Instalaciones solares térmicas para aplicaciones derefrigeración solar.

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WAGNER SOLAR. Mayo 2008WAGNER SOLAR. Mayo 2008

Instalaciones solares térmicas para aplicaciones de refrigeración solar.

Integración de Energía Solar Térmica en Sistemas de Producción de Frío: Aplicación en CanariasITC Pozo Izquierdo, Gran Canaria, 20 de mayo.

2www.wagner-solar.com ·

Datos principales Wagner Solar


Wagner Solar

• Empresa especialista en energía solar • Comercializa en España y Portugal:

• Productos de energía solar térmica de Wagner & Co • Productos de solar fotovoltaica de BP solar• Empresas líderes en sus respectivos sectores en Europa.

• Estrategia general: • Diferenciación por calidad de producto y de servicio• Diferenciación por productividad del sistema• Liderazgo técnico


Wagner & Co

• Empresa innovadora, con 30 años de experiencia en el sector de las Energías Renovables

• Cuenta actualmente con una plantilla de más de 250 empleados

• Como fabricante de sistemas solares térmicos lidera el mercado alemán de grandes instalaciones


BP Solar

• BP Solar lleva desde 1982 diseñando, fabricando y comercializando productos de energía solar fotovoltaica en todo el territorio nacional.

• Ha establecido su sede central europea en Tres Cantos (Madrid), donde también se encuentra su planta de producción, que es una de las más grandes de Europa y donde fabrica células con una de las tecnologías más avanzadas del mercado (tecnología Saturno).

• Cuenta con otra fábrica en San Sebastián de los Reyes (Madrid) para el ensamblaje de módulos.


Wagner Solar

Wagner Solar aúna y desarrolla los potenciales de estos dos fabricantes, mediante una plantilla de profesionales de una gran experiencia y cualificación en energía solar, para dar soluciones completas a las empresas instaladoras y a los promotores del mercado.

Wagner Solar = Productos solares de calidad + Experiencia y conocimiento técnico y de mercado


Estrategia: Foco en el cliente, diferenciación por calidad


Red de distribución y servicioRed comercial y de asistencia técnica en:• Madrid, Castilla León, Castilla la Mancha.• Navarra, La Rioja.• País Vasco, Cantabria.• Galicia, Asturias.• Cataluña.• Comunidad Valenciana.• Sevilla, Cádiz, Huelva, Córdoba.• Aragón.• Murcia, Almería, Granada y Albacete.• Baleares. • Extremadura• Málaga, Jaén (previsto en 2008).• Canarias (desde Madrid)• Portugal

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Objetivos

Presentación• Mostrar las aplicaciones de la energía solar térmica para

climatización.• Fomentar el interés del sector en las aplicaciones de la energía solar

Instalación con frío solar• Divulgativo• Ahorro energético• La búsqueda del edifico singular• Otros...

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Climatización con Solar Térmica: Principios

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El ACS solar ya está en la normativa

• Aprobado el Plan de Fomento : 4 500 000m2 hasta el 2010• Apoyo de los ayuntamientos:

• Ordenanzas Solares: todas las nuevas viviendas(Barcelona, Madrid, Sevilla, Pamplona, Zaragoza,..)

• Barrios verdes: Barcelona, Madrid, Pamplona, Zaragoza, ...• Los ayuntamientos como clientes

• Ayudas públicas• Normativa solar nacional para ACS Solar: Código Técnico

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Interés de la Climatización Solar• El ACS representa del 15% al 25% de las necesidades energéticas de calor y frío de

los edificios: La calefacción y la refrigeración son los consumidores principales.• Desfase existente entre la capacidad de producción solar y la demanda de calor. • Si aprovechamos la energía solar disponible para la refrigeración de edificios =

cuadramos la oferta solar y la demanda energética:• La instalación solar puede operar de forma continuada, sin interrupciones

estacionales y con rendimientos elevados.• El pico de consumo eléctrico doméstico en España, en los últimos años, se está

trasladando de los meses de invierno a los meses de verano, por las cargas debidas a los equipos de aire acondicionado.

• El mercado nacional de estos equipos es uno de los más importantes a nivel europeo.

