 .0 7 0 2 2 . 0 5 2 1 8 .0 5 8 1 3 .6 5 2 1 0 . 6 3 2 7 . 4 0 0 5 . 6 0 0
30
1 2 . 2 2 8 1 4 .6 9 0 1 6 . 6 9 4 1 7 . 0 1 8 1 7 .6 9 0 1 6 .2 6 0 2 1 . 3 1 4 1 8 . 6 9 2 1 5 . 7 2 6 1 4 .2 8 2 1 1 . 7 1 6 9 . 2 8 4
45
1 3 . 7 5 8 1 5 .7 8 0 1 6 . 9 5 4 1 6 . 3 3 8 1 6 .3 4 4 1 4 .7 9 6 1 9 . 4 6 0 1 7 . 6 6 4 1 5 . 5 9 2 1 5 .0 0 8 1 2 . 9 6 0 1 0 .4 0 8
60
1 4 . 4 8 6 1 5 .9 8 8 1 6 . 3 2 2 1 4 . 8 6 8 1 4 .2 5 8 1 2 .7 1 2 1 6 . 6 8 2 1 5 . 7 9 0 1 4 . 6 7 4 1 4 .9 2 0 1 3 . 4 6 6 1 0 .9 3 6
PROVINCIA: GRANADA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 37º 3 7º 11’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
6 .8 8 0 9 .6 7 0 1 2 . 2 5 0 1 5 . 8 7 2 1 8 .5 9 4 2 1 . 0 0 6 2 3 .6 8 6 1 8 . 8 0 6 1 5 . 4 5 2 1 1 . 2 0 6 7 . 4 1 4 5 .5 1 0
30
9 .9 0 8 1 2 .6 2 6 1 4 . 0 9 4 1 6 . 4 8 4 1 7 . 8 7 4 1 9 .4 9 0 2 2 . 2 7 8 1 8 .9 2 6 1 7 .2 8 2 1 4 . 1 4 0 1 0 . 3 8 0 7 .9 7 0
45
1 0 . 6 8 0 1 3 .1 5 8 1 3 . 9 9 0 1 5 . 5 9 8 1 6 .2 8 2 1 7 .3 9 6 1 9 . 9 7 2 1 7 . 6 2 8 1 6 . 9 0 4 1 4 .5 4 2 1 1 . 0 8 6 8 . 6 2 4
60
1 0 . 8 8 0 1 2 .9 9 6 1 3 . 1 9 8 1 3 . 9 7 8 1 3 .9 7 4 1 4 .6 0 8 1 6 . 7 8 0 1 5 . 4 8 8 1 5 . 6 7 6 1 4 .1 7 8 1 1 . 2 0 6 8 . 8 2 0
PROVINCIA: GU PROVINCIA: GUADALAJARA ADALAJARA LATITUD: LA TITUD: 40º 4 0º 38’ Ángulo
ene
feb
mar
abr
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
4 .9 9 0 7 .6 5 8 9 . 9 4 8 1 2 . 9 9 8 1 6 . 2 5 8 1 8 . 3 7 2 2 3 . 5 8 0 2 0 .4 7 4 1 4 . 5 5 4 1 0 . 0 3 4 5 . 1 8 6 4 . 1 6 6
30
7 .1 6 8 1 0 .1 1 0 1 1 . 5 0 2 1 3 . 5 6 0 1 5 . 8 9 8 1 7 .3 8 0 2 2 . 6 1 4 2 1 .1 3 0 1 6 .6 6 6 1 3 . 0 5 8 7 . 0 9 0 6 . 2 1 4
45
7 .7 4 2 1 0 .6 0 0 1 1 . 4 7 2 1 2 . 9 3 6 1 4 . 6 5 4 1 5 .7 3 4 2 0 . 5 2 6 1 9 .8 9 2 1 6 .4 7 8 1 3 . 5 8 6 7 . 5 4 6 6 . 7 9 4
60
7 .9 1 2 1 0 .5 4 4 1 0 . 8 9 4 1 1 . 7 3 4 1 2 . 7 6 6 1 3 .4 3 0 1 7 . 4 5 4 1 7 .6 6 6 1 5 .4 5 4 1 3 . 3 9 8 7 . 6 2 0 7 . 0 2 0
PROVINCIA: GUIPÚZCO PROVINCIA: GUIPÚZCOA A LATITUD: LA TITUD: 43º19’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
4 .7 6 2 6 .9 8 4 9 . 5 4 8 1 0 . 0 9 2 1 4 . 4 3 4 1 4 . 8 3 8 1 4 . 9 2 2 1 2 .0 8 4 1 1 . 5 4 2 9 .0 7 6 5 . 2 2 6 3 . 8 3 0
30
7 .5 0 0 9 .5 1 0 1 1 . 2 8 0 1 0 . 4 6 0 1 4 .2 7 4 1 4 . 2 3 4 1 4 .5 1 4 1 2 . 3 7 0 1 3 . 2 1 4 1 2 . 1 0 8 7 . 8 2 6 5 .8 8 0
45
8 .3 1 2 1 0 .0 7 8 1 1 . 3 5 2 1 0 . 0 0 2 1 3 . 2 6 0 1 3 .0 3 6 1 3 . 3 7 8 1 1 .7 0 8 1 3 .0 9 8 1 2 . 7 1 6 8 . 5 5 2 6 . 4 8 0
60
8 .6 7 2 1 0 .1 1 8 1 0 . 8 7 2 9 . 1 3 6 1 1 .6 8 4 1 1 . 3 1 0 1 1 .6 7 8 1 0 . 5 4 6 1 2 . 3 5 0 1 2 . 6 5 0 8 . 8 1 6 6 .7 3 6
PROVINCIA: HUELV HUELVA A LATITUD: LA TITUD: 37º 3 7º 16’ Ángulo
ene
feb
mar
Orient ación: Sur Orientación: Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
7 .5 7 2 1 1 .8 5 8 1 5 . 7 9 8 2 0 . 7 9 6 2 4 . 0 3 6 2 5 .6 3 2 2 6 . 9 9 6 2 4 .8 4 0 2 0 .6 1 2 1 3 . 0 9 8 8 . 6 7 0 6 . 6 8 4
30
1 1 . 1 8 4 1 6 .1 0 0 1 8 . 7 5 6 2 1 . 9 2 8 2 3 .0 9 2 2 3 .6 3 2 2 5 . 3 2 6 2 5 . 2 6 2 2 3 . 8 4 0 1 6 .9 8 4 1 2 . 5 0 6 1 0 .2 7 6
45
1 2 . 1 3 4 1 6 .9 6 0 1 8 . 7 8 2 2 0 . 7 8 4 2 0 .9 2 2 2 0 .9 3 6 2 2 . 6 0 4 2 3 . 5 0 0 2 3 . 5 1 2 1 7 .6 0 2 1 3 . 5 7 4 1 1 .2 8 8
60
1 2 . 4 2 0 1 6 .8 8 6 1 7 . 8 1 0 1 8 . 5 8 2 1 7 .7 5 4 1 7 .3 5 0 1 8 . 8 3 6 2 0 . 5 0 4 2 1 . 8 9 0 1 7 .2 5 4 1 3 . 8 1 6 1 1 .6 7 2
PROVINCIA: HUESCA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 42º 4 2º 08’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
6 .4 3 4 1 1 .4 7 2 1 4 . 9 9 4 1 7 . 6 1 4 2 0 . 6 0 8 2 2 .3 3 0 2 3 . 8 9 4 2 0 .7 3 4 1 5 .4 2 0 1 1 . 3 7 0 6 . 7 7 2 4 . 9 6 6
30
1 0 . 5 4 4 1 7 .0 5 4 1 8 . 6 7 8 1 8 . 9 2 2 2 0 .3 4 2 2 1 .2 1 2 2 3 . 1 0 8 2 1 . 6 2 2 1 8 . 0 2 4 1 5 .4 9 8 1 0 . 5 0 8 7 . 9 9 4
45
1 1 . 7 8 6 1 8 .4 7 4 1 9 . 0 5 4 1 8 . 1 9 6 1 8 .7 7 6 1 9 .2 1 0 2 1 . 0 6 8 2 0 . 4 5 8 1 7 . 9 4 4 1 6 .3 5 2 1 1 . 5 7 4 8 . 9 0 2
60
1 2 . 3 5 6 1 8 .8 2 8 1 8 . 4 0 0 1 6 . 5 6 6 1 6 .3 2 4 1 6 .3 2 4 1 8 . 0 0 2 1 8 . 2 6 0 1 6 . 9 3 6 1 6 .3 0 2 1 1 . 9 9 0 9 . 3 1 4
PROVINCIA: JAÉN PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 37º 3 7º 46’ Ángulo
ene
feb
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 mar
abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
6 .2 7 0 9 .9 0 6 1 4 . 6 7 1 1 8 . 0 5 7 2 0 .1 8 9 2 4 . 4 1 1 2 6 .8 3 5 2 4 . 2 8 5 1 9 . 6 4 6 1 1 . 6 2 0 7 . 7 7 4 6 .3 1 1
30
9 .7 8 5 1 2 .4 5 0 1 3 . 9 8 5 1 5 . 8 7 4 1 8 . 0 9 5 2 2 .8 5 4 2 4 . 6 7 4 2 2 .6 5 4 1 7 .8 9 4 1 5 . 6 7 4 1 0 . 3 4 5 7 .9 8 4
45
1 0 . 4 3 0 1 3 .5 6 4 1 4 . 0 5 3 1 5 . 5 4 3 1 6 .8 7 3 1 8 .0 9 3 2 0 . 1 4 5 1 9 . 5 3 2 1 6 . 5 4 3 1 4 .6 7 5 1 1 . 8 6 7 8 . 6 4 3
60
1 1 . 0 4 5 1 2 .5 6 4 1 3 . 7 8 6 1 4 . 0 6 7 1 4 .4 5 3 1 5 .0 6 5 1 7 . 9 8 4 1 8 . 5 7 3 1 4 . 9 6 5 1 3 .6 7 8 1 0 . 9 8 7 8 . 8 3 2
PROVINCIA: LEÓN PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 42 4 2o 35’ Ángulo
ene
feb
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 mar
abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
5 .6 0 0 1 0 .7 2 6 1 3 . 6 5 2 1 7 . 3 1 4 1 9 . 1 4 4 2 3 .5 7 4 2 4 . 8 2 0 2 1 .6 6 8 1 5 .4 0 6 1 0 . 6 3 0 6 . 9 7 2 4 . 2 1 6
30
9 .0 0 2 1 5 .8 5 4 1 6 . 8 4 6 1 8 . 9 3 0 2 2 . 4 3 2 2 4 .0 6 6 2 2 . 7 3 0 1 8 .0 9 6 1 4 .4 2 0 1 1 . 0 7 0 1 1 . 0 7 0 6 .5 3 2
45
1 0 . 0 2 4 1 7 .1 5 4 1 7 . 1 5 4 1 7 . 9 5 0 1 7 .5 1 2 2 0 .3 2 0 2 1 . 9 6 8 2 1 . 5 4 4 1 8 . 0 5 2 1 5 .2 0 2 1 2 . 2 6 4 7 . 2 1 0
60
1 0 . 4 8 0 1 7 .4 7 6 1 6 . 5 5 4 1 6 . 3 7 0 1 5 .2 8 2 1 7 .2 4 6 1 8 . 7 7 8 1 9 . 2 5 0 1 7 . 0 6 6 1 5 .1 5 2 1 2 . 7 6 4 7 . 5 0 2
PROVINCIA: LLEIDA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 41º 4 1º 41’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
6 .0 7 8 1 2 .1 6 8 1 5 . 5 9 2 1 9 . 2 2 6 2 1 . 9 5 4 2 4 .2 6 2 2 4 . 6 3 8 2 1 .3 4 0 1 6 .7 4 0 1 1 . 9 8 0 6 . 3 0 2 4 . 0 0 6
30
9 .6 4 8 1 8 .1 8 4 1 9 . 4 4 2 2 0 . 7 2 0 2 1 . 6 3 2 2 2 .9 6 2 2 3 . 7 5 6 2 2 .2 1 6 1 9 .6 8 8 1 6 . 3 8 0 9 . 4 7 0 6 . 8 8 0
