MANUAL CLIMATIZACION SOLAR · PDF fileEnergía Solar Térmica: Manual de...

IMPRIMIR ÍNDICE

Manual de Climatización Solar 111

Solar Térmica ......... .~. .. ~

a "' Junta de

Castilla y León ll

IMPRIMIR ÍNDICE- -·

Manual de Climatización Solar 11

Solar Térmica

[JI]

IMPRIMIR ÍNDICE

Ninguna parte de este libro puede ser reproducida, grabada en sistema dealmacenamiento o transmitida en forma alguna ni por cualquier procedimien-to, ya sea eléctrico, mecánico, reprográfico, magnético o cualquier otro, sinautorización previa y por escrito del EREN.

Energía Solar Térmica: Manual de Climatización Solar

EDITA:JUNTA DE CASTILLA Y LEÓN - CONSEJERÍA DE ECONOMÍA Y EMPLEOENTE REGIONAL DE LA ENERGÍA DE CASTILLA Y LEÓN (EREN).

COLABORACIÓN:CENIT SOLAR PROYECTOS E INSTALACIONES ENERGÉTICAS, S.L.

DISEÑO E IMPRESIÓN:SORLES

DEPÓSITO LEGAL:LE-1687-2007

ISBN:978-84-9718-490-8

IMPRIMIR ÍNDICE

Las actuaciones que desde la Consejería de Economía y Empleo se vienenrealizando en materia de Energías Renovables buscan el aprovechamiento derecursos propios, inagotables y sin ningún impacto ambiental, con el fin decontribuir, desde nuestra Comunidad Autónoma, al cumplimiento de los obje-tivos del protocolo de Kyoto, de la política energética de la Unión Europea ydel Plan de Energías Renovables y, en resumen, al desarrollo sostenible.

El sol en nuestra región es más que suficiente para, con los sistemas actuales,poder satisfacer con garantía las demandas de calor de un importante núme-ro de usuarios, de manera económicamente ventajosa y promoviendo sucoparticipación y corresponsabilidad en la utilización de una energía menoscontaminante.

Así, la posibilidad de refrigerar espacios mediante el concurso de máquinasde absorción accionadas por energía solar térmica se erige como la aplica-ción más novedosa de esta tecnología y de enormes posibilidades de implan-tación a corto plazo.

De este modo, y siguiendo las recomendaciones del Plan Solar de Castilla yLeón, esta publicación complementa la necesidad de formación técnica de losprofesionales de nuestra región, verdaderos motores del desarrollo del merca-do, con el consiguiente aumento de la actividad económica y creación deempleo que ello conlleva.

A los proyectistas y empresas instaladoras se dirige este Manual deClimatización Solar, de modo que su especialización satisfaga las expectati-vas de los usuarios, entendiendo que esta tecnología es susceptible de apro-vechamiento por numerosos consumidores de energía térmica en Castilla yLeón.

TOMÁS VILLANUEVA RODRÍGUEZVicepresidente Segundo y Consejero de Economía y Empleo

IMPRIMIR ÍNDICE

ndiceÍ

ÍNDICE 6

IMPRIMIR ÍNDICE

Capítulo 1:Introducción a la climatización solar

1.1. La energía solar.......................................................................... 111.2. La energía solar y la climatización............................................ 121.3. La refrigeración solar................................................................. 141.4. En resumen ................................................................................ 15

Capítulo 2:Conceptos básicos de climatización

2.1. Introducción ............................................................................... 182.2. I.A.Q., Confort térmico y ventilación........................................ 20

2.2.1. I.A.Q........................................................................... 202.2.2. Confort térmico .......................................................... 212.2.3. Ventilación.................................................................. 27

2.3. Condiciones exteriores............................................................... 302.4. Cálculo de cargas térmicas ........................................................ 332.5. Ahorro energético: Aumento o disminución de la

temperatura interior y aumento del gasto................................... 35

Capítulo 3:Sistemas de climatización3.1. Introducción ............................................................................... 373.2. Lazo primario. Equipos de producción de frío y calor.............. 39

3.2.1. Producción de frío. ..................................................... 39Ciclo de compresión mecánica de vapor ......................... 39Ciclo de absorción: Máquina frigorífica de absorción .... 41Ciclo de adsorción: Máquina frigorífica de adsorción .... 41

3.2.2. Producción de calor.................................................... 42Combustión en una caldera.............................................. 42Bomba de calor ................................................................ 45

3.3. Lazo secundario. Sistemas de climatización ............................. 473.3.1. Sistemas de expansión directa.................................... 503.3.2. Sistemas todo-aire ...................................................... 513.3.3. Sistemas agua-aire...................................................... 523.3.4. Sistemas todo-agua..................................................... 53

3.4. Unidades terminales................................................................... 533.4.1. Radiadores .................................................................. 54

MANUAL DE CLIMATIZACIÓN SOLAR7

IMPRIMIR ÍNDICE

3.4.2. Paneles radiantes ........................................................ 563.4.3. Fan-coils ..................................................................... 603.4.4. Aerotermos ................................................................. 62

3.5. Resumen. Elección del sistema de climatización...................... 63

Capítulo 4:Refrigeración por absorción4.1. Introducción ............................................................................... 664.2. Máquina de absorción................................................................ 67

4.2.1. Ciclo de absorción de simple efecto .......................... 704.2.2. Ciclo de absorción de doble efecto ............................ 724.2.3. Ciclo de efecto combinado......................................... 744.2.4. Absorción rotativa ...................................................... 76

4.3. Justificación de la elección del sistema bromuro de litio-agua frente al agua-amoniaco .................................................... 78

4.4. Torres de refrigeración y legionella........................................... 794.4.1. Clasificación de las torres de refrigeración................ 79Torres de circulación natural............................................ 79Torres de tiro mecánico.................................................... 81

4.4.2. Legionella................................................................... 83

Capítulo 5:Descripción, montaje y ubicación de componentes yequipos de la instalación de climatización solar5.1. Introducción ............................................................................... 875.2. Sistema de captación.................................................................. 88

5.2.1. Captadores solares...................................................... 895.2.2. Estructura soporte....................................................... 99

5.3. Elementos de acumulación, intercambio y circulación ............. 1025.3.1. Depósito de acumulación ........................................... 1025.3.2. Intercambiador de calor ............................................. 1055.3.3. Bombas circuladoras .................................................. 108

5.4. Material hidráulico..................................................................... 1105.4.1. Vaso de expansión ...................................................... 1105.4.2. Válvulas...................................................................... 1125.4.3. Purgadores .................................................................. 1145.4.4. Tuberías ...................................................................... 1155.4.5. Aislamiento ................................................................ 116

ÍNDICE 8

IMPRIMIR ÍNDICE

5.5. Sistema de control...................................................................... 1185.5.1. Sondas de temperatura ............................................... 1185.5.2. Contador de energía ................................................... 1195.5.3. Centralita o PLC......................................................... 119

5.6. Equipos de producción de frío................................................... 1205.7. Unidades de tratamiento y unidades terminales ........................ 121

Capítulo 6:Instalaciones de climatización mediante energíasolar térmica6.1. Introducción ............................................................................... 1236.2. Tipologías de instalaciones de climatización

mediante energía solar térmica ................................................. 1246.2.1. Instalación para producción de ACS, clima-

tización de piscina descubierta y apoyoa la calefacción ........................................................... 124

6.2.2. Instalación para producción de ACS, apoyo acalefacción y producción de frío en edificacionesde pequeño tamaño..................................................... 126

6.2.3. Instalación para producción de agua calientesanitaria, apoyo a calefacción y producción de fríoen instalaciones de tamaño medio.............................. 127

6.2.4. Instalación para producción de agua calientesanitaria, apoyo a calefacción y producción de fríoen instalaciones de gran tamaño................................. 128

