Diseño de instalaciones solares térmicas.

Módulo V.I Diseño de Instalaciones Solares

Diseño de Instalaciones Solares Térmicas

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Objetivo

• La utilización de la Energía Solar en los edificios ha pasado de ser una esperanza, a una realidad, con la que los agentes del sector de la construcción deben convivir. Por lo que creemos necesario fomentar la reflexión sobre lo que implica este uso en el ámbito de la arquitectura aportando las claves para su integración como una instalación más en el diseño del edificio.



Índice

•Campo de captación•Montaje del campo de captación •Acumulación•Intercambiador•Tuberías•Grupo de Bombeo•Vaso de expansión•Configuración de sistemas•Funcionamiento•Futuro



• Nota importante:La selección del grupo de bombeo y del acumulador está sujeto al campo de colectores!!

Dimensionado del sistema¿Que datos necesitamos?

• Consumo de ACS diario por persona• Tipología del edificio• Número de viviendas• Ocupantes por vivienda• Número total de ocupantes =

Número de viviendas x ocupantes por vivienda• Comprobar la cantidad de energía necesaria para

cubrir la demanda de ACS



Sistema de captación – Cálculo de número de colectores¿Que datos tenemos?

• Consumo de ACS diario por persona :30 l/d• Tipología del edificio : Multifamiliar• Número de viviendas: 20• Ocupantes por vivienda: 4• Número total de ocupantes = 80• Cantidad de energía necesaria para cubrir la demanda de ACS 41.505 kW/h• Inclinación de los captadores: 45ºC

• Nota importante:El cálculo del campo de captación depende además de el sistema hidráulico, la longitud y el diámetro de tuberias, el aislamiento (grosor y calidad), el acumulador, Sombras en el campo de captación, orientación, etc…



Nota importante:• Los siguientes diagramas sólo están diseñados para proporcionar una

aproximación y no puede sustituir a una simulación informática completa de un sistema.

• Los diagramas indican una disposición de ACS a 45°C. Si tiene intención de proporcionar a su sistema de agua caliente sanitaria una temperatura de 60°C, necesitará una superficie de colectores de aproximadamente un 20% mayor.

• Por lo tanto:1. Utilice una herramienta de simulación con los parámetros adecuados para su

sistema definido para calcular y optimizar el rendimiento solar (ej nº de captadores)2. Defina el sistema hidráulico y sus componentes.

Sistema de captación – Cálculo de número de colectores

8


Intern | TT/STR | 01.04.2008 | © Robert Bosch GmbH 2008. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.

Radiación en España [kWh/m2]




Requerimiento de colectores para un 30% de cobertura solar (45°C de ACS, 12°C entrada agua fría, 45° de ángulo de inclinación, FKC-1S-SKN3.0-s)

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000 160.000 180.000 200.000 220.000 240.000 260.000 280.000 300.000 320.000 340.000 360.000 380.000 400.000 420.000

1500 kWh/(m²*a)

1700 kWh/(m²*a)

1300 kWh/(m²*a)

Energia demandada[kWh/a]

Núm

ero

de c

olec

tore

s[n

]




5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

10.000 25.000 40.000 55.000 70.000 85.000 100.000 115.000 130.000 145.000 160.000 175.000 190.000 205.000 220.000

1300 kWh/(m²*a)1500 kWh/(m²*a)1700 kWh/(m²*a)1900 kWh/(m²*a)

Energia demandada[kWh/a[kWh/a]

Núm

ero

de c

olec

tore

s[n]





Núm

ero

de c

olec

tore

s[n]

Energía demandada[kWh/a]

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 100.000 110.000 120.000 130.000 140.000 150.000 160.000

1300 kWh/(m²*a)1500 kWh/(m²*a)1700 kWh/(m²*a)1900 kWh/(m²*a)





Energía demandada [kWh/a]

Núm

ero

de c

olec

tore

s[n

]

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 100.000 110.000 120.000

1500 kWh/(m²*a)

1900 kWh/(m²*a)

1700 kWh/(m²*a)





• Porcentaje de energía como consecuencia de las pérdidas por orientación e inclinación.

• Depende del ángulo de inclinación y de orientación.


Pérdidas por orientación e inclinación



Sombras. Separación de los captadores

La distancia minima entre las filas en caso de sombreado, se determina en función del ángulo de inclinación, la altura generada y la latitud del lugar donde se encuentrela instalación.


z h0

d1 d2

d

L

d = L (sen β/ (tan 61-Lat) + cosβ )




Sombras. Separación de los captadores



Irradiancia 800 W/m²

0102030405060708090

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Diferencia de temperatura (Tcaptador - Tambiente) en K

Fact

or d

e ef

icie

ncia

ópt

ica

en %

Tubo de vacío

Captador solar plano

Captador sin cubierta

Con ΔT pequeñosincluso captadoressin cubierta tienenmejor η instantáneo

Con ΔT medioslos captadores planosselectivos y los tubos de vacío tienenun η semejante Con ΔT grandes

los tubos de vacíotienen el mejor η

Sistema de captación – Tipologia de captadores

Depende de la temperatura media ambiente, de la temperatura media del fluido caloportador y de la radiación solar incidente.

En España, el empleo de tubos de vacío se justifica en aplicaciones de altatemperatura.

∆T= (Tcap-Tam)



Captador Solar Plano: Tecnología y funcionamiento

La mayor parte de la radiación que atraviesa el vidrio queda atrapada en el interiordel captador solar, cediendo calor al fluido que pasa por los tubos interiores. El calor es transportado al depósito mediante un sistema de circulación.

No toda la energía es aprovechada, existen pérdidas por radiación, absorción,conducción y convección.

Transmisión

Absorción

Pérdidas por la parte posterior

Energía útil

Pérdidas externas porconvección y radiación

Convección Radiación interna

Radiación solar Reflexión




Captador Solar Plano: Componentes

Vidrio Absorbedor Parrilla / Serpentín

Aislante Carcasa de vidrio Ida / Retorno Esquina / Molde

FKTFKB / FKC

90mm

1.145mm

2.070 mm

90mm

1.145mm

2.070 mm




Recubrimiento laca-solar

Vidrio de seguridad

2.25m2

2.37m2

Vertical

FKB

Vertical

FCC

2.10m2

2.09m²Area Bruta

FKTFKCFCB

Certificados

Todo tipo de tejados

Conexión flexible metálicaInstalación

Doble meandroParrilla de tubos

Recubrimiento SelectivoRecubrimiento Cr-negroRecubrimiento Cr-negro

Vidrio de alta transmisión

Vidrio de alta transmisión

Robustez

1.95m²Area Apertura

Vertical / HorizontalVertical / HorizontalVerticalTipos

Sistemas domésticos a baja TªAplicación

0036

Captador Solar Plano: ComponentesSistema de captación – Tipologia de captadores



Buena realación calidad precio

Conexiones hidraúlicas en la partesuperior e inferior

Hasta 10 captadores por fila enConexión diagonal.

Soldadura a la parrilla por ultrasonidos

FCB/FCC/FKB /FKCAbsorbedor de cobre /parrilla

FKTAbsorbedor de cobre/ doble serpentín

Alto rendimiento a bajos caudales

Hasta 5 captadores por fila (en conexiónlateral), baja pérdida de presión

Hasta 10 captadores por fila en conexióndiagonal.

Soldadura al serpentín por ultrasonidos

Captador Solar Plano: AbsorbedorSistema de captación – Tipologia de captadores



Esquinaplástico

Panel trasero

Marco fibrade vidrio

Cubierta de vidrio

Gran robustez con 55 mm de lana mineral resistente a altas temperaturas

Peso reducido gracias al marco de fibra de vidrio

Alta resistencia a la corrosión y rayosultravioletas.

Panel trasero de acero con recubrimiento de 0.6 mm Al-Zn le confiere resistencia a la corrosión y a los rayos UV

Captador Solar Plano: Revestimiento FKC/FKB/FKTSistema de captación – Tipologia de captadores



Unión con el marco

Absorbedor

Gas inerte Orificio de ventilación

Absorbedor

Colector hermético Colector ventilado

Aislamiento

VidrioVidrio

Aislamiento





Condensación interna

Orificio de ventilación

Absorbedor

Colector ventilado

Aislamiento

Vidrio

Condensación por obstrucción del orificio de ventilación



Control de la ventilación mediantepequeños orificios y bajas pérdidas

Evita condensados. No se acumulahumedad en el interior del captador

orificios de ventilación

Absorbedor

Captador Solar Plano: Aberturas

Gas inerte(Argón)Vidrio

AbsorbedorSeparador de

acero inoxidable

Reducción de las pérdidas por el vidrio(análogo a un doble vidrio), no haycondensaciones interiores, herméticamenteCerrado

Resistente a atmósferas marinas y airecon mucha polución




Vidrio

Absorbedor

Aislamiento

Panel trasero

Junta

Cubierta

sin radiación solar con radiación solar

Junta

Vidrio

Absorbedor

Aislamiento

Panel trasero

Cubierta

Captador Solar Plano Hermético: FuncionamientoSistema de captación – Tipologia de captadores



Captadores Tubo de Vacío: Tecnología y funcionamiento

Heat pipe, absorbedor plano

Circulación directa, absorbedor plano




Circulación directa, absorbedor cilíndrico, reflector interno

Circulación directa, absorbedor cilíndrico,reflector externo (CPC)

Captadores Tubo de Vacío: Tecnología y funcionamientoSistema de captación – Tipologia de captadores



Tubo de registro

Espejo reflectorCPC

Chapa de transmisiónde calor

Dispositivode seguridadpara choquetérmico

Tubo de cristal

Tratamiento selectivo con una capa de nitrato de aluminio pulverizado(sputtering).

