Calculo y Diseño de Instalaciones Solares Termicas

CLCULO Y DISEO DE INSTALACIONES SOLARES TRMICAS II.

1

CURSO DE ENERGA SOLAR

Autor: IRENE MONTERO PUERTAS

Ingeniera Industrial

rea de Mquinas y Motores Trmicos

Escuela de Ingenieras Industriales

Universidad de Extremadura


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UNIDAD DIDCTICA 4-II.

Clculo y diseo de

instalaciones solares trmicas. ndice:

1. INTRODUCCIN. .............................................................................. 2

2. OBJETIVOS....................................................................................... 3

3. CRDITOS. ....................................................................................... 4

4. METODOLOGA. ................................................................................ 5

5. TEMARIO. ......................................................................................... 6

5.1INTRODUCCIN............................................................................. 6 5.2HERRAMIENTASDISPONIBLES............................................................6 5.2.1 Mtodos de clculo simplificado. ................................................... 6 5.2.2 Programas de simulacin........................................................................ 6 5.3 EJEMPLO DE APLICACIN..................................................................... 6 5.3.1 Datos iniciales. ................................................................................... 6 5.3.2 Dimensionado de la instalacin. ............................................................ 6 5.3.2.1 Demanda energtica ................................................................ 6 5.3.2.2 Aportacin del sistema solar. ..................................................... 6 5.3.2.3 Superficie colectora................................................................... 6 5.3.2.4 Subconjunto de almacenamiento. ............................................... 6 5.3.2.5 Subconjunto de termotransferencia. ............................................ 6 5.3.3 Aislamiento.......................................................................................... 6 5.3.4 Anexos. .............................................................................................. 6

6. CRITERIOS DE EVALUACIN. .......................................................,........ 7

7. MATERIALES. ....................................................................................... 8

.


3

8. BIBLIOGRAFA. ................................................................................ 9 9. ANEXO 1. TEMARIO DEL CAPTULO 4-2. ............................................. 11

10. ANEXO 2. CUESTIONARIO DE EVALUACIN......................................... 12


4

1. INTRODUCCIN.

La presente unidad didctica pretende mostrar los aspectos y conceptos bsicos

necesarios para que el alumno pueda disear y dimensionar una instalacin solar de

agua caliente.

El objetivo bsico del diseo de los sistemas de ACS solar ser el de suministrar al

usuario una instalacin solar que:

a) optimice el ahorro energtico global de la instalacin en combinacin con el

resto de equipos trmicos del edificio;

b) garantice una durabilidad y calidad suficientes;

c) garantice un uso seguro de la instalacin.

Para ello, por un lado se debe conocer de forma exhaustiva la normativa

existente en el campo de aplicacin (nuevo CTE HE4, RITE, Pliegos de

Condiciones, Ordenanzas Municipales, etc).

Y adems, es necesario conocer los parmetros que intervienen en el proceso de

clculo que permitan optimizar la instalacin solar.

As, en esta unidad se plantean todas las cuestiones mencionadas para el diseo y

dimensionado de instalaciones de forma exhaustiva.


5

2. OBJETIVOS.

El objetivo principal de la unidad didctica es formar a los alumnos en el diseo y

dimensionado de las instalaciones de energa solar. Como complemento a la unidad

anterior, en sta se pretende profundizar en el dimensionamiento de las instalaciones

solares para agua caliente mediante la explicacin y utilizacin de diferentes

herramientas informticas. Los objetivos parciales que se persiguen mediante este captulo son:

Explicar las diferentes herramientas disponibles para el dimensionado de

sistemas solares, tanto los mtodos simplificados como los programas de

clculo.

Dimensionar una instalacin completa en un edificio tipo mediante las

diferentes herramientas informticas disponibles (superficie captadora,

volumen acumulador, dimetro tuberas, bombas, depsito de expansin,

aislamiento, etc).

Por ltimo, se muestran diferentes catlogos de fabricantes muy tiles para el

instalador.


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3. CRDITOS.

Realizacin: Irene Montero Puertas

Ingeniera Industrial

Profesora del rea de Mquinas y Motores Trmicos de la Escuela de Ingenieras

Industriales.

Universidad de Extremadura.


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4. METODOLOGA.

El proceso docente se desarrollar ntegramente en rgimen de enseanza

presencial, por lo que se requiere el desplazamiento fsico del alumno.

Con la finalidad de conseguir el correcto seguimiento y aprovechamiento por parte

del alumno de esta unidad didctica, se le proporcionar al mismo una

documentacin detallada y actualizada con los contenidos del captulo, que servir

como apoyo bibliogrfico.

El contenido del temario se expondr mediante la proyeccin de diapositivas que irn

desarrollando de una forma muy visual y grfica la documentacin entregada al

alumno. Para hacer ms ameno el contenido de la unidad didctica:

Se comentarn temas de actualidad mediante noticias del sector acaecidas en la

prensa en los ltimos das para establecer pequeos debates de opinin.

La temporalizacin de esta unidad didctica abarcar 5 horas de clase con descanso

intermedio.


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5. TEMARIO.

5.1 INTRODUCCIN.

5.2 HERRAMIENTAS DISPONIBLES.

5.2.1 Mtodos de clculo simplificado.

5.2.2 Programas de simulacin. 5.3 EJEMPLO DE APLICACIN.

5.3.1 Datos iniciales.

5.3.2 Dimensionado de la instalacin.

5.3.2.1 Demanda energtica

5.3.2.2 Aportacin del sistema solar.

5.3.2.3 Superficie colectora.

5.3.2.4 Subconjunto de almacenamiento.

5.3.2.5 Subconjunto de termotransferencia.

5.3.3 Aislamiento.

5.3.4 Anexos.


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6. CRITERIOS DE EVALUACIN.

Esta unidad es fundamentalmente prctica. Se explicarn los programas de ordenador

disponibles para dimensionado y se utilizarn stos en diferentes ejemplos. La duracin completa del mdulo ser de 5 horas.

La evaluacin se realizar mediante un documento escrito que intentar

cuantificar el grado de cumplimiento de los objetivos del captulo, tanto a nivel de

temario y contenidos, como a nivel docente.

En el anexo 2 se adjunta cuestionario a repartir entre los alumnos, que se rellenar y

entregar en los minutos finales de la clase.


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7. MATERIALES.

Documentacin escrita referente a la materia a desarrollar.

Ordenador porttil para la presentacin de diapositivas en Power Point.

Proyector y Pizarra.

Programa TRANSOL de Clculo de Instalaciones Solares Trmicas (AIGUASOL)

Programas Comerciales

Otros Herramientas en Excell propios y de diferentes empresas para

dimensionado de Instalaciones.


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8. BIBLIOGRAFA.

1) Proyecto de sistemas trmico-solares por el mtodo de las Curvas-f W.A.

Beckman, S.A. Klein and J.A. Duffie, Index (Maveco), Madrid, 1984.

2) Solar Engineering of Thermal Processes, 2nd Edition. J.A. Duffie and W.A.

Beckman, John Wiley and Sons, Inc., 1991.