6.3. Conexión de la instalación solar al sistema convencional......... 1296.4. Ratios de dimensionado............................................................. 1306.5. Resumen..................................................................................... 131

Capítulo 7:Dimensionado de sistemas de climatizaciónmediante energía solar térmica7.1. Introducción ............................................................................... 1347.2. Estimación de la demanda de invierno ..................................... 1357.3. Cálculo de la demanda en verano ............................................. 1367.4. Dimensionado de la superficie de captación y cálculo

de la fracción solar aportada ..................................................... 1387.5. Dimensionado de la torre de refrigeración ............................... 1437.6. Resumen .................................................................................... 146


IMPRIMIR ÍNDICE

Capítulo 8:Regulación y control de las instalacionesde climatización solar8.1. Introducción ............................................................................... 1488.2. Elementos que componen el sistema de regulación y control... 149

8.2.1. Subsistema de entrada ................................................ 1498.2.2. Subsistema centralita/PLC ......................................... 1528.2.3. Subsistema de salidas o actuadores............................ 152

8.3. Regulación de instalaciones de energía solar térmica .............. 1538.4. Regulación del equipo de absorción ......................................... 1558.5. Regulación de las unidades terminales ..................................... 156

Capítulo 9:Puesta en marcha y mantenimiento de las instalacionesde climatización solar9.1. Introducción ............................................................................... 1599.2. Puesta en marcha ....................................................................... 159

9.2.1. Limpieza de redes de distribución ............................. 1609.2.2. Comprobaciones de la ejecución ............................... 1609.2.3. Pruebas ....................................................................... 1609.2.4. Consideraciones sobre la máquina de absorción ....... 1629.2.5. Llenado de la instalación ........................................... 163

9.3. Mantenimiento .......................................................................... 1649.3.1. Máquina de absorción ................................................ 1659.3.2. Mantenimiento antilegionella..................................... 166

Capítulo 10:Terminología ................................................................................ 168

Anexo 1:Datos climáticos1.1. Datos UNE-100001:2001 .......................................................... 1751.2. Datos de capitales de Castilla y León........................................ 178

IMPRIMIR ÍNDICE

1Introducción a la climatización solar

INTRODUCCIÓN A LA CLIMATIZACIÓN SOLAR 11

IMPRIMIR ÍNDICE

Introducción ala climatización solar1

1.1. La energía solar

El sol nos regala su energía en forma de luz y calor. Hoy en día, los sistemas solares tér-micos son una tecnología plenamente establecida y comercializada, eficiente y no conta-minante que, permite utilizar el sol para calentar nuestras casas y negocios reduciendo losconsumos energéticos para la producción de agua caliente sanitaria, la calefacción, elcalentamiento de piscinas y la climatización.

Su utilización se justifica no sólo en el ahorro energético y la rentabilidad del usuario,sino que además contribuye a la mejora de la calidad del aire de las ciudades, de la ren-tabilidad macroeconómica por el uso de recursos propios, la generación de riqueza inter-na y creación de empleos y la reducción de la dependencia energética externa.

Ventajas todas ellas que, en un país como el nuestro, precisan de ser aprovechadas almáximo, como así lo corrobora el cambio normativo que ha supuesto la entrada en vigordel Código Técnico de la Edificación (CTE).

Dicho Código Técnico de la Edificación, RD 314/2006 de 27 de Marzo, establece en suDocumento Básico HE, Ahorro de Energía, las siguientes exigencias básicas para los edi-ficios de nueva construcción y sus rehabilitaciones:

• HE 1: Limitación de demanda energética. Los edificios dispondrán de una envol-vente de características tales que limite adecuadamente la demanda energética nece-saria para alcanzar el bienestar térmico en función del clima de la localidad, del usodel edificio y del régimen de verano y de invierno, así como por sus característicasde aislamiento e inercia, permeabilidad al aire y exposición a la radiación solar,reduciendo el riesgo de aparición de humedades de condensación superficiales eintersticiales que puedan perjudicar sus características y tratando adecuadamente lospuentes térmicos para limitar las pérdidas o ganancias de calor y evitar problemashigrotérmicos en los mismos.


IMPRIMIR ÍNDICE

• HE 2: Rendimiento de las instalaciones térmicas. Los edificios dispondrán de ins-talaciones térmicas apropiadas destinadas a proporcionar el bienestar térmico de susocupantes, regulando el rendimiento de las mismas y de sus equipos. Esta exigenciase desarrolla actualmente en el vigente Reglamento de Instalaciones Térmicas en losEdificios (RITE) y su aplicación quedará definida en el proyecto del edificio.

• HE 4: Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria. En los edificios conprevisión de demanda de agua caliente sanitaria o de climatización de piscinacubierta, en los que así se establezca en este CTE, una parte de las necesidades ener-géticas térmicas derivadas de esa demanda se cubrirá mediante la incorporación enlos mismos de sistemas de captación, almacenamiento y utilización de energíasolar de baja temperatura, adecuada a la radiación solar global de su emplazamien-to y a la demanda de agua caliente del edificio. Los valores derivados de esta exi-gencia básica tendrán la consideración de mínimos, sin perjuicio de valores que pue-dan ser establecidos por las administraciones competentes y que contribuyan a lasostenibilidad, atendiendo a las características propias de su localización y ámbitoterritorial.

Por tanto, el CTE establece unos valores mínimos de energía destinada a la produccióndel agua caliente sanitaria (ACS) y calentamiento de piscinas cubiertas que deben serproporcionadas mediante instalaciones solares térmicas.

1.2. La energía solar y la climatización

A la vista del CTE, se deduce que la producción de ACS y el calentamiento de piscinascon energía solar térmica no ofrece duda alguna en cuanto a su funcionamiento y presta-ciones.

Sin embargo, hoy día la demanda de climatización (calefacción y aire acondicionado) seestá erigiendo, como consecuencia de las cargas internas y el aumento de las temperatu-ras, en el foco de consumo energético más significativo de un edificio.

De esta manera, parece obligada la ampliación de la tecnología solar a la producción deestas demandas energéticas.

El problema residía en que para proporcionar calefacción se debían instalar un mayornúmero de captadores solares que para el ACS, cuya producción energética en los mesesestivales no encontraba destino. Ello conllevaba un aumento de la temperatura de los cap-tadores y, por tanto, una disminución de su vida útil.


IMPRIMIR ÍNDICE

1200

1000

800

600

400

200

0

140

120

100

80

60

40

20

0

Enero

Febrer

oAbr

il

Marz

oM

ayo

Junio

Septie

mbre

Julio

Agosto

Octubr

e

Noviem

bre

Diciem

bre

Rad

iaci

ón s

olar

(W

/m2 )

Dem

anda

de

calo

r (k

W)

Figura 1.1: Curva de demanda energética de calefacción y radiación solar

1200

1000

800

600

400

200

0

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

Enero

Febrer

oAbr

il

Marz

oM

ayo

Junio

Septie

mbre

Julio

Agosto

Octubr

e

Noviem

bre

Diciem

bre

Rad

iaci

ón s

olar

(W

/m2 )

Dem

anda

de

pisc

ina

(kW

)

Figura 1.2: Curva de demanda energética de calentamiento de piscina descubierta y radiación solar

La solución estribaba en encontrar una aplicación que absorbiese ese calor solar produci-do y no deseado y que únicamente demandase energía en esos meses: las piscinas al airelibre.

Sin embargo, no todo edificio contaba con dicha aplicación, erigiéndose la refrigeraciónsolar como la aplicación con más futuro para resolver el excedente estival de las instala-ciones solares de calefacción y agua caliente sanitaria, desplazando de este modo a lasolución clásica de la piscina descubierta.