• CPC 6, disposición en “U”, con una conexión en paralelo en cada tubo de vacío.

• CPC 12, disposición en “U” doble, con una conexión en paralelo en cada tubo de vacío




Tubo absorbedor de acero inoxidable(U)Chapa de transmisiónDe calor

Recubrimiento delabsorbedorTubos de vacio

Espejo CPC

Montaje de tubo de vacío

Función del espejo CPC Ensamblaje de tubos

Agarradera

Tubo múltiple SKR12-R

Soporte del tubo

Sensor

Sistema de captación– Tipologia de captadoresCaptadores Tubo de Vacío SKR6/SKR12



Sistemas de ClimatizaciónAplicación

126Nº de tubos

2,90 m21,46 m2Area Bruta

1,39 x 2,08 x 0,090,70 x 2,08 x 0,09Dimensiones

301ºCTª estancamiento

Conexión flexible metálicaInstalación

Todo tipo de tejado

SKR12-RSKR6-R

Tratamiento selectivo interior de nitrato de aluminioVidrio de borosilicato

Tubos de acero inoxidable

Robustez


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Thermotechnology

FKB-FKC/SKN Aborbedor tipo parrilla de cobre

Beneficio• Buena relación

calidad precio

• Buen drenaje en caso de estancamiento

Por que?• Aborbedor de parrilla

estandar, recubrimientoaltamente selectivo(cromo negro), semi-selectivo (laca solar)

• Tubos colectores con conexiones arriba y abajo

Sistema de captación – Conexión de captadores

32



Conexión del colector

Entrada

Error de conexión!!!

Salida

Problemas hidráulicos:

Flujo a través de las tuberias del colector no homogenoPeligro de estancamientotemprano!


33



Entrada

Conexión correcta!

Salida

Flujo homegeneo= Potenciaóptima

Conexión del colectorSistema de captación – Conexión de captadores

34



Caudal nominal:50 l/hpor colector

1 – 10 colectores por fila

Posición del sensor

Caudal nominal50 l/h por colector – 0,8 l/min (~ 1 l/min)


35



Thermotechnology

SKS/FKT Absorbedor de cobre de dobel meandro

Beneficio• Gran rendimiento

• Posibilidad de conectar hasta 5 colectores por el mismo lado

• Excelente comportamientofrente a estancamiento

Por que?• Circulación en regimen

turbulento tambien bajos caules, • Absorbedor de una pieza, • Recubrimiento altamente

selectivo

• La pérdida de carga en el 5ºcolector < 2% en comparación al 1º

• Flujo uniforme en el campo de captación garantizado

• Tubos colectores con conexiones arriba y abajo


36



SKS/FKT Absorbedor de cobre de dobel meandro

Máximo 5 colectores SKSconectados por un lado

(> 5 SKS, conexión convencional)

p, meandro >> p, colector

Representaciónsimplificada


37



Entrada

Salida

Entrada

Salida

conexión: Hasta 5 captadores

conexión: Hasta 10 captadores

SKS/FKT Absorbedor de cobre de doble meandroSistema de captación – Conexión de captadores

38



1 – 5 colectores en 1 fila

Posición del sensor Caudal nominal:50 l/h por colector

Fila de colectores: un lado de conexiónSistema de captación – Conexión de captadores



SKR 6-R SKR12-R

• Cada tubería en U conectada directamente a la tubería de cabecera

• 2 tuberías en U conectadas en serie• Caída de presión SKR12-R ≈ 2 x

SKR6-R

Diseño del absorbedor

en U

Debido al diseño del absorbedor de SKR12-R, su llenado y su ventilación, siempre es necesario una bomba de llenado

Conexión codo de

tubería de retorno

Conexión codo de tubería de

retorno

Sistema de captación – Conexión de captadores tubo de vacio



Conexión por un lado, fácil instalación

Conexión del SKR6-R/12-RIncluye tubería de retorno

Conexión a tuberias

Codo conexionado al retorno.. …la cubierta

Sistema de captación – Conexión de captadores tubo de vacio



Max. 36 tubos en una fila

Ampliable con VKR6-R oVKR 12-R

2 x VKR6-R = 12 tubos

3 x VKR6-R= 18 tubos

6 x VKR6-R= 36 tubOs

VKR12-R= 12 tubos

VKR6-R + VKR12-R= 18 tubos

3 VKR12-R= 36 tubos

Sensor

Sistema de captación – Conexión de captadores tubo de vacío en una fila

Ampliable con VKR6-R oVKR 12-R



Conexión en serie: max. 36 tubos en el total del campo de captaciónSensor

18 tubos 24 tubos 36 tubos 18 tubos 24 tubos 36 tubos

Sistema de captación – Conexión de captadores tubo de vacío en más de una fila con conexión en serie



Conexión en paralelo de una sola fila de tubos de hasta 48

Válvulas de corteCollector Sensor

48 tubos 72 tubos 108 tubos

Sistema de captación – Conexión de captadores tubo de vacío en más de una fila con conexión en paralelo



FKC

––101––59––4510

Caída de presión de una fila compuesta de n colectores

Númerosde

colectores

FKT-1FKB/FKCVertical y HorizontalHorizontalVertical

con una velocidad por colector (nom. de 50 l / h)150 l/h100 l/h50 l/h150 l/h100 l/h50 l/h150 l/h100 l/h50 l/hmbarmbarmbarmbarmbarmbarmbarmbarmbarn

––87––47,5––35,99––73––37,6––288––61––28,9––217

21,314,89,35,61,90,4

–46,829,718,16,91,7

–––

35,114,44,3

494439323130

–11596827371

–––

153133131

––15,26–34,511,15–22,16,54

26,313,52,1313,26,51,5210,24,71,11

Sistema de captación – Conexión de captadores pérdida de presión



Pérd

ida

de c

arga

(mba

r)

Caudal (l/min)

Fluido solar LS, 40°C

SKR12-RSKR6-R

Sistema de captación – Conexión de captadores pérdida de presión



Fórmula para calcular la pérdida de presión del campo de captación con conexión en serie de la fila de colectores:

Fórmula para calcular el caudal de un campo de captación con conexión en serie de las filas de colectores:

Conexión en serie de dos filas de colectores FKT

∆pt Caída de presión para el campo de colectores en mbar∆pf Caída de presión para la fila de colectores en mbarnf Número de filasCc Caudal que circula por cada colector en l/hCn Caudal nominal del colector en l / h

∆pt = ∆pf. nf

Cc = Cn. nf= 50 l/h. nf

60 l/h

Sistema de captación – Conexión de captadores en serie



Se dispondrán en filas con el mismo número de elementos.

Por todos los captadores así conectados circula el mismo caudal.

El número de captadores en serie para aplicación de a.c.s, depende de la zona climática (CTE)

Las filas se conectarán entre sí en serie sólo para preparar agua a más de 50ºC.

1 2 3

Ce Te

Cs Ts

TS = ∆T1 . nc

Ce = Cs = C1,2,..

Sistema de captación – Conexión de captadores en serie



? l/h500 l/h

50 l/h50 l/h porcaptador

Una instalación más sencilla - pero mayor caída de carga !

100 l/h? l/h

Sistema de captación – Conexión de captadores en serie-Alto caudal



Bajo caudal: Cspec < 15 l/h/m²

? l/h250 l/h

50 l/h

Una instalación más sencilla – menor pérdida de carga !

50 l/h? l/h

Cspec = 250l/h /10 /2,2m² = 11l/h/m²Cspec = 250l/h /10 /2,2m² = 11l/h/m²

Sistema de captación – Conexión de captadores en serie-Bajo caudal



Fórmula para calcular la pérdida de presión del campo de captación con conexión en paralelode la fila de colectores

Fórmula para calcular el caudal de un campo de captación con conexión en paralelo

Conexión en palalelo de dos filas de colectoresFKC/FKT (Retorno invertido)

∆pt Caída de presión para el campo de colectores en mbar∆pf Caída de presión para la fila de colectores en mbarCc Caudal que pasa por cada colector l/hCn Caudal nominal del colector en l / h

∆pt = ∆pf

Cc = Cn

Sistema de captación – Conexión de captadores en paralelo



Se dispondrán en filas con el mismo número de elementos.