• La refrigeración solar puede abordarse de dos formas complementarias:• A partir del diseño del edificio aplicando tecnologías bioclimáticas de adecuación del

edificio al clima en el que se construye (sombreamiento, ventilación natural, radiación nocturna,...).

• Con dispositivos externos dedicados ad hoc a la captación y transformación de la radiación solar en energía utilizable. El dispositivo más característico de este tipo es la máquina de absorción, capaz de utilizar el calor del sol para enfriar


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Opciones Climatización Solar• Medidas previas de ahorro energético: Construcción

bioclimática. • Producción de electricidad solar para su uso en enfriadoras

por compresión mecánica• Módulos FV• Ciclos termodinámicos con solar

(Trigeneración)

• Dispositivo para convertir el calor del sol en frío: Sorción • Máquina de absorción• Máquina de adsorción• Desecantes

Sistemas solares eficientes a temperaturas elevadas

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Refrigeración solar con máquinas enfriadoras térmicas

• Opciones• absorción y • adsorción

• Absorción:• Su funcionamiento se basa en las reacciones físico-químicas entre un refrigerante y

un absorbente: Utilizan el calor de dilución• Las más aplicadas en climatización con energía solar son las de bromuro de litio

(absorbente) y agua (refrigerante) • Las de simple efecto tienen un COP de 0.6-0.7 y utilizan agua caliente a partir de 80 ºC. • Las de doble efecto tienen un COP de 1.0-1.2 y utilizan un fluido a partir de 140 ºC.

• Adsorción• En vez de un absorbente (líquido) se utiliza un adsorbente (sólido): Calor de

adsorción• El ciclo de funcionamiento no es continuo, sino que tiene una fase de carga y una de

descarga. • Su COP está entre 0.55-0.65 y la temperatura de la fuente caliente puede ser inferior

a la de las máquinas de absorción (a partir de 55 ºC).


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Refrigeración solar con desecantes• Refrigeración solar mediante

desecación y refrigeración evaporativa (Sorción en ciclo abierto)

• Ciclo en el que el aire a climatizar es primeramente secado y después enfriado por humidificación

• Actualmente se utilizan desecantes sólidos (gel de sílice, ..) y se están desarrollado con desecantes líquidos (LiCl,…)

• Se utiliza la energía solar a baja temperatura (45 – 60 ºC) para regenerar el equipo principal, que es una rueda desecante.


Humectador Carga derefrigeración

frío,seco

Post--calentador

caliente,húmedo

Deshumectación Recuperación del calor1 2 3 4 5 6

78910

11

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Humedad Absoluta [g/kg]

1015202530354045505560657075

Temperatur [°C]

1

2

356

7

8

9

10

11

10 %

20 %30 %40 %50 %70 %100 %

Temperatura (ºC)

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Enfriadoras por Absorción disponibles De simple efecto (COP=0.7, T=85ºC)• Con P>100kW: Gran cantidad de opciones• Con P de 35-100kW: Thermax, Yazaki• Con P de 5 a 15 kW

• Rotartica• Climate Well• Phonix• EAW

De doble efecto (COP=1.0, T=140ºC)• Con P>100kW: Gran cantidad de opciones• Con P<100kW: Ninguna


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Enfriadoras por Adsorción disponibles

• Con P>70 kW, 2 fabricantes japoneses• Más caras• Más grandes y pesadas• COPs peores

• Nuevos desarrollos



Tecnología Solar Térmica


Tecnología Solar Térmica

• El recurso Solar• Tipología de sistemas y Tecnología solar disponible

• Tipos de captadores• El absorbente solar• La cubierta de vidrio, el aislamiento y la junta de cierre• Rendimiento instantáneo del captador solar• Rendimiento solar a largo plazo y cobertura solar


Mapa de radiación horizontal


Influencia orientación e inclinación


Sombras de directa

• La separación entre líneas de captadores: • sin sombras al mediodía solar del solsticio de invierno

• d1 = Z / tangente(67º - latitud) • donde

• Z=l*seno(α)• Latitudes: (Bilbao: 42º; Madrid: 40º; Sevilla: 37º; Las Palmas: 28º)


Aplicaciones solares principales

• Agua Caliente sanitaria

• Acondicionamiento de piscinas

• Calefacción solar

• Refrigeración solar


1. Captador2. Acumulador3. Intercambiador4. Circuito hidráulico5. Bomba circuladora6. Sistema de energía auxiliar7. Sistema de control8. Demanda de ACS