IMPRIMIR ÍNDICE

1200

1000

800

600

400

200

0

140

120

100

80

60

40

20

0

Enero

Febrer

oAbr

il

Marz

oM

ayo

Junio

Septie

mbre

Julio

Agosto

Octubr

e

Noviem

bre

Diciem

bre

Rad

iaci

ón s

olar

(W

/m2 )

Dem

anda

de

calo

r (k

W)

Figura 1.3: Curva de demanda energética de frío y radiación solar

Así, en la actualidad la energía solar ya permite abastecer no solo las demandas de calorde un edificio, como la producción de agua caliente sanitaria o la calefacción, sino tam-bién la refrigeración mediante el empleo de equipos de absorción.

De este modo una instalación solar dimensionada para cubrir la demanda de calefaccióndurante el invierno puede funcionar en verano para abastecer las necesidades de refrige-ración, con las siguientes ventajas añadidas:

• Coincidencia entre la temporada de máxima captación solar y la máxima demandaen refrigeración.

• Diversificación de recursos energéticos: reducción de la dependencia con las com-pañías eléctricas o de combustibles fósiles para el suministro a los equipos de clima-tización.

• Disponibilidad de una fuente energética inagotable, gratuita y respetuosa con elmedioambiente.

Instalación que, proporcionando también las necesidades de producción del ACS, cum-pliría holgadamente con las exigencias marcadas por el CTE.

1.3. La refrigeración solar

La aparición en el mercado de sistemas de refrigeración solar basados en la tecnologíade bromuro de litio-agua en los años setenta, produjo un interés internacional dado elcoste de la energía provocado por el embargo petrolero y la posibilidad de contar con sis-temas que operaran con energías renovables como la energía solar. Varios sistemas apa-


IMPRIMIR ÍNDICE

recieron por compañías como Carrier, Arkla, York y empresas Japonesas como Yazaki.El desarrollo se vio interrumpido por la falta de factibilidad económica, al regresar losprecios del petróleo a niveles normales o inferiores. La tecnología solar, aunque teníavarios años de desarrollo, no contaba aún con ciertos avances tecnológicos que han per-mitido en la actualidad la reducción de costes y el aumento de eficiencia.

Recientemente han surgido nuevas propuestas de sistemas de refrigeración solar porabsorción basados en tecnologías de captadores solares más avanzados y en sistemas deabsorción con mayor eficiencia.

Sin embargo, es todavía prematuro pensar en que se tiene ya una tecnología madura y conviabilidad económica. Es importante mencionar el enorme desarrollo que esta tecnologíaha experimentado en China en los últimos años, lo que permite vislumbrar un avanceimportante en la implantación de esta tecnología en el mercado de la refrigeración solar.

Actualmente se están llevando a cabo amplias investigaciones con objeto de aumentar elrendimiento de los equipos alimentados por energía solar térmica de baja temperatura, asícomo para obtención de potencias y tamaños adaptados a la edificación residencial.

1.4. En resumen

El empleo de tecnología solar térmica minimiza el aporte energético convencional nece-sario para producir frío, empleando sistemas desarrollados para convertir el calor solar enfrío.

La refrigeración solar hace que sea viable realizar instalaciones de calefacción y aguacaliente sanitaria mediante sistemas de energía solar térmica, destinando el excedenteenergético estival, tradicionalmente empleado para la climatización de piscinas al airelibre, a la producción de frío.

Además y desde el punto de vista medioambiental, las ventajas de la producción de fríocon la tecnología de absorción son varias:

• Reducción del consumo eléctrico necesario para la producción de frío. Las máqui-nas de absorción presentan un consumo eléctrico entre un 5% y un 10% del consu-mo de los sistemas convencionales. Esto implica una reducción de las emisionescontaminantes de aproximadamente 1.026 kg de CO2 por kWh-eléctrico no consu-mido1.

1 Dato recogido del Boletín informativo de la Agencia de Gestión de la Energía de la Región de Murcia de enerode 2005.

Se estima una emisión de 0,35 Kg de CO2 por KWh de energía eléctrica consumida. Dato obtenido del “Manual

de Procedimiento para la realización de auditorias energéticas en edificios” de la Junta de Castilla y León.


IMPRIMIR ÍNDICE

• El rendimiento de las máquinas de absorción, comparado con el de las de compre-sión mecánica, no desciende mucho con la carga (reducciones de hasta el 20% de lacarga suponen disminuciones proporcionales del consumo de energía).

• Los fluidos refrigerantes que utilizan no son CFC, sino refrigerantes naturales y, portanto, no suponen un riesgo para la capa de ozono.

• Son equipos silenciosos y están exentos de vibraciones.

Si bien siempre seguirá siendo una instalación de energía solar, esto es, instalación quedebe guiarse por los siguientes principios básicos:

• El sistema solar debe ser un elemento más de las instalaciones térmicas convencio-nales de los edificios y, en ese sentido, se debe diseñar y acoplar adecuadamente conel resto de los equipos de confort térmico, buscando soluciones globales de ahorroenergético y protección del medio ambiente.

• El sistema solar debe integrarse armónicamente con las soluciones arquitectónicasadoptadas en el edificio, de tal forma que se reduzca al mínimo el impacto visualgenerado por el mismo, permitiendo a sus propietarios, además de beneficiarse delahorro energético, su contribución a la protección del medio ambiente sin contra-prestación alguna.

• El correcto mantenimiento de la instalación es crucial para garantizar su adecuadofuncionamiento durante toda su vida útil, manteniendo el rendimiento inicial y, con-secuentemente, el ahorro generado y la reducción de emisiones contaminantes aso-ciadas.

IMPRIMIR ÍNDICE

2Conceptos básicosde climatización

CONCEPTOS BÁSICOS DE CLIMATIZACIÓN 18

IMPRIMIR ÍNDICE

Conceptos básicosde climatización2

2.1. IntroducciónEl principal propósito de la calefacción, ventilación y de la refrigeración en edificios,tanto públicos como privados, es conseguir las condiciones de confort térmico para laspersonas. La percepción del ambiente térmico no depende únicamente de los parámetrosambientales, sino que es un fenómeno que incluye muchos más factores del entorno inte-rior y exterior, del sujeto que percibe estos parámetros e incluso de los factores cultura-les y sociales del mismo.

Así, al intentar crear en el interior de espacios públicos condiciones higrotérmicas satis-factorias, se ha empezado por estudiar qué factores influyen en su sensación de bienestary qué condiciones debería reunir el ambiente para que una persona se sintiese cómodadesde el punto de vista del confort térmico.

A diferencia de la calefacción y refrigeración, la climatización exige, de acuerdo con laNormativa vigente, el control de los parámetros de temperatura resultante seca, humedadrelativa, velocidad del aire y niveles de ventilación, ruido y filtrado.

Tabla 2.1: Control de variables ambientales

Calefacción

Refrigeración

Acondicionamientode aireo climatización

Temperatura Humedad Velocidaddel aire

Ventilación

Calidad del aireinterior

(Pureza quími-ca y biológica)

Si

Si

Si Si Si Si Si

Así, si un recinto se abandona a sí mismo, sus condiciones de temperatura y humedadrelativa, se modificarán espontáneamente. Aquellos factores que alteran la temperaturay/o humedad relativa del local, se denominan genéricamente cargas térmicas o abreviada-mente cargas.


IMPRIMIR ÍNDICE

Algunos de esos factores sólo perturban la temperatura seca y se denominan cargas sen-sibles, mientras que otros sólo afectan a la humedad relativa y se llaman cargas latentes.

Cualquier carga térmica se expresa en Kilocalorías/hora (o Frigorías/hora) o kW, consti-tuyendo la carga total, que es una medida de la perturbación que pueden experimentartanto la temperatura seca como la humedad del recinto, la suma de las cargas sensibles ylatentes.