Con esta conexión el salto térmico que se genera en un captador es el mismo queel de la conexión de captadores en paralelo y el caudal es el que circula por un captador multiplicado por el número de captadores así conectados.

Entrada y salida diagonalmente opuestahasta un máximo de 10 captadores.

1 2 3 4

A Ce

CsB

∆TA-B = ∆T1,2..

Cs = C1 . nc




? l/h500 l/h

50 l/h50 l/h porcolector

Menor pérdida de carga en el campo de captación

50 l/h




Un circuito hidráulico sin retorno invertido provoca tramos de tuberías preferenciales.

En esta situación para equilibrarel circuito hay que colocar válvulas de equilibrado a la entrada de cada una de las baterías.

Campo de captación – Conexión de captadores en paralelo sin retorno invertido



Objetivo:

Equilibrado del sistema, flujo uniformeen todas las filas.

Requistios:

Glycol y resistente a altas temperaturas.Caudales de hasta 500l/h

Ventajas adicionales:

Cierre de la fila de colectores paralimpieza, lavado y ventilación etc…

Regulador de caudal Regulador de caudal(Taco Setter)

Regulador de caudal(Taco Setter)

Válvula de equilibrado

Sistema de captación – Conexión de captadores en paralelo sin retorno invertido- Accesorios



Sistema de captación – Conexión de captadores en paralelo sin retorno invertido- Ejemplo

Después de 2 años



Un circuito hidráulico con retorno invertido equilibra el circuito. El trazado de la tuberías tiene que ser tal que no se den recorridos de menor longitud de tuberíaspara que la pérdida de carga unitaria por metro quede compensada.

Los tramos más largos de tubería corresponderán a la entrada de los captadores ya que prolongar los de salida implicaría grandes pérdidas energéticas.

Sistema de captación – Conexión de captadores en paralelo con retorno invertido



Conexión correcta!

Sistema de captación – Conexión de captadores en paralelo con retorno invertido-Ejemplos



Sistema de captación – Conexión de captadores en paralelo con retorno invertido- Accesorios- Ejemplos

Hay un "exceso" y un "no suficiente"!Es necesario equilibrarlo!



Índice

•Dimensionado del sistema•Campo de captación•Montaje del campo de captación•Acumulación•Intercambiador•Tuberías•Grupo de Bombeo•Vaso de expansión•Configuración de sistemas•Funcionamiento•Futuro



Tejado inclinado Integrado tejado inclinado

Tejado plano Fachada

Montaje del campo de captación – Captadores planos-Tipología



•Sistema de fijación con ganchos paradistintos tipos de tejas

• Anclaje universal mediante perfilesde aluminio

• Montaje secillo y con una herramienta(para montaje con anclaje universal)

• Para cargas de nieve hasta2 kN/m² y alturas de montaje hasta 20 m

Montaje del campo de captación – Captadores planos-Tejado inclinado



•Cubierta inclinada: Estructura de Aluminio para fijación sobre cubierta mediante sistema de ganchos. Para cada tipo de teja existe un tipo de gancho.

Captadores sobre cubierta, teja plana.

Captadores sobre cubierta, teja árabe.

Sistema de fijación sobre cubierta mediante ganchos.

Montaje del campo de captación – Captadores planos-Tejado inclinado- Ejemplos



Sobre cubierta: soporte básico Sobre cubierta: soporte ampliación

Gancho de anclaje “universal”:Cubiertas de teja

Anclaje para tejados de teja plana (pizarra, madera(tablillas), etc)

Anclajes para tejados ondulados(uralita, chapa, etc.)

38 - 59 mm

50 - 80 mm

Montaje del campo de captación– Captadores planos-Tejado inclinado



• Construcción en aluminio lacado en negro

• Disponible para diversos tipos de teja

• Totalmente cerrado, estética atractiva

• No hay conexiones visibles

• Para cargas de nieve hasta 3,8 kN/m² y alturas de montaje hasta 20 m

Montaje del campo de captación – Captadores planos-Tejado inclinado integrado



•Cubierta inclinada- Integración: Estructura preparada para su fijación sobre base de listones.

Captadores integrados. Preparación de la cubierta y colocación de captadores. Detalle de los

faldones inferiores.

Detalle de la fijación superior.

Montaje del campo de captación – Captadores planos-Tejado inclinado integrado-Ejemplos



Montaje del campo de captación – Captadores planos-Tejado inclinado integrado-Ejemplos

Comparación Antiguo Nuevo



• Fabricado en aluminio

• Para colectores verticales y horizontales

• Inclinación del colector ajustable en pasos de 5 °, de tipo vertical: 30 ° a 60 ° ,tipo horizontal: 30º a 45 °

• Fijación mediante bandeja de carga o bancadas

• Para cargas de nieve de hasta 2 kN / m² y 1,1 kN / m² (~ 151 kmh) el viento

Tejado Plano

Montaje del campo de captación – Captadores planos-Tejado Plano



La Instalación del campo de captadores se realizará en distintas cubiertas, o bien planas o bien inclinadas y en estas últimas la instalación podrá ser sobre cubierta e integrados.

•Cubierta plana: Estructura de Aluminio con regulación de inclinación desde 25º a 60º. Captadores instalados en serie o paralelo según necesidades.

Sin bancada.Con bancada por panel. Con bancada con bandejas.

Montaje del campo de captación – Captadores planos-Tejado Plano-Ejemplo



Bandejas de cargaSet extension, verticalSet básico, vertical

Montaje del campo de captación – Captadores planos-Tejado Plano



• Igual a la estructura de tejado plano

• Sólo para colector horizontal

• Inclinación del colector regulable en 5 pasos (45 ° - 60 °)

• Max. cargas de viento 151 kmh

• Cargas de nieve de hasta 2 kN / m²

Inclinación ajustable45° - 60°

Montaje del campo de captación – Captadores planos-Fachada



Extensible hasta 10 colectores

Carga de viento ≤ 151 km/hCarga de nieve ≤ 2 kN/m²

Set Básico, horizontalSet extensión , horizontalSoporte auxiliar, horizontal

Soporte tejado plano para :

Instalación tejado plano

Instalación en fachada

Montaje del campo de captación – Captadores planos-Fachada



Tejado inclinadoFachada45° / 60°

Fachada vertical

Tejado plano30° / 45°

!Montaje del campo de captación – Captadores CPC



Estructuras en acero galvanizado e inclinación fija a 30º y 45º

Montaje del campo de captación – Captadores CPC-Tejado plano



Estructuras en acero galvanizado con ángulo de inclinación de 45º/60º

Montaje del campo de captación – Captadores CPC-Fachada inclinada



Soporte tejado plano 30°/ fachada 60°

Soporte tejado plano/ fachada 45°

Montaje del campo de captación – Captadores CPC-Tejado plano/Fachada



Estructuras en acero galvanizado

Montaje del campo de captación – Captadores CPC-Tejado inclinado



Estructuras en acero galvanizado

Montaje del campo de captación – Captadores CPC-Fachada vertical



Índice

•Dimensionado del sistema•Campo de captación•Montaje del campo de captación •Acumulación•Intercambiador•Tuberías•Grupo de Bombeo•Vaso de expansión•Configuración de sistemas•Funcionamiento•Futuro



Acumulación

• Prever una acumulación acorde con la demanda.

50 <V/A< 180• No se permite conexión entre la energía

auxiliar y el acumulador solar. Los acumuladores preparados para albergar sistema auxiliar eléctrico deberán anularlode forma permanente.

• Admisible prever un conexionado puntualauxiliar en el acumulador solar, para evitar la legionella

DB HE 4. Contribución Solar.

Acumulación – Dimensionado del acumulador



Acumulación – Dimensionado del acumulador: Influencia relación V/A

Mayor contribución solar (%)> Mayor volumen de acumulación

V/A= 50 > Instalar un 4% más de superficie de captación (respecto 75 l/m2)

V/A= 100 > Instalar un 3% menos de superficie de captación (respecto 75 l/m2)



• V pequeño > Tª de acumulación aumenta rápidamente > Prever posible sobrecalentamientos (Falta de consumo)

• V grandes > Reduce sobrecalentamientos > con contribuciones solares elevadas funciona mejor

• V grandes >Dividir el volumen total en el menor número de unidades de acumulación de igual tamaño posibles > Dependiendo del volumen total, del tamaño de la entrada y la posible instalación en la sala

Acumulación – Dimensionado del acumulador: Influencia relación V/A



Acumuladores destinados a a.c.s. deben cumplir la norma UNE EN 12897 en cuanto a su ejecución.

Para evitar la legionelosis en acumuladores destinados a usos colectivos, debe alcanzar 60ºC y llegar eventualmente hasta los 70ºC, con el fin de asegurar una desinfección en el caso de instalaciones colectivas según el RD 865/2003 del 4 de Julio.

En la entrada de agua fría se dispondrá de una chapa deflectora que no genere turbulencias y mantenga la estratificación.