3) Procesos Trmicos en Energa Solar. J.A. Duffie and W.A. Beckman,

Editorial Grupo Cero, Madrid, 1979.

4) La radiacin solar. Conversin trmica y aplicaciones. R. Bernard, G.

Menguy and M. Schwart, Technique and Documentation. Ed. Lavoisier, 1982.

5) Energa solar. Clculo y diseo de instalaciones. E. Alaiz, Seccin de

publicaciones de la E.T.S. de Ingenieros Industriales, Madrid, 1981.

6) Manual de Instalaciones Solares Trmicas, Agencia Andaluza de la Energa. Ed.

2004. 7) Curso de instalador-proyectista de Energa Solar, CENSOLAR. Ed. 2004.

8) Integracin de los sistemas solares trmicos en la edificacin. ISOFOTN

FERROLI; 2003. 9) Integracin de los sistemas solares trmicos en la edificacin. Manual de

Consulta Rpida. ISOFOTN FERROLI; 2003.

10) Instalaciones de Energa Solar Trmica. Pliego de Condiciones Tcnicas de

Instalaciones de Baja Temperatura IDAE, 2002.

11) Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios (RITE) y sus

Instrucciones Tcnicas Complementarias.

12) Catlogo Tcnico de Energa Solar Trmica Salvador Escoda S.A.

13) Pginas web de Organismos y empresas del sector:

IDAE www.idae.es CENER http://www.cener.com/

APPA www.appa.es


12

AGENEX http://www.dip-badajoz.es/dsostenible/eae/index.php

CAEEM

http://www.madrid.org/comun/org_caeem/0,4452,154369305_0_154720489_,

00.html

APEA http://www.diputacionavila.es/web/?url=apea

EVE http://www.eve.es

Agencia Local de la Energa de Sevilla http://www.agencia-energia-sevilla.com/

SODEAN http://www.sodean.es/ (PROSOL http://www.sodean.es/prosol/prosol.html)

AVEN http://www.aven.es/

ASIT SOLAR http://www.asit-solar.com/

CENSOLAR (Centro de Estudios de la Energa Solar) http://www.censolar.es/

SOLICLIMA http://www.soliclima.com/

14) Fabricantes:

Chromagen, http://www.chromagen.biz/

Isofoton, fhttp://www.isofoton.es

Viessmann, http://www.viessmann.es

Termicol, http://www.termicol.com/

Ferroli, http://www.ferroli.es/default.asp

Salvador Escoda, http://www.salvadorescoda.com/

15) Ordenanzas Solares: Madrid, Valencia, Sevilla, Barcelona, etc.


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9. ANEXO 1. TEMARIO DEL CAPTULO 4-2.

Introduccin.

Como complemento a la Unidad 4-I y siguiendo los diferentes puntos explicados

en la misma, se desarrolla esta Unidad 4-2 en la que se realizarn diferentes ejemplos

prcticos de diseo y dimensionado de instalaciones mediante la utilizacin de

diversas aplicaciones y programas de ordenador (TRANSOL o similares y hojas de

clculo existentes).

En la actualidad con anterioridad a la instalacin de un sistema solar

trmico normalmente se emplea algn mtodo de clculo y/o programa de simulacin

que al menos estime los aportes energticos de la instalacin. Este tipo de

herramientas se emplean con frecuencia en la fase de dimensionado debido a

que permiten determinar de forma relativamente rpida y cmoda el

comportamiento energtico de una instalacin (fraccin solar, etc.)

Existen muchos programas comerciales que permiten calcular instalaciones

solares y que pueden clasificarse en base al nivel de exigencia requerido. Los

programas ms simples no requieren grandes conocimientos sobre el funcionamiento

de las instalaciones solares por parte del usuario y, por lo general, aportan resultados

adecuados para el nivel de detalle requerido y para los datos de entrada

demandados. Cuando se necesitan resultados ms aproximados y completos se

emplean programas de simulacin detallados que normalmente requieren mayor

cantidad de datos de entrada y un nivel notable de conocimientos tcnicos por

parte del usuario.

La mayora de estos programas estn preparados para instalaciones solares

destinadas a la produccin de agua caliente sanitaria si bien tambin muchos de ellos

pueden utilizarse en aplicaciones de calentamiento de piscinas, calefaccin,

refrigeracin, etc. De acuerdo al tipo de clculo que realizan se diferencia

bsicamente entre Mtodos de clculo simplificados y Programas de simulacin.

La calidad de los resultados obtenidos en un programa de simulacin

depende fundamentalmente de la fiabilidad del mtodo empleado y de los


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datosdeentrada suministrados. Se recomienda realizar siempre una evaluacin

crtica de los resultados aportados en la simulacin paradescartar errores y

detectar posibles mejoras en el dimensionado.

Los programas de simulacin tradicionalmente han sido utilizados en

centros de investigacin, universidades, departamento de investigacin y desarrollo,

etc. Sin embargo, ingenieras y tcnicos del sector empiezan a utilizar cada vez con

ms asiduidad este tipo de programas debido a la mayor informacin que aportan y al

ahorro en tiempo y coste que suponen durante la fase de planificacin. El clculo de

la produccin energtica, viabilidad econmica y ahorro de emisiones

contaminantes (CO2, etc.) muestran algunas de las caractersticas de la instalacin

solar y son utilizados como argumentos adicionales de venta. Algunos programas

disponen de herramientas grficas que permiten representar el trazado bsico de la

instalacin, mostrar los valores de entrada y los resultados obtenidos en forma de

informe, etc.


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4.6 HERRAMIENTAS DISPONIBLES.

A continuacin se indican las principales caractersticas de los mtodos de

clculo o de los programas de simulacin de instalaciones solares trmicas

utilizados con ms frecuencia. En muchos de estos programas existen

versiones de demostracin (demos)que pueden descargarse a travs de

Internet. 4.6.1 MTODOS DE CLCULO SIMPLIFICADO.

Son programas bastante simples que consideran condiciones estacionarias

invariables y que se utilizan casi exclusivamente para produccin de agua caliente

sanitaria, aunque recientemente han aparecido mtodos de clculo simplificado para

calefaccin, suelo radiante y calentamiento de piscinas.

Son de utilidad para determinar el comportamiento global de una instalacin pero

no para analizar el funcionamiento detallado de un determinado componente. A partir

del tipo de captador solar de la superficie de captacin instalada, de la inclinacin y

orientacin de los captadores, del volumen de acumulacin solar y del consumo de

agua caliente calculan la produccin energtica de la instalacin, expresando los

resultados normalmente como valores diarios medios mensuales. No son de aplicacin

para estimar el comportamiento de una instalacin bajo determinadas condiciones

especficas y durante periodos de tiempo ms pequeos (horario, etc.) En

general, solamente pueden considerar algunas de las configuraciones de

instalaciones solares trmicas utilizadas en la actualidad.

De entre este tipo de programas destaca el mtodo de clculo f-Chart. Debido a

su facilidad de manejo se recomienda su empleo en empresas instaladoras que

suministren sistemas solares para produccin de agua caliente sanitaria en pequeas

instalaciones.