45
1 0 . 7 0 0 1 9 .7 1 4 1 9 . 8 7 8 1 9 . 9 1 8 1 9 .9 2 6 2 0 .7 1 0 2 1 . 6 1 4 2 0 . 9 8 8 1 9 . 6 2 2 1 7 .2 9 0 1 0 . 3 4 4 7 . 8 1 0
60
1 1 . 1 4 8 2 0 .0 9 2 1 9 . 1 3 6 1 8 . 1 0 6 1 7 .2 5 8 1 7 .4 9 6 1 8 . 4 0 6 1 8 . 6 9 4 1 8 . 5 1 6 1 7 .2 3 4 1 0 . 6 5 2 8 . 3 1 4
PROVINCIA: LUGO PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 43º 00’ Ángulo
ene
feb
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 mar
abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
3 .8 6 8 7 .2 3 8 8 . 5 9 0 1 3 . 5 6 6 1 3 . 8 3 6 1 6 . 7 6 4 1 7 . 0 3 4 1 5 .2 4 2 1 1 . 3 0 2 9 .1 4 6 5 . 3 4 2 3 . 1 5 6
30
5 .4 6 8 9 .8 9 4 9 . 9 1 8 1 4 . 4 2 4 1 3 . 6 5 8 1 6 . 0 1 8 1 6 . 5 6 0 1 5 .7 7 2 1 2 . 8 7 4 1 2 . 1 7 4 7 . 9 9 8 4 . 3 4 2
45
5 .8 9 2 1 0 .4 9 4 9 . 9 1 2 1 3 . 8 6 0 1 2 .6 8 6 1 4 . 6 2 8 1 5 .2 2 4 1 4 . 9 4 6 1 2 . 7 4 6 1 2 . 7 7 4 8 . 7 3 4 4 .6 5 0
60
6 .0 2 4 1 0 .5 4 2 9 . 4 4 4 1 2 . 6 5 8 1 1 .1 8 6 1 2 . 6 1 2 1 3 .2 1 8 1 3 . 4 2 6 1 2 . 0 0 4 1 2 . 6 9 6 9 . 0 0 2 4 .7 3 2
PROVINCIA: MADRID PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 40º 25’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
6 .3 6 2 9 .7 9 8 1 4 . 1 5 0 1 9 . 5 5 2 2 1 .1 8 4 2 3 . 5 3 0 2 5 .8 7 4 2 2 . 9 8 6 1 6 . 1 1 8 1 0 . 7 6 2 7 . 3 2 6 6 .2 3 6
30
9 .8 3 2 1 3 .5 4 4 1 7 . 1 2 2 2 0 . 9 1 0 2 0 . 7 2 6 2 2 .1 3 8 2 4 . 7 6 4 2 3 .8 2 6 1 8 .6 3 8 1 4 . 1 2 4 1 1 . 0 6 0 1 0 . 6 1 2
45
1 0 . 8 1 8 1 4 .3 7 8 1 7 . 3 0 0 2 0 . 0 2 4 1 9 .0 2 6 1 9 .9 0 8 2 2 . 4 0 6 2 2 . 4 2 0 1 8 . 4 7 4 1 4 .7 2 8 1 2 . 0 8 2 1 1 .9 7 2
60
1 1 . 2 0 6 1 4 .4 2 8 1 6 . 5 6 6 1 8 . 1 1 8 1 6 .4 2 4 1 6 .7 8 0 1 8 . 9 4 8 1 9 . 8 5 2 1 7 . 3 3 8 1 4 .5 4 2 1 2 . 4 3 0 1 2 .6 4 6
PROVINCIA: MÁLAGA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 36º 3 6º 43’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
8 .2 0 4 1 1 .5 5 6 1 7 . 7 0 8 1 8 . 8 8 2 2 2 . 8 1 8 2 4 .8 7 0 2 5 . 9 1 6 2 2 .3 1 6 1 8 .5 4 6 1 3 . 0 2 0 1 0 . 1 3 4 6 .2 3 6
30
1 2 . 2 2 0 1 5 .4 9 8 2 1 . 2 9 6 1 9 . 7 3 8 2 1 .8 7 8 2 2 .9 0 4 2 4 . 2 7 4 2 2 . 5 4 2 2 1 . 0 9 8 1 6 .7 6 8 1 5 . 1 4 2 9 . 2 9 8
45
1 3 . 2 8 6 1 6 .2 7 0 2 1 . 3 9 2 1 8 . 6 7 2 1 9 .8 1 8 2 0 .2 8 2 2 1 . 6 6 6 2 0 . 9 5 0 2 0 . 7 1 2 1 7 .3 3 8 1 6 . 4 4 6 1 0 .1 2 8
60
1 3 . 6 1 6 1 6 .1 5 0 2 0 . 3 1 6 1 6 . 6 9 0 1 6 .8 3 6 1 6 .8 1 8 1 8 . 0 7 2 1 8 . 3 0 4 1 9 . 2 2 6 1 6 .9 6 0 1 6 . 8 1 4 1 0 .4 1 2
PROVINCIA: MURCIA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 37º 59’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
9 .5 4 6 1 1 .9 7 8 1 7 . 2 0 0 2 1 . 3 5 2 2 5 . 2 8 8 2 5 .7 4 8 2 6 . 9 2 2 2 3 .6 5 4 1 9 .0 5 0 1 3 . 9 0 0 9 . 6 7 0 7 . 7 4 6
30
1 5 . 2 9 8 1 6 .5 0 8 2 0 . 8 6 4 2 2 . 5 6 8 2 4 .4 0 2 2 3 .8 4 0 2 5 . 3 7 4 2 4 . 1 3 2 2 1 . 9 7 6 1 8 .4 4 4 1 4 . 6 9 0 1 2 .6 7 8
45
1 6 . 9 4 4 1 7 .4 7 6 2 1 . 0 3 6 2 1 . 4 5 4 2 2 .1 4 0 2 1 .1 8 0 2 2 . 7 2 0 2 2 . 5 1 6 2 1 . 6 8 4 1 9 .2 4 8 1 6 . 0 3 6 1 4 .1 4 6
60
1 7 . 6 0 0 1 7 .4 6 6 2 0 . 0 5 4 1 9 . 2 2 4 1 8 .7 8 4 1 7 .5 9 2 1 8 . 9 9 2 1 9 . 7 3 0 2 0 . 2 2 2 1 8 .9 7 4 1 6 . 4 6 6 1 4 .8 0 0
PROVINCIA: NA NAV VARRA LATITUD: LA TITUD: 42º 4 2º 85’ Ángulo
ene
feb
mar
Orient ación: Sur Orientación: Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
4 .2 1 0 7 .3 4 6 1 1 . 0 0 8 1 1 . 3 1 8 1 6 .1 7 2 1 9 . 9 7 0 2 1 .2 6 6 1 7 . 7 4 8 1 3 . 4 2 0 9 . 9 4 8 4 . 6 2 6 3 . 2 4 4
30
6 .1 3 8 1 0 .0 2 6 1 3 . 2 2 4 1 1 . 8 4 0 1 5 . 9 8 2 1 9 .0 6 4 2 0 . 6 5 0 1 8 .4 5 6 1 5 .5 5 6 1 3 . 3 8 8 6 . 4 8 8 4 . 4 8 0
45
6 .6 6 8 1 0 .6 2 8 1 3 . 3 6 8 1 1 . 3 3 6 1 4 . 8 1 6 1 7 .3 4 2 1 8 . 9 2 0 1 7 .4 9 0 1 5 .4 6 2 1 4 . 0 8 6 6 . 9 6 2 4 . 8 0 2
60
6 .8 5 4 1 0 .6 7 2 1 2 . 8 4 0 1 0 . 3 4 6 1 2 . 9 9 6 1 4 .8 4 0 1 6 . 2 9 8 1 5 .6 8 0 1 4 .5 9 6 1 4 . 0 3 0 7 . 0 6 4 4 . 8 9 0
PROVINCIA: ORENSE PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 42º 4 2º 33’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
2 .8 2 4 6 .7 9 0 1 4 . 0 7 2 1 2 . 0 9 4 8 . 8 6 8 1 9 . 1 8 4 1 6 . 1 6 2 1 8 .1 7 6 1 2 . 5 4 6 7 .1 5 8 5 . 3 0 0 2 . 4 4 0
30
3 .2 8 8 8 .9 8 6 1 7 . 4 0 2 1 2 . 6 9 0 8 . 6 2 8 1 8 . 2 7 8 1 5 . 6 5 4 1 8 .8 6 2 1 4 . 3 6 8 8 .9 2 8 7 . 7 1 4 2 . 8 9 6
45
3 .3 3 6 9 .4 4 2 1 7 . 7 2 2 1 2 . 1 4 8 8 . 0 4 2 1 6 . 6 2 0 1 4 . 3 7 4 1 7 .8 4 8 1 4 . 2 3 0 9 .1 9 4 8 . 3 5 6 2 . 9 5 8
60
3 .2 5 0 9 .4 1 4 1 7 . 1 0 0 1 1 . 0 6 8 7 . 2 0 2 1 4 . 2 2 6 1 2 . 4 7 4 1 5 .9 7 0 1 3 . 3 9 0 9 .0 0 4 8 . 5 5 8 5 . 8 9 8
PROVINCIA: PALENCIA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 42º 4 2º 00’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
4 .3 2 8 1 0 .1 2 0 1 2 . 0 4 8 1 5 . 5 3 0 2 0 . 1 1 4 2 2 .4 7 0 2 4 . 2 0 0 2 1 .8 6 6 1 5 .2 4 8 1 1 . 2 2 2 6 . 3 5 2 3 . 6 7 2
30
6 .1 5 0 1 4 .5 4 6 1 4 . 5 1 4 1 6 . 5 3 8 1 9 . 8 3 8 2 1 .3 3 6 2 3 . 3 8 8 2 2 .8 5 6 1 7 .7 8 4 1 5 . 2 3 4 9 . 6 7 2 5 . 2 2 8
45
6 .6 3 2 1 5 .6 2 2 1 4 . 6 7 0 1 5 . 8 7 0 1 8 . 3 1 4 1 9 .3 1 4 2 1 . 3 1 6 2 1 .6 2 2 1 7 .6 9 4 1 6 . 0 5 8 1 0 . 5 9 6 5 .6 4 4
60
6 .7 7 4 1 5 .8 2 2 1 4 . 0 7 6 1 4 . 4 4 4 1 5 . 9 2 8 1 6 .4 0 0 1 8 . 2 0 0 1 9 .2 7 8 1 6 .6 8 6 1 5 . 9 9 6 1 0 . 9 4 2 5 .7 7 4
PROVINCIA: LAS PALMAS PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 28º 2 8º 11’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
9 .7 6 6 1 1 .7 0 0 1 4 . 8 8 0 1 7 . 6 0 2 1 7 . 8 4 4 1 5 .9 3 2 1 5 . 3 5 8 1 4 .9 9 0 1 6 .6 2 4 1 2 . 1 6 0 9 . 6 5 0 7 . 3 7 0
30
1 2 . 7 0 8 1 7 .7 7 4 1 6 . 1 9 6 1 7 . 3 7 8 1 6 .3 6 2 1 4 .2 7 0 1 3 . 9 4 6 1 4 . 3 7 2 1 7 . 4 8 6 1 4 .2 5 8 1 2 . 1 8 0 9 . 4 0 2
45
1 3 . 2 3 2 1 9 .4 5 4 1 5 . 6 7 0 1 6 . 0 0 8 1 4 .5 0 8 1 2 .5 1 2 1 2 . 3 3 4 1 3 . 0 7 4 1 6 . 6 2 4 1 4 .2 5 8 1 2 . 5 4 8 9 . 7 5 2
60