El empleo de acumuladores con intercambiador interno simplifica la instalación.

Acumulación – Dimensionado del acumulador : Requerimientos



Se pueden emplear tres tipos de acumuladores:

• De un solo serpentín, el agua del depósito es el de consumo, el serpentín va conectado al circuito de captadores.

• De doble serpentín, el agua del depósito será calentado por el serpentín inferior (solar) y si no es capaz de calentar todo el volumen lo hará el serpentín superior que va conectado al sistema auxiliar.

• De inercia, para trabajar en circuitos secundarios cerrados, no tienen intercambiador.

Acumulación – Tipología de acumuladores



Presentación Solar 2007

Se aprovecha de las diferentes densidades del agua a diferentes temperaturas

Con valores altos de radiación solar: El agua caliente sube rapidamente a la parte superior del acumulador. El acumulador se calienta de la parte superior a la inferior

Con valores bajos de radiación solar: Las clapetas, que operan por gravedad, se abren o cierran en función de que la temperatura del agua en el interior del tubo sea igual o inferior a la exterior.

Acumulación – Tipología de acumuladores: Principio Termosifón



Presentación Solar 2007

(impulsión solar)

(retorno solar)

10:00 11:00 12:00 13:00

tem

pera

tura

en

°C

0

10

20

30

40

50

Tiempo (Horas)

Acumulación – Tipología de acumuladores: Evolución Tª Termosifón



•En algunos sistemas puede ser necesario dividir el contenido de la acumulación en varios acumuladores:

•Mayor Volumen •Espacio y accesibilidad

•Conexión de varios acumuladores de forma uniforme >conexión en paralelo>con retorno invertido es sólo útil para un máx. 2 depósitos >Mas espacio y un mayor longitud de tuberías > Mayores costes

•En sistemas con diferentes acumuladores,estos se deberán conectar en serie.

Acumulación – Conexionado de los acumuladores

Conexión paralela con acumuladores idénticos

Conexión en serie para diferentes acumuladores



¿Por qué?El retorno invertido funcionaSi Ap a través de los componentes>Ap a través de la tubería de conexión(Min. factor 2)

Pero:En la conexión de almacenamiento el Ap es considerablemente mayor que a través del almacenamiento en sí

Por lo tanto:Es recomendada en la conexión de grandes almacenamientos.Por favor, preste atención al caudal o use válvulas de equilibrado.

Retorno invertido es sólo parcialmente válida en este caso




El retorno invertido es posible para un máximo de dos acumuladores


Esta conexíon no es correcta sin equilibrado



La conexión en paralelo sólo es posible con el equilibrio de la fila

Útil para volúmenes de caudal constante

La conexión de los acumuladores permitirá la desconexión individual de los mismos sin interrumpir el funcionamiento de la instalación

Acumulación – Conexionado de los acumuladores en paralelo



Hay que considerar que el ramal de conexión y el intercambiador de calorestán suficientemente dimensionados

Alternativamente la conexión en serie de varios acumuladores es posible

Acumulación – Conexionado de los acumuladores en serie



Conexión aleatoria"Ruta de la tubería optimizada"

ESTO NO FUNCIONA

Acumulación – Conexionado de los acumuladores ejemplo



Índice




Los intercambiadores pueden ser de dos tipos externos e internos:

Intercambiadores Internos: Son los serpentines que se encuentran en la parte baja de los acumuladores.

Minimizan las pérdidas energéticas por transferencia de energía.

Intercambiadores Externos: Formados por placas de acero inoxidable que deben ser capaces de soportar altas temperaturas y la presión de la instalación.

Diseño del intercambiador- De primario-Tipología



• Separación del medio de transferencia de calor en el lado primario y secundario según DIN 1988-4 y DIN EN 1717

• Resistente contra el medio de transferencia de calor utilizado• Compatibilidad de los materiales con los otros materiales en los

circuitos conectados• Resistencia contra la temperaturas que se producen• Buenas cualidades de transferencia de calor• Diferencias bajas de temperatura entre los dos circuitos

conectados• Limitar la pérdida de presión al máximo dado.

Diseño del intercambiador- De primario-Requisitos

• Nota importante:La base de algunos de los requisitos anteriores es que el acero inoxidable o cobre es principalmente elegido como medio de transferencia de calor



• De temperatura media máxima diferencia 5 K

• Dimensionar el intercambiador ext. de calor de 100 a 200 mbar de pérdida de presión para lograr un alto flujo> compromiso entre la caída de presión (la bomba) y el depósito (incrustaciones) en la superficie del intercambiador de calor

• “Ecuación temodinámica de los volumenes de caudal "en el primario y el secundario

VSecondary =VPrimary x 0,9

• Nota importante:Tener en cuenta la pérdida de cargaLa limitación del máximo circuito sanitario a 60 ° C para evitar la ampliación

Diseño del intercambiador- De primario -Requisitos



Se recomiendan a partir de 50 m2 de panel instalado (más de 30 viviendas).

La potencia mínima de diseño será de 500 W/m2 de panel instalado. (CTE)

El material del intercambiador será de Acero inoxidable o de cobre.

En Intercambiador interno la relaciónsuperficie de intercambio y total de captación no será inferior a 0,15. (CTE)

La pérdida de carga será inferior a 3 m.c.a.tanto primario como en secundario.

45ºC50ºC60ºCCalefacción a Baja Temperatura

45ºC50ºC60ºCA.C.S

24ºC28ºC50ºCPiscina

Temperatura Entrada 2º

Temperatura Salida 2º

Temperatura entrada 1º

Diseño del intercambiador- De primario DB HE 4. Contribución Solar (CTE)

97


Internal | TT-STS/MKT | 14/03/2008 | © Bosch Thermotechnology GmbH 2008. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing, distribution, as well as in the event of applications for industrial property rights.

Módulo solar para separar dos circuitos, pudiendo utilizar un acumulador sin serpentín.

Diseño del intercambiador- De primario-Módulo SBT

98



Acumualdor Solar

AGS

SBT

Potencia máxima del Intercambiador 10 kW (8 captadores y acumulador de 1000l)

Diseño del intercambiador- De primario-Módulo SBT

99



piscina

FiltroBomba

depuradora

Intercambiador de calor para circuitos solares con piscina.Su correcta posición será después del filtro.Potencia Max. 12 kW (10 captadores)

Diseño del intercambiador- De primario - Intercambiador SBS

100



Sistema de intercambio para circuito secundario (vivienda).

• Intercambiador de placas soldadasde acero AISI 316 de 35 kW.

• Válvula proporcional (PM).• Purgador de aire.• Mando para ajuste de temperatura.• Placa metálica de soporte.• Conexiones metálicas.

Diseño del intercambiador- Estación de transferencia AV35

101


Internal | TT/SRE | 24/04/2008 | © Robert Bosch GmbH 2008. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing, distribution, as well as in the event of applications for industrial property rights.

Ida solar

Retornosolar

Entrada agua de red

Salida ACShacia caldera

Cuando no hay consumo de ACS la válvula proporcional cierra el paso al intercambiador.

MENORES PÉRDIDAS DE CALORMENOR TAMAÑO DE BOMBA DE

RECIRCULACIÓN

Al producirse un consumo la válvulase abre y adapta el grado de apertura al caudal circulante

RENDIMIENTO OPTIMIZADO EN EL INTERCAMBIADOR

Diseño del intercambiador Estación de transferencia AV35 -Funcionamiento

102


Internal | STS/PRM1-We | 09/11/2010 | © Robert Bosch GmbH 2010. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing, distribution, as well as in the event of applications for industrial property rights.

• Estación de producción instantánea de acs• Caudal máximo 11 l/min acs• Válvula de tres vías integrada para conseguir

temperatura de comfort (temperatura ajustable35-55°C acs)

• Electroválvula con sensor de caudal paramejorar la eficiencia

• Intercambiador sobredimensionado parafavorecer el ahorro

• Limitador de temperatura para protección del aparato

• Conexiones para cada aparato como accesorio

Modelo con válvula mezcladora

Diseño del intercambiador- Solar box

103



• Estación de producción instantánea• Caudal máximo 12 l/min acs• Electroválvula con detector de flujo para

mejorar la eficiencia del sistema• Intercambiador sobredimensionano para

favorecer el ahorro• Limitador de temperatura para protección del

equipo• Conexiones para cada aparato como

accesorio

Modelo sin válvula mezcladoraDiseño del intercambiador- Solar box

104



Entrada agua fría

Interruptorflujo

Del acumuladorsolar

Al acumulador solar

Entrada de aguaprecalentada a la caldera


105



105

Aplicaciones Solarbox

(*)Temperatura del depósito 60 ºC

Con válvula de mezcla La temperatura es

constante de 3 - 11 l/min a 45°C.