La radiación solar introduce en el recinto una carga térmica de carácter sensible porquetiende a modificar la temperatura del local. Lo mismo sucede con la iluminación.

A su vez el propio ocupante es origen de una carga, en parte sensible y en parte latente;la porción sensible está representada por el calor que el organismo del individuo inter-cambia con el local, mientras que la carga latente viene dada por la humedad aportada porla transpiración y respiración.

Si se mide la temperatura y la humedad relativa de un recinto y estos están fuera de lasespecificaciones de la instalación, significa que esos nuevos valores determinan un micro-clima no confortable. Para restituir la temperatura y la humedad a sus valores de consig-na se han de combatir las cargas térmicas, es decir, anular sus efectos.

ACONDICIONAMIENTO DEL AIREY MEDIO AMBIENTE

AUMENTO DEL ESTADODEL BIENESTAR

CONSERVANDO ELMEDIO AMBIENTE

Incremento de la Demandade Sistemas de Climatización

Aumento de la CalidadAmbiente (I.A.Q.)

Protección Ambiental Exterior: Mejor eficiencia energética (reducción CO2) Cambio de nuevos refrigerantes (HFC) Prevención y control de la legionella

Figura 2.1: Hitos que ha de perseguir la climatización


IMPRIMIR ÍNDICE

Los tres ejes principales que rigen la evolución de la climatización son:

• La calidad del aire interior (I.A.Q.),

• El consumo energético y

• El impacto medioambiental.

2.2. I.A.Q., Confort térmico y Ventilación

2.2.1. I.A.Q.

La Calidad del Aire Interior (IAQ) puede ser definida como la naturaleza del aire queafecta la salud y el bienestar de los ocupantes de dicho espacio interior. Esta definiciónincorpora el concepto de salud, que según la Organización Mundial de la Salud (OMS):“La salud es un estado de completo bienestar físico, mental y social, y no sólo la meraausencia de enfermedad”. Las quejas sobre la pobre calidad del aire son cada vez másfrecuentes, y no es difícil oír protestas entre el personal o los usuarios de oficinas, hospi-tales, restaurantes, etc. Según Fanger, (1995) la IAQ es “el nivel a partir del cual sealcanzan las exigencias de las personas en cuanto a su satisfacción personal. La calidad

Figura 2.2: Factores de Calidad de Aire Interior


IMPRIMIR ÍNDICE

del aire es alta si la gran mayoría de las personas están satisfechas y el riesgo sanitarioes despreciable”. Cuando la IAQ no es la adecuada, puede dar origen a la aparición demultitud de problemas de salud y de malestar a los ocupantes de dicho espacio y, portanto, a la aparición del síndrome del edificio enfermo.

Desde un punto de vista general, la “Calidad del Ambiente Interior” trata de los factoresde Calidad del Aire Interior, que son, a su vez la contaminación química y biológica, ade-más del ambiente térmico, incluyendo factores físicos como la iluminación y el ruido.

2.2.2. Confort térmico

El interés por la valoración del nivel de confort térmico nace como una consecuencia dela aparición de las técnicas de acondicionamiento de aire, cuyo fin es lograr que las per-sonas se sientan confortables, siendo necesarios métodos que permitan evaluar en quémedida se alcanza este objetivo.

El bienestar o confort térmico se define como la condición de la mente que expresa lasatisfacción del individuo con el ambiente térmico.

El objetivo de los sistemas de climatización, en este sentido es lograr alcanzar unas con-diciones del ambiente térmico tales que el desequilibrio térmico2 experimentado por elindividuo sea nulo.

Una instalación de climatización, por bien proyectada y ejecutada que esté, jamás podráalcanzar la satisfacción de todos sus ocupantes, en cualquiera de los aspectos antes men-cionados. El PPI3 nunca podrá ser nulo; valores entre el 5% (valor mínimo alcanzable) yel 20% de insatisfechos se alcanzan sólo con instalaciones de alta calidad.

Figura 2.3: Definición de zona ocupada

2 Desequilibrio térmico: diferencia entre la producción interior de calor y las pérdidas de calor hacia el ambiente3 PPI: Porcentaje de Personas Insatisfechas


IMPRIMIR ÍNDICE

Fuera de la zona de ocupación los criterios de bienestar no pueden garantizarse. Además,el mantenimiento de criterios de bienestar fuera de la zona ocupada conduce al despilfa-rro de energía en casi todas las circunstancias.

Los parámetros que regulan los intercambios térmicos entre el cuerpo humano y elambiente son los siguientes:

• Del ambiente:

• Temperatura seca del aire.

• Un parámetro del aire que permita definir un punto sobre el diagrama del airehúmedo (temperatura húmeda, temperatura del punto de rocío, presión parcial delvapor de agua, humedad relativa o humedad específica).

• Velocidad relativa del aire.

• Temperatura radiante media de los cerramientos.

Los dos primeros parámetros determinan la posición de un punto sobre el diagramade aire húmedo.

Normalmente se va a emplear la humedad relativa para definir las condiciones inte-riores y la temperatura húmeda para definir las condiciones exteriores.

La temperatura radiante media es un parámetro fundamental en la estimación y per-cepción del nivel de calidad del ambiente térmico. Esta temperatura se define comola temperatura uniforme de los cerramientos de un recinto en el cual la transferen-cia de calor radiante desde o hacia el cuerpo humano es igual a la que tiene lugar,de manera en general no uniforme, hacia o desde los cerramientos del recinto actual.

• Del cuerpo humano:

• Calor generado, diferencia entre la actividad metabólica y el trabajo generado.

• Temperatura y superficie de la piel.

• Humedad de la piel debida a la difusión de agua desde los tejidos interiores.

• Porcentaje de superficie de piel mojado por el sudor.

• De la vestimenta:

• Resistencia térmica.

• Resistencia al paso de vapor de agua.

• Temperatura superficial.

• Factor de aumento de la superficie del cuerpo desnudo.

• Emisividad de la superficie exterior.


IMPRIMIR ÍNDICE

Índices ambientales

Para condiciones cercanas al bienestar térmico, a la neutralidad térmica, es importanteconocer las definiciones de los índices ambientales. Estos índices simplifican la defini-ción del ambiente térmico al combinar en un solo valor dos o más parámetros, como tem-peratura seca, temperatura radiante media, humedad o velocidad del aire.

• Temperatura operativa, to:

La temperatura operativa está relacionada con las pérdidas (o ganancias) de calorsensible del cuerpo hacia el ambiente y se expresa con la siguiente ecuación

to =hc • ta + hr • tr

hr + hc

La temperatura operativa es igual a la media de la temperatura media de los cerra-mientos del local tr y la temperatura seca del aire ta, ambas “ponderadas” según losrespectivos coeficientes de transferencia de calor hr y hc.

Donde:

• h, representa los coeficientes de transferencia térmica superficial, evaluados ala superficie de la vestimenta, con subíndices r para las magnitudes respectivas aradiación y subíndice c para las magnitudes convectivas.

• El coeficiente hr es casi constante para condiciones normales de temperatura enambientes interiores y su valor es aproximadamente 4,7 W/(m2ºK).

• El coeficiente hc varía entre 3 y 6 W/(m2ºK) dependiendo, sobre todo, del movi-miento del aire. Si se considera un valor medio de 4,5 W/(m2ºK) resulta, que alser muy próximos los valores de los coeficientes, la temperatura operativa es casila media aritmética entre la temperatura seca del aire y la temperatura radiantemedia.

• Temperatura eficaz o efectiva, te:

La temperatura eficaz tiene también en consideración las pérdidas de calor latente yestá definida por la siguiente ecuación

te = to + c • [p (ta) - 0.5 • ps(te)]

Donde:

• c es igual al producto de la fracción de piel mojada por la eficiencia de perme-abilidad al paso de vapor de la vestimenta y la capa de aire cerca de la piel y por


IMPRIMIR ÍNDICE

la relación de Lewis entre los dos coeficientes de transferencia de calor evapora-tivo y convectivo.