1 3 . 0 6 4 2 0 .0 5 6 1 4 . 3 8 2 1 3 . 9 0 2 1 2 .1 2 0 1 0 .3 5 8 1 0 . 3 1 0 1 1 . 2 3 6 1 4 . 9 5 6 1 3 .5 5 6 1 2 . 2 7 8 9 . 6 2 0
PROVINCIA: PONTEVEDRA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 42º 4 2º 26’ Ángulo
ene
feb
mar
abr
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
5 .3 3 8 8 .8 6 2 1 2 . 0 5 0 1 7 . 9 4 2 1 6 .9 8 4 2 3 . 0 2 2 2 3 .0 7 6 2 0 . 4 2 0 1 4 . 4 7 6 1 1 . 2 2 2 6 . 9 9 0 4 .9 1 8
30
8 .4 1 0 1 2 .4 8 6 1 4 . 5 8 8 1 9 . 3 5 0 1 6 . 7 5 6 2 1 .8 9 8 2 2 . 3 6 0 2 1 .3 2 0 1 6 .8 4 8 1 5 . 3 5 4 1 1 . 0 5 6 7 .9 9 0
45
9 .3 1 4 1 3 .3 4 2 1 4 . 7 2 2 1 8 . 6 3 0 1 5 . 5 1 2 1 9 .8 4 0 2 0 . 4 2 8 2 0 .1 9 2 1 6 .7 6 2 1 6 . 2 2 0 1 2 . 2 3 4 8 .9 2 0
60
9 .7 0 4 1 3 .4 7 4 1 4 . 1 7 6 1 6 . 9 7 8 1 3 . 5 7 4 1 6 .8 5 2 1 7 . 5 1 0 1 8 .0 4 8 1 5 .8 1 8 1 6 . 1 9 0 1 2 . 7 1 8 9 .3 5 2
PROVINCIA: RIOJA LA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 42º 4 2º 28’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
5 .9 8 6 9 .6 3 0 1 3 . 6 0 6 1 8 . 2 5 4 2 1 .2 2 8 2 3 . 5 7 2 2 5 .2 4 4 2 1 . 3 9 6 1 6 . 5 3 8 1 1 . 8 0 8 6 . 7 4 0 5 .0 2 4
30
9 .7 6 8 1 3 .8 1 6 1 6 . 7 6 0 1 9 . 7 1 4 2 1 . 0 0 2 2 2 .4 2 0 2 4 . 4 6 0 2 2 .4 0 8 1 9 .5 8 4 1 6 . 3 3 6 1 0 . 5 7 0 8 .2 2 0
45
1 0 . 9 0 6 1 4 .8 3 6 1 7 . 0 5 4 1 8 . 9 9 2 1 9 .4 0 4 2 0 .2 9 6 2 2 . 3 0 6 2 1 . 2 2 8 1 9 . 5 8 0 1 7 .3 1 2 1 1 . 6 6 8 9 . 1 9 4
60
1 1 . 4 2 6 1 5 .0 3 2 1 6 . 4 4 6 1 7 . 3 1 0 1 6 .8 8 0 1 7 .2 2 0 1 9 . 0 3 8 1 8 . 9 6 6 1 8 . 5 3 0 1 7 .3 2 0 1 2 . 1 1 8 9 . 6 4 6
PROVINCIA: SALAMANCA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 40º 4 0º 58 Ángulo
ene
feb
mar
abr
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
5 .8 2 2 8 .9 6 0 1 2 . 4 3 6 1 7 . 5 0 2 2 0 .8 4 8 2 2 . 7 3 6 2 3 .0 6 8 2 0 . 8 5 0 1 5 . 5 3 4 1 0 . 6 7 6 6 . 1 1 4 4 .8 5 6
30
8 .9 1 4 1 2 .2 8 4 1 4 . 8 7 0 1 8 . 6 3 4 2 0 . 4 5 6 2 1 .4 6 2 2 2 . 1 6 6 2 1 .5 8 0 1 7 .9 7 2 1 4 . 1 0 4 8 . 9 2 8 7 . 9 1 4
45
9 .7 9 2 1 3 .0 2 0 1 4 . 9 8 2 1 7 . 8 5 0 1 8 . 8 1 2 1 9 .3 5 0 2 0 . 1 4 4 2 0 .3 3 6 1 7 .8 2 0 1 4 . 7 4 2 9 . 6 7 6 8 . 8 4 6
60
1 0 . 1 3 0 1 3 .0 5 2 1 4 . 3 3 2 1 6 . 1 9 0 1 6 .2 8 0 1 6 .3 7 0 1 7 . 1 6 6 1 8 . 0 7 6 1 6 . 7 4 8 1 4 .5 8 4 9 . 9 0 2 9 .2 9 4
PROVINCIA: SEGOVIA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 40º 4 0º 57’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
5 .1 5 4 8 .7 4 8 1 1 . 0 8 2 1 4 . 6 2 6 1 7 .1 3 8 2 0 . 5 7 8 2 3 .9 9 6 2 1 . 6 6 6 1 5 . 4 8 8 1 9 . 6 1 2 5 . 4 7 8 4 .1 6 4
30
7 .5 8 2 1 1 .9 4 2 1 3 . 0 5 8 1 5 . 4 0 8 1 6 . 7 9 2 1 9 .4 6 0 2 3 . 0 5 0 2 2 .4 7 6 1 7 .9 1 2 1 4 . 0 1 0 7 . 7 2 8 6 . 3 7 2
45
8 .2 4 4 1 2 .6 4 2 1 3 . 1 0 2 1 4 . 7 3 4 1 5 . 4 8 2 1 7 .5 9 0 2 0 . 9 3 2 2 1 .1 8 6 1 7 .7 6 2 1 4 . 6 4 2 8 . 2 9 8 7 . 0 1 8
60
8 .4 7 2 1 2 .6 6 4 1 2 . 4 9 8 1 3 . 3 6 8 1 3 . 4 8 0 1 7 .8 0 6 1 8 . 8 1 8 1 5 .6 9 4 1 6 .6 9 4 1 4 . 4 8 6 8 . 4 3 4 7 . 2 9 2
PROVINCIA: SEVILLA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 37º 3 7º 23’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
7 .1 6 0 1 1 .1 7 8 1 5 . 4 4 6 1 9 . 7 2 0 2 2 . 4 0 0 2 3 .4 9 0 2 3 . 7 8 0 2 1 .6 4 8 1 7 .5 4 4 1 2 . 0 6 0 8 . 3 3 0 6 . 7 8 4
30
1 0 . 4 7 2 1 5 .0 3 6 1 8 . 3 1 6 2 9 . 7 4 8 2 1 .5 4 6 2 1 .7 4 4 2 2 . 3 9 2 2 1 . 9 2 0 1 9 . 9 2 8 1 5 .4 4 2 1 2 . 0 3 2 1 0 .5 1 8
45
1 1 . 3 3 6 1 5 .8 0 6 1 8 . 3 3 8 1 9 . 6 7 0 1 9 .5 6 2 1 9 .3 4 2 2 0 . 0 8 4 2 0 . 4 1 8 1 9 . 5 7 2 1 5 .9 5 0 1 2 . 9 6 2 1 1 .5 7 8
60
1 1 . 5 8 4 1 5 .7 1 0 1 7 . 3 9 4 1 7 . 6 0 4 1 6 .6 7 0 1 6 .1 3 8 1 6 . 8 8 2 1 7 . 8 9 4 1 8 . 1 9 2 1 5 .6 0 4 1 3 . 1 8 2 1 1 .9 9 4
PROVINCIA: SORIA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 41º 4 1º 46’ Ángulo
ene
feb
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 mar
abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
5 .5 2 8 7 .9 0 8 1 0 . 5 7 0 1 3 . 8 5 6 1 7 .8 0 0 2 0 . 9 5 2 2 3 .3 7 4 1 9 . 8 5 6 1 4 . 0 5 6 9 . 0 6 0 5 . 1 8 2 4 . 2 6 8
30
8 .0 2 8 1 0 .7 4 2 1 2 . 4 8 0 1 4 . 6 2 4 1 7 . 5 2 0 1 9 .8 9 0 2 2 . 5 6 4 2 0 .6 1 8 1 6 .2 0 4 1 1 . 7 8 8 7 . 3 4 8 8 . 7 4 2
45
8 .8 1 8 1 1 .3 6 2 1 2 . 5 3 6 1 4 . 0 0 8 1 6 . 1 8 0 1 8 .0 1 6 2 0 . 5 6 4 1 9 .4 8 4 1 6 .0 7 0 1 2 . 2 7 6 7 . 9 0 0 1 0 .3 1 4
60
9 .1 3 2 1 1 .3 8 4 1 1 . 9 7 6 1 2 . 7 4 2 1 4 . 1 1 2 1 5 .3 4 0 1 7 . 5 6 6 1 7 .3 8 0 1 5 .1 2 2 1 2 . 1 2 6 8 . 0 4 6 1 1 .2 8 8
PROVINCIA: TARRAGONA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 41º 4 1º 07’ Ángulo
ene
feb
mar
abr
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
7 .4 1 4 1 1 .5 4 4 1 3 . 1 6 0 1 6 . 5 6 2 1 8 . 4 5 0 2 0 .5 5 2 2 1 . 2 3 2 1 8 .1 7 2 1 3 .9 0 2 1 1 . 1 6 8 7 . 3 4 8 5 . 9 6 2
30
1 2 . 2 0 6 1 6 .8 2 2 1 5 . 9 0 0 1 7 . 6 0 0 1 8 .1 0 0 1 9 .4 5 6 2 0 . 4 3 6 1 8 . 7 1 4 1 5 . 9 1 8 1 4 .9 2 0 1 1 . 3 1 6 1 0 .5 2 4
45
1 3 . 6 4 4 1 8 .1 1 4 1 6 . 0 6 4 1 6 . 8 6 0 1 6 .6 8 0 1 7 .5 9 8 1 8 . 6 2 0 1 7 . 6 4 4 1 5 . 7 4 4 1 5 .6 4 6 1 2 . 4 3 0 1 1 .9 8 2
60
1 4 . 2 9 8 1 8 .3 7 0 1 5 . 4 0 0 1 5 . 3 0 0 1 4 .5 0 2 1 4 .9 6 4 1 5 . 9 3 6 1 5 . 7 2 0 1 4 . 7 7 8 1 5 .5 1 8 1 2 . 8 4 6 1 2 .7 4 6
PROVINCIA: TENERIFE PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 28º 2 8º 28’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
9 .5 7 2 1 2 .0 1 4 1 5 . 9 1 6 1 9 . 7 7 8 2 1 . 7 8 6 2 4 .1 7 8 2 5 . 1 8 2 2 2 .8 7 8 1 8 .6 9 4 1 3 . 2 5 8 9 . 4 2 6 7 . 1 7 0
30
1 2 . 4 7 4 2 1 .6 8 4 1 7 . 4 6 4 1 9 . 6 1 6 1 9 .8 9 0 2 1 .1 7 2 2 2 . 3 7 0 2 1 . 9 8 0 1 9 . 8 6 4 1 5 .7 7 0 1 1 . 9 0 0 9 . 1 2 8
45
1 2 . 9 9 8 2 4 .8 2 6 1 6 . 9 3 2 1 8 . 0 6 2 1 7 .5 1 2 1 8 .1 3 4 1 9 . 2 9 8 1 9 . 8 2 2 1 8 . 9 3 0 1 5 .8 4 2 1 2 . 2 6 6 9 . 4 6 6
60
1 2 . 8 4 0 2 6 .5 2 4 1 5 . 5 6 6 1 5 . 6 6 0 1 4 .4 6 2 1 4 .5 1 0 1 5 . 5 4 0 1 6 . 7 1 8 1 7 . 0 4 0 1 5 .1 0 8 1 2 . 0 0 4 9 . 3 3 8
PROVINCIA: TERUEL PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 40º 4 0º 21’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