En este sentido se muestran a continuacin (Figura 1 a Figura 6) algunas

herramientas disponibles y que se utilizarn en esta Unidad. stas han sido

desarrollados por fabricantes como CHROMAGEN, FERROLI, etc, empresas de

ingeniera y por el grupo ENERMYT del rea de Mquinas y Motores Trmicos de la

Universidad de Extremadura.


16

Figura 1. Aplicacin de CHROMAGEN.

Figura 2. Aplicacin Galix.


17

Figura 3. Aplicacin Ferroli para ACS, Piscinas y Calefaccin por suelo radiante.

Figura 4. Aplicacin F-Chart.


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Figura 5. Aplicacin del grupo ENERMYT para clculo de superficie colectora.

Figura 6. Aplicacin del grupo ENERMYT del rea de Mquinas y Motores Trmicos UEx.

4.6.2 PROGRAMAS DE SIMULACIN.

Existen dos tipos de programas: no modulares (T-SOL, TRANSOL, POLYSUN,

etc.) y modulares (TRNSYS, etc.). En ambos casos se simula el comportamiento de una

instalacin a partir de los modelos matemticos establecidos para cada

componente. Estos programas permiten realizar evaluaciones en diferentes periodos

de tiempo (anual, mensual, semanal, diario, horario, etc.) mediante la resolucin de

las ecuaciones caractersticas de los distintos componentes de una instalacin solar.


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Los programas no modulares disponen de una librera que contiene

configuraciones predeterminadas de instalaciones solares trmicas para que el

usuario pueda seleccionar la configuracin que mejor se adapte a cada caso e

introducir los parmetros requeridos. Salvo excepciones, no se puede variar la

configuracin de la instalacin ni ampliar la librera disponible con nuevas

configuraciones. En general, estos programas son de fcil manejo para usuarios que

previamente han usado Windows y que estn familiarizados con el clculo de

instalaciones solares, y se caracterizan por una adecuada presentacin de resultados.

Los programas modulares permiten la posibilidad de realizar anlisis dinmicos y,

debido a su elevada flexibilidad, simular prcticamente cualquier tipo de configuracin

y condiciones de operacin. Normalmente no son de fcil utilizacin, necesitando

el usuario periodos de adaptacin medios o largos para trabajar correctamente con

este tipo de programas.

En esta Unidad se van a presentar un programa de clculo ampliamente utilizado

por empresas instaladoras, ingenieras, etc. Este software se denomina TRANSOL

(Figura 7).

Figura 7. Ventana de eleccin de sistema en el TRANSOL.PRO.


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A continuacin se explica, de forma resumida, el manejo del programa.

Para ms informacin ser necesario consultar el manual.

A partir de la ventana de inicio mostrada anteriormente se puede elegir entre

diferentes sistemas, en cada eleccin se ve el esquema de principio de cada uno

de ellos. En este momento se abrir la ventana de proyecto, desde la que se

tendr acceso a todos los parmetros modificables, para poder simular en detalle los

diferentes sistemas definidos. La entrada o modificacin de datos se realiza mediante la ventana mostrada en la Figura 8.

Figura 8. Modificar datos.

La entrada de datos del proyecto est dividida en dos niveles de profundidad,

segn el conocimiento del usuario del sistema o de los datos disponibles de ste:

El primer nivel consta de una nica pantalla (General) donde se piden

datos generales que permiten realizar un clculo con

parmetroscorrelacionados (Figura9).

El segundo nivel consta del resto de pantallas, donde el usuario avanzado

puede modificar otros parmetros del sistema. En el segundo nivel de

clculo el usuario puede modificar el resto de datos del sistema, para

tener en cuenta todas las singularidades y parmetros reales de ste. Para

activar el segundo nivel de clculo hace falta desactivar la opcin usar

valores por defecto de la pestaa general. Los datos de este segundo


21

nivel se estructuran, bsicamente en siete grupos:

o Datos referentes al campo de captadores

o Datos referentes a los sistemas centralizados

o Datos referentes a los sistemas descentralizados

o Datos referentes a los sistemas de control

o Datos econmicos del proyecto

o Datos referentes a los parmetros de la simulacin y geogrficos

o Datos del proyecto (para informacin del usuario)


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Figura 9. Entrada de datos generales. Los sistemas disponibles se muestran de la Figura 10 a la Figura 15.

Figura 10.Esquema principio sistema directo para hoteles.


23

Figura 11. Esquema principio sistema indirecto para hoteles.


24

Figura 12. Esquema principio sistema para edificios multivivienda.


25

Figura 13. Esquema principio sistema para polideportivos.

Figura 14.Esquema principio sistema para vivienda unifamiliar.


26

Figura 15. Esquema principio sistema para edificios multivivienda.


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Introducidos los parmetros necesarios, se realiza la simulacin del sistema para lo que hace falta:

Ajustar los parmetros de la simulacin

Ejecutar la simulacin

Figura 16. Pantalla de ajuste de los parmetros de simulacin.

El programa TRANSOL_PRO presenta los resultados en forma de ficheros

externos, de dos tipos. Por una parte los archivos PLT, que recogen todos los datos

horarios de las variables presentadas en pantalla durante la simulacin; por otra

parte los OUT, donde se presentan resmenes mensuales y anuales de los valores

energticos ms importantes. A continuacin se muestra un informe de simulacin.


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TRANSOL.PRO INFORME DE SIMULACIN V1.1

TRANSOL for Windows is

property of: Sistemes Avanats d'Energia Solar Trmica, S.C.C.L.

TRNSYS V15 for Windows: source code is property of: The University of Winsconsin-Madison, Solar Energy Laboratory.

1 Tipo de sistema ## 2 Sistema Multivivienda de Acumulacin Descentralizada

Cdigo proyecto SYS02 Persona contacto 0 Equipamiento 0 Direccin 0 Municipio 0 Comarca 0 Telfono / Fax 0 0 E-mail 0

2 Demanda del usuario

A B C D

Nmero subestaciones - 4,0 4,0 4,0 4,0 Nmero usuarios - 6,0 5,0 4,0 3,0 Consumo diario nominal l 2520,0 Perfil diario consumo - DProfile1.TXT Perfil mensual consumo % 1,11 / 1,08 / 1,04 / 1,09 / 1,04 / 1,02 / 0,9 / 0,79 / 0,92 / 0,94 / 1,04 / 1,07

3 Ubicacin (datos meterorolgicos)

Datos meteorolgicos - BARCELONA_TY.dat Latitud / Longitud 41,4 -2,1 Temperatura agua red 9,2 / 11,1 / 12,9 / 14,6 / 18,3 / 20,8 / 23,2 / 24,7 / 22,7 / 18,8 / 14,5 / 12,6

4 Campo de colectores 5 Caractersticas del colector

Superfcie abs. total m 2 35,20 Inclinacin (resp. horiz.) 45,0 a0 - 0,800 Azimut 0,0 a1 W/m 2 K 3,500 Nmero col. serie 8,0 a2 W/m 2 K 2 0,010 Caudal de campo kg/h.m 2 18,8 IAM - 0,09 Caudal primario kg/h 660,0 Caudal test kg/h.m 2 150,0

6 Acumulacin solar descentralizada

A B C D

Volumen m 3 0,200 0,200 0,150 0,100 Altura acumulador m 0,737 0,737 0,669 0,585 Grosor aislamiento m 0,050 0,050 0,050 0,050

7 Produccin

auxiliar


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A-Externo B-Externo C-Externo E-Externo

Potencia kW 8,55 7,13 5,70 4,28 Rendimiento % 0,90 0,90 0,90 0,90

1 de 4


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Cdigo proyecto SYS02

8 Regulacin y control

REGULACIN PRIMARIO Control crepuscular, corte por temperatura mxima del colector.

