Energía Solar Térmica - TRANSOL

Diseño y optimización de sistemas solares térmicos conTRANSOL 3.1

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guión

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� Contexto� Métodos de cálculo actuales

� Paramétricos� Simulación Dinámica� Comparativa y análisis

� TRANSOL3.1� Integración en certificación energética

contexto

Evolución del mercado de los sistemas solares térmicos:

� Gran crecimiento de la implantación de los sistemas solares, promocionado por la obligatoriedad de la implantación de los mismos.� Desde que en 1999 apareció la primera versión de la OSM de Barcelona, hasta la aparición el año

2006 del nuevo CTE

� Gran diversidad de tipologías de sistemas implantados.

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� Gran diversidad de tipologías de sistemas implantados.� Dependiendo de diversos factores, como la aplicación del edificio, situación geográfica, entre otros

se hace más conveniente un diseño de sistema u otro, con grandes diferencias en sus comportamientos

� Cierto vacío legal en el cálculo de los sistemas solares térmicos.� Pese a la obligatoriedad de las normativas de alcanzar una cierta producción solar, no existe una

definición clara del procedimiento de cálculo a seguir

contexto

� Objetivos del cálculo:� Diseñar el sistema� Cumplimiento normativas prestacionales� ¿Certificación energética?

� Dado que se trata de un mercado eminentemente “obligatorio”, el planteamiento del diseñador se orienta hacia el cumplimiento normativo al menor coste posible

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posible.

� A falta de un método de cálculo reconocido u oficial (a efectos normativos, no de diseño) conduce a la elección del método menos exigente, por ser el que permite las ofertas más competitivas

� Es importante diferenciar métodos o programas de cálculo cuyo objetivo sea el cumplimiento normativo de los aptos para diseñar

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Métodos de cálculo actuales. Estado del arte

� Dos grandes grupos de sistemas de cálculo para solartérmica dominan el mercado actual:

1. Métodos basados en correlaciones : F-Chart, FSC,..

2. Pros: simplicidad de uso, rapidez de cálculo3. Contras: aplicable solo a dos configuraciones de sistemas, no

válido para fracciones solares elevadas, escasez de información

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válido para fracciones solares elevadas, escasez de informaciónpara el proyectista.

Métodos basados en simulación dinámica: TRANSOL,T-Sol, Polysun...

Pros: más información para el proyectista, mayor número desistemas disponibles, materiales incorporados a la aplicación...Contras: motor de cálculo desconocido (excepto TRANSOL,Escosol y AcSol), tiempo de cálculo elevado, utilización máscompleja

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� El método CALCULASIT� Integración en certificación energética

Métodos basados en correlaciones. F-CHART

� F-CHART o Método de las Curvas-f

� 1974

� Creado por los padres de un programa de simulación dinámica para sistemas solares térmicos (TRNSYS)

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� MOTIVACIÓN:

� Falta de potencia de cálculo de los ordenadores

� Simulación de• SISTEMAS SOLARES DE ACS• SISTEMAS SOLARES DE AIRE• CONFIGURACIONES DETERMINADAS• LIMITACIÓN DE CONFIGURACIONES

� Referencia:PROYECTO DE SISTEMAS TERMICO-SOLARES por el método de las curvas-f, ATECYR,

Editorial Index, 1982, ISBN:84-7087-222-2

� CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES:� Cálculo en base MENSUAL� Basado en PARAMETROS ADIMENSIONALES del sistema� El resultado es el RENDIMIENTO MEDIO del sistema


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� El resultado es el RENDIMIENTO MEDIO del sistema� Proporciona CORRELACIONES entre estos parámetros del sistema y el rendimiento

medio: CURVAS-F� Las correlaciones se han encontrado realizando la SIMULACIÓN DINÁMICA

DETALLADA de los sistemas (TRNSYS)� También se han comparado con datos experimentales� 300 simulaciones para una única zona climática