6 .1 1 6 9 .6 3 8 1 1 . 4 6 6 1 4 . 4 0 8 1 8 .7 2 6 2 0 . 4 4 4 2 2 .9 5 8 2 0 . 2 7 6 1 4 . 3 9 0 1 0 . 5 3 2 6 . 0 2 6 4 .1 9 2
30
9 .4 9 6 1 3 .4 0 8 1 3 . 5 7 0 1 5 . 1 6 0 1 8 . 3 5 2 1 9 .3 3 8 2 2 . 0 6 0 2 0 .9 5 4 1 6 .5 0 6 1 3 . 8 7 6 8 . 7 6 2 6 . 4 1 0
45
1 0 . 4 6 6 1 4 .2 6 4 1 3 . 6 3 2 1 4 . 4 9 0 1 6 .9 0 0 1 7 .4 8 2 2 0 . 0 5 6 1 9 . 7 4 6 1 6 . 3 3 2 1 4 .4 9 2 9 . 4 8 4 7 .0 5 8
60
1 0 . 8 5 8 1 4 .3 3 8 1 3 . 0 1 6 1 3 . 1 4 6 1 4 .6 7 8 1 4 .8 6 6 1 7 . 0 9 6 1 7 . 5 5 6 1 5 . 3 2 8 1 4 .3 3 0 9 . 6 9 6 7 .3 3 8
PROVINCIA: TOLEDO PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 39º 3 9º 51’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
6 .3 8 2 1 0 .6 4 0 1 2 . 3 4 2 1 7 . 1 8 4 1 9 . 6 9 4 2 2 .0 3 0 2 4 . 8 2 2 2 2 .2 6 6 1 6 .1 4 4 1 1 . 0 5 8 6 . 3 9 6 4 . 5 6 2
30
9 .6 9 4 1 4 .8 0 4 1 4 . 5 8 4 1 8 . 1 3 8 1 9 . 2 0 0 2 0 .6 9 4 2 3 . 6 9 2 2 2 .9 4 6 1 8 .5 6 8 1 4 . 4 5 8 9 . 1 8 8 6 . 7 8 8
45
1 0 . 6 1 4 1 5 .7 3 2 1 4 . 6 2 8 1 7 . 3 1 0 1 7 .6 1 4 1 8 .6 0 8 2 1 . 4 1 4 2 1 . 5 5 0 1 8 . 3 6 2 1 5 .0 5 2 9 . 9 0 6 7 .4 0 8
60
1 0 . 9 5 6 1 5 .7 9 2 1 3 . 9 3 2 1 5 . 6 4 2 1 5 .2 1 6 1 5 .7 0 8 1 8 . 1 1 6 1 9 . 0 5 2 1 7 . 2 0 0 1 4 .8 3 8 1 0 . 0 9 2 7 . 6 4 4
PROVINCIA: VALENCIA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 39º 3 9º 29’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
9 .3 3 8 1 0 .8 0 2 1 3 . 8 5 6 1 8 . 4 6 4 2 1 . 6 8 6 2 1 .8 5 4 2 3 . 0 6 8 2 4 .0 3 2 1 6 .0 3 2 1 1 . 2 2 2 7 . 5 3 6 6 . 6 1 4
30
1 5 . 5 9 8 1 4 .9 6 6 1 6 . 5 4 6 1 9 . 5 2 8 2 1 .1 0 8 2 0 .4 9 6 2 1 . 9 9 0 2 4 . 7 9 2 1 8 . 3 6 8 1 4 .6 2 0 1 1 . 1 7 0 1 0 .9 4 6
45
1 7 . 4 6 4 1 5 .8 8 4 1 6 . 6 3 6 1 8 . 6 2 8 1 9 .3 0 8 1 8 .4 0 6 1 9 . 8 8 6 2 3 . 2 5 0 1 8 . 1 3 0 1 5 .2 0 4 1 2 . 1 3 4 1 2 .2 6 0
60
1 8 . 2 9 8 1 5 .9 2 4 1 5 . 8 6 6 1 6 . 8 0 2 1 6 .5 9 4 1 5 .5 3 0 1 6 . 8 7 0 2 0 . 4 8 8 1 6 . 9 5 8 1 4 .9 7 0 1 2 . 4 3 0 1 2 .8 7 4
PROVINCIA: VALLADOLID PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 41º 4 1º 39’ Ángulo
ene
feb
mar
abr
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
4 .4 6 8 1 0 .3 5 4 1 2 . 9 4 0 1 6 . 9 5 8 1 9 . 4 3 6 2 2 .8 0 0 2 4 . 9 3 2 2 2 .7 6 0 1 6 .0 3 0 1 0 . 9 2 4 6 . 0 6 8 3 . 6 2 4
30
6 .3 5 6 1 4 .8 4 8 1 5 . 6 8 0 1 8 . 1 1 2 1 9 . 1 3 2 2 1 .6 0 8 2 4 . 0 4 6 2 3 .7 8 0 1 8 .7 5 2 1 4 . 6 6 2 9 . 0 3 0 6 . 0 4 8
45
6 .8 5 2 1 5 .9 3 2 1 5 . 8 6 8 1 7 . 3 8 4 1 7 . 6 4 6 1 9 .5 2 8 2 1 . 8 7 8 2 2 .4 7 2 1 8 .6 6 2 1 5 . 4 0 6 9 . 8 3 4 6 . 8 2 8
60
7 .0 0 0 1 6 .1 2 4 1 5 . 2 3 2 1 5 . 8 0 4 1 5 . 3 4 6 1 6 .5 5 8 1 8 . 6 2 4 1 9 .9 9 8 1 7 .5 9 4 1 5 . 3 0 4 1 0 . 1 0 8 7 .2 4 8
PROVINCIA: VIZCAYA LATITUD: LA TITUD: 43º 40’ Ángulo
ene
feb
mar
Orient ación: Sur Orientación: Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
3 .8 0 4 6 .0 1 6 8 . 8 2 4 9 .9 6 2 1 3 . 5 6 2 1 3 . 4 4 2 1 4 .1 1 0 1 1 . 2 8 6 1 0 . 7 2 2 8 .1 9 0 4 . 0 0 0 3 . 0 4 2
30
5 .4 1 6 7 .8 5 2 1 0 . 2 8 6 1 0 . 3 1 8 1 3 .4 0 4 1 2 . 9 1 4 1 3 .7 2 6 1 1 . 5 0 8 1 2 . 1 6 6 1 0 . 7 3 2 6 . 1 4 8 4 .1 6 0
45
5 .8 5 0 8 .2 2 0 1 0 . 3 1 2 9 . 8 6 4 1 2 . 4 6 0 1 1 . 8 5 6 1 2 . 6 6 0 1 0 .8 8 6 1 2 . 0 3 4 1 1 . 2 1 2 6 . 5 9 8 4 . 4 4 4
60
5 .9 9 0 8 .1 8 4 9 . 8 5 0 9 .0 0 8 1 1 . 0 0 0 1 0 . 3 3 4 1 1 .0 7 4 9 .8 1 8 1 1 . 3 3 0 1 1 .1 1 2 6 . 7 1 2 4 . 5 1 4
PROVINCIA: ZAMORA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 41º 4 1º 30’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
4 .3 3 6 1 0 .4 9 6 1 2 . 9 8 2 1 7 . 4 2 2 1 9 . 7 6 6 2 3 .0 2 2 2 5 . 1 3 8 2 2 .1 6 0 1 5 .9 9 0 1 0 . 7 2 4 6 . 2 4 5 3 . 5 8 6
30
6 .0 4 2 1 5 .0 5 4 1 5 . 7 1 2 1 8 . 6 2 0 1 9 . 4 4 8 2 1 .7 9 4 2 4 . 2 2 2 2 3 .0 9 6 1 8 .6 6 8 1 4 . 3 1 0 9 . 3 3 0 5 . 5 5 2
45
6 .4 7 4 1 6 .1 5 2 1 5 . 8 9 2 1 7 . 8 7 0 1 7 . 9 3 0 1 9 .6 8 2 2 2 . 0 1 6 2 1 .8 1 4 1 8 .5 6 6 1 5 . 0 0 6 1 0 . 1 7 2 6 .1 5 0
60
6 .5 8 4 1 6 .3 4 0 1 5 . 2 5 0 1 6 . 2 3 6 1 5 . 5 7 2 1 6 .6 7 2 1 8 . 7 2 2 1 9 .4 1 0 1 7 .4 9 6 1 4 . 8 8 8 1 0 . 4 5 6 6 .4 2 8
PROVINCIA: ZARAGOZA PROVINCIA: LATITUD: LA TITUD: 41º 4 1º 39’ Ángulo
ene
feb
mar
Orientación: Sur Unidades: kJ/m2 abr
may
jun
jul
agos
sep
oct
nov
dic
0
6 .4 8 0 1 1 .3 1 6 1 4 . 6 3 2 1 7 . 8 6 4 2 1 . 8 0 4 2 3 .4 6 6 2 4 . 5 3 6 2 2 .3 0 8 1 5 .8 4 0 1 1 . 6 6 4 6 . 5 5 2 4 . 8 9 4
30
1 0 . 4 7 8 1 6 .5 9 8 1 8 . 0 5 4 1 9 . 1 4 8 2 1 .4 8 6 2 2 .2 3 0 2 3 . 6 6 4 2 3 . 2 8 0 1 8 . 5 0 2 1 5 .8 6 4 9 . 9 5 6 9 .2 1 8
45
1 1 . 6 6 6 1 7 .9 1 0 1 8 . 3 6 4 1 8 . 3 9 0 1 9 .7 9 4 2 0 .0 7 2 2 1 . 5 3 6 2 2 . 0 0 2 1 8 . 4 0 6 1 6 .7 2 2 1 0 . 9 0 6 1 0 .6 7 0
60
1 2 . 1 9 6 1 8 .1 9 6 1 7 . 6 0 0 1 6 . 7 1 4 1 7 .1 5 2 1 6 .9 9 4 1 8 . 3 4 8 1 9 . 5 8 4 1 7 . 3 5 4 1 6 .6 5 0 1 1 . 2 5 0 1 1 .5 0 4
5 Cálculo de las instalaciones
Anexo 2 Tabla de temperatura
media mensual ambiente
Índice
Provincia
Ene En
Feb
Mar
Abr May
Jun
Oct
Nov
Dic
Media anual
Álava
4,6
5,4
8,6
10,4
16,6 18,8 19,4 16,8 12,7
8,3
5,4
11,67
Albacete
4,2
5,6
9
11
15,3 21,6 24,1 23,8 17,8 13,7
8,7
5,2
13,33
Alicante
11
11,8
14
15,9
22,8 25,5 26,1 23,7 19,3 15,2
12
18,03
13
19
Jul
Ago
Sep
Almería
11,7 11,8 14,1 16,1 18,4
22
24,7 25,3 23,4 19,4 15,6 12,8
17,94
Asturias
9,3
9,4
11,3 12,3 14,1
17
19,6 19,5 18,1 15,1
Ávila
2,4
3,3
6,3
Badajoz
8,6
9 ,9
1 2 ,7 1 5 ,2
Baleares
12
10,1
13,98
6
3,2
10,43
9, 1
1 6,7 2
1 0 ,5 1 0 ,5 1 2 , 2 1 4 , 5 1 7 , 4 2 1 , 4 2 4 , 1 2 4 , 5 2 2 , 6 1 8 , 4 1 4 ,3 1 1 ,6
1 6 ,8 3
Barcelona
9,4
9,9
1 2 , 3 1 4 , 6 1 7 , 7 2 1 ,6 2 4 , 4 2 4 , 2 2 1 ,7 1 7 ,5 1 3 ,5 1 0 ,2
1 6 ,4 2
Burgos
2 ,5
4 ,8
7 ,1
1 2, 2 1 6 , 2
19
1 8,8 1 6,2 1 1 ,3
6,5
3 ,4
1 0 ,6 0
Cáceres
7 ,7
9,1
1 1 , 7 1 4 , 4 1 7, 4 2 2 , 5
26
2 5,6 2 2,3 1 6,9 1 1,7
8 ,1
1 6,1 2
1 1 , 4 1 2 , 5 1 4 , 6 1 6 , 6 1 8 , 9 2 2 , 2 2 4 , 5 2 4 ,9 2 3 ,4 1 9 ,5 1 5 , 6 1 2 , 5
1 8,0 5
Cantabria
9, 3
9,9
1 3,9 3