## Val. Radiacin ON-OFF W/m 2 300 - 250 ## Temp. Max. Colector C 170

REGULACIN SUBESTACIN Control de conexin por dif. de temp. y corte por temp. max. del acumulador. Histresis sec. ON-OFF C 2 - 4 Temp. Max. Acumulador C 50

REGULACIN SERVICIO Temperatura Servicio C 45 (Temp. de consigna del sistema auxiliar descentralizado)

9 Parmetros econmicos

Coste econmico 22.610

10 Parmetros de la simulacin

Inicio / fin / paso de la simulacin h 1 8.760 0,50 Tolerancia Integracin / Convergencia h 0,001 0,001

11 Resultados energticos

Resultados energticos globales del sistema solar trmico.

Consumo sistema [kWh] 30.428,9 Aportacin solar cons. [kWh] 17.184,7 Fraccin solar [%] 56,5

Resultados energticos mensuales y globales del sistema solar trmico.

De

manda usuarios

Consumo sistema

Aportacin aux. Cons.

Consumo auxiliar

Radiacin solar incid.

Prod. Solar

campo

Aportacin solar cons.

Fraccin solar

[kWh] [kWh] [kWh] [kWh] [kWh] [kWh] [kWh] [%]

EneEnero 3.586,1 3.586,1 2.303,9 3.291,3 3.591,7 1.761,6 1.282,2 35,8 Feb Febrero 3.005,6 3.005,6 1.587,2 2.267,5 4.202,8 2.036,9 1.418,3 47,2 Mar Marzo 3.025,0 3.025,0 1.301,7 1.859,5 5.266,7 2.599,5 1.723,3 57,0 Abr Abril 2.911,1 2.911,1 1.154,4 1.649,2 5.525,0 2.796,1 1.756,7 60,3


31

MayMayo 2.493,3 2.493,3 741,1 1.058,7 6.033,3 2.978,7 1.752,2 70,3 Jun Junio 2.181,7 2.181,7 575,8 822,6 5.947,2 2.910,6 1.605,8 73,6 Jul Julio 1.788,6 1.788,6 285,6 407,9 6.561,1 3.059,7 1.503,1 84,0 AgoAgosto 1.444,7 1.444,7 218,4 311,9 6.291,7 2.767,8 1.226,4 84,9 SepSeptiembre 1.821,7 1.821,7 521,7 745,2 5.391,7 2.543,7 1.300,0 71,4 Oct Octubre 2.218,3 2.218,3 911,7 1.302,4 4.880,6 2.325,5 1.306,7 58,9 NovNoviembre 2.772,2 2.772,2 1.537,2 2.196,0 3.777,8 1.825,9 1.235,0 44,5 Dic Diciembre 3.180,6 3.180,6 2.105,6 3.007,9 3.369,4 1.566,8 1.075,0 33,8

TOTAL 30.428,9 30.428,9 13.244,2 18.920,3 60.838,9 29.172,8 17.184,7 56,5

2 de 4


32



Resultados mensuales del consumo energtico del sistema, aportacin solar a consumo y fraccin solar.

4.000

3.500

3.000

2.500

2.000

1.500

1.000

500

0

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

mes

Aportacin solar cons. Consumo sistema Fraccin solar Fraccin Solar promedio

Radiacin solar, produccin solar de campo y aportacin solar a consumo.

Radiacin solar inciden. kWh/m 2 1.728,4 Prod. Solar campo kWh/m 2 828,8 Aportacin solar cons. kWh/m 2 488,2

7.000

6.000

5.000

4.000

3.000

2.000

1.000

0


mes

Radiacin solar incid. Prod. Solar campo Aportacin solar cons. Consumo sistema

Rendimiento campo colectores . Rendimiento del sistema solar trmico

Rendimiento campo colectores % 47,95 Rendimiento del sistema solar trmico % 58,91

3 de 4


33



Representacin grfica de la aportacin solar a consumo y las diferentes prdidas trmicas del sistema.

3.500

3.000

2.500

2.000

1.500

1.000

500

0


mes

Aportacin Solar a Consumo Prdidas Acumulador Solar Prdidas Circuito Primario

Prdidas Acumulador Auxiliar Prdidas Distribucin Prdidas Subestaciones

31%

2%

0%

Aportacin Solar a Consumo Prdidas Acumulador Solar Prdidas Circuito Primario

Prdidas Acumulador Auxiliar

8%

0%

59%

Prdidas Distribucin Prdidas Subestaciones

12 Resultados medioambientales

Ahorro anual de emisiones para las distintas substancias

NOX NMVOC CO SO2 PST CO2 CH4 N2O [g] [g] [g] [g] [g] [kg] [g] [g]

52385 3928 9844 245038 155806 11169 69 10065

13 Anlisis econmico

Ahorro anual de la energia substituida kWh 24.551,6

Coste de la energia substituida


34

Ahorro neto econmico anual 1.546,4 Incremento anual del precio energa % 3,5 Periodo de retorno de la inversin (sin - con subv.) aos 12,0 6,0

4 de 4


35

Por ltimo, indicar que existen diferentes empresas que han

desarrollado sus propios programas de clculo. Este es el caso de Viessmann

que dispone de la herramienta T-SOL 4.0. El programa T-SOL (Figura 17)

ofrece el apoyo necesario para el dimensionamiento de sistemas solares

trmicos mediante, as como para la optimizacin de los componentes del sistema y clculo del rendimiento y de la eficiencia, como tambin el Clculo econmico.

Tiene la capacidad de importar y exportar datos lo que permite realizar

simulaciones con datos medidos o procedentes de diversas fuentes

(perfiles de consumo medidos, datos especficos de radiacin, datos

procedentes del programa METEONORM, etc.).

Figura 17. Pantalla del programa T-Sol.

El informe detallado de resultados obtenidos con este programa para una

vivienda unifamiliar situada en Cceres para cobertura de ACS y calefaccin por

radiadores se muestra a continuacin.


36

Perfil de carga: Casa unifamiliar (max. de maana)

Colector tubular : Vitosol 100 2,5

Fabricante: Viessmann Werke GmbH + Co

Dimensin /Tipo

Superficie bruta: 2,72 m

rea de referencia: 2,5 m (no tiene significado fsico)

capacidad trmica

capacidad trmica especfica : 6400 Ws/m/K

Prdidas pticas

Factor de conversin: 82,6 %

Factor de correccin del ngulo para

radiacin difusa: 90 %

Factor de correcin del ngulo para 50 % de desviacin de la perpendicular:: 95 %

Prdidas calorficas


37

simple

Coeficiente de transmissin de calor : 3,68 W/mK


38

Cuadrado Coeficiente de transmissin de calor : 0,0107 W/mK

todos los datos relativo al rea de referencia.