Sin válvula de mezcla : Para caudal de 3-13

l/min a 45 +/- X°C. (*)

Con válvula de mezclaSin válvula de mezcla

Temperature

Tap rate




• Sistema solar centralizado para la producción instantánea de ACS (hasta• 80 l/min o 20 apartamentos)• Campos de captadores entre 20 y 100 m²• Volumen de depósitos de inercia entre 1000 y 5000 L• Dos modelos:

• Logalux FS 40: estación de producción instantánea de ACS hasta 40 l/min• Logalux FS 80: estación de producción instantánea de ACS hasta 80 l/min

(conexión de dos Logalux FS en cascada)

• Potencia de equipos de apoyo entre 20 y 100 kW• Fracción solar en ACS entre 30 y 70 %

Diseño del intercambiador- Logalux



• Logalux FS40• 40 l/min (60°C ACS)• Controlador integrado• Sensor de caudal• Conexión de recirculación• Válvulas para fácil mantenimiento• Gran intercambiador de placas para un

alto grado de confort de ACS y bajatemperatura de retorno al acumulador de inercia

107

Diseño del intercambiador- Logalux FS40



108

• Logalux FS80• 80 l/min (60°C ACS)• Controlador integrado• Sensor de caudal• Válvula eléctrica de cascada• Válvulas para fácil mantenimiento• Gran intercambiador de placas para un alto

grado de confort de ACS y baja temperaturade retorno al acumulador de inercia

Diseño del intercambiador- Logalux FS80



1 - 9 WE 10 - 12 WE 13 - 20 WE 21 - 30 WE > 30 WE

109

Diseño del intercambiador- Esquema-Logalux



Índice




La ejecución de la instalación deberárealizarse teniendo en cuenta lo siguiente:

•El trazado, deberá ser lo más corto posible, evitando colocar un número de codos excesivo para evitar generar pérdidas de carga adicionales.

•Recomendable que el trazado horizontaltenga una pendiente mínima del 1% en el sentido de la circulación del fluido.

•La velocidad del fluido debe ser de al menos 0,4 M/s < desplazamiento del aire, y no superior a 1,5 m/s < erosión, ruidos y pérdidas de carga elevadas.

Diseño de tuberias



Los materiales en cada parte del circuito seguirán las indicaciones marcadas en el CTE:

Circuito primario: Los materiales pueden ser cobre y acero inoxidable con uniones roscadas, soldadas o embridadas y protección exterior con pintura anticorrosiva.

Retorno de captadores.

Impulsión de captadores.

Diseño de tuberias- CTE



Circuito secundario: Los materiales a utilizar serán cobre y acero inoxidable (igual que en el circuito de primario). Además se podrán utilizar materiales plásticos que deberán soportar la Tªmáxima del circuito.

Salida de a.c.s a puntos de consumo.

Entrada de agua fría a los acumuladores.




Los diámetros de tubería dependen del caudal del circuito primario y este a su vez del número de captadores de la instalación:

Hasta 1.900261,028

Hasta 3.600331,035

Hasta 6.200401,042

Hasta 12.00051,61,054

Hasta 950201,022

Hasta 500161,018

Caudal (litros/h)Diámetro interior (mm)

Espesor de pared (mm)

Diámetro nominal (mm)

nSQQ CaptadorCaptador




Considerando que la tubería sea de cobre y de cara a tener una buena velocidad y no excesiva pérdida de carga se pueden tomar como orientativos los siguientes diámetros.

54mm

42mm

35 mm

28 mm

22 mm

18 mm

hasta 25 m

entre 2 y 4

Nº captadores

Hasta 6

Hasta 10

Hasta 15

Hasta 20

Longitud sencilla tubería (un solo tramo)

Hasta 50

Diseño de tuberias- Cálculo de díametros



• Espesores de los aislamientos de tuberías en interior:

Tª máx fluido(ºC)D exterior (mm)

100 a 180>6010040 a 60

504035140<D50403090<D 14050303060<D 9040303035<D 60302525D35

• Tuberías con funcionamiento continuo como redes de a.c.s deben ser aumentados en 5mm.

Diseño de tuberias- Aislamiento



Aislamiento solar con carcasa de PVC Aislamiento insuficiente, espesor reducido

Aislamiento solar tratado con pintura Aislamiento solar recubierto con papel plata

Aislamiento solar con carcasade Aluminio

Diseño de tuberias- Aislamiento-Ejemplos

Dañado por los pájaros



• Cuando se generan burbújas de aire en el circuito solar, la circulación del fluido no es perfecta.

• El purgador automático debe colocarse en el punto más alto para eliminar las bolsas de aire.

• Se trata de un purgador de cuerpo metálicoresistente a altas temperaturas equipado con válvula de esfera y cámara de acumulación de vapor.

ELT 6

Diseño de tuberías - Purgador



• La llave de corte solo estará abierta en la puesta en marcha de la instalación.

Abierta en puesta en marcha! Cerrado en funcionamiento!

Diseño de tuberías - Purgador-Ejemplos



Diseño de tuberías - Purgador-Ejemplos

En el flujo después de cada fila de colectores

Temperatura purgador resistente con un corte



Índice




•La selección de la bomba dependerá de la pérdidade carga total en la instalación y del caudal de distribución.

Pérdida de carga del circuito solar:

•Elegir en el diagrama en función de los resultados o calcular con los sotfware de los fabricantes

pt = pcampo de captación + ptuberias + pacumulador + pOtros

Grupo de bombeo – Cálculo de bomba



La velocidad de impulsión se ajusta en función del caudal en estado frío.

agua

Agua/Glicol

Visc

osid

ad (m

m2/

s)

Temperatura (ºC)

Grupo de bombeo – Cálculo de bomba



0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Caudal [l/h]

Pérd

ida

de c

arga

[bar

]

Media: Agua/glicol 50/50Temperatura: 50°C

KS0110/

AGS5

KS0120/

AGS10KS0150/

AGS50

Grupo de bombeo – Elección del grupo de bombeo- Captador plano



Pérd

ida

de c

arga

(mba

r)

Caudal (l/min)

Solar Fluid LS, 40°C

VT12-RVT6-R

Grupo de bombeo – Elección del grupo de bombeo captador CPC



• Los grupos de bombeo AGS sirven para permitir el correcto funcionamiento de una instalación solar.

• El fluido caloportador del circuito primario circula a través de la bombade circulación integrada en la estación de bombeo.

• En función del número de captadores y del tipo de conexión se ajusta un caudal máximo de circulación.

• Su valor oscila de 1,2 a 2 l/s por cada 100 m2 de área de colectores. Unos 50 l/h por m2 de captador (CTE).

Grupo de bombeo – Grupo de bombeo AGS



Grupo bombeo 2-lineasGrupo bombeo 1-linea

28 mm28 mm22 mm15 mm 22 mm15 mm Diámetros

/ / / / - / - / Válvula de esfera con termómetro integrado(ida/retorno)

/ / / / -/ - / Válvula antiretorno(ida/retorno)

Caudalímetro

--Separador de aire

Conexión para el llenado

Conexión vaso de expansión

6 bar6 bar6 bar6 bar6 bar6 barVálvula de seguridad

Manómetro

12 m8 m7 m4 m7 m4 mAltura de la bomba

21-5011-206-101-56-101-5Número de captadores

Grupo de bombeo – Modelos AGS



Llave de cierre con termómetro integrado y

válvula de seguridad

conexión para tubo de impulsión y retorno

conexión de llenado

caudalímetro

valvula seguridad6 bar

conexiónvaso

expansión

bombaSeparador de aire

manómetro

caudalímetro

bomba

valvula seguridad6 bar

conexión de llenado

manómetro

Grupo de bombeo – Elementos constructivos



… con dos consumosPosibilidad de ejecución junto con dos

grupos de bombeo

Valvula de seguridad del grupo de 1-linea puedeno colocarse

… con dos campos de captaciónGrupo de bombeo 1-linea junto con

grupo de 2-lineas

Doble campo de captación: dos vávulas de seguridad y dos

vasos de expansión

Grupo de bombeo – Aplicaciones



• La válvula de seguridad debe ser dimensionado según EN 12976 y 12977,esto significa que debe estar alineada con la el colector o grupo de colectores y debe ser capaz de drenar su máxima salida (eficiencia óptica h0 x 1000 W / m²)

• Sólo las válvulas de seguridad que se han diseñado para un máx. 6 bar y 120 ° C y que tienen el código “S”(solar) deben ser usadas.

• Las válvulas de seguridad se montan en la dirección del flujo, en el retorno del sistema de energía solar después de la válvula de antiretorno.

• Se debe asegurar que no hay temperatura > 120 °C en este lugar.

Grupo de bombeo – Válvula de seguridad



• La función de la válvula de seguridad en un sistema es drenar el fluido del sistemasi se excede la presión máxima.

INCORRECTO




Canalización de la válvula de seguridad.

• Es conveniente canalizar la válvula de seguridad de cara a recoger el fluido en el caso de que se produzca un aumento de presión.