� Basado en variables adimensionales del sistema

mensual totalCarga

referenciaTemp.acaptador delPerdidas=X

mensual totalCarga

Captadoresen absorbidaSolarEnergia=Y


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322 021.00018.0245.0065.0029.1 YXYXYf ++−−=

� Resultado: f – Fracción solar: Carga del calentamiento total mensual suministrada por la energía solar

líquido) de captadorescon n calefacció de solares (Sistemas

18 X 0y 3Y0 <<<<para

mensual totalCarga


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Utilizar las correlaciones de métodos tipo FUtilizar las correlaciones de métodos tipo F--Chart para otras Chart para otras configuraciones distintas al modelo es equivalente a aplicar configuraciones distintas al modelo es equivalente a aplicar

indiscriminadamente el comportamiento singular de un sistema indiscriminadamente el comportamiento singular de un sistema concreto al resto de sistemas. concreto al resto de sistemas.

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Con la simulación se intenta reproducir de forma teórica el funcionamiento de unsistema, pudiéndose obtener información detallada del comportamiento de cada unode los componentes que conforman el sistema. Los errores de buenos programasde simulación como TRNSYS respecto al comportamiento real de los sistemaspueden ser menores al 1%.

Simulación dinámica

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VENTAJAS DE UN MÉTODO DE SIMULACIÓN FRENTE A EXPERIMENTACIÓN

• Es varios ordenes de magnitud más rápida que la experimentación

• Es varios ordenes de magnitud más económica que la experimentación

• Es más adecuada para sistemas que exhiben una dependencia no lineal de los datosclimáticos

• Permite estudiar de forma adecuada y simple la variación entre el comportamiento a corto ylargo termino de sistemas

Simulación dinámica

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Utilización de los métodos de cálculo

� Como hemos visto, todos los sistemas de cálculo tienen una razón de ser, un desarrollo y una forma de aplicación.

� La utilización de cualquiera de ellos, tomando conciencia de su alcance y limitaciones es correcta y aceptable, pero no lo es su utilización más allá de éstas

� El mercado español, basado en gran parte en los sistemas para bloques de pisos ha optado histórica y mayoritariamente por la utilización de F-Chart.

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optado histórica y mayoritariamente por la utilización de F-Chart.

� Como hemos visto en el desarrollo de la misma, ésta no es adecuada para este tipo de sistemas, generando importantes desviaciones en los resultados. Cuantifiquemos esta desviación.

Comparativa simulación dinámica vs f-chart

Proponemos el ejemplo de una edificación de 40 viviendas, la mitad con una ocupación de 2 personas y la otra mitad con una ocupación de 3 personas.

El objeto del estudio es contrastar el comportamiento energético de 3 configuraciones distintas de sistemas solares térmicos :

• Sistema Descentralizado. Configuración descentralizada• Sistema Semicentralizado. Configuración acumulación solar centralizada y

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• Sistema Semicentralizado. Configuración acumulación solar centralizada y precalentamiento mediante intercanviadores de calor individuales.

• Sistema Centralizado. Configuración de producción solar y auxiliar centralizada

Sistema Descentralizado

Sistema Semicentralizado


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Sistema Centralizado

Para llegar a una fracción solar objetivo de un 60% para la configuración descentralizada, se propone el siguiente dimensionado equivalente para los tres sistemas:

� 36 captadores de 2,2 m2, es decir, un total de 79,2 m2 de superficie de absorvedor � y una acumulación descentralizada de 100 l (que equivale a un volumen total de 4000 l.). � Para la resta de configuraciones se propone una acumulación centralizada solar de 4000 l.


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Tomando estos parámetros, vemos que F-Chart no nos pide nada más.

Así pues todos los sistemas a ojos del F-Chart son idénticos !