Depsito de disponibilidad bivalente de ACS: Vitocell-B 100 (300 Liter)

Fabricante: Viessmann

Volumen: 300 l

altura / dimetro: 3,30

Aislamiento

Espesor del Aislamiento: 51 mm Coef. de conductividad trmica: 0,03 W/(m*K)

Altura Prdidas Conexiones

Salida - depsito superior: 100 % 0,1 W/K Entrada - depsito inferior: 0 % 0,1 W/K Retorno de la circulacin: -sin-

Intercambiador de calor conectado con el circuito del colector

Retorno: 6 % 0,1 W/K Impulsin: 52 % 0,1 W/K

Intercambiador de calor para calefaccin auxiliar Retorno: 60 % 0,1 W/K Impulsin: 84 % 0,1 W/K

Intercambiador de calor

Valor kS Intercambiador de calor conexin del circuito del colector: 1,65 W/K por litro de volumen

del depsito Valor kS Intercambiador de calor para calefaccin auxiliar: 0,99 W/K por

litro de volumen del depsito Control

Temperatura deseada del depsito: 45 C

tiempo de carga limitado: -ninguna-

Altura Temperatura on\off

Calefaccin auxiliar


39

Encender: 70 % -3 K Apagar: 70 % 3 K


40

conexin del circuito del colector encender /apagar: 10 % Apagar: 90 % 90 C

Caldera: Vitola 100 15 kW

Fabricante: Viessmann Potencia nominal: 15 kW

Tipo de combustible: caldera de un nivel Diferencia de temperatura 20 K

Mezcla de retorno -ninguna- Combustible: Gasoil (L)

Grado de eficiencia 94 % con temperatura de retorno 60 C

Grado de eficiencia 94 % con temperatura de retorno 30 C

Perodos de operacin

sin funcionamiento: --ninguna--

Resultados de la simulacin anual

Ahorro de Gasoil (L) 420 l

Emisin de CO2 evitada 1146 kg

fraccin solar cobertura ACS 92,2 %

Rendimiento del sistema 30,8 %

Energa sistema solar en el ACS 2821 kWh

Energa de la calefaccin auxiliar 239 kWh

Radiacin global horizontal 1669 kWh

Suministro de energa para preparacin de agua potable 2381 kWh

Demanda energtica para preparacin del agua potable 2381 kWh

Consumo de agua caliente sanitaria 58,4 m

Consumo del agua caliente 37,7 m

Energa suministrada por el colector 2821 kWh

Grado de aprovechamiento del circuito del colector 30,8 %

Radiacin global en el plano inclinado 1835 kWh


41

Radiacin global en el plano inclinado, superficie con sombra 1835 kWh


42

Radiacin sobre la rea bruta (sin sombre) 9,98 MWh Radiacin sobre la rea bruta 9,98 MWh Radiacin sobre la superficie de referencia (sin sombra) 9,17 MWh Radiacin sobre la superficie de referencia 9,17 MWh Prdidas tuberia externa 81,3 kWh Prdidas tuberia interna 781 kWh Prdidas del depsito 672 kWh modificacin del contenido energtico 7,71 kWh

Energa suministrada por la caldera 239

kWh energa primaria equivalente 271

kWh Consumo de Gasoil (L) 26,5 l Resultados como tabla

>--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< Ener Feb Marz Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Total Unidad >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< Gasoil (L) ahorr. 21,2 22,0 30,1 34,7 43,1 43,6 42,4 45,2 43,8 43,1 29,0 21,6

420 l >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< Emisin de CO2 evitada 57,9 60,0 82,2 94,7 118 119 116 123 120 118 79,2 59,0

1146 kg >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< Cobertura ACS 76,6 83,5 94,4 96,7 98,0 100 100 100 98,8 96,3 89,1 75,7

92,2 % >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< grado de rendimiento 42,1 38,3 33,6 30,1 28,8 28,0 25,4 24,2 25,4 31,4 36,8 42,3 30,8 % >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< E ACS solar 204 211 255 249 242 244 238 254 246 245 227 207

2821 kWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< E calef. aux. 62,1 41,7 15,0 8,52 4,96 0,00 0,00 0,00 3,05 9,53 27,7 66,5

239 kWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< G horizontal 58,8 78,0 126 163 190 210 219 219 164 109 74,2 56,5

1669 kWh/m >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< E ACS 235 215 216 205 183 174 156 173 171 198 220 234

2381 kWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< E ACS indicada 235 215 216 205 183 174 156 173 171 198 220 234 2381 kWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< Cons. ACS indicado 5,51 5,02 5,08 4,90 4,51 4,41 4,05 4,52 4,41 5,01 5,39 5,58

58,4 m >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< Cons. ACS 4,51 4,03 3,64 2,93 2,73 2,31 1,94 2,06 2,09 2,96 3,82 4,66

37,7 m >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< E circuito colector 204 211 255 249 242 244 238 254 246 245 227 207


43

2821 kWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< Sfrutt. circ. coll. 42,1 38,3 33,6 30,1 28,8 28,0 25,4 24,2 25,4 31,4 36,8 42,3

30,8 % >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< G inclinada, spec. 96,7 110 152 165 168 175 188 210 194 156 123 98,1


44

1835 kWh/m >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< G inclinada, spec., somb. 96,7 110 152 165 168 175 188 210 194 156 123 98,1

1835 kWh/m >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< G bruta 0,53 0,60 0,83 0,90 0,91 0,95 1,02 1,14 1,05 0,85 0,67 0,53

9,98 MWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< G bruta, somb. 0,53 0,60 0,83 0,90 0,91 0,95 1,02 1,14 1,05 0,85 0,67 0,53

9,98 MWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< G referencia 0,48 0,55 0,76 0,83 0,84 0,87 0,94 1,05 0,97 0,78 0,62 0,49

9,17 MWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< G referencia, somb. 0,48 0,55 0,76 0,83 0,84 0,87 0,94 1,05 0,97 0,78 0,62 0,49 9,17 MWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< E prd. tub. externo 3,69 4,49 6,64 7,55 7,63 7,83 8,64 9,84 9,17 6,95 5,11 3,73

81,3 kWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< E prd. tub. interna 22,6 31,5 51,8 65,4 73,1 85,6 105 117 99,9 66,1 40,1 22,7

781 kWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< E prdidas 30,0 32,7 46,1 56,4 60,0 68,0 79,8 82,9 77,2 60,7 46,2 31,5 672 kWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< E contenido 0,35 4,54 8,03 -3,6 3,74 2,42 1,91 -2,5 0,85 -5,0 -11 8,33

7,71 kWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< E caldera 62,1 41,7 15,0 8,52 4,96 0,00 0,00 0,00 3,05 9,53 27,7 66,5