Elementos del sistema de aprovechamiento solar

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Esquemas tipo: ACS centralizada

InstalacionesMedianas/grandes


Sistema Solar: funcionamiento básico

• Nivel de radiación solar• Constante solar, Nubosidad• Radiación directa y difusa

• Posición relativa al sol• Latitud, Declinación, • Hora solar : Angulo de incidencia =f(acimut é inclinación)

• Tecnología: • Captador: compromiso entre las pérdidas térmicas f(T) y la absorción de

energía solar. Diseño=F(Eficiencia +Durabilidad + Estética + Ecología)• Balance de sistema


Foco: Rendimiento anual del sistema a coste mínimo

• Captador, caudal, eficiencia intercambiador, tuberías volumen y estratificación del almacenamiento,....

• Control del sistema solar y de su conexión al sistema auxiliar

• Operación, mantenimiento y seguridades: expansión, purgadores, válvula de seguridad, deaereador,..

• Criterios de diseño: Normativa+Acoplarse a la demanda

F(Tecnología de componentes + balance de sistema)


Resultado: Ahorro energético


Variantes en el sistema (1)Criterio de clasificación

Características funcionales

Principio de circulación

Instalación por termosifón. Funcionamiento por convección natural

Instalación por circulación forzada. Funcionamiento por bombeo.

Sistema de intercambio

Sistemas directos. Fluido del circuito primario igual al agua de consumo.

Sistemas indirectos. Intercambiador de calor entre circuito primario y de consumo.

Acumulador solar Centralizado Un único acumulador solar.

Distribuido Un acumulador en cada punto de consumo.

Sistema de expansión Sistemas abiertos. En comunicación directa con la atmósfera.

Sistemas cerrados. Circuito cerrado, con botellines de expansión.

Sistema de control

Caudal constante de bombas. Arranque/paro por diferencial de temperatura entre captador y acumulador.

Caudal variable de bombas en función de la radiación solar. Para mantener constante el diferencial de Tª entre captador y acumulador o la temperatura de salida del captador solar.


Variantes en el sistema (2)Criterio de clasificación

Características funcionales

Sistema de protección contra sobretemperaturas

Con sistema de expansión cerrado. Dimensionado para recibir el volumen de los captadores.

Sistemas de vaciado automático. Vaciado del captador con temperatura máxima en acumulador.

Forma de acoplamiento de componentes

Compacto.Captador y depósito en la misma unidad.

Integrado. Captador y depósito en el mismo componente.

Partido. Captador y depósito a distancia física.

Captador Acumulador Disposición de componentes Vertical Horizontal Vertical Horizontal

Sistema de energía auxiliar

Instantáneo Calentamiento al paso.

En acumulador Calentamiento del acumulador auxiliar

Sistema de energía auxiliar

Individual Para un único usuario.

Colectivo Para un conjunto de usuarios.

Sistema de protección antilegionela

Ninguno Por no ser necesario.

En el acumulador auxiliar Mantenido a más de 60º

Con acumulación solar entre intercambiadores El agua de acumulación solar no es agua de consumo


Criterios básicos para seleccionar un captador solar• Productividad energética: Las ordenanzas solares no requieren un

tamaño específico de la instalación solar si no un ahorro energético solar determinado.

• Coste de la instalación completa: Incluyendo los captadores solares y la red de tuberías, intercambiadores, acumuladores, mano de obra, etc, requeridos por esos captadores.

• Durabilidad y calidad: Para producir el ahorro energético durante muchos años.

• Posibilidades de integración arquitectónica: Para un resultado estético y un aumento de valor del edificio.

• Sencillez de mantenimiento: Reduciendo lo costes de operación.• Fabricación y reciclado no contaminante: Protegiendo el medio

ambiente.


Determinantes de la productividad a largo plazo• El tipo de acabado de los absorbentes del captador y sus

propiedades ópticas de absorción solar y emisión térmica.• Las propiedades de transferencia de calor desde el absorbente al

fluido de trabajo en función de su caudal de circulación: material del absorbente, tipo de soldadura con el conducto por el que circula el fluido; diámetros, espesores y distancias entre estos conductos.