Sistema descentralizado


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Sistema semicentralizado


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Sistema centralizado


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Descentralitzat Semicentralitzat Centralitzat F-Chart

Demanda neta kWh 49 059 49 059 49 059 49 059

Demanda bruta kWh 49 059 49 059 64 594 49 059

Producció camp kWh 55 344 50 503 49 824 -

Aportació Solar kWh 30 786 33 322 41 962 42 019

Aportació Auxiliar kWh 18 273 15 737 22 954 7 045

Consum Auxiliar kWh 26 104 22 481 24 682 -

Fracció Solar % 62,8 67,9 65,0 85,6 -> 73,61


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Fracció Solar % 62,8 67,9 65,0 85,6 -> 73,6

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

Descentralitzat Semicentralitzat Centralitzat

f-chart corregit

f-chart Valor f-chart

x 0,86

� Dependencia de la FS respecto a la superficie de captación en función del DTLM de los intercambiadores individuales en sistema semicentralizado

90,00

100,00


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40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

0 50 100 150 200 250

Superfície de captació (m2)

Fra

cció

So

lar

(%)

10

20

30

40

50

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But … What is TRANSOL ?

TRANSOL is a dynamic simulation tool for the design,calculation and optimization of Solar Thermal Systems,

based on detailed models programmed with TRNSYS.

What is TRANSOL?

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TRANSOL F8

TRNSYS

TRANSOL history.. 2002 – Development of internal decks

2003 – TRANSOL 1.0 – 5 schemes

TRANSOL history

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2006 – TRANSOL 2.0 – 22 schemes !!

TRANSOL history

2009 (Nov!) – TRANSOL 3.0 – 37 sch!Including S.A.C. & IndustryAlso with !!

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� Huge number of systems…

TRNSYS development’s strategy

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TRANSOL and Solar Air-Conditioning

The first Solar Air Conditioning System included inTRANSOL :

� heating, cooling and DHW� absorption - adsorption heat driven chillers� boiler for heating backup� compression chiller for cooling back up

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� and all general featuresof TRANSOL

TRANSOL features

General features of TRANSOL 3.0:� DHW, heating and cooling demand generation

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• Possibility of calculation of heating & cooling loads or user input (external file)

• Basic geometrical parameters (4 front ways)• Front windows percentage• 15 kinds of construction• Natural / mechanical ventilation• Day / night heating profiles. Set temperature variation• Consideration of internal gains and targeted by persons• Consideration of artificial illumination internal gains.

Natural light possibility• Fixed – mobile solar protections (overhangs, etc ...)

TRANSOL features

…General features of TRANSOL 3.0:� Worldwide meteorological data from Meteonorm 6

•TMY2 generated from user data also possible, orintroducing up to 6 different file formats by users

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� Extended materials data base:• collectors,• boilers,• heat exchangers,• pipes, isolation, …

TRANSOL features

…General features of TRANSOL 3.0:

� Several options for primary loopcontrol: radiation, temperature,matchflow, fancoil dissipater, …

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� Shadow calculation: horizonand between rows.

� Bi-dimensional IAM definition(CPC, ETC)

TRANSOL features


� Customized reports

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• Most significant temperatures monitoring graphs• Energy balances (screen charts and graphs)• Environmental balances (screen charts and graphs)• Bombs operational time details (screen charts and graphs)

� Economic analysis

TRANSOL features


� Correlations between parameters

Easiest way to introduce the possible great amountof parameters.

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� Parametric runs: up to 25 simulations defined andresults compared graphically

� Simulation time reduced

� More than 150 outputs in hourly and monthly basisfor each simulation

TRANSOL features

…New features of TRANSOL 3.1:

� Multi language• Catalan• Spanish• English• French• German

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• German• Italian

�Sponsorized manufacturer products in DB•Absorption Chillers•Solar kits for MH

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� Las actuales herramientas de certificación energética no contemplan más aportación solar que la de ACS

� TRANSOL permitirá, a través de su conexion con CALENER VyP a través de PostCALENER la certificación de edificios con:

Certificación energética de edificios

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certificación de edificios con:� SST para ACS y Calefacción� SST para refrigeración

E-mail: [email protected]://www.aiguasol.coop

Dirección postal:

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Dirección postal:AIGUASOL ENGINYERIA

C/ Roger de Llúria 29, 3º 2ªE-08009 BARCELONA

Tel: + 34 93 342 47 55Fax: + 34 93 342 47 56

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