Castellón
1 0 , 4 1 1 , 1 1 3 , 1 1 4 ,9 1 7 ,8 2 1 , 6 2 4 , 3 2 4 , 7 2 2 , 6 1 8 , 6 1 4 , 3 1 1 ,1
1 7 ,0 4
Cádiz
Ciudad Real 5,4
9,2
7,3
8,7
9, 2
12,2 16,4 18
20
19,8 16,3 10,6
2 2 , 8 2 5 , 8 2 5 , 5 2 2 ,6 1 7 , 8 1 2 , 6
1 1 , 5 1 2 , 3 1 4 , 2 1 6 , 9 1 8 , 8 1 9 , 3 1 8 , 2 1 5 ,3 1 2 ,2
1 0 , 4 1 2 , 9 1 6 , 3 2 1 , 2 2 5 ,5 2 4 ,8
21
1 4, 8
8,9
6 ,2
1 4, 5 6
9, 6
1 7,9 2
1 6 , 5 1 8 , 2 1 8 , 9 1 7 , 8 1 5 , 3 1 2 ,4 1 0 ,2
1 3 ,9 1
Córdoba
9 ,1
1 0 ,7 1 3 ,5 1 6 ,3 1 9 , 4 2 4 , 4 2 7 , 9 2 7 , 6 2 4 , 3 1 8 , 6 1 3 , 6
La Coruña
9,9
9 ,8
1 1,5 1 2,4
Cuenca
3,1
4,2
7 ,3
Girona
7,1
8,4
1 1 , 1 1 3 , 4 1 6 , 8 2 0 ,7 2 3 , 5 2 3 , 3 2 0 , 9
Granada
7
8,4
11
1 3 , 3 1 6 , 3 2 1 ,8 2 5 ,7 2 5 ,3 2 1 ,8
Guadalajara
3,5
5 ,9
9,5
1 1 , 9 1 5 , 6 2 0 , 2 2 4 , 3 2 3 , 5 1 9 ,8 1 3 ,7
Guipuzcoa
7,8
7, 7
1 0 , 7 1 1 , 8 1 0 ,5 1 6 , 8 1 5 , 1
10
14
1 3, 3 1 8,1 2 1,9 2 1,4
19
18
12
7, 2
4 ,1
1 1,7 2
16
1 1 ,3
8
1 5 ,0 4
16
1 1,6
7,7
1 5,4 9
8,4
5,5
1 3,4 8
8
1 2 ,5 8
1 8 , 1 1 4 , 7 1 0 ,7
Jun
Jul
Ago
Dic
Media anual
Huelva
1 1,1 1 2 ,3 1 4,4 1 8,4 1 8,9 2 2 ,4
25
2 5 , 2 2 3 , 3 1 9 , 4 1 5 ,2 1 1 ,9
1 8 ,1 3
Huesca
4 ,6
6,1
1 0 , 2 1 2 , 5 1 5 , 9 1 9 , 9 2 2 , 8 2 2 , 5 1 9 ,3
8,9
5 ,4
1 3,5 1
Jaén
8,2
9,6
12,3 14,1 18,3 23,8 27,7 27,3 23,4 17,6 12,7
8,9
16,99
León
2, 8
4 ,2
7 ,6
7
3 ,6
1 1,0 3
Lleida
4 ,9
9 ,5
1 1 ,3 1 1 , 9 1 6 , 1 1 9 , 6 2 4 , 1 2 4 ,4 2 1 ,9 1 4 ,9
8 ,3
7,3
1 4,5 2
Lugo
6
6 ,9
9 ,4
11
1 3 , 1 1 6 , 3 1 8 ,1 1 6 ,6 1 6 ,8 1 3 , 2 8 , 8 0
6,2
1 1 ,8 7
Madrid
4,9
6,5
10
13
1 5 ,7 2 0 , 6 2 4 , 2 2 3 , 6 1 9 , 8
5, 6
1 3,9 0
Málaga
1 2,5 1 2 ,9
15
1 6 ,3 1 9 ,3 2 2 ,8 2 5 , 2 2 5 , 6 2 3 , 5 1 9 , 7 1 5 , 8 1 3 , 3
1 8 ,4 9
Murcia
1 0,7 1 1,6 1 4,2
Navarra
4,6
5 ,4
Orense
6 ,6
Palencia
3 ,3
Provincia
Ene En
Feb
Mar
9 ,9
16
Sep
Oct
14
1 2 ,5 1 7 , 2 1 9 , 7 1 9 , 5 1 6 , 6 1 1 , 8
1 9 ,5 2 3 , 4
26
14
Nov
8 ,9
2 6 , 3 2 3,8 1 8 ,9 1 4 ,4 1 1 ,6
1 8,0 3
1 1 , 1 1 4 , 4 1 7 , 8 2 0 ,2 1 9 ,7 1 8 ,3 1 3 ,4
8 ,2
5,5
1 2 ,3 0
7 ,2
1 0 ,7 1 2 ,6 1 6 , 1 1 9 , 1 2 1 , 8 2 1 , 2 1 8 ,7 1 3 ,9
9,5
7 ,3
1 3,7 3
4,6
8 ,2
7 ,2
1 0,1
1 2,2 6
Las Palmas 18,3 19,6 19,1 19,6 20,3 21,4 23,8 23,6 25,9 23,3 22,1 19,9
2 1 ,4 1
Pontevedra
9 ,2
1 0 ,1 1 2 ,3 1 4 , 2 1 5 , 6 1 8 , 1 2 0 , 2 2 0 , 5 1 8 , 2 1 4 , 9 1 1 , 9
9,5
1 4,5 6
La Rioja
5,1
6,5
9 ,7
1 1 ,9 1 4 ,9 1 9 , 1 2 1 , 8 2 1 , 5
1 3, 8
8 ,9
6,1
1 3, 1 9
Salamanca
3,7
4,9
8,1
1 0 , 5 1 3 ,7 1 8 ,4 2 1 ,5 2 1 ,2 1 8 , 1 1 1 , 9
7, 4
4, 2
1 1,9 7
Segovia
2 ,4
4
7 ,6
1 0 ,1 1 3 ,2 1 8 ,2 2 1,7 2 1,3 1 7,5 1 1,8
6,6
3,1
1 1 ,4 6
Sevilla
1 0 , 5 1 2 , 3 1 4 , 6 1 7 , 2 1 9 , 9 2 4 ,8 2 7 ,9 2 7 ,8 2 4 , 8 1 9 , 8
15
1 1,4
1 8,8 3
Soria
2,3
3,5
6, 2
3 ,1
1 0 ,4 5
Tarragona
8 ,9
1 0,1 1 1,6 1 3,7 1 6,6 2 0,3 2 2,9 2 3,2 2 1,1 1 7,7 1 3,2 1 0,3
1 5 ,8 0
1 7 , 4 1 7 , 5 1 8 , 2 1 9 , 2 2 0 ,4 2 2 ,4 2 4 ,2 2 4 , 7 2 4 , 1 2 2 , 7 2 0 , 5 1 8 , 4
2 0 ,8 1
Teruel
1,6
3, 5
6,7
1 2 , 9 1 7 , 2 1 9 ,2 1 8 ,9 1 6 ,7 1 1 ,1
6 ,6
3,3
1 0 ,5 7
Toledo
5,9
7 ,4
1 0 ,6 1 3 ,4 1 6 , 9 2 2 , 1 2 6 , 1 2 5 , 3 2 1 , 2 1 5 , 2
9 ,9
6 ,4
1 5 ,0 3
Valencia
1 0,3
11
1 3 , 1 1 4 , 8 1 7 , 8 2 1 , 9 2 3 ,9 2 4 ,5 2 2 ,4 1 8 ,3 1 4 , 4 1 1 , 1
1 6,9 6
Valladolid
3, 3
5 ,1
8,6
Vizcaya
7 ,5
5,3
8 ,6
1 1 ,2 1 4 ,2 1 8 , 6 2 1 , 6 2 1 , 2
18
Zamora
3 ,8
5,3
8 ,6
1 1 ,2 1 4 ,2 1 8,6 2 1,6 2 1,2
18
Zaragoza
6,1
7 ,6
1 1 ,3 1 3 , 7
Tenerife
9
Abr May
6, 6
1 0 ,5 1 3 , 5 1 8 ,1
8,9
9,1
11
21
2 0 ,8 1 7 ,6 1 2,2
19
1 1 , 9 1 6 , 5 1 9 , 6 1 9, 5 1 6, 4 1 0, 9
1 4 , 1 1 8 , 5 2 1 , 3 2 0 , 4 1 7 , 8 1 2 ,9
17
7,7
4,4
1 2 ,0 9
1 2,8
7 ,5
4,3
1 2,5 7
1 2, 8
7 ,5
4,3
1 2 ,2 6
2 1 , 2 2 3 ,1 2 3 ,7 2 0 ,6 1 5 ,4 1 0 ,2
6 ,7
1 4 ,7 2
Anexo 3 Índice
5 Cálculo de las instalaciones
Tabla de temperatura media del agua de la red datos de CTE
La siguiente tabla contiene la temperatura diaria media mensual (ºC) de agua fría para las capitales de provincia, para su uso en el cálculo de la demanda de ACS a temperaturas de cálculo distintas a 60 ºC: Provincia
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic t media
A Coruña
10
10
11
12
13
14
16
16
15
14
12
11
12,83
Albacete
7
8
9
11
14
17
19
19
17
13
9
7
12,50
Alicante
11
12
13
14
16
18
20
20
19
16
13
12
15,33
Almería
12
12
13
14
16
18
20
21
19
17
14
12
15,67
Ávila
6
6
7
9
11
14
17
16
14
11
8
6
10,42
Badajoz
9
10
11
13
15
18
20
20
18
15
12
9
1 4,1 7
Barcelona
9
10
11
12
14
17
19
19
17
15
12
10
1 3,7 5
Bilbao
9
10
10
11
13
15
17
17
16
14
11
10
1 2, 7 5
Burgos
5
6
7
9
11
13
16
16
14
11
7
6
1 0 ,0 8
Cáceres
9
10
11
12
14
18
21
20
19
15
11
9
1 4,0 8
Cádiz
12
12
13
14
16
18
19
20
19
17
14
12
1 5 ,5 0
Castellón
10
11
12
13
15
18
19
20
18
16
12
11
1 4,5 8
Ceuta
11
11
12
13
14
16
18
18
17
15
13
12
1 4,1 7
Ciudad Real
7
8
10
11
14
17
20
20
17
13
10
7
1 2,8 3
Córdoba
10
11
12
14
16
19
21
21
19
16
12
10
1 5,0 8
Cuenca
6
7
8
10
13
16
18
18
16
12
9
7
1 1,6 7
Girona
8
9
10
11
14
16
19
18
17
14
10
9
1 2,9 2
Granada
8
9
10
12
14
17
20
19
17
14
11
8
1 3,2 5
Guadalajara
7
8
9
11
14
17
19
19
16
13
9
7
1 2 ,4 2
Huelva
12
12
13
14
16
18
20
20
19
17
14
12
1 5 ,5 8
Provincia
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic t media
Huesca
7
8
10
11
14
16
19
18
17
13
9
7
1 2,4 2
Jaén
9
10
11
13
16
19
21
21
19
15
12
9
14,58
Las Palmas de Gran Canaria
15
15
16
16
17
18
19
19
19
18
17
16
1 7 ,0 8
León
6
6
8
9
12
14
16
16
15
11
8
6
1 0, 5 8
Lleida
7
9
10
12
15
17
20
19
17
14
10
7
1 3 ,0 8
Logroño
7
8
10
11
13
16
18
18
16
13
10
8
1 2 ,3 3
Lugo
7
8
9
10
11
13
15
15
14
12
9
8
1 0,9 2
Madrid
8
8
10
12
14
17
20
19
17
13
10
8
1 3, 0 0
Málaga
12
12
13
14
16
18
20
20
19
16
14
12
1 5,5 0
Melilla
12
13
13
14
16
18
20
20
19
17
14
13
1 5,7 5
Murcia
11
11
12
13
15
17
19
20
18
16
13
11
1 4,6 7
Ourense
8
10
11
12
14
16
18
18
17
13
11
9
1 3 ,0 8
Oviedo
9
9
10
10
12
14
15
16
15
13
10
9
1 1 ,8 3
Palencia
6
7
8
10
12
15
17
17
15
12
9
6
1 1,4 2
Palma de Mallorca
11
11
12
13
15
18
20
20
19
17