• Las propiedades ópticas y de resistencia mecánica de la cubierta del captador: Cuanto mayor sea la transmisividad solar, mejor.

• Las características térmicas e higroscópicas de los aislamientos, función del material y de su espesor.

• La hermeticidad de las uniones entre la cubierta solar y el cofre su capacidad de absorber impactos y la rigidez y estabilidad del cofre.

33

Tecnologías de captadores



Captador plano: Detalles constructivos

35

Reflexión en el vidrio

Absorción en el vidrio

Reflexión en el absorbenteEmisión IR del absorbente

Convección

Pérdidas por conducción

Flujos energéticos en un colector solar

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Tipos de absorbentes

37

Vidrio antireflexivo para aumentar el rendimiento

38Presentación empresa, Octubre 2007

Captadores formato estándar: Gama Euro


Captadores formato grande: Gama LB/LBM


Captadores formato grande: Solar Roof• A medida de 4 - 30 m²

41www.wagner-solar.com

Ejemplos con LB/LBM

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Captador de vacio (Heat Pipe)


Estructura

Captador Solar

Cajetín

Condensador

Soldadura Vidrio-Metal

Absorbente con recubrimiento selectivo

Tubo de calor (‘Heat Pipe’)

Tubo de vidrio de borosilicato


Curvas de rendimiento de los captadores

•El rendimiento del captador,η, es la relacion entre la potencia termica generada por unidad de area y la irradiancia solar incidente. •Es un valor que carece de dimensiones y se suele expresar en forma porcentual

η0 = rendimiento del captador cuando Tm – Ta = 0o sea, el captador se halla a temperatura ambiente El factor η0 también se denomina rendimiento óptico del captador o también eficacia ópticaLas perdidas térmicas del captador se describen por medio de los dos coeficientes de perdidas térmicas k1 y k2

• k1 define una variación lineal • k2 denota una variación cuadrática de las perdidas térmicas

Eg = Irradiancia W/m2

g

2

2g

1o ETk

ETk ∆

•−∆

•−η=η


Curvas características del rendimiento solar


Rendimiento solar y cobertura solar• El rendimiento solar anual (ηsolar anual) se calcula a partir de la

acumulación de los valores instantáneos del calor útil solar (una vez descontadas las pérdidas térmicas en distribución solar y en acumulación) y de la radiación solar disponible

• La cobertura solar, f solar, exigida por el CTE es la proporción a ahorrar con energía solar de la demanda energética anual requerida para preparar el ACS a la temperatura de referencia, incluyendo la energía necesaria para compensar las pérdidas térmicas en la distribución y acumulación de ACS

( )∫∫∑

∑−=== =

=

=

= horas

solarónDistribucicaptadorasolarsolaru

horas

captadoraadía

díaa

día

diasolaru

anualsolar dtPérdidasAIQdtAIRR

Q24

0,

24

0365

1

365

1,

; ηη

( ) demandaaónDistribuciACSACS

horas

AFrefpuACSdía

díaACS

día

diasolaru

anualsolar PérdidasCDdtTTcmCD

Qf +=−== ∫

∑

∑=

=

=

= ;,,

24

0365

1

365

1,


Rendimiento solar y cobertura solar• El rendimiento solar disminuye cuando crece la cobertura solar

debido a que el aumento de cobertura solar siempre va asociado a un aumento de la temperatura media de trabajo de los captadores solares y por tanto con una reducción de su rendimiento.

• Ejemplo de la evolución de la cobertura solar y el rendimiento, para una carga con una demanda de 1000L a 45º en Madrid y sin considerar pérdidas de distribución, en función del área de captación solar con un captador EURO C20

Cobertura y rendimiento

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Área de captadores (m2)Cobertura Solar Rendimiento Solar


Diseño: Clave del buen funcionamiento solar

• El diseño: base para que la instalación produzca el ahorro solar requerido por la normativa, no sólo el día de la puesta en marcha sino durante mucho tiempo

• La mayor parte de los componentes de una instalación solar son semejantes a los de una instalación convencional de producción de ACS y/o calefacción.• En vez de calderas, se trabaja con captadores solares como generadores de calor

pero el resto de los componentes son convencionales, (bombas, intercambiadores, tuberías, vasos de expansión,...)