• p (ta) es la presión del vapor de agua a la temperatura del aire del ambiente (enkPa).

• ps(te) es la presión parcial del vapor a saturación (en kPa) a la temperatura efec-tiva.

La temperatura eficaz es la temperatura de un ambiente con el 50% de humedadrelativa que provoca las mismas pérdidas de calor del cuerpo de una persona que ellocal actual.

El valor del índice te depende del porcentaje de superficie de piel mojada y de la per-meabilidad de la vestimenta. Si el porcentaje de piel mojada es pequeño, la hume-dad del aire tiene poca importancia. Ésta es la condición que se da en locales acon-dicionados, cuando sus condiciones están próximas a las de neutralidad térmica. Poresta razón es mejor emplear el índice temperatura operativa al índice temperaturaeficaz (o efectiva).

En la Figura 2-4, se representan las zonas de bienestar según la norma ANSI-ASHRAEEstándar 55-92 en términos de temperatura efectiva. Están elaboradas considerando acti-vidad sedentaria (<1,2 met4) y grado de vestimenta para verano de 0,5 clo5, y para invier-no de 0,9 clo.

El 80% de las personas encuentra el ambiente térmicamente aceptable dentro de esaszonas.

Las coordenadas de las zonas de bienestar de la Figura 2-4, son las siguientes:

Invierno:

• A 18º C de TBH la temperatura operativa está comprendida en el intervalo de 20a 23,5º C

• A 2º C de TR la temperatura operativa se encuentra en el intervalo de 20,5 a 24,5º C.

4 La unidad de medida del calor metabólico es el met.

1met = 58,2 W = 50 kcalm2 h•m2

5 La medida de la resistencia térmica del aislamiento de la vestimenta se expresa en clo.

1clo = 0,155 m2 • K = 0,18 h•m

2•ºCW kcal

[

[ ]

]


IMPRIMIR ÍNDICE

Verano:

• A 18º C de TBH la temperatura operativa está comprendida en el intervalo de 22,5a 26º C.

• A 2º C de TR la temperatura operativa se encuentra en el intervalo de 23,5 a 27º C.

Se observa la amplitud de las zonas de bienestar, sobre todo en lo que se refiere a hume-dad relativa. Su valor afecta poco al bienestar de las personas, dentro de unos límites yen las proximidades de la neutralidad térmica. Esto se confirma por la pequeña pendien-te de las rectas que representan la temperatura efectiva.

Sin embargo, basándonos en consideraciones sanitarias relativas a irritación de las muco-sas, sequedad de la piel, crecimiento de microorganismos y otros fenómenos relaciona-dos con la humedad, los límites de la humedad relativa deben estar comprendidos entreel 40% y el 60%, con unas tolerancias para la humedad relativa de ±15%.

Figura 2.4: Zonas de bienestar


IMPRIMIR ÍNDICE

La variación de temperaturas en el espacio y en el tiempo debe ser tal que su valor estésiempre dentro de la zona de bienestar correspondiente:

• Si la perturbación de temperatura es periódica, con período inferior a 15 minutos, ysu amplitud mayor que 1º C la variación en el tiempo no debe ser superior a 2º C/h.

• Si la perturbación no es cíclica, la variación, no deberá ser superior a 0,5º C/h.

La no uniformidad de temperaturas es menos importante para personas con elevado nivelde actividad que para personas con actividad sedentaria. Esto puede extrapolarse paraotros parámetros del ambiente, como por ejemplo la velocidad de aire.

La neutralidad térmica no es la única condición a satisfacer para obtener el bienestar. Unapersona puede sentir satisfacción térmica para el cuerpo en su conjunto, pero puede noestar cómodo si en alguna parte de su cuerpo siente frío o calor.

Las causas de malestar térmico local son cuatro:

• Asimetría de la temperatura radiante

La radiación asimétrica desde superficies calientes o frías, creadas por elevadosniveles de iluminación, grandes superficies acristaladas o por radiación solar direc-ta, puede reducir la aceptabilidad térmica del espacio.

• Corrientes de aire

Las corrientes de aire, son probablemente, la causa del mayor número de quejas delas instalaciones de acondicionamiento de aire.

Las corrientes de aire causan un enfriamiento local del cuerpo que depende de lavelocidad media, intensidad de la turbulencia y temperatura del mismo aire. La sen-sibilidad a las corrientes es máxima cuando las partes del cuerpo directamenteexpuestas son la nuca y los tobillos.

Las velocidades medias del aire en la zona ocupada indicadas en la Tabla 2-26 paralos regímenes de refrigeración y calefacción deben considerarse un poco elevadas,siendo más apropiados valores de unos 0,05 m/s inferiores.

6 Tabla obtenida del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) en su ITE 02.

Tabla 2.2: Condiciones interiores de diseño que deben mantenerse dentro de la zona ocupada.Valores impuestos por el RITE

Verano

Invierno

Temperaturaoperativa ºC

Velocidad mediadel aire m/s

Humedad relativa %

23 a 25

20 a 23

0.18 a 0.24

0.15 a 0.20

40 a 60

40 a 60


IMPRIMIR ÍNDICE

• Diferencia vertical de temperatura

Generalmente, la temperatura del aire en un espacio cerrado crece desde el suelohasta el techo, sobre todo cuando se trata de sistemas de difusión por desplazamien-to que se estudian limitando, precisamente, este parámetro.

Se ha demostrado que el fenómeno inverso, cabeza fría y pies calientes, no es críti-co para los ocupantes.

• Suelo frío o caliente

Para minimizar el malestar causado por los pies fríos o calientes, la temperatura delsuelo debe estar comprendida entre 19º y 29º C. Entre estos valores, el porcentaje deinsatisfechos no será superior al 10%.

Sin embargo, el número de personas insatisfechas, un 5%, se obtendrá manteniendoel suelo entre 24º y 25º C para personas sentadas y 23º C para personas de pie oandando.

No pueden ser consideradas como zonas ocupadas los lugares en los que puedan darseimportantes variaciones de temperatura con respecto a la media y pueda haber presen-cia de corrientes de aire, como son las siguientes:

• zonas de tránsito.

• zonas próximas a puertas de uso frecuente.

• zonas próximas a cualquier tipo de unidad terminal que impulse aire.

• zonas próximas a aparatos con fuerte producción de calor.

2.2.3. Ventilación

Ventilar es cambiar, renovar, extraer el aire interior de un recinto y sustituirlo por airenuevo del exterior a fin de evitar su enrarecimiento, eliminado el calor, el polvo, el vapor,los olores y cuanto elemento perjudicial o impurezas contenga el aire ambiental encerra-do dentro del local. De no llevarse a cabo esta renovación, la respiración de los seres vivosque ocupan el local se haría dificultosa y molesta, siendo un obstáculo para la actividadnormal que se desarrolla dentro del habitáculo. Por tanto una correcta ventilación es muyimportante en lo referente a instalaciones de refrigeración.

El movimiento de aire proporcionado por la ventilación puede proporcionar sensacionesagradables de frescor cuando las condiciones del ambiente sean calurosas, pero puede tam-bién incrementar el riesgo de tener unas condiciones demasiado frías, que pongan en peligrola salud de los ocupantes. Así, el movimiento del aire puede ser percibido por los ocupantescomo proveedor de frescor y bienestar, pero también puede ser percibido como molesto.


IMPRIMIR ÍNDICE

Las posibles técnicas de regulación son:

• La ventilación natural.

• La ventilación mecánica.

Teniendo en cuenta una mayor capacidad de renovación del aire, la ventilación mecánicase ha desarrollado poco a poco en detrimento de la ventilación natural. Este desarrolloestá representado por:

• La ventilación mecánica controlada, con extracción de aire, que presenta una granestabilidad de caudal, gracias a las bocas de entrada y salida de aire autorregulables.