• Ese fluido podrá ser utilizado en posteriores ocasiones, por lo se recomienda que se dirija al bidón de fluido caloportador.

INCORRECTO




Índice




El vaso de expansión tiene tres funcionesimportantes:

• Proporcionar el suministro de fluido que es necesario equilibrar durante la disminución de volumen a bajas temperaturas.

• Absorber la expansión del fluido causado por la subida de las temperaturas.

• Absorbe la expansión del volumen causada por la construcción de vapor durante la fase de estancamiento.

Vaso de expansión – Funciones



• La forma de compensar la dilatación es colocar un vaso de expansión que absorba el volumen. En condiciones de funcionamiento a máximapresión la membrana se desplaza y el volumenes alojado en el interior.

• Deberá ser capaz de compensar el volumen del fluido en el campo de captación, incluyendo las tuberías de conexión entre captadores en más de 10% , en el caso de pueda llegar a evaporarse en condiciones de estancamiento.

Vaso de expansión – Funciones



adoresintercambicaptadorestuberíasninstalació VVV V

El volumen debe ser suficiente para soportar la expansión del fluido. Su volumen se determina mediante la siguiente fórmula:

if

fninstalacioexpansión PP

PεVV

: Coeficiente de dilatación del fluido. Se toma un 0.08Pf: Presión absoluta de la válvula de seguridad.Pi: Presión mínima de llenado en frío

Vaso de expansión – Dimensionado

1,19542×1,5

0,20118×1,0

0,80435×1,50,49128×1,50,31422×1,0

0,13315×1,0

Volumen específico [l/m]Dimensión de tuberiaØ x aislamiento [mm]

Volumen específico de llenado de las tuberías seleccionadas

horizontalvertical

horizonalvertical

Version

FKT-1

FKC-10,86

1,761,431,25

Tipo

Colectorcontenido

l

Colectores solares



• Principio de cálculo

Presión inicial del vaso de expansión

Formula para calcular la presión inicial

Párametros de cálculopi Presión de precarga del vaso de expansiónhest Altura estática m, altuta entre el vaso de expansión y el pto más alto de la instalación.

• La presión mínima de entrada es 1.2 bar.

pi = 0,1 * hest + 0,5bar

pi




Presión de llenado del vaso de expansión

Fórmula para la presión final de llenado de un vaso de expansión

Calculation parameters and picture legendPi Presión de precarga del vaso de expansiónpll Presión de llenadoVV Volumen estatico (al menos 3 litros)



pi = pll + 0,3bar

pll




Presión final del vaso de expansión

Formula de la presión final en el vaso de expansión

Parámetros de cálculopf Presión final del vaso de expansiónpvs Presión abosluta de la válvula de seguridadVe Volumen de expansión lVV Volumen estatico (al menos 3 litros)

pf <= pvs – 0,2 bar para pvs<= 3 barpf <= 0,9. pvs para pvs >3 bar

La presion final del vaso de expansion esta sujeta al tarado de la valvula de seguridad del circuito.

pf




• Tabla orientativa de vasos de expansión

MAG 80MAG 50MAG 35MAG 25MAG 251518

MAG 80MAG 50MAG 35MAG 25MAG 252022

> 80MAG 80MAG 50MAG 35MAG 252527

> 80MAG 80MAG 80MAG 50MAG 253032

hasta 2 18mm

Nº captadores / mm

hasta 5 22 mm

hasta 10 28 mm

hasta 12 28mm

Hasta 15 35mm

H estática (m) L tramo(m)

* La altura entre la ubicación del vaso y el punto más alto de la instalación arrojarían tamaños distintos de vaso de expansión




• La colocación del vaso de expansión juega un papel importante.

• En esta posición se evita la cesión de calor al vaso de expansión. Siempreexistirá una diferencia de temperaturasque permitirá absorber la dilataciónmediante el desplazamiento de la membrana.

• En esta posición se transmitetemperatura al vaso de expansión. Si se da esta situación la membranatendrá dificultades para desplazarse y absorber la dilatación.

Vaso de expansión – Disposición



Índice




•¿Integración con los sistemas existentes?¿Existe sistema de acs? ¿Deseamos apoyo a calefacción? ¿Que tipo de sistema de calefacción?

• ¿Existe la técnica / infraestructura utilizable?¿Un mayor uso del almacenamiento de agua caliente sanitaria existente o ya

existente almacenamiento intermedio deseado?

•¿Concepto de suministro de agua caliente sanitaria central / descentralizada?

•¿Sistema de energia auxiliar?¿En qué forma y dónde (central / descentralizado)?

•Filosofía y aspectos de proyectista / usuario / operarioEficiencia, coste, cómodo o operativo

•Espacio disponible para el campo de colectores y la técnica

•Etc….

Configuración de sistemas

144


Sistema 1

ACSAlmacenamientoindividual

Sistema 2

ACSIntercambiadorindividual

Sistema 4

ACS

DestrentalizadoPpal mercado: Sur de Europa

Centralizado

Configuración de sistemas

Sistema 3

ACS

Intercambiadorcentral

Sistema 5

ACSCalefacción

145


a fria

acs

a fria

acs

a fria

acs

a fria

acs

Sistema 1 –Almacenamiento indivial Solución para la casa multifamiliar con 3 - X

pisos Con producción de ACS Campo de colectores centralizado con apoyo

descentralizada de calentamiento. Pequeños acumuladores de ACS por piso de

75 a 200 l Una solución simple

Componentes del sistema Campo de captadores y accesorios de

montaje. Grupo de bombeo Acumuladores de ACS Centralita de regulación Control de la carga del tanque de ACS

Configuración de sistemas- Descrentalizado de acs



Localización: Edificio 20 viviendas SabadelInstalación: acs distribuidaConfiguración:15 CaptadoresVolumen acumulación acs 90 lControl diferencial en cada vivienda TDS10Cadera Euroline 23kW

Configuración de sistemas- Descrentalizado de acs- Ejemplo



Localización: Edificio 30 viviendas MadridInstalación: a.c.s distribuida con sistema de disipación.Configuración:26 CaptadoresVolumen acumulación a.c.s 90 lControl diferencial en cada vivienda TDS50Cadera Euroline 23kW

Configuración de sistemas- Descrentalizado de acs+ aerotermo- Ejemplo

148


a friaacs

a friaacs

a friaacs

a friaacs

Sistema 2 –Intercambiador de placas/ Kit solar Solución para casa multifamiliar con 3 - X pisos Con producción de ACS Campo de colectores central con depósito de

inercia central y descentralizada sistema de apoyo auxiliar

Intercambiador de calor en cada piso


montaje Grupo de bombeo Depósito de inercia Intercambiador de calor x vivienda Centralita de regulación


150


Sistema 3 –Intercambiador de placascentralizado

Solución para casa multifamiliar con 3 - X pisos Con producción de ACS Campo de colectores central con depósito de

inercia central y descentralizada sistema de apoyo auxiliar

Intercambiador de calor central


montaje Grupo de bombeo Depósito de inercia Intercambiador de calor centralizado(Logalux

FS40 o FS 80(con control) Centralita de regulación


151


acs

acs

acs

acs

a fria

a fria

a fria

a fria

a fria

Sistema 4 – Centralizada – 3 a 20 Pisos

Solución para viviendas multifamiliar de 3 a 20 pisos

Con producción de ACS Sistema centralizado de calefacción

Componentes del sistema

Campo de colectores incl. el sistema de montaje

Estación de bombeo solar Depósitos de inercia de 500 - 2000 L Logalux FS40 o FS 80(con control) Círculo de control solar

Configuración de sistemas- Centralizado de acs

152


acs

acs

acs

acs

a fria

a fria

a fria

a fria

afria

Sistema 5 – Centralizado – Más de 20 pisos

Solución para viviendas con más de 20 pisospara agua caliente

Sistema de precalentamiento (Buderus SAT-VWS)

Sistema central con la parte posterior central de la calefacción

Muy apropiado para la modificación - el uso de depósitos existentes de ACS

Componenetes del sistema

Campo de colectores incl. el sistema de montaje Estación de bombeo solar Depósito de inercia Actualizar la unidad (buffer de transferencia de

calor al tanque de agua caliente sanitaria) Precalentamiendo del depósito de ACS Depósito ACS, copia de seguridad de

calefacción Círculo de control solar Unidad de control de recarga

Configuración de sistemas- Centralizado de acs



Localización: Edificio 62 viviendas Madrid (Getafe)Instalación: acs centralizadaConfiguración:20 Captadores SKN 3Volumen acumulación 2000 lControl

Configuración de sistemas- Crentalizado de acs



Instalación Solar en Comunidad de Vecinos

Provincia: Madrid53 captadores SKN 3.02 calderas de acero, Logano plus SB 615 y Logano SK 625Acumulación de 5000l

Configuración de sistemas- Crentalizado de acs



Localización: Edificio 19 viviendas Madrid (Getafe)Instalación: acs centralizada y calefacciónConfiguración:6 CaptadoresVolumen acumulación 600 lControl diferencial

Configuración de sistemas- Centralizado de acs y calefacción



Índice




Hay que diseñar la instalación teniendo en cuenta como actúa la instalación en lossiguientes casos:

• Funcionamiento habitual• Funcionamiento cuando Tacum>60ºC• Funcionamiento en sobrecalentamiento Tacum = Tnom

• Estancamiento• Protección frente a heladas• Tratamiento térmico contra la legionella

Funcionamiento de la instalación

• Nota importante:Mayores problemas cuando los captadores reciben energía y no somoscapaces de emplearla.