239 kWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< E primaria 66,1 44,4 16,8 9,35 9,02 0,00 0,00 0,00 5,54 17,3 31,3 70,7

271 kWh >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------< Gasoil (L) cons. 6,48 4,35 1,64 0,92 0,88 0,00 0,00 0,00 0,54 1,70 3,06 6,93

26,5 l >--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------<

Leyenda

Gasoil (L) ahorr. Ahorro de Gasoil (L) Emisin de CO2 evitada Emisin de CO2 evitada Cobertura ACS fraccin solar cobertura ACS grado de rendimiento Rendimiento del sistema E ACS solar Energa sistema solar en el ACS E calef. aux. Energa de la calefaccin auxiliar G horizontal Radiacin global horizontal E ACS Suministro de energa para preparacin de agua potable E ACS indicada Demanda energtica para preparacin del agua potable E recirculacin Prdidas por recirculacin Cons. ACS indicado Consumo de agua caliente sanitaria Cons. ACS Consumo del agua caliente E circuito colector Energa suministrada por el colector Sfrutt. circ. coll. Grado de aprovechamiento del circuito del colector G inclinada, spec. Radiacin global en el plano inclinado


45

G inclinada, spec., somb. Radiacin global en el plano inclinado, superficie con sombra G bruta Radiacin sobre la rea bruta (sin sombre) G bruta, somb. Radiacin sobre la rea bruta G referencia Radiacin sobre la superficie de referencia (sin sombra) G referencia, somb. Radiacin sobre la superficie de referencia E prd. tub. externo Prdidas tuberia externa E prd. tub. interna Prdidas tuberia interna E prdidas Prdidas del depsito E contenido modificacin del contenido energtico E elec. E resistencia elctrica E caldera Energa suministrada por la caldera E primaria energa primaria equivalente Gasoil (L) cons. Consumo de Gasoil (L)

Existen otros muchos programas disponibles para clculo de instalaciones

solares. Sin embargo, en este texto se han presentado los ms utilizados y que

adems, se encuentran disponibles libremente o bien a precios razonables.


46

4.7 EJEMPLO DE APLICACIN.

Se presenta a continuacin un ejemplo detallado de dimensionado de una

instalacin solar trmica. 4.7.1 DATOS INICIALES.

OBJETO

El contenido del proyecto es disear una instalacin solar trmica para el

calentamiento del agua sanitaria en un polideportivo de la ciudad de Oviedo.

Debemos hallar y calcular los siguientes parmetros:

Datos meteorolgicos (temperaturas exteriores y radiacin solar)

Consumo y necesidades de agua caliente sanitaria.

Instalacin actual (fuente energtica utilizada, calderas de calefaccin, as

como sistemas de acumulacin e intercambio trmicos).

Instalacin solar propuesta (colectores solares, circuito primario

solar, intercambiadores, circuito secundario, y sistemas de acumulacin)

Ubicacin de los elementos de la instalacin solar.

Balance energtico (demanda energtica total, mensual y anual, as

como el clculo de los aportes de origen solar que se puedan lograr).

Balance econmico (coste de la instalacin solar, subvenciones estimadas

como inversiones finales, ahorro anual, y plazos de amortizacin).

UBICACIN

El lugar donde se ubicar la instalacin es el polideportivo de Vallobn, en la calle

Vzquez de Mella s/n, del barrio de Vallobn, en la ciudad de Oviedo.

El edificio est compuesto por dos plantas y una pista polideportiva anexa. En la

planta superior estn situados los accesos a las gradas de la pista, y en la inferior se

ubican las siguientes instalaciones: cuatro vestuarios, con seis duchas cada uno, y uno

con dos duchas, cuatro monitores de una ducha, un gimnasio y los sistemas actuales

de calentamiento de agua sanitaria y calefaccin.

Los accesos al lugar son por carretera y no suponen obstculo alguno, al estar

integrado el polideportivo en el rea urbana de la ciudad de Oviedo.


47

En los alrededores del edificio no hay ningn obstculo que pueda producir sombras sobre el campo de colectores, a excepcin de un rbol junto a la terraza, por lo que se recomienda su transplante.

El clima en la zona hace que tengamos una energa anual sobre superficie horizontal de

1100 kWh/m2, y 1710 horas de sol1, lo cual hace a priori que sea ste un lugar con

mayores dificultades de rentabilidad en comparacin del resto de regiones del territorio

espaol. 4.7.2 DIMENSIONADO DE LA INSTALACIN.

DEMANDA ENERGTICA

Lo primero que debemos realizar es el clculo de la demanda energtica a la que

deber hacer frente la instalacin, para ello hemos partido de los datos obtenidos de

las actas de asistencia diaria al recinto.

El anlisis a lo largo de un ao de funcionamiento del polideportivo dan como

resultado una asistencia mensual y diaria al mismo de (Tabla 1):

Tabla 1. Funcionamiento polideportivo.


48

Figura 18. Demanda de ACS.

Observando los datos anteriores y la Figura 18 se puede apreciar como en los

meses de verano es cuando tenemos una mnima afluencia debido a la falta de

actividades en el polideportivo, que si se realizan durante el resto del ao. Siendo

adems la poca del ao en el que tenemos mayor radiacin solar, es por tanto

imprescindible analizar cuidadosamente la situacin para determinar que cantidad de

energa vamos a aportar con nuestra instalacin solar.

Para calcular la demanda energtica tambin hemos de determinar una

serie de parmetros como son la temperatura de diseo, el volumen de agua por

persona que se va a tomar como referencia y la temperatura del agua de red. De modo

que la demanda se calcular mensualmente mediante la expresin:

Donde: m es la masa de agua consumida; Ce es el calor especfico del agua; T

es la diferencia entre la temperatura de diseo y la temperatura del agua de red

(Tdiseo Tred).

La temperatura de diseo para A.C.S se toma 45 C. La temperatura de red

viene tabulada mensualmente para cada provincia. El agua consumida se calcula a

partir del nmero de personas que utiliza mensualmente las instalaciones por el

consumo de cada una de ellas. Se ha tomado como volumen de agua por usuario la

cantidad de 40 l (ordenanza Barcelona).

Si bien en algunos textos se indica una cantidad de consumo en torno a los 20 l

por usuario, los clculos realizados in situ, durante el transcurso de dos meses, revelan

una mayor aproximacin a la realidad el valor de 40 l por persona.


49

La orientacin de los colectores ya indicamos que debe ser Sur, el siguiente

parmetro a determinar es la inclinacin de los mismos, para ello se pueden tomar

diversos criterios, como el de dar una inclinacin igual a la latitud, o de 10 mayor,

etc, en este proyecto vamos arealizar el clculo de la energa neta al mes en MJ/m2

que proporcionara una instalacin segn distintas inclinaciones, para luego

decantarnos con la que mayor beneficio presente.

Para no alargar excesivamente el clculo lo hemos realizado para una instalacin para

consumo directo de ACS a 45C, es decir sin precalentamiento del agua.

Las inclinaciones que vamos a estudiar son: Inclinacin de 45; Inclinacin de

50; Inclinacin de 55 e Inclinacin de 40.