• La ventilación mecánica modulable, higroregulable en la actualidad, cuyos caudalesextraídos varían con la humedad relativa. Permite una reducción de los caudales y,con ello, las pérdidas.

• La ventilación mecánica controlada de doble flujo con recuperación de calor, técni-ca interesante para reducir las pérdidas energéticas en los edificios, con impulsión yextracción mecánica.

En respuesta a esta preocupación por el movimiento del aire, el confort, la calidad del airey las necesidades de ventilación, se ha establecido la correspondiente normativa en elRITE (Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios) con sus instrucciones téc-nicas complementarias.

La norma ANSI/ASHRAE 62R-1989, nos dice que “la ventilación es el proceso de sumi-nistrar y retirar aire por medios naturales o mecánicos desde/hacia cualquier espacio.Dicho aire puede o no ser acondicionado”.

Existen una serie de propiedades que nos van a servir para caracterizar la ventilación,como pueden ser:

• Renovaciones o cambios de aire

La cantidad de aire necesaria para efectuar una ventilación puede depender demuchos factores, entre los cuales podemos citar:

• Dimensiones y características del local

• Actividad a que está destinado.

• Calor a disipar o carga térmica.

• Granulometría de los sólidos a transportar.

Podemos definir la renovación de aire de un local, como la cantidad de aire necesa-ria para renovar por completo de aire el volumen que ocupa dicho local. En otraspalabras, tendremos que calcular el volumen del local multiplicando el valor de lastres magnitudes que lo definen: ancho, largo y alto. Dicho volumen de aire corres-ponde al de una renovación de aire del local.


IMPRIMIR ÍNDICE

El RITE, en su ITE 02.2.2 (Calidad del aire interior y ventilación) indica que, parael mantenimiento de una calidad aceptable del aire en los locales ocupados, se con-siderarán los criterios de ventilación indicados en la norma UNE 100011 en funcióndel tipo de local y del nivel de contaminación de los ambientes, en particular la pre-sencia o ausencia de fumadores. Trabajemos con el local que trabajemos, las reno-vaciones de aire deben ser de al menos de una a la hora.

La ventilación mecánica se adoptará en todo tipo de sistemas de climatización sien-do recomendable también para los demás sistemas a implantar en locales atempera-dos térmicamente.

El aire exterior será siempre filtrado y tratado térmicamente antes de su introducciónen los locales.

El análisis de las características físicas del aire del entorno del edificio determinarálos tratamientos a que ha de someterse antes de su introducción en los locales. Sugrado de contaminación afectará a la selección del sistema de filtrado a emplear ysu entalpía a la posible utilización como fuente de energía gratuita.

La posible existencia de diversas calidades de aire, tanto térmicas como contaminan-tes, en el entorno del edificio hace necesaria la correcta ubicación de las tomas deaire exterior, teniendo en cuenta los vientos dominantes y las zonas de aire con cali-dad diferenciada por insolación o contaminación.

• Caudal de aire

El caudal de aire es otra de las variables que podemos usar para caracterizar la ven-tilación. En este caso definimos el caudal como:

Q = v • A

donde:

• v es la velocidad del aire

• A es la sección del conducto.

En el Código Técnico de la Edificación, Documento Básico HS3: Calidad del aireinterior, se definen los caudales en los locales de las viviendas destinados a variosusos, debiendo considerarse el caudal correspondiente al uso para el que resulte uncaudal mayor.


IMPRIMIR ÍNDICE

Tabla 2.3: Caudales de ventilación mínimos exigidos

2.3. Condiciones exteriores

Las condiciones exteriores de diseño en la mayoría de las instalaciones de climatizacióncoinciden con las condiciones climatológicas, las cuales, en un instante determinado,varían de unas localidades a otras de acuerdo con su longitud, latitud y altitud, y, parauna localidad determinada, con el tiempo, debido a la diaria sucesión de días y noches, alos cambios estacionarios y por último a las circunstancias meteorológicas del instanteconsiderado.

Si se promedian a lo largo de un período de varios años (al menos cinco y preferiblemen-te diez o más) los valores de la temperatura del aire observados en una localidad determi-nada en un mismo momento del año, se elimina la influencia de los factores meteoroló-gicos y se obtiene un valor típico para ese momento del año que resulta característico delclima de la localidad considerada. A partir de este momento se hará referencia a estosvalores típicos promedio.

Las condiciones exteriores de diseño están formadas por el conjunto de datos referidos alviento, a la humedad, a la temperatura y a la radiación solar.

Las condiciones del ambiente exterior afectan a la capacidad del sistema de climatizaciónpara mantener las condiciones interiores requeridas y son por consiguiente un dato de par-tida imprescindible en el diseño de instalaciones de climatización. Las condiciones exte-riores de diseño se determinan normalmente atendiendo a un análisis estadístico de lascondiciones exteriores históricas obtenidas durante un cierto número de años.

Las condiciones exteriores de diseño difieren para invierno y para verano. En verano sedeberán tener en cuenta las condiciones de temperatura seca y humedad, así como laradiación solar. Por el contrario en invierno se asume la ausencia de radiación solar, yaque constituye el caso más desfavorable.

Con respecto al valor que debe considerarse como temperatura exterior, el RITE indicaque:

Como valores de las condiciones externas se citan las referenciadas en la Norma UNE100-021:2001 “Climatización. Condiciones climáticas para proyectos”.

Definiciones

• Temperatura seca: Temperatura indicada por un termómetro cuyo elemento sensi-ble está protegido contra la radiación. TS (ºC).

• Temperatura húmeda: Temperatura indicada por un termómetro cuyo elemento sen-sible es mantenido húmedo. TH (ºC).

• Temperatura húmeda coincidente: Media de la temperatura húmeda en el intervalode temperatura seca representado por el valor superior. THc (ºC).

• Oscilación media diaria: Diferencia entre la temperatura media de las máximas y latemperatura media de las mínimas. OMD (ºK).

• Nivel de percentil: Indica el número de horas, en % respecto al período al que serefiera, durante las cuales las temperaturas son iguales o superiores a las de referen-cia para dicho nivel de percentil. Se distingue entre:

• Nivel de percentil estacional. NPE (%)

• Percentil de invierno 90 días. Este incluye las 2.160 horas de los meses dediciembre, enero y febrero.

• Percentil de verano 122 días. Este incluye las 2.928 horas de los meses dejunio, julio, agosto y septiembre.

Los niveles de percentil empleados y las correspondientes horas en las que lascondiciones son superadas son las siguientes:


IMPRIMIR ÍNDICE

“La elección de las condiciones exteriores de temperatura seca y, en su caso, detemperatura húmeda simultánea del lugar, que son necesarias para el cálculo de lademanda térmica máxima instantánea y, en consecuencia, para el dimensionado deequipos y aparatos, se hará en base al criterio de niveles percentiles, que podránser incluso diferentes para distintos subsistemas de la misma instalación. Para laselección de los niveles percentiles se tendrán en cuenta las indicaciones de lanorma UNE 100-014”.


IMPRIMIR ÍNDICE

• Nivel de percentil anual. NPA (%). Este incluye las 8.760 horas de un año (365días). Los niveles de percentil empleados y las correspondientes horas en las quelas condiciones son superadas son las siguientes:

En la norma UNE 100-001-85 “Climatización. Condiciones climáticas para pro-yectos” se recogen las condiciones termohigrométricas exteriores para proyectospara diferentes localidades de la geografía española. Por ejemplo, para el caso deAlbacete, la temperatura seca exterior en condiciones de verano para los distin-tos percentiles es la siguiente:

El nivel de percentil representa por tanto la mayor o menor exigencia requerida ala instalación de cubrir la demanda energética a lo largo de un periodo de tiempo.