15º

15Cº

Tcap =47 ºC

Tac=40 ºC

Funcionamiento de la instalación- Arranque y parada del primario

15º C

15Cº

Tcap =15 ºC

Tac=40 ºC

8:00 h 9:30 h Un instante antes de arrancar 9:30h 30 s después del

arranque

35Cº

47Cº

42ºC

15Cº

Tcap =42 ºC

Tac=47 ºC

35Cº

42Cº

Cuando sale el sol, la radiación solar calienta el fluido

El fluido asciende a la parte superior

Cuando Tcap-Tac>7ºC arranca la bomba

En la parte central e inferior de los captadores está muy frio por lo que la Tcap= 42ºC y para bomba



Funcionamiento de la instalación- Arranque y parada del primario

15º

15º

35º

45º

55ºoff

Tcap =47 ºC

Tac=40 ºC

45º

15º

35º

45º

55ºon

Tcap =47 ºC

Tac=40 ºC

47º

35º

35º

45º

55ºoff

Tcap =25 ºC

Tac=40 ºC

Instalación parada (justo antes de arrancar)

Arranque de la instalación (10 s después del arranque)

Arranque de la instalación (30 s después del arranque)

•En el amanecer podemos tener problemas de contínuas para-marcha de la bomba.

•Programar el paro a diferencias de temperatura de 2ºC y tiemposmínimos de circulación igual al tiempo en recorrer el fluido todo el circuito.



• Sistemas solares con acumulación distribuida sino disponemos del dato de Tacum:

• Instalar un piranómetro> Arranque de bombacuando la radiación sea superior a 300-400 W/m2

• Realizar el arranque de la bomba cuando la Tcap=60ºC. Si la Tacum>60ºC puede haberproblemas.

• No programar por tiempo:

• exceso de arranques en días nublados

• Tiempos entre arranques altos, posibilidadde alcanzar 120ºC y se produzca vapor.

• Pasar a ventajas y desventaja

Funcionamiento de la instalación- Arranque y parada



• Ausencia de circulación del fluido con radiación.

• El CTE en su HE4 indica que la instalación solar debe de soportar la temperatura de estancamiento y reestablecerse sin intervenciónexterna. El RITE obliga a realizar la prueba de estancamiento.

• El estancamiento puede producirse por:• Falta de consumo• Apoyo a calefacción o aporte solar elevado,

volumen de acumulación insuficiente, y porfalta de extracción.

Aumento de temperatura y presión en el captador (siempre la presión por debajo de 6 bar)

Funcionamiento de la instalación- Estancamiento

55º

65º

75ºoff

Tcap =145ºC

Tac=60 ºC



Funcionamiento de la instalación- Estancamiento en 5 pasos

• Fase 1 Expansión del fluido: Por el circuitono se extrae calor. El volumen del fluido se expande y la presión del sistema se incrementa alrededor de 1 bar hasta que la temperatura de ebullición se alcanza.

• Fase 2 Evaporación del fluido: A la temperatura de ebullición se forma vapor en el colector, la presión del sistema se incrementa una vez más alrededor de 1 bar. La temperatura media es ahora de alrededorde145ºC.

75º C

65º C

55º C

off

125ºC

75º C

65º C

55º C

off

145ºC

Fluido 100ºC

65ºC

56ºC

Fluido 100ºC




• Fase 3 Sobrecalentamiento: Debido a la concentración de menos agua en el circuitopuede evaporarse.

Resultado: El punto de ebullición y temperaturas en el colector aumenta. La eficiencia del colector decrece.Volumen de vapor en el sistema aumenta. La presión dismininuye la temperatura llegaa la temperatura de estancamiento.

Esta condición se mantiene hasta que la irradación no es suficiente ya para mantenerla temperatura de estancamiento.

off

145ºC

Fluido 100ºC

65ºC

56ºC

75º C

65º C

55º C




• Fase 5 Relleno del campo de colectores: Debido a la disminución de la irradiación la temperaturas y las presiones del colector y del sistema disminuyen.

• El vapor se condensa y el fluido se desplazade nuevo al colector, gracias al vaso de expansión.

• La colocación del vaso de expansión juega un papel importante.

• Deberá ser capaz de compensar el volumen del fluido en el campo de captación, incluyendo las tuberías de conexión entre captadores en más de 10%.

off

145ºC

Fluido 100ºC

65ºC

56ºC

Vaso de expansión aguas abajo de la válvula antirretorno y por tanto en la expulsión de la bomba “vaciado rápido”

75º C

65º C

55º C



Funcionamiento de la instalación- Vaso de expansión en la aspiración de la bomba

• Válvula antirretorno: No permite que el vaporproducido en los captadores empuje el líquidopor la parte inferior.

• Si el circuito esta bien aislado , todo la tuberíade retorno se llena de vapor. En el intercambiador se produce vapor.

• El incremento de volumen de vapor>incremento de presión. Podremosalcanzar hasta los 6 bar.

• Arranque de bomba dificil.

off

145ºC

Fluido

56ºC

145ºC

56ºC

Vaso de expansión en la aspiración de la bomba y la válvula antirretorno en la impulsión “vaciado lento”

75º C

65º C

55º C

Vapor

Fluido



Funcionamiento de la instalación- Estancamiento con aire

• No se produce vapor, los captadores alcanzanla temperatura de estancamiento.

• El vaciado del captador puede ser:• Accidental• Drain-back

• No es importante la presión max ya que no se genera vapor.

• El captador soporta perfectamente la temperatura de estancamiento, pero posibleenvejecimiento acelerado de los captadores.

• Dificultades en el llenado de la instalación y la consiguiente purga de aire.

off

190ºC

65ºC

56ºC

Drain-back

75º C

65º C

55º C

aire



•El circuito primario se llena de fluido hasta la cota marcada por la entrada superior del serpentín.

•Si temperatura del captador mayor que temperatura del tanque, la regulación da orden a la bomba de ponerse en marcha. Dicha bomba, tiene la particularidad de tener una altura manométrica muy alta.

•El aire se arrastra al serpentín de diseño especial (con cámara superior para alojar el aire del circuito). Al minuto de empezar a funcionar, todo el aire se encuentra ya en el serpentín

Inconvenientes

La bomba consume mucha energía y es ruidosa.

Sólo sirve para sistemas pequeños(Aprox 300L de acumulación)

Funcionamiento de la instalación- Estancamiento con aire-Drainkback



Funcionamiento de la instalación- Estancamiento- Efectos

daños

Formación de vapor > daños en el sistemaEjemplo: Instalación de 23 x FKT 4.0Daños:• Conector/compensador y la conexión

severamente dañados.

Reparación:• Remplazar todos los conectores y reparar las

conexiones.

Esfuerzo:• Drenar el campo de captación, remplazar los

40 conectores, llenar y purgar el circuito> sólopara remplazar los conectores 2 personas * 1 día.



• Datos técnicos TYFOCOR® L

• Propilenglicol al 30%.• Líquido• Incoloro• Casi Inoloro• Rango entre -14ºC y > 100ºC.• PH entre 7,5 y 8,5.

Tifocor 10 y 20 Litros




Funcionamiento de la instalación- Estancamiento- Efectos• Envejecimiento prematuro del fluido

• Hay más envejecimiento en las transferencias de calor si el sistema llega al estancamiento más a menudo. Las moléculas se rompen a temperaturas alrededor de 170ºC de esta forma estas pueden interconectar con otras moléculas así acelerar el proceso de acidificación aumentado el riesgo de corrosión.



Funcionamiento de la instalación- Estancamiento- Efectos• Envejecimiento prematuro del fluido

• A altas temperaturas el glycol es vulnerable a la oxidación. Si hay oxigeno en el fluido se dañara y se formaran depósitos sólidos. Estudios científicos muestran que sistemas agujereados con un suministro de aire permanente son claramente más problemáticos comparados con altas temperaturas causadas por estancamiento.

Prematura reducción en caso de sobrecargainhibidor de contenido

Disminuye> la formación de compuestos ácidosalrededor de la alcalinidad del 10% > que está por debajo de pH 7

Alcalinidad de reserva

Disminuye> la formación de compuestos ácidospH <7: protección contra la corrosión insuficiente

Valores de pH

Dilución, concentraciónDensidad, Refracción

Oscurecimiento, opacidad, mal olor>sobrecarga térmica, contaminación.