• Muchos de estos componentes se pueden seleccionar con criterios semejantes a los usados para su uso en una instalación convencional (p.e. los diámetros de las tuberías), mientras que otros precisan criterios distintos (p.e. el vaso de expansión del primario solar).

• Las principales diferencias en los criterios de diseño surgen de las características específicas de los sistemas de aprovechamiento térmico de la energía solar.


Diseño solar y sus especifidades

A analizar• Condicionantes del diseño• Especifidades del diseño solar• Recuperación de la inversión = fiabilidad y durabilidad de la

instalación• La temperatura de preparación del ACS y la mezcla con agua fría• La seguridad sanitaria• La dependencia mutua del dimensionado de los componentes solares• Criterios para el acoplamiento de la instalación solar con los equipos

convencionales• Requisitos del procedimiento de cálculo a utilizar• Programas de cálculo más usuales


Dimensionado de componentes: Interdependencia

• Selección de componentes = proceso iterativo de optimización energética y de coste de inversión

• Hace falta un procedimiento de cálculo adecuado = parámetros del componente vs producción del sistema solar.

• Estructura de costes de la Instalación Solar: Principales componentes a dimensionar• Captadores solares • Acumuladores• Elementos auxiliares: bombas, intercambiadores, tuberías,...

• Coste=f(Condicionantes e influencias mutuas entre los componentes):• El esquema hidráulico a implementar: define los componentes de la instalación • Los parámetros característicos de eficiencia solar de los captadores solares: son el determinante

principal del tamaño de la instalación (área de captación, diámetro y longitud de tuberías,...)• El caudal que circula por cada circuito hidráulico: determina el diámetro de las tuberías y el tamaño de

bombas e intercambiadores.• La eficiencia de los intercambiadores entre el primario y el secundario y el de descarga de los

acumuladores solares hacia la demanda: determinan la temperatura de entrada a los captadores.• La temperatura máxima del acumulador: para una determinada cantidad de energía a almacenar,

determina el volumen de acumulación necesario.


Influencias para el dimensionado solar.

• Análisis de las influencias determinantes para el dimensionado solar.

• Influencia del esquema hidráulico. Principales esquemas hidráulicos para ACS solar

• Influencia de los parámetros característicos de los captadores solares• Influencia de la orientación e inclinación del captador en la cobertura

solar• Influencia del caudal que circula por cada circuito hidráulico• Influencia de la eficiencia de los intercambiadores de calor entre

primario y secundario y del de descarga de los acumuladores solares• Influencia de la consigna de temperatura máxima del acumulador• Influencia del estancamiento del captador solar: Sobrecalentamiento• Influencia de las pérdidas térmicas en tuberías y acumuladores• Influencia de la configuración del campo de captación solar• Influencia del acoplamiento al edificio


Climatización con Solar Térmica: Con máquinas de absorción

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Mercado europeo equipos de climatización

Equipos empleados en climatización:• Bomba calor reversible:

Bomba de calor aire-agua o agua-aguaBomba de calor reversible aire-aire

• Caldera + EnfriadoraEl calor producido:

• Modo calefacción: útil• Modo refrigeración: recuperación o disipación

mediante agua de refrigeración o aire exteriorAbsorción: Uso muy escaso.

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Compresión -absorción

Similitudes:• Se produce evaporación y condensación de un

líquido refrigerante.• Existen dos niveles de presión dentro del circuito

frigorífico.Diferencias:

• Compresión: compresor mecánico• Absorción: compresor térmico o termo-químico

(conjunto generador-absorbedor, bomba e intercambiador de calor).

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Ventajas de la absorción

• Ahorro energético.• Amplia variedad de fuentes de energía a utilizar.• El rendimiento no desciende mucho con la carga.• Mantenimiento: gran longevidad del sistema (excepto

bomba, no hay elementos mecánicos en movimiento: desgaste mínimo).

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Ventajas de la absorción (2)Presiones más bajas.Conservación del medio ambiente:

• Utilización más efectiva y racional de la energía primaria.• Evita consumo energía eléctrica (reduce producción CO2 y NOX.• Sin refrigerantes fluorocarbonados• Escasa producción de ruido.