14
12
1 5 ,1 7
Pamplona
7
8
9
10
12
15
17
17
16
13
9
7
1 1,6 7
Pontevedra
10
11
11
13
14
16
17
17
16
14
12
10
1 3,4 2
Salamanca
6
7
8
10
12
15
17
17
15
12
8
6
1 1 ,0 8
San Sebastián
9
9
10
11
12
14
16
16
15
14
11
9
1 2 ,1 7
Santa Cruz de Tenerife
15
15
16
16
17
18
20
20
20
18
17
16
1 7,3 3
Santander
10
10
11
11
13
15
16
16
16
14
12
10
1 2,8 3
Segovia
6
7
8
10
12
15
18
18
15
12
8
6
1 1,2 5
Sevilla
11
11
13
14
16
19
21
21
20
16
13
11
1 5 ,5 0
Soria
5
6
7
9
11
14
17
16
14
11
8
6
1 0 ,3 3
Tarragona
10
11
12
14
16
18
20
20
19
16
12
11
1 4,9 2
Teruel
6
7
8
10
12
15
18
17
15
12
8
6
1 1,1 7
Toledo
8
9
11
12
15
18
21
20
18
14
11
8
1 3 ,7 5
Valencia
10
11
12
13
15
17
19
20
18
16
13
11
1 4,5 8
Provincia
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic t media
Valladolid
6
8
9
10
12
15
18
18
16
12
9
7
1 1 ,6 7
Vitoria-Gazteiz
7
7
8
10
12
14
16
16
14
12
8
7
1 0,9 2
Zamora
6
8
9
10
13
16
18
18
16
12
9
7
1 1 ,8 3
Zaragoza
8
9
10
12
15
17
20
19
17
14
10
8
1 3, 2 5
Altura de referencia en m, temperatura en ºC
En los casos en los que la localidad no coincida con la capital de provincia se corregirá la temperatura ambiente diaria media mensual (TambY ) según la temperatura de la capital de provincia (TambCP) y la diferencia de altura con respecto a esta A z = Altura de la l a localidad – Altura de la Capital de provincia mediante la siguiente expresión: TambY = TambCP – B # A z donde: B es 0,010 para los meses de octubre a marzo y 0,005 para los meses de abril a septiembre
Anexo 4 Índice
5 Cálculo de las instalaciones Anexo 4
Conversión de unidades
PRESIÓN
1 atmósfera = 1 kg/cm 2 = 10 mca = 1 bar = 1 kg/cm 2 = 105 Pascal ENERGÍA
1 kW/h = 3.600 kJ = 860 kcal 1 kcal = 4,18 kJ = 0,0012 kW/h 1 W = 1 J/s 1 J = 0,24 calorías 1 caloría = 4,18 J POTENCIA
1 kW = 860 kcal/h 1 kcal/h = 1/860 kW =1,163 # 10-3 kW 1 CV = 0,736 kW = 632,96 kcal/h 1 J/s = 1 W CONSTANTE SOLAR
1.353 W/m 2 = 1.168 kcal/h·m 2 = 4.871 kJ/h·m 2 DENSIDAD AIRE
1,204 kg/m 3 DENSIDAD AGUA
1.000 kg/m 3
Anexo 5 Índice
5 Cálculo de las instalaciones
Diccionario de Diccionario términos frecuentes
PARÁMETROS AMBIENTALES
Radiación solar: energía procedente del Sol en forma de ondas electromagnéticas. Radiación solar directa: radiación solar incidente sobre un plano dado, procedente de un pequeño ángulo sólido centrado en el disco solar. Radiación solar hemisférica : radiación solar incidente en una superficie plana dada, recibida desde un ángulo sólido de 2 sr (del hemisferio situado por encima de la superficie). Hay que especificar la inclinación y acimut de la superficie receptora. Radiación solar difusa : radiación solar hemisférica menos la radiación solar directa. pl ano horizontal. Radiación solar global : radiación solar hemisférica recibida en un plano
Irradiancia solar : potencia radiante incidente por unidad de superficie sobre un plano dado. Se expresa en W/m 2. Irradiancia solar directa : cociente entre el flujo radiante recibido en una superficie plana dada, procedente de un pequeño ángulo sólido centrado en el disco solar, y el área de dicha superficie. Si el plano es perpendicular al eje del ángulo sólido, la irradiancia solar recibida se llama directa normal. Se expresa en W/m 2. Irradiancia solar difusa : irradiancia de la radiación solar difusa sobre una superficie receptora plana. Hay que especificar la inclinación y el acimut de la superficie receptora. Irradiancia solar reflejada : radiación por unidad de tiempo y unidad de área que, procedente de la reflexión de la radiación solar en el suelo y otros objetos, incide sobre una superficie. Irradiación: energía incidente por unidad de superficie sobre un plano dado, obtenida por integración de la irradiancia durante un intervalo de tiempo dado, normalmente normal mente una hora o 2 2 un día. Se expresa en MJ/m o kWh/m . exterior, que envuelve a un acumulador de energía Aire ambiente: aire, tanto interior como exterior, térmica, a un captador solar o a cualquier objeto que se esté considerando. INSTALACIÓN
Instalaciones abiertas : instalaciones en las que el circuito primario está comunicado de forma permanente con la atmósfera. Instalaciones cerradas: instalaciones en las que el circuito primario no tiene comunicación directa con la atmósfera.
Instalaciones de sistema directo: instalaciones en las que el fluido de trabajo es el propio agua de consumo que pasa por los captadores. Instalaciones de sistema indirecto: instalaciones en las que el fluido de trabajo se mantiene en un circuito separado, sin posibilidad de comunicarse con c on el circuito de consumo. Instalaciones por termosifón: instalaciones en la que el fluido de trabajo circula por convección libre. Instalación con circulación forzada : instalación equipada con dispositivos que provocan la circulación forzada del fluido de trabajo. Circuito primario: circuito del que forman parte los captadores y las tuberías que los unen, en el que el fluido recoge la energía solar y la transmite. Circuito secundario: circuito en el que se recoge la energía transferida del circuito primario para ser distribuida a los puntos de consumo. Circuito de consumo: circuito por el que circula agua de consumo. Sistema solar prefabricado : un sistema de energía solar con el fin de preparar sólo agua caliente, bien sea como sistema compacto o como sistema partido. Consiste en un sistema integrado o en un conjunto y configuración uniforme de componentes. Se produce bajo condiciones que se presumen semejantes y ofrecidas a la venta bajo un solo nombre comercial. Un solo sistema puede ser ensayado como un todo en un laboratorio, dando lugar a resultados que representan sistemas con la misma marca comercial, configuración, componentes y dimensiones. Los sistemas de energía auxiliar conectados en serie con el sistema solar prefabricado no se consideran partes del sistema .