Los datos de partida son los

siguientes: MODELO COLECTOR:

TERMICOL T 130 S

Sup. til: 2,60 m2 Rendimiento ptico: 0,76=b Coeficiente prdidas: 4,2=m (pdte)

La demanda energtica en todos los casos es la misma y es la que calcularemos a

continuacin.

Es preciso indicar que se ha aplicado un factor de aporte del 50 % para los meses

de invierno y del 75% para los meses de verano. Esto es prctica habitual puesto que

no es recomendable disear la instalacin solar para un aporte del 100 % salvo en

casos muy excepcionales.

Empezamos expresando por columnas cada una de las variables que

necesitaremos en el desarrollo del clculo (Tabla 2 columnas 1 a 5)

Tabla 2. Variables necesarias en el clculo.


50


51

Para el desarrollo de este clculo, de acuerdo a la Tabla 2 y siguiendo las indicaciones del apartado anterior, obtenemos finalmente como resultado una demanda anual de 36.070 MJ,

(Tabla 3, columna 7) de los que deberemos aportar de forma solar 22.264 MJ

siguiendo el criterio del 50% y 75% (Tabla 3, columna 9)

Tabla 3. Variables necesarias en el clculo.

APORTACIN ENERGTICA SISTEMA SOLAR TRMICO

Para el clculo ahora de la aportacin de nuestro sistema solar trmico, lo

primero es tomar de la tabla correspondiente sobre la energa recibida del sol en una

superficie horizontal o irradiacin horizontal media, H, en MJ/m2, para cada mes en la

provincia de Asturias. (Tabla 4, columna 11, segn datos INM o CENSOLAR).

Al estar situada el polideportivo en las afueras de la ciudad donde los niveles de

polucin son muy bajos, y al no advertirse obstculo alguno que proyecte sombras

sobre los colectores, no haremos correccin alguna del valor de H ya expresado.

En caso de situarse en zonas de montaa o con atmsfera muy limpia se


52

puede aplicar un coeficiente de correccin de 1,05 o de lo contrario disminuir el valor

de H en zonas muy polucionadas con un coeficiente de 0,95.

Adems tampoco se observan otros factores como microclimas, nieblas o

reflexin de superficies cercanas que puedan aumentar o disminuir la irradiacin

horizontal media calculada

(Tabla 4, columna 12).

Para calcular el valor de la energa neta incidente, E, es necesario antes hallar el

factor de correccin por inclinacin, k. Con el valor de la latitud y la inclinacin de los

colectores buscamos en las tablas el valor de la correccin.

Para la latitud del lugar, 43,4 por interpolacin de los valores de 43 y 44

(Tabla 4, columna 13). As una vez hallados los valores de k para cada mes,

obtendremos E simplemente multiplicando k por H. Este es el valor de la energa total

terica que cabe esperar por metro cuadrado de colector.

Debido a que no toda la radiacin solar es aprovechada hay que afectar a dicho

valor de una coeficiente corrector, vinculado a unas prdidas que se han evaluado

empricamente aproximadamente en 6%, por lo tanto el valor de la energa neta

incidente por metro cuadrado valdr 0,94 * k * H. (Tabla 4, columna 14).

La energa til que aportar nuestro colector ser E. A partir de ella se calcula

el rendimiento de nuestros colectores, hay que recordar que el valor de rendimiento

se puede aproximar por una recta, que nos suministra el fabricante, y que es funcin

de la temperatura de la placa absorbedora (tmo), de la temperatura ambiente (tao), y

de la intensidad incidente (I). = b m (tmo - tao) / I.

Pero tambin debemos hacer unas correcciones a este valor, ya que primero se

ha supuesto que los rayos inciden perpendicularmente al colector, cosa que no ocurre

en la realidad (0,97), y adems hay efectos adversos debidos a la suciedad y

envejecimiento de la cubierta (0,97). El conjunto de estas correcciones se engloba en

un coeficiente de valor (0,97*0,97=0,94), de modo que el rendimiento que hay que considerar es:

= 0,94*b m*(tmo - tao) / I.


53

Una vez corregido , y hallado E (Tabla 5, columnas 19 y 20) debemos notar

que el acumulador tiene unas prdidas de calor. Se recomienda estimar unas prdidas

globales del 10% al estar situado ste en un recinto cerrado y calefactado. (Tabla 5,

columna 21).

Finalmente, podemos hallar el valor de la energa neta disponible al mes por

metro cuadrado sin ms que multiplicar la energa neta diaria por el nmero de das

correspondientes a cada mes. (Tabla 5, columna 22)


54

SUPERFICIE COLECTORA Y DFICIT ENERGTICO

En este punto, podemos calcular la superficie colectora necesaria dividiendo el

consumo de energa total al ao entre la energa neta disponible anualmente por m2.

La energa solar total ser el producto de la superficie de captacin por la energa

neta disponible al mes por m2. (Tabla 6, columna 23).

El porcentaje de sustitucin se calcula dividiendo la energa solar total

entre las necesidades energticas mensuales. (Tabla 6, columna 24).

El cficit energtico ser la diferencia entre la aportacin solar y el consumo

energtico mensual. (Tabla 6, columna 25).

POR TANTO, EL CLCULO DE LA SUPERFICIE COLECTORA Y LA ENERGA SOLAR

APORTADA SE RESUME EN LOS SIGUIENTE PUNTOS:

1. ESTUDIO DE LAS NECESIDADES A CUBRIR (HOJA DE CARGA).

Calcular mes a mes el consumo energtico de acuerdo con los datos de partida.

2. CLCULO DE LA ENERGA

APROVECHABLE (E). Para ello, se busca el

valor de H (Tablas INM).

Factores de correccin a considerar: k de la inclinacin (Unidad 4-1)

montaa o atmsfera limpia (1,05) zonas polucionadas (0,95) E = 0,94 * k * H

3. INTENSIDAD MEDIA TIL (I) = ENERGA TIL E (J) / TIEMPO

TIL (s) Tiempo til = horas tiles

4. RENDIMIENTO DEL COLECTOR

= b m (tmo - tao) / I = 0,94*b m (45 - tao) / I (ta Tablas INM)

5. APORTACIN SOLAR POR m2 DE COLECTOR (E )

6. ENERGA NETA DISPONIBLE

Caso general (si el acumulador est mal aislado o a la intemperie): 0,85 E

Caso desfavorable (consumo se efecta en 2 3 das consecutivos, p.e. en fines de

semana): 0,8 E Caso favorable (consumo ltimas horas del da o el acumulador est

en un recinto aislado): 0,9 E

7. SUPERFICIE DE COLECTORES NECESARIA: consumo de energa total anual

entre energa neta anual disponible por m2


55

8. ENERGA SOLAR TOTAL: superficie de captacin por la energa neta disponible

al mes por m2. 9. PORCENTAJE DE SUSTITUCIN:

cociente entre la energa solar total y las necesidades energticas

10. DFICIT ENERGTICO:

diferencia entre la aportacin de energa solar y el consumo energtico.

Resultados para inclinacin de 45 :

Tabla 4. Variables de clculo.