Facilmente solarizable: Mejor uso de energía primaria (hibridación con gas)

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Inconvenientes de la absorción• Mayores costes por kW útil • Gamas de frío más limitadas.• Poco desarrollo en el uso del aire como fluido de disipación de calor.• Peor rendimiento: Gran disipación de calor ......... mayores torres de

refrigeración.

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Principios de refrigeración por absorción

Fluidos de trabajo:• Refrigerante + Absorbente con gran diferencia de temperaturas de

ebullición:Refrigerante: volátil, estable, no-tóxico, no-combustible, alta entalpía evaporación.Absorbente: estable, baja viscosidad, solubilidad alta en el refrigerante.

• Más usados: Agua-BrLi, Amoníaco-Agua• Otros: Agua-KOH, Agua-NaOH, Agua-CsOH, InteRotex

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Tipos de máquinas de absorción


SIMPLE EFECTO350 a 5000 kW0,5 a 3,0 kg/cm²

DOBLE EFECTO175 a 5000 kW

4,0 a 10,0 kg/cm²

POR VAPOR

SERIE LT350 a 2300 kW

Agua cal. 70 a 110°C

SERIE MT350 a 5000 kW


SERIE HT350 a 5000 kW


COGENIE35 a 280 kW


POR AGUA CALIENTE

ECOCHILL - SERIE M140 a 260 kW

ECOCHILL - SERIE L350 a 3900 kW

A LLAMA DIRECTAGAS NAT/GLP/GASOLEO

ENFRIADORAS DE AGUA POR ABSORCION

• COGENIE: Para su utilización con col captadores solares planos y de vacío

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Esquema simplificado: Simple EfectoCiclo

LAP

LBP

GENERADOR

ABSORBEDOR

INTERCAMBIADOR

CONDENSADOR

EVAPORADOR

FOCO CALOR

VBP

VAP

EXPANSIÓN

COMPRESOR TÉRMICO

LAP

LBP

GENERADOR

ABSORBEDOR

INTERCAMBIADOR

CONDENSADOR

EVAPORADOR

FOCO CALOR

VBP

VAP

EXPANSIÓN

COMPRESOR TÉRMICO

Agua FríaDisipación

Disipación

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Características típicas

COGENIE (THERMAX)• Temperatura de agua fría 4,5ºC• COP hasta 0,77 a 90ºC de entrada• 10-100% Modulación de carga• Mínima entrada de agua caliente 75ºC• Control Concentración on line• Purga automática• Diseño compacto• Panel de control PLC


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Características típicas: COP para Agua/LiBr

• Simple efecto COP = 0.7 Temp. 85ºC• Doble efecto COP = 1-1,2 Temp. 150ºC• Triple efecto COP = 1,5 Temp. 200ºC

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Frío por absorción con energía solar térmica

• El compresor térmico requiere dos tipos de energía:• Calor para el generador • Trabajo para la bomba de la solución

• Aportación de calor solar (agua caliente) se realiza principalmente en el generador de equipos de simple efecto

• Desarrollos en proceso: ofrecen importantes ventajas y prestaciones.

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Acoplamiento Solar para climatización

CRITERIOS• Maximice el ahorro energético global de la instalación en combinación

con el resto de equipos térmicos del edificio: Minimizar el coste del calor y frío solar

• Prioridad al combustible solar: conexión entre el sistema solar y el sistema de apoyo convencional, de tal manera que el sistema solar siempre trabaje a la temperatura más baja posible.

• Criterios técnicos más importantes: • Maximizar el producto COPabsorción*Rendimiento solar anual• Buscar aplicaciones con recuperación del calor a disipar de la máquina

de absorción• Garantía de confort al usuario con una durabilidad y calidad

suficientes• Garantizar el uso seguro de la instalación

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Esquema solarizado



Variación COP máquinas absorción Agua-BrLi con temperatura alimentación

COP

0.1

0.3

0.5

0.7

75 80 85 90 95Temperatura de alimentación (ºC)

CO

P

COP (24ºC) COP (29.5ºC) COP (31ºC)



Variación COP*Rendimiento colectores con temperatura alimentación (Tagua enfriamiento=31ºC)