Sistema compacto: equipo solar prefabricado cuyos elementos se encuentran montados en una sola unidad, aunque físicamente pueden estar diferenciados. Sistema partido: equipo solar prefabricado cuyos elementos principales (captación y acumulación) se pueden encontrar a una distancia física relevante. Sistema integrado: equipo solar prefabricado cuyos elementos principales (captación y acumulación) constituyen un único componente y no es posible diferenciarlos físicamente. CAPTADORES
Captador solar térmico: dispositivo diseñado para absorber la radiación solar y transmitir la energía térmica, así producida, a un fluido de trabajo que circula por su interior. Captador solar de líquido: captador solar que utiliza un líquido como fluido de trabajo. Captador solar de aire: captador solar que utiliza aire como fluido de trabajo. Captador solar plano : captador solar sin concentración, cuya superficie absorbedora es sensiblemente plana. Captador sin cubierta : captador solar sin cubierta c ubierta sobre el absorbedor. absorbedor.
Captador de concentración : captador solar que utiliza reflectores, lentes u otros elementos ópticos para redireccionar y concentrar sobre el absorbedor la radiación solar que atraviesa la apertura. Captador de vacío: captador en el que se ha realizado el vacío en el espacio entre absorbedor y cubierta. Captador de tubos de vacío: captador de vacío que utiliza un tubo transparente, normalmente de cristal, donde se ha realizado el vacío entre la pared del tubo y el absorbedor. absorbedor. Cubierta: elemento o elementos transparentes, o traslúcidos, que cubren el absorbedor para reducir las pérdidas de calor y protegerlo de la intemperie. Absorbedor: componente de un captador solar cuya función es absorber la energía radiante y transferirla en forma de calor a un fluido. Placa absorbente : absorbedor cuya superficie es sensiblemente plana. Apertura : superficie a través de la que la radiación solar no concentrada es admitida en el captador. Área de apertura : máxima proyección plana de la superficie del colector transparente a la radiación solar incidente no concentrada. Área total: área máxima proyectada por el captador completo, excluyendo cualquier medio de soporte y acoplamiento de los tubos expuesta. Fluido de transferencia de calor o fluido de trabajo : fluido encargado de recoger y transmitir la energía captada por el absorbedor. absorbedor. Carcasa: componente del colector que conforma su superficie exterior, fija la cubierta, contiene y protege a los restantes componentes del colector y soporta los anclajes del mismo. Materiales aislantes: aquellos materiales de bajo coeficiente de conductividad térmica, cuyo empleo en el colector solar tiene por objeto reducir las pérdidas de calor por la parte posterior y laterales. Junta de cubierta : elemento cuya función es asegurar la estanquidad de la unión cubiertacarcasa. Temperatura de estancamiento del colector: corresponde a la máxima temperatura del fluido que se obtiene cuando, sometido el captador a altos niveles de radiación y temperatura ambiente, y siendo la velocidad del viento despreciable, no existe circulación en el colector y se alcanzan condiciones cuasi-estacionarias. COMPONENTES
Intercambiador de calor: dispositivo en el que se produce la transferencia de energía del circuito primario al circuito secundario. Acumulador solar o depósito d epósito solar: depósito en el que se acumula el agua calentada por energía solar.
Depósito de expansión: dispositivo que permite absorber las variaciones de volumen y presión en un circuito cerrado producidas por las variaciones de temperatura del fluido circulante. Puede ser abierto o cerrado, según esté o no en comunicación con la atmósfera. Bombas de circulación: dispositivo electromecánico que produce la circulación forzada del fluido a través de un circuito. Puede Purgador de aire: dispositivo que permite la salida del aire acumulado en el circuito. Puede ser manual o automático. c ircuito. Válvula Válvula de seguridad: dispositivo que limita la presión máxima del circuito.
Válvula Válvula antirretorno o retención: retención: dispositivo que evita el paso de fluido en un sentido. Controlador diferencial de temperaturas: dispositivo electrónico que dirige distintos elementos eléctricos de la instalación (bombas, electroválvulas, etc.) en función, principalmente, de las temperaturas en distintos puntos de dicha instalación. Termostato de seguridad: dispositivo utilizado para detectar la temperatura máxima admisible del fluido de trabajo en el algún punto de la instalación. Controlador antihielo: dispositivo que impide la congelación del fluido de trabajo.
Índice
Anexo 6
5 Cálculo de las instalaciones
Tabla ablass de de irrad irradiancia iancia
A continuación se indican las tablas tablas de irradiación solar con los valores medios medios mensuales y datos obtenidos de AEMET, AEMET, con la asignación en la última columna de la zona climática, según el CTE. El orden establecido es alfabético por Comunidades Autónomas a c i t á m i l V c a n o Z l a u n 4 a 8 2 a , i 5 d e M e r b 6 m 4 , e i 2 c i D e r b 2 m 0 e , i 3 v o N e r b 5 1 u , t 4 c O e r b A Í 1 m e C 7 , i t U 5 p e L S A o D t s N 2 o A 0 , g 7 A o 9 i l 8 , u 7 J o 4 i 9 n , u 7 J o y a M l i r b A o z r a M o r e r b e F o r e n E
V V V V V V V
V I V I V I
I
V I
V V
I
4 8 2 , 5
5 5 7 , 4
7 8 2 7 7 , , 4 4
3 7 5 , 3
5 7 7 , 4
1 0 , 5
3 0 4 , 5
2 6 6 , 3
8 3 7 8 9 6 3 3 , 2 , 3 , 2 , 2 , 3 , 3 , 2 2 2 2 2 2 2
9 3 9 7 , 9 , 7 , 1 1 1
9 4 , 1
5 0 , 2
4 7 2 , 1 , 3 3
6 3 , 1
6 8 2 2 2 2 2 9 , 7 , 9 , 9 , 8 , 9 , 9 , 2 2 2 2 2 2 2
3 4 5 3 , 4 , 3 , 2 2 2
7 8 , 1
5 , 2
1 7 7 , , 3 3
9 6 , 1
3 8 5 4 5 7 2 1 , 8 , 0 , 0 , 9 , 0 , 0 , 4 3 4 4 3 4 4
7 7 2 4 , 5 , 5 , 3 3 3
4 7 , 2
6 , 3
7 9 0 , 7 , 4 4
9 6 , 2
4 2 1 , 5
1 0 2 , 5
5 1 2 , 5
6 7 1 , 5
8 9 1 , 5
1 3 2 , 5
3 8 9 6 8 4 2 5 S 1 S 8 S 4 9 A 8 8 , 7 , 7 7 6 7 7 2 , E 9 6 , I 1 N , , , , , , 2 , 2 , A , A , 5 , R 5 5 5 5 5 5 5 4 I I R 4 R 5 Ó 5 5 5 B 4
R G U A T R 1 9 8 2 8 5 2 A 8 4 4 S A 8 1 , 1 , 5 , , 1 , 1 , 7 , 0 , 7 , 5 , 6 , 4 7 7 7
7 7
6 6 6
A A A E T N L N A A 3 A 4 5 2 B 6 C 0 , , 0 , C 0 , 6
6 7
5
6 2 7 2 2 7 1 9 , 1 , 0 , 0 , 1 , 9 , , 7 8 8 8 8 7 8
9 9 6 6 , 5 , 7 , 7 7 7
9 2 , 5
8 5 , 7
6 6 0 , , 6 7
1 7 , 5
5 9 2 5 7 8 9 , 8 , 9 , 7 , 9 , 8 , 8 , 7 7 7 7 7 7
8 7 6 4 , 2 , 5 , 7 7 7
4 3 , 5
1 5 , 7
2 2 2 , 2 , 6 7
8 , 5
1 9 6 8 1 6 9 2 , 2 , 7 , 8 , 0 , 8 , 7 9 , 7 7 6 6 7 6 6
8 9 5 6 , 3 , 7 , 6 6 6
9 9 , 4
8 6 , 6
1 9 5 , 5 , 6 6
3 3 , 5
2 7 2 8 2 6 5 4 5 , 3 , 9 , 9 , 1 , 0 , 1 , 1 , 6 6 5 5 6 6 6 6
2 3 2 8 , 6 , 8 , 5 5 5
6 4 , 4
6 8 , 5
5 1 9 , 1 , 5 6
6 , 4
3 3 1 2 7 4 5 3 9 , 0 , 9 , 9 , 9 , 9 , 8 , 0 , 4 5 4 4 4 4 4 5
7 6 6 6 , 5 , 6 , 4 4 4
6 , 3
6 4 , 4
3 4 0 , 0 , 5 5
6 , 3
2 1 3 4 3 7 6 6 7 , 6 , 7 , 5 , 6 , 6 , 5 , , 3 3 3 3 3 3 3 3
5 7 1 2 , 2 , 2 , 3 3 3
3 4 , 2
3 1 , 3
4 2 1 , 2 , 4 4
4 3 , 2
4 7 2 7 9 8 8 2 8 , 7 , 6 , 7 , 6 , 6 , 7 , 7 , 2 2 2 2 2 2 2 2