56




57

De los resultados obtenidos para las diferentes inclinaciones, se comprueba que la inclinacin que mayor energa aporta por metro cuadrado es la de 40, sin embargo se escoge una inclinacin para el campo de colectores de 45 fundamentalmente porque, an ofreciendo un rendimiento ligeramente menor la diferencia, es lo suficientemente pequea como para tomar en consideracin otros motivos como son:

1. Una mejor distribucin de energas a lo largo del ao ya que es ms

homognea que en el caso de 40, esto se debe a que al aumentar la inclinacin

favorecemos la captacin en los meses de invierno, justamente cuando es ms

necesario en el polideportivo.

2. Razones de tipo constructivo, se debe a la facilidad y rapidez para construir

una estructura soporte con una inclinacin de exactamente 45 (prefabricadas). La separacin entre filas de colectores (segn Figura 19) debe ser de al menos 4,73.m

Figura 19. Separacin colectores PCT. SUBCONJUNTO DE ALMACENAMIENTO

El volumen de acumulacin se puede calcular siguiendo varios criterios:

1. En funcin de la superficie captadora. Se suele tomar como valor ptimo en

torno a 70 lpor m2 de superficie captadora. Tomando este criterio obtendramos

un volumen de acumulacin de 70 l/m2 x 20,3 m2 = 1421 l

2. En funcin de la temperatura de utilizacin requerida. Se puede seguir el

siguiente grfico para determinarlo:


58

Figura 20. Determinacin volumen acumulador. Con este criterio (tpa. consumo 45C) tambin se llega a un valor de 70 l/m2 x 20,3 =1421 l.

3. En funcin del desfase entre captacin, almacenamiento y consumo. As, para

una coincidencia entre periodos de captacin y consumo se toman valores entre 35 y

50 l/m2. Para desfases, no superiores a 24 horas, se toman valores entre 60 y 90

l/m2. Finalmente, para perodos superiores a 24 horas e inferiores a 72 se toma un

volumen comprendido entre 75 y 150 l /m2.

En nuestro caso el valor ptimo estara entre los 70 l/m2, ya que el desfase

entre la captacin, almacenamiento y consumo no es superior a las 24 horas. Con

estas premisas el volumen de almacenamiento ser 1421 l.

Por tanto, se considerar un depsito intercambiador de capacidad 1500 l. SUBCONJUNTO DE TERMOTRANSFERENCIA

a)Intercambiador

Para la superficie intercambiadora se suele buscar que sta est comprendida entre 1/4 y

1/3 de la superficie til de los colectores.


59

En nuestro caso al tener finalmente una superficie captadora til de 20,3

m2, el intercambiador deber tener una superficie que est comprendida entre 5,1 y

6,8 m2.

As, el modelo elegido es un INTERACUMULADOR CON SERPENTN EXTRABLE DE LA SERIE BSX con un intercambiador, de la marca comercial SALVADOR ESCODA, S.A.

(pg. Catlogo 76, de EST-Salvador Escoda Figura 21). Este modelo tiene una

superficie de intercambio de 7 m2 y un volumen de acumulacin de 1500 litros.


60

Figura 21. Intercambiador Salvador Escoda.


61

b) Fluido caloportador

El fluido caloportador deber ser capaz de soportar sin congelarse una

temperatura 5 C menor que la mnima histrica que haya sido registrada en la zona.

As, para la provincia de Asturias la mnima histrica es de 11 C, por lo que

deberemos calcular la cantidad de anticongelante para 16 C.

A partir de las curvas de congelacin podemos hallar la proporcin en volumen

de propilenglicol (tambin llamado glicol propilnico) o etilenglicol necesarias (Figura

22).

Figura 22. Porcentaje necesario de anticongelante.


62

Si usamos propilenglicol el porcentaje necesario de ste es del 35%, mientras que si usamos etilenglicol el porcentaje de anticongelante se reduce a un 30%.

c) Conducciones.

Se desarrollar el clculo en el aula de clase.

El dimetro comercial ms prximo que se obtiene es el de dimetro exterior de 12

mm, que con un espesor de 1 mm corresponde un dimetro interior de 10 mm.

d) Bombas de circulacin.

Para la eleccin de la bomba de circulacin hay que calcular previamente las

prdidas de carga en el circuito, a saber de, las tuberas, accesorios, campo de

colectores e intercambiador.


El resultado es:

La prdida total de presin que debe de soportar el circulador es: 1760 + 2337 + 40,6 +

200 = 4338 mm c.a

El electrocirculador que elijamos deber ser capaz de suministrar esta cada de

presin con un margen suficiente, en torno del 20%, para prevenir futuras prdidas de

rendimiento del mismo.

Es decir, deber proveer una presin de al menos 5,2 m.c.a, para un caudal de 1,2 m3/h.

e) Vaso de expansin.

El volumen del depsito de expansin, V, se calcula a partir de la expresin: V = VT x

(0,2 + 0,01x h)


Se obtiene como resultado:

V = 79,8 x (0,2 + 0,01 x 4,4) = 19,47 litros.


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4.7.3 AISLAMIENTO. Para conducciones interiores y fijndonos en la Tabla 7, correspondiente al

RITE y presentada en la UNIDAD 4-1, el valor del espesor ser de 20 mm.


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Tabla 7. Espesores aislamiento.

Para conducciones externas el espesor del aislamiento se incrementa en 10 mm

para fluidos.

Por tanto, deberemos colocar un espesor de 30 mm para las mismas.

Si bien estos clculos estn realizados para materiales con una conductividad trmica a

20C de 0,040 W/(mK), si queremos calcular el espesor de los mismos para otros

valores deberemos aplicar la siguiente frmula:

Donde: e es el espesor del aislamiento buscado, eref es el espesor de referencia

Di es el dimetro interior de la seccin circular y ref son las conductividades

trmicas respectivas. (ref = 0,04)

Y tambin podemos acudir a los datos suministrados por el fabricante, que para

nuestro caso son 19 mm de espesor para las conducciones interiores y de 27 mm para

las exteriores.


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4.7.4 ANEXOS.


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Ejemplos de precios (http://www.preoc.es/)

Precio U28AO102 Ud Vaso expan.VASOFLEX 12l 27,17

U28AO103 Ud Depsito expan.VASOFLEX 18l. 31,95

U28AO104 Ud Vaso expansin VASOFLEX 25l 40,97


U28AO106 Ud Vaso expansin VASOFLEX 50l 78,97


U28AO108 Ud Vaso expansin VASOFLEX 140l. 218,17


U28AO110 Ud Vaso expansin VASOFLEX 300l. 405,68


U28AO113 Ud Depsito expan.VASOFLEX 600l. 1.011,50

U44JA810 Ud Interacumulador Lapesa, MV-1000-SSB 3.494,24



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SH/ARMAFLEX aislamiento profesional para el ahorro energtico en instalaciones de calefaccin


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10. ANEXO 2. CUESTIONARIO DE EVALUACIN.

Se adjunta cuestionario de evaluacin que debe ser entregado y completado por el

alumno antes de la finalizacin de la clase.

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