Climatización con Solar Térmica: Esquemas con MA


Climatización solar: Edificio con necesidades de calor y frío

• Casos:• Instalación con bomba de calor para frío y calderas para ACS, calefacción

y/o piscina• Instalación con sólo bomba de calor para calor y frío

• Requisito refrigeración solar Instalación con máquina de absorción

• COP Absorción < COP Bomba de calor Conveniencia de recuperación de calor y de no consumir combustible convencional en la MA

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Principales casos para climatización solarVienen definidos en función de los equipos convencionales que se implementen:• En edificios pequeños (en el entorno de los 1000m2 útiles) : Frío sólo con

Absorción• se acopla con una caldera para la aportar el calor requerido para la carga de invierno

(calefacción) y la de verano (refrigeración mediante máquina de absorción). • El dimensionado del campo de colectores no suele aportar – ni en las condiciones

de máxima producción- el pico de calor requerido por la máquina de absorción, para evitar tener excesos de producción solar en temporadas de baja demanda tanto de calefacción como de refrigeración.

• El tamaño de la acumulación solar suele ser pequeño, a no ser que el edificio no se utilice los fines de semana y se pretenda captar el calor solar para su utilización el lunes siguiente.

• Dimensionado aproximado del campo solar:Potencia demanda de frío /COP/Rendimiento SolarPico

Asolar= ------------------------------------------------------------------------------3

Pabsorción=Pdemanda de fríoEl campo solar no va a aportar nunca la potencia térmica que requiere la máquina

de absorción . La cobertura solar anual será del orden del 60-70%



Climatización solar: Opción = frío sólo por absorción

Para edificios pequeños


Calefacción solar: Opción = precalentamiento

Modo calefacción: Apoyando a caldera

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Principales casos para climatización solar (2)• En edificios grandes ( por encima de los 5000m2 útiles): Frío mixto

• Una parte de la demanda de frío con la máquina de absorción• El grueso de la potencia frigorífica con equipos de compresión mecánica:

Pabsorción<Pdemanda de frío/3• En el modo normal de operación la máquina de absorción sólo utilizará calor de

origen solar. • Con enfriadora, el sistema solar apoyará a la caldera existente en el modo

calefacción y trabajará en paralelo con la enfriadora aportando calor a la máquina de absorción.

• Si el equipo de calefacción/refrigeración seleccionado es una bomba de calor reversible,

• el sistema solar aportará calor al evaporador de la bomba de calor – si éste es accesible- en el modo calefacción o trabajará en paralelo si el evaporador no es accesible

• trabajará en paralelo con la bomba de calor en el modo refrigeración de la misma forma que se ha descrito para la enfriadora.

• Dimensionado aproximado del campo solar:Asolar=Potencia demanda de frío /COP/Rendimiento SolarPico

El campo solar aportará la potencia térmica que requiere la máquina de absorción . La cobertura solar anual será del orden del 40-60%

• Acumulación solar pequeña, a no ser que el edificio no se use los fines de semana .



Climatización solar con Absorción y Bomba de calor: Operación en verano

Absorción sólo con solar, BC en paralelo


Climatización solar y Bomba de calor : Operación en invierno

Opción en paralelo


Climatización solar y Bomba de calor: Operación en invierno

Opción en serie


Ventajas operación en serie:

• Aumento COP medio bomba de calor• Operación solar a temperaturas inferiores (mayor

rendimiento)

• Ahorro energético anual mucho mayor que la opción en paralelo si se corrigen las ineficiencias de la bomba de calor


¿Y los otros consumos de calor en verano?

• COP Absorción simple efecto = 0.65 grandes cantidades de calor a disipar en la torre de refrigeración.

• Consumos para ACS y/o piscina Recuperación del calor a disipar en la torre de refrigeración • Precalentamiento de ACS• Calentamiento de piscina


Recuperación de calor. COP=0.65

Calor a 90ºC. 154Uds

ηsol EuroAR = 30% ηsol SecuPipe = 40%

Edificio: Calor a 12ºC. 100Uds

Disipación a 35ºC. 254Uds

η’sol EuroAR =354/513=69% η’sol SecuPipe =354/385=92%


Ejemplo de instalaciones de refrigeración solar

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Hospital en África Ecuatorial

• Sólo refrigeración • Hospital: Uso continuo• Colectores a instalar: 1109.6 m2 Colector LB-AR• Acumulación: 50000 L• Refrigeración por máquina de absorción Agua-