6 1 5 0 , 3 , 0 , 2 2 2
7 7 , 1
2 3 , 2
6 , 1
o d e i v O
a a c r o m l l l a a P M
7 5 , 4 , 3 3 s z a u e r i m C f l r a e P a n t e s n T a a L S
a í r e m l A
z i d á C
a b o d r ó C
a d a n a r G
a v l e u H
n é a J
a a g l l a i l á v e M S
a c s e u H
l e u r e T
a z o g a r a Z
r e d n a t n a S
a c i t á m i l C a n o Z l a u n a a i d e M e r b m e i c i D e r b m e i v o N e r b u t c O e r b m e i t p e S o t s o g A o i l u J
V V V V I V I I
I V V I I V V V I I I I I I I I I I I I I I
9 7 9 , 4
3 6 , 4
4 2 0 , 5
7 2 7 , 4
3 2 5 8 , 4
5 1 3 , 4
9 8 4 , 4
6 3 6 , 4
3 2 7 , 4
7 4 5 , 4
9 7 4 , 4
2 6 6 , 4
I I V V I I I I I I
7 0 7 , 4
8 5 5 , 4
2 6 3 , 4
2 9 7 , 4
7 4 6 , 4
1 1 9 5 5 , 8 1 , 0 , , 9 , 2 2 1 1 1
1 5 6 1 8 2 2 4 7 8 , 6 , 6 , , 4 , 5 , 6 , 7 , 7 , 7 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 6 4 8 9 , 8 , 6 , 9 , 1 1 1 1
4 1 8 4 5 6 , 6 , 3 , 3 , 5 , 2 2 2 2 2
9 2 9 4 8 6 6 8 1 2 , 1 , 2 , , 9 , 0 , 1 , 2 , 1 , 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2
1 7 9 1 3 , 2 , 2 , 4 , 2 2 2 2
5 8 5 2 2 , 4 7 , , 5 , 7 , 3 3 3 3 3
7 5 3 9 3 9 3 6 9 3 , 3 , , 0 , 1 , 2 , 4 , 2 , 2 , 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
3 5 5 2 3 , 2 , 5 , 4 , 3 3 3 3
2 3 1 7 7 6 9 9 7 5 8 6 4 6 , 4 , N 1 , 2 , 1 , 9 , 2 , 2 , , 5 , 5 , 9 , 9 , 4 5 5 Ó 5 4 4 5 5 5 4 5 5 5
8 1 9 7 7 , 7 , 2 , 8 , 4 4 5 4
A H 1 C 5 , N 5 A M A 1 L 9 , A 6 L L I T 6 S 9 , A 7 C
3 3 6 8 1 , 0 , , 8 , 9 7 6 6 7 9 5 5 9 0 , 8 , 9 , 0 , 8 7 7 8
E L A L L I T S A C
6 4 7 4 4 7 3 9 5 6 , 7 , 8 , 6 , 4 , 7 , 8 , , 4 , 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 2 2 8 2 2 7 8 5 8 , 4 , 7 , , 7 , , 4 , 5 , 7 , 8 7 7 7 7 7 7 7 7 7
A Ñ U L A T A C
2 3 1 4 1 , 1 , , 9 , 6 6 5 6 6 3 3 2 4 3 , 0 , 7 , 4 , 7 7 7 7
o i n u J
5 1 4 7 5 6 , 8 , 8 , 4 , , 7 7 7 7 7
1 2 9 1 6 3 5 5 7 3 , , 1 , 5 , 6 , , 2 , 3 , 5 , 7 7 7 7 7 7 7 7 7
6 6 6 1 , 5 , 2 , 7 , 7 6 7
o y a M l i r b A
5 7 6 4 1 6 , 2 , 5 , 7 , , 6 6 6 6 6
5 4 1 8 4 9 2 8 3 1 , , 2 , 3 , 4 , 0 , 1 , 4 , 5 , 0 6 6 6 6 6 6 6 6 6
7 9 1 1 4 , 5 , , 9 , 8 6 5 6 6
7 2 4 6 4 9 , 6 , 9 , , 9 , 5 5 5 5 5
5 6 5 6 6 6 7 3 6 , 4 , 5 , 2 , 2 , 5 , , 9 , 3 , 4 5 4 5 5 5 5 5 5 5
9 9 3 6 6 , 2 , 0 , 7 , 5 5 6 5
o z r a M o r e r b e F o r e n E
2 5 9 8 1 7 , 8 , 4 , 5 , 8 , 4 4 4 4 4
4 8 8 4 9 2 3 7 3 4 , 3 , 4 , 5 , , 0 , 2 , 4 , 4 , 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4
4 7 3 6 3 , 2 , 7 , 4 , 4 4 4 4
9 9 8 7 5 3 , , 3 , 1 , 1 , 3 3 3 3 3 3
6 5 6 6 9 9 2 1 6 , 9 0 , 0 , , 0 , 0 , , 5 , 8 , 9 3 2 2 2 3 2 2 3 3
4 4 5 5 1 , 0 , 2 , 2 , 3 3 3 3
9 6 4 2 8 , 3 4 , 3 , 2 , , 2 2 2 2 2
6 2 3 3 9 6 9 8 1 , 9 , 9 , , 6 , 8 , 8 , 0 , 2 9 1 1 1 2 1 1 1 2
8 4 8 6 1 , 1 , 9 , 2 , 2 2 1 2
e t e c a b l A
l a e R d a d u i C
a c n e u C
a r a j a l a d a u G
o d e l o T
a l i v Á
s o g r u B
n ó e L
a a c i n c a n e m l a a a P l S
a a i v i o r o g e S S
d i l i d a l l a V
a r o m a Z
a n o l e c r a B
a n o r i G
a d i e l L
a n o g a r r a T
a c i t á m i l c a n o Z l a u n a a i d e M e r b m e i c i D e r b m e i v o N e r b u t c O e r b m e i t p e S o t s o g A
I I I
V I
V
4 6 8 , 3
5 8 0 , 4
1 2 2 , 4
6 8 8 , 4
8 8 0 , 5
8 8 9 , 9 , 1 1
4 4 4 4 , 4 3 , , 4 , 1 1 1 1
4 5 , 1
7 8 , 1
7 5 , 2
1 5 7 8 , 5 , 6 , 2 2 2
3 6 6 , 5 , 2 2
4 9 4 8 7 , 7 , 8 , 8 , 1 1 1 1
7 9 , 1
3 4 , 2
4 0 , 3
9 3 8 9 , 7 , , 6 3 3 3
9 6 7 , , 6 3 3
1 1 7 9 , 7 , 8 , , 7 2 2 2 2
7 0 , 3
6 5 , 3
3 1 , 4
3 8 1 4 0 , 2 , A 6 , 5 , 5 5 R 5 5
9 5 6 4 3 , 3 , 6 , 6 , 4 4 4 4
6 7 , 4
7 4 , 5
5 5 , 5
D I R D 7 A M
A L L I 6 L 6 , E 6 M
V I V V I
V V I
6 0 9 , 4
8 4 0 , 5
2 0 , 5
5 1 , 2
7 8 3 2 , 1 , , 0 2 2 2
8 6 , 2
9 6 , 3
8 3 , 5 2 7 , 6
o i l u J
1 6 , 7
o i n u J
4 6 , 7
o y a M l i r b A o z r a M o r e r b e F o r e n E
A T U E C
I I I I I I I I
V I
A N A I 5 C 4 , N 5 E L A V D 2 8 , A 6 D I N 3 U 7 , M 7 O C 5
8 5 7 , 4
4 2 9 , 4
8 2 3 , 6 , 6 6 8 8 4 , 6 , 7 7
U D A M 2 , E 1 R 7 T X 6 E 0
2 9 9 , 4
7 0 , 7
A I C I L A G
6 3 8 , 3
3 2 0 , 4
1 1 8 5 7 , , 7 , 1 , 0 5 5 6 6
A J O I R A L
3 1 , 6
8 , 0 , 8 8
3 6 6 3 , 3 , 9 , 7 , 6 6 6 6
5 0 , 7
4 0 , 8
5 3 , 7
4 8 6 , 2 , 4 , 7 7 7
4 1 8 , 8 , 7 7
6 7 8 3 , 7 3 , 2 , , 6 6 6 6
8 , 6
4 7 , 7
9 2 , 7
4 7 , 6
2 2 8 9 , 5 , 7 , 6 6 6
2 8 , 8 , 6 6
4 2 9 7 6 , , 3 , 6 , 7 5 5 5 5
5 8 , 5
6 , 6
6 7 , 6
7 9 , 5
3 8 7 1 , 8 , 0 , 6 5 6
4 6 8 , 8 , 5 5
2 9 2 6 6 , 4 , 7 , 7 , 4 4 4 4
8 9 , 4
5 7 , 5
2 3 , 6
1 4 , 4
3 8 7 , 5 , 6 , 4 4 4
9 8 , 7 , 4 4
2 4 2 2 6 , 6 , 8 , 8 , 3 3 2 3
7 0 , 4
5 6 , 4
2 8 , 4
1 3 , 3
9 4 4 4 , , 3 , 3 3 3
4 4 3 , 3 , 3 3
4 7 6 3 3 , 3 , 5 , 5 , 2 2 2 2
6 6 , 2
5 2 , 3
7 , 3
7 5 , 2
1 3 2 6 , 5 , , 4 2 2 2
3 9 4 , 3 , 2 2
5 4 4 6 , 6 , 7 , 7 , 1 1 1 1
7 7 , 1
7 2 , 2
6 8 , 2
a t u e C
e t n a c i l A
a r d e v e t n o P
o ñ o r g o L
d i r d a M
a l l i l e M
n ó l l e t s a C
a i c n e l a V
z o j a d a B
s e r e c á C
a ñ u r o C A
o g u L
e s n e r u O
a c i t á m i l c a n o Z l a u n a a i d e M e r b m e i c i D e r b m e i v o N e r b u t c O e r b m e i t p e S o t s o g A
V
I I
I
I
I I
3 3 1 , 5
4 0 , 4
4 5 , 3
3 5 5 , 3
6 0 8 , 3
6 3 , 2
7 4 , 1
8 3 8 3 , , 3 , 3 1 1 1
8 8 , 2
7 8 , 1
6 9 7 , 6 , 7 , 1 1 1
9 9 , 3
6 9 , 2
2 9 3 7 , , 5 , 8 2 2 2
1 5 , 5
6 , 4
8 1 7 0 , 1 , 3 , 4 4 4
9 8 , 7
6 8 , 6
9 9 8 4 , 5 , 2 , 5 5 6
o i n u J
3 7 , 7
2 6 , 6
5 2 1 5 , 1 , , 6 5 5 6
o y a M l i r b A
6 9 , 6
6 6 , 5
7 8 4 1 , , 1 , 5 5 5
9 2 , 6
8 5 , 4
9 6 3 , 3 , 4 , 4 4 4
8 , 4
8 , 3
3 9 8 4 , 4 , 6 , 3 3 3
6 , 3
9 4 , 2
3 2 2 2 , 2 , 3 , 2 2 2
2 7 , 2
2 6 , 1
6 3 6 5 , , 5 , 5 1 1 1
a i c r u M
a n o l p m a P
n á i t a o s a i r a o b b l t e i i S B V n a S
o i l u J
o z r a M o r e r b e F o r e n E
A I C R U M
O A C R S R A A 7 5 V 7 3 9 8 9 V , , I 8 , 9 , 4 , 6 A 5 S 4 4 5 A N P
Agradecimientos Agradecemos la colaboración c olaboración a todas las empresas y páginas web que nos han autorizado a utilizar imágenes e información de sus productos con el objetivo de poder enriquecer los contenidos del libro: Salvador Escoda AENOR Junkers Junkers Sedical BAXI OMEGA Comeval Standard Hidráulica Genebre Resol ATESA ATESA
Bibliografía (1998). Sevilla. Editorial Progensa. Avances Avances en energía solar (1998). Fernández Fernández Salgado, José M. y Gallardo Rodríguez, Vicente (2004). Energía solar térmica en la edificación. Madrid. Editorial AMV ediciones Manuales de energías renovables. Energía solar térmica (1996). Madrid. Edición especial
Cinco Días
apr ueba el Código Técnico Técnico de la Real Decreto 314/2006 , de 17 de marzo, por el que se aprueba
Edificación. BOE núm. 74, Ministerio de Vivienda, Madrid, 28 de marzo de 2006
RITE 2007 + resumen normas UNE 5ª edición (2016) . Murcia. Editorial Cano Pina
Libros técnicos de referencia. Textos de fácil con sulta tanto por su diseño y exposic ión como por s u contenido. Manuales adaptados a las necesidades reales de los usuarios. Todos los títulos están clasificados en diversas categorías:
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