Apariencia

Estado de las condiciones de funcionamiento del fluidoParámetros




• Envejecimiento prematuro del fluido



Funcionamiento de la instalación- Estancamiento- ¿Cómo evitarse?

Una instalación correctamente diseñada es la que previene los posibles problemasde estancamiento. Medidas:

• Instalar colectores con un adecuado comportamiento en el vaciado

El fluido se pude desplazar fácilmente hacia el vaso de expansión

El fluido sufre menos daños

La formación de vapor es de 20Watt/m2

El fluido esta atrapado en la parte baja del captador, no tiene alimentación directa al vaso de expansión.

El fluido se degrada.

La formación de vapor es de 120Watt/m2



Potencia de Pérdidas (Watt/m)

a 155 ºCa 130 ºCAislamiento interiorDiámetro nominal (mm)

28,922,840 mmCu 35 x 1,5

29,122,940 mmCu 28 x 1

25,620,230 mmCu 22 x 1

27,321,520 mmCu 18 x 1

28,922,840 mmCu 35 x 1,5

25,620,240 mmCu 28 x 1

22,719,940 mmCu 22 x 1

23,218,230 mmCu 18 x 1

a 155 ºCa 130 ºCAislamiento exteriorDiámetro nominal (mm)


Las pérdidas de energía de las tuberías aisladas con el espesor de aislamiento recomendado para la zona interior y exterior




Ejemplo

16 colectores de 2,2 m2, con buenas características de drenaje.

16 x 2,2 x 20 W/m2 = 704 Watt vapor de salida

704 Watt/ 25Watt/m = 28 m de tubería

16 colectores de 2,2 m2, con pobres características de drenaje.

16 x 2,2 x 120 Watt/m2 = 4224 Watt vapor de salida

4224 Watt/ 25Watt/m = 169 m de tubería



Funcionamiento de la instalación- Estancamiento- ¿Cómo evitarse?¿Cuándo?

•Hay corta distancia entre el campo de captación y el vaso de expansión por ejemplo instalaciones de tejado.

•Distancia (volumen de tuberías >difusión de vapor)

•Volumen del líquido solar en la tuberíaentre un campo de colectores y el vaso de expansión es menor que la difusión de vapor

¿Por qué?•Protección del vaso de expansión deinaceptablemente altas temperaturas

Calculo

Vaso de expansión en línea

Vve= (vapor generado-distancia cap/ve X área de tuberia)




• Asegurar un buen dimensionamiento del vaso de expansión• Proteger el vaso de expansión del vapor• No instalar una válvula de retorno entre el campo de captadores y el vaso de

expansión. Las válvulas de retorno determina la dirección de penetración del vapor.

• Correcta válvula de seguridad compatible a la presión de estancamiento (normalmente 6 bar)

• Seleccionar componentes resistentes al vapor y a altas temperaturas, además de un glicol adecuado

• Los colectores de tubo de vacío tienen un mal drenaje, la potencia de generación debe ser conocida y fiable.

• Asegurarse mediante el sistema de control de que la bomba no puede reiniciarse si existe vapor en los colectores (Max. Temp de operación)



• Desvío de excedentes:

Piscina. Aerotermos por gravedad.

Aerotermos dinámicos.

a) b)

a) Máxima irradiancia y baja demanda

b) Falta de suministro eléctrico




Posible para pequeñas instalaciones:

• Tapar el número de captadores no necesarios.




Sistema de seguridad sin componentes electrónicos que actuará cuando se den las siguientes situaciones:

• Falta de suministro eléctrico.• Problemas de sobretemperatura.

Elementos:• Válvulas de 4 vías termostática.• Intercambiador de calor.• Separador de aire, tubo de by-pass, válvula de retención.




Funcionamiento normal el fluido circula por los captadores y se calienta. La válvula de 4 vías termostática estará tarada a una temperatura máxima por debajo de la cual la válvula de retención hace que el fluido mantenga su recorrido habitual.

a) En momentos de máxima irradiancia y baja demanda en las que se den temperaturas por encima del taraje de la válvula, esta dirige el fluido al disipador para rebajar su temperatura.

b) Si hay falta de suministro eléctrico y se alcanza la temperatura tarada, la válvula da paso y se crea una circulación natural de disipación al ambiente.

a) b)




Ejemplos de Selección de Aerotermos

• Elegir el modelo de disipador siguiendolas indicaciones del farbicante.

• Ejemplo de cálculo:

Area de colectores 50 m² = 40 KW de potencia de disipación

Importante:

Utilizar uniones en T para el ensamblaje de lastuberías impide la circulación defectuosa debida a efectos de succión. (ver esquema)

400500

36045032040028836026133024030022428020025018423016020014418012015011214090120801007290648056704860

5040302010

m² del Campo de captadores

10

403224

8

Potencia kW




Funcionamiento de la instalación- Frente a heladas

La instalación solar se encuentra en elexterior expuesto a las condiciones másdesfavorables.

Existe riesgo en toda la Península Ibérica

La protección contra heladas consiste:

• En el empleo de un fluido térmico con un punto de congelación de 5ºC inferior a la temperatura mínima histórica de la localidad

• Activar la bomba del primario cuando la temperatura de la sonda de captadores sea inferior a 5ºC.



Fluido caloportador TYFOCOR L (30 % concentración)

•Usar el fluido caloportador recomendadopor el fabricante!

•Protección contra heladas (-14ºC) y corrosión.

•Alta capacidad y conductividad térmica .

Comprobador líquido solar:

Indicador de pH WTI:

Funcionamiento de la instalación- Frente a heladas



On/Off (Off)Circulación del fluido si la temperaturadesciende por debajo de 5ºC y desconecta sise alcanzan los 7ºC

Función Antiheladas

Funcionamiento de la instalación- ¿Cómo evitarse?

Mediante un sistema de control



• Debe instalarse un sistema automático de mezcla que limite la Tª de suministro a 60ºC (CTE).

• Permite el aprovechamiento racional del agua del depósito.

• Ajuste de salida de 30º a 65 ºC.

• AtenciónSistema de protección por altastemperaturas a la salida del depósito. Protección contra quemaduras.

Funcionamiento de la instalación- Protección contra quemaduras



Índice




• Incremento global de la demanda energética: pronóstico hasta 2100• Recursos de energia fosil son limitados• La solución: incrementar el uso de energias renovables

Source: www.solarwirtschaft.de

2000 2010 2020 2030 2040 2050 2100 Otra renovables

Energia Solar térmica

Energia Solar (Fotovoltaica a. solarHuertos solares)

Eólica

Biomasa

Hidráulica

Nuclear

Gas Natual

Grabón

Gasoleo

1.200

1.600

1.400

1.000

800

600

400

200

0

Prognosis of the Federal Government’s economic board:Global environmental changes

annual primary energy application[ EJ/a ]*

* EJ/a: 1018 Joule/year

El sol energia gratuita

Futuro de la energía solar térmica

192



Thermotechnology

Producción de acs

Producción de acsy

Apoyo a calefaccióm

- Demanda energética- Aporte energetico solar

Demanda de acs anual

Demanda de acs + apoyocalefacciónanual




Las nuevas calderas de condensación, incluyen el control de la instalación solar y los accesorios necesarios

Estación solar con ISM1

IPMMezcladora

BombaCircuito de calefacción

DWU

Compensadorhidráulico

Fx-Controller

NUEVO

Válvula Mezcladora114Válvula Desviadora113Módulo Calefacción112

Servomotor111Válvula Mezcladora110

Compensador Hidráulico19Módulo Solar18

Estación Solar17Acumulador Solar Combi16

Componentes de la instalación:

Vaso de Expansión de calefacción15Controlador14

Vaso de Expansión Solar13Captadores Solares32

Caldera de Condensación solo calefacción11

ProductoNúmerode piezas

AHORA

Componentes de la instalación:

Vaso de Expansión de calefacción15

Controlador FW 10014

Vaso de Expansión Solar SAG 2513

Captadores Solares FKT / FKC / FKB / FCC / FCB32

Cerapur Solar11

ProductoNúmerode piezas

NUEVO




La posibilidad de integración con otras tecnologías innovadoras de forma sencilla y económica, la hacen ideal.

La energía geotérmica es fuente de energía renovable,ideal para trabajar con bombas agua-agua en sistemas de baja temperatura.

Sin embargo, aunque pueden producir ACS, no consigue temperaturas superiores a 50-55ºC.




La posibilidad de integración con otras tecnologías innovadoras de forma sencilla y económica, la hacen ideal.

Es ideal para servir como aporte de temperatura adicional, garantizando a la bomba de geotermiael trabajo a temperaturas bajas y por tanto con elevados rendimientos en cualquier situación




Ideal para combinar con sistemas de calefacción centralizados, en instalaciones en las que el consumo de agua caliente sanitaria es prioritaria.

Típica instalación en el sector hotelero. Los excedentes de ACS se utilizan para prolongar la temporada de baño.


Diseño de instalaciones solares térmicas.

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