BrLi. Potencia Total >600kW

81

Hospital en Africa Ecuatorial. Replanteo

82

Hospital en Africa Ecuatorial. Tuberias

83

Hospital en Africa Ecuatorial. Esquema

T1

T1: Sonda de temperatura de colectoresT2: Sonda de temp. parte fria deposito solarT3: Sonda de temp. retorno circuito de ACS

T2

Colectores solares

Regulador solar

SU

NG

O

BC BC

BTMA

T2

Tanque frio solarB3

Circuitos de agua caliente

Generador de Calor

Circuitos de agua fria

BCF BCF

S2

Tanque 1Tanque 2

T3

VE

LLENADO

B1

V1

B2

I1

VE

B1: Bomba de circulación del circuito primario solarB2: Bomba de circulación del circuito secundario solarB3: Bomba de descarga circuito secundario solarBC: Bombas circuitos de agua calienteBCMA: Bombas circuito calor maquina absorciónBFMA: Bombas circuito frio maquina absorciónBTMA: Bombas circuito torre maquina absorciónBCF: Bombas circuitos de agua friaI1: Intercambiador circuito solarVS: Válvula de seguridadVE: Vaso de expansion RC: Regulador de caudalCA: Contador de agua

RC

Pozo

S2

VE VE

S2

BFMA BFE

VE

Máquina de absorción simple efecto

229 kW

Enfriadora.Máquina de absorción

doble efecto560 ó 387 kW

1.109 m2146 colectores modelo LB HT 7,6 m2

50.000 L de ACUMULACIÓN

20 m3/h

3000 L

30.000 L de ACUMULACIÓN

BFMA

22.2 m3/hH - 25 m

450 kW

108 ºC 90,5 ºC

85 ºC 102,4 ºC

84

Hospital en Africa Ecuatorial. Cálculos

Ahorro energético con la instalación solar kWh

Cobertura de la demanda de frío con la

instalación solar

Consumo combustible en la M.A de doble

efecto (kg gasóleo)

Enero 38201 69% 1363Febrero 39435 68% 1484Marzo 51207 85% 738Abril 48814 84% 745Mayo 38977 70% 1302Junio 26339 58% 1496Julio 23972 60% 1282Agosto 25869 57% 1533Septiembre 35675 67% 1380Octubre 39643 71% 1249Noviembre 40404 73% 1189Diciembre 37203 67% 1442Anual (kWh-año) 445739 70% 15203

Aporte Solar de la instalación de 1109.6m2 de colectores LB AR 7.6 -Orientación 0º (Sur-norte), Inclinación 10º

Radiación Solar DisponiblekWh/m2

Demanda Refrigeración

kWhf

Demanda de calor para

refrigeración kWh

Enero 159222 36061 55478Febrero 149611 37864 58252Marzo 185306 39366 60564Abril 178222 37864 58252Mayo 158139 36061 55478Junio 127389 29450 45307Julio 125250 26144 40222Agosto 125194 29450 45307Septiembre 146000 34558 53167Octubre 159444 36061 55478Noviembre 161889 36061 55478Diciembre 157333 36061 55478Anual (kWh-año) 1833000 415000 638462

DISPONIBILIDAD SOLAR Y DEMANDAS TÉRMICAS

85

Climatización Solar en Hotel IFA Continental


86

Climatización Solar en el ITC

• 9 captadores solares Wagner Solar LB-HT de 7.6 m² cada uno. • Área útil Solar: 68.4 m²• Acumulación solar: 3 000 litros• Enfriadora por absorción: Yazaki WFC SC 10 de 35 kW y COP=0.7• Agua fía: 1 000 litres• Edificio de oficinas: 250 m²• Situación: Pozo Izquierdo, Gran Canaria



Conclusiones

88

Conclusiones Climatización Solar

En contra• Bajo coste de la energía

convencional• Falta de contabilidad de costes

energéticos

A favor• Preocupación medioambiental• Aplicaciones adecuadas• Demanda grande (en fase con el sol):

• Instalaciones solares grandes• Poco almacenamiento• Con colectores planos o de vacío

Potencial = f (Valor Medioambiental y Ahorro energético)

Wagner = confianza =solución global


Muchas gracias por su atención

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Instalaciones solares térmicas para aplicaciones derefrigeración solar.

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