Habitualmente para el cálculo de cargas térmicas en verano se emplean lossiguientes niveles de percentil:

• Nivel percentil 1%: Hospitales y clínicas.

• Nivel percentil 2,5 %: Edificios de especial consideración.

• Nivel percentil 5%: En el caso general.

Invierno

NPE (%) HORAS

9997,595

21,654,0108,0

Verano12,55

29,372,2146,4

Nivel de percentil Ts (ºC)

1%

2,5%

5%

34,6

33,1

31,7

Invierno

NPA (%) HORAS

99,69998

35,087,6175,2

Verano0,41,02,0

35,087,6175,2


IMPRIMIR ÍNDICE

Por ejemplo, una instalación de climatización diseñada bajo unas condicionesexteriores de verano con un NPE de 1% (considerando una temperatura secaexterior de 34,6º C), tan solo estará infradimensionada, aproximadamente, duran-te 29,3 horas al año (horas en la que la temperatura exterior será superior a la con-siderada) frente a las 146,4 que lo estaría si se diseñara con un NPE del 5 % (con-siderando una temperatura seca exterior de 31,7º C), como podemos observar enla tabla del NPE.

• Grados día: Suma de las diferencias de temperatura entre una temperatura base dereferencia y la temperatura media de un día a lo largo de un periodo de tiempo defi-nido.

donde Tbase es la temperatura base (15, 18,….) y Td es la temperatura media diaria.

• Velocidad: Velocidad media escalar del viento dominante en una dirección defini-da a lo largo de un año. V (m/s).

En las tablas del Anexo 1, encontraremos todos estos valores referenciados en función dela procedencia de los datos y de la localidad a la que pertenezcan.

2.4. Cálculo de cargas térmicas

Carga Térmica en Climatización implica toda perturbación capaz de alterar el contenidode energía de los espacios que se pretenden climatizar. Las perturbaciones tienen su ori-gen en las condiciones climatológicas del espacio exterior que rodea los recintos o en lasfuentes de energía localizadas en el interior de los propios espacios.

Si tales perturbaciones alteran la temperatura de los locales se denominan CargasSensibles; si hacen variar el contenido de vapor de agua, que a su vez modifica el conte-nido energético del volumen de control, la carga recibe la denominación de CargaLatente.

Las cargas térmicas se dividen en interiores y exteriores.

Las principales contribuciones de las cargas térmicas de un local, así como su carácterlatente o sensible, se muestran en la siguiente tabla.

GD =∑ Tbase - Td (K)n

d=1


IMPRIMIR ÍNDICE

Las cargas térmicas son variables en el tiempo y están asociadas a espacios determinados.

El objetivo de la climatización es anular dichas cargas en todo momento y en todo espa-cio considerado.

El concepto de carga se refiere a la energía necesaria en un momento dado para mante-ner las condiciones de confort del edificio y es, por tanto, una potencia (kW).

El conocimiento de la carga máxima, tanto en invierno como en verano, es fundamentalen el diseño de instalaciones de climatización, ya que este valor determinará la potenciadel equipo de producción necesario.

Por otro lado se define el concepto de demanda como la energía necesaria para mante-ner las condiciones de confort, durante un periodo de tiempo determinado. La demandaes por tanto una energía (kWh) y se calculará como la suma a lo largo de un periodo detiempo de la carga instantánea de cada intervalo por la duración de este.

Finalmente se define el consumo energético como la energía necesaria para el funciona-miento de los equipos de climatización encargados de mantener las condiciones de con-fort durante un periodo de tiempo.

A diferencia de las cargas y demandas que dependen únicamente de las característicasdel edificio y de las condiciones exteriores e interiores, el consumo dependerá ademásdel tipo de sistema de climatización empleado, en concreto, del rendimiento del mismo.

El cálculo de la carga máxima, en verano o en invierno, necesario para una correcta selec-ción de la potencia del equipo a emplear se basa en las características del edificio, lascondiciones de diseño interiores y exteriores de un determinado nivel de percentil.

Sin embargo, el cálculo de la demanda requiere el conocimiento de la evolución de lascondiciones exteriores a lo largo de todo el año (TMY: Typical Meteorological Year), ade-más de las características del edificio y las condiciones de diseño interiores.

CARGAS EXTERIORES SENSIBLES LATENTES

Transmisión a través de cerramientos X

Transmisión por ventanas X

Carga por ventilación X X

Carga por infiltración X X

Ocupantes X X

Iluminación X

Máquinas y motores X X

Propia instalación X

Tabla 2.4: Cargas sensibles y latentes en una instalación

CARGAS INTERIORES


IMPRIMIR ÍNDICE

Actualmente, el cálculo de cargas y aún más el cálculo de demandas (debido a su mayorcomplejidad) se realiza mediante el uso de ordenadores y programas de cálculo especia-lizados.

2.5. Ahorro energético: aumento o disminución de la temperatu-ra interior y aumento del gasto

Según el “Manual de Auditorias Energéticas en Edificios” editado por el EREN:

• En invierno la temperatura ambiente máxima recomendada en calefacción es de 19a 20º C, aumentando los costes un 7% por cada grado que se suba la temperatura.

• En verano la temperatura de consigna se fija por debajo de los 24º C. Cada gradoque se reduzca la temperatura supone un incremento del 8% en el consumo.

En espacios como almacenes, pasillos o lugares donde hay una actividad física elevadano es necesario que la calefacción proporcione 19º C. Así, serán temperaturas consignatípicas 17º C para talleres y 13º C para almacenes.

Mantener las puertas y ventanas abiertas cuando funciona la calefacción es tirar el dine-ro y agredir al medio ambiente. Lo mismo ocurre durante el verano con el aire acondi-cionado.

IMPRIMIR ÍNDICE

3Sistemas declimatización

SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN 37

IMPRIMIR ÍNDICE

Sistemas de climatización33.1. Introducción

La mejor técnica para reducir al máximo el consumo de energía de un edificio es la com-binación adecuada de las técnicas de arquitectura bioclimática con un sistema de clima-tización adecuado para ahorrar energía.

Sin embargo no son muchos los arquitectos e ingenieros sensibilizados con estas solucio-nes. Existe la falsa creencia de que los sistemas de climatización tradicionales puedensolucionar cualquier problema térmico que se plantee en un edificio. Basados en esta teo-ría, muchos arquitectos diseñan edificios cuya climatización es problemática.

Por ejemplo, aquellos edificios con grandes superficies acristaladas tendrán grandes car-gas de refrigeración. Pero además tendrán el problema añadido de que la carga por radia-ción solar se deposita directamente sobre las fachadas del edificio.

Un sistema de climatización es un conjunto de equipos que tienen como objetivo el con-trol de las siguientes variables propias del local o locales a acondicionar:

• Temperatura seca.

• Humedad.

• Grado de pureza del aire de los locales.

• Velocidad del aire.

• Nivel sonoro producido por los equipos de climatización.

Los sistemas de climatización se clasifican en función del fluido utilizado en los localesa acondicionar, es decir, el fluido que es introducido en los locales y que juntamente conlos equipos o elementos terminales han de controlar las variables mencionadas anterior-mente. Pueden distinguirse los siguientes tipos de sistemas:

• Sistemas todo aire, el aire es el único fluido utilizado.

• Sistemas todo agua, en los que es este fluido el único puesto en juego.

• Sistemas aire-agua, en los que se utilizan aire y agua simultáneamente en el interiorde los locales.

• Sistemas refrigerante, en los que el fluido utilizado es un fluido refrigerante.


IMPRIMIR ÍNDICE

Cabe distinguir en un sistema, los siguientes subsistemas o grupos de equipos:

• Control de tratamiento, o conjunto de equipos cuya finalidad es la de preparar losfluidos que deben ser conducidos hasta los elementos terminales en la instalación.

• Elementos terminales, situados bien en el local o bien en su proximidad inmediata.Reciben los fluidos primarios de la central de tratamiento, y se dividen en:

• Elementos por aire: son utilizados para la preparación del aire húmedo queseguidamente será impulsado al local con vistas a contrarrestar las cargas presen-tes en este. Son responsables de asegurar una correcta velocidad del aire y, en unaparte muy importante, del nivel sonoro producido por la instalación de climatiza-ción.

• Elementos por agua: recibiendo agua caliente/fría como fluido caloportador,tienen como misión transferir la energía en él contenida al local en que seencuentran instalados de modo que se alcancen las condiciones ambientales deconfort.

• Elementos intermedios, que sirven de unión material entre el control y los elemen-tos terminales, incluyendo tanto las canalizaciones de trasiego como los accesoriosque aseguran un buen funcionamiento de la instalación.

• Equipamiento de control, regulación y seguridad, situados en cualquiera de los sub-sistemas antes citados, aseguran no sólo una buena correspondencia de aportes ener-géticos - cargas térmicas, si no también la necesaria seguridad de la instalación.

Antes de comenzar con la descripción de los sistemas y equipos de climatización, esnecesario distinguir entre el “lazo primario” y el “lazo secundario”.

Se denomina lazo primario al conjunto de equipos de generación y transporte de frío odel calor necesario para acondicionar el local o locales en cuestión.

Se denomina lazo secundario al conjunto de equipos que permiten el intercambio de calorentre el lazo primario y el local a acondicionar. A este lazo secundario es a lo que colo-quialmente se denomina sistema de climatización.

Un ejemplo sería una red de fan-coils. En el lazo primario (calderas y enfriadoras deagua) se prepara un fluido caliente o frío (agua). Esta agua se distribuye por todo el edi-ficio, de manera que en cada local habrá un fan-coil. Este equipo consiste básicamente enun ventilador que hace pasar una corriente de aire a través de una batería por el interiorde la cual circula el agua caliente o fría. De esta manera el aire se calienta o enfría en fun-ción de las necesidades del local. Por lo tanto, el conjunto de calderas, enfriadoras de aguay red de distribución de agua por el edificio sería el lazo primario. Mientras tanto, el con-junto de fan-coils y la red de distribución de aire por los locales, si existiera, sería el lazosecundario.


IMPRIMIR ÍNDICE

3.2. Lazo primario. Equipos de producción de frío y calor

Se define como lazo primario al conjunto de equipos de generación de frío y calor.

La mayoría de los grandes edificios disponen de salas de máquinas para producción decalor y frío. Generalmente la producción de calor y de frío se realiza por equipos diferen-tes.

3.2.1. Producción de frío

Los equipos de refrigeración trasvasan calor desde un foco frío a un foco caliente.

Los ciclos más utilizados para la producción de frío son:

Ciclo de compresión mecánica de vapor

Este sistema consiste en un doble cambio de fase por parte de un fluido denominado flui-do frigorífico. El sistema consiste en aprovechar el calor del cambio de estado de un flui-do a diferentes presiones. A baja presión un fluido se evapora a baja temperatura, mien-tras que a alta presión se condensa a una temperatura mayor. El sistema está formado porcuatro componentes principales:

• Evaporador: en el que mediante la evaporación de un líquido a baja presión (y portanto, baja temperatura) se absorbe energía térmica del fluido o medio que queremosenfriar, disminuyendo este su temperatura. Así, haciendo pasar el fluido frigoríficoa baja presión, a la que por ejemplo cambia de estado a 0º C, por el interior de unabatería que esté en contacto con un local a 24º C, se conseguirá la evaporación delrefrigerante mediante la extracción de calor del local.

• Compresor: en el que mediante un proceso mecánico se comprime el vapor delrefrigerante hasta la presión del condensador. Este es el único punto de consumo deenergía del ciclo.

• Condensador: en el que se realiza la condensación del vapor a alta presión, y portanto a alta temperatura, cediendo energía térmica al medio exterior.

• Válvula de expansión: en la que se estrangula la corriente de líquido condensado,reduciendo su presión desde la presión del condensador hasta la presión del evapo-rador.


IMPRIMIR ÍNDICE

El rendimiento de este equipo se podría definir como la relación entre el beneficio obte-nido (efecto frigorífico QE) y el trabajo que cuesta obtenerlo (trabajo de compresión W).A este parámetro se le denomina COP (Coefficient of Performance) o CEE (Coeficientede Eficiencia Energética). Los valores normales pueden estar entre 3,5 y 7, es decir, porcada kWh consumido se obtiene entre 3,5 y 7 kWh de efecto frigorífico. El COP depen-de de diferentes parámetros como son:

• Las temperaturas de evaporación y condensación. Cuanto más moderadas sean, esdecir más baja la de condensación y más alta la de evaporación, mejor COP.

• Y del tipo de compresor. El trabajo absorbido por el compresor es mayor cuantomenor sea la temperatura de evaporación y mayor sea la temperatura de condensa-ción, es decir, cuanto mayor sea la diferencia de presión entre el evaporador y el con-densador.

Tem

pera

tura

Entropia

Qc

Qe

We Wc

Figura 3.1: Ciclo de Carnot. Este es el ciclo ideal en el que se basa el concepto del equipo frigorífico

Condensador

CompresorEvaporador

1

1

2

3

4

Válvulade expansión

Qc

QE

W

Figura 3.2: Elementos mínimos de una máquina frigorífica real


IMPRIMIR ÍNDICE

Ciclo de absorción: Máquina frigorífica de absorción

Este tipo de máquinas frigoríficas es el más extendido en todo el mundo. La compresióntérmica del refrigerante se consigue utilizando una solución refrigerante/absorbente líqui-do y una fuente de calor que sustituye el consumo eléctrico del compresor mecánico. Paraagua fría a más de 0º C, que es lo que se utiliza en los sistemas de climatización, normal-mente se aplica una solución líquida de agua-bromuro de litio (H2O/BrLi) con agua comorefrigerante.

La mayoría de los sistemas utilizan una bomba para impulsar la solución líquida que con-sume poca electricidad. Cuando se trabaje con una máquina frigorífica de absorciónH2O/BrLi habrá que evitar que la solución cristalice controlando la temperatura de disi-pación de calor en la máquina.

El efecto de refrigeración se basa en la evaporación del refrigerante (agua) en el evapora-dor a presiones muy bajas. El refrigerante vaporizado es absorbido en el absorbedor, paramantener de esta forma la presión en el evaporador, diluyendo así la solución H2O/BrLi.Para que el proceso de absorción sea eficiente es necesario enfriarlo. La solución se bom-bea continuamente hacia el generador, donde se logra regenerar la solución calentándolacon una fuente de calor externa, como es el agua calentada mediante energía solar. Elrefrigerante (agua) que sale del generador en este proceso se condensa aplicando agua derefrigeración en el condensador, haciéndola circular por una válvula de expansión paraentrar de nuevo en el evaporador.

Las capacidades de refrigeración de este tipo de máquinas frigoríficas son de varios cien-tos de kW. Principalmente se alimentan con calor procedente de algún sistema centrali-zado, calor residual o calor de cogeneración. La temperatura del foco caliente necesariaes normalmente superior a 80º C para máquinas de efecto simple en las que el COP sesitúa en la gama de 0,6 a 0,8. Las máquinas de doble efecto, con dos fases de generador,necesitan temperaturas de accionamiento por encima de 140º C y ofrecen COP de 1,2.

Este ciclo, por su importancia en la climatización solar, se explicará con más detalle en elsiguiente capítulo.

Ciclo de adsorción: Máquina frigorífica de adsorción

En lugar de una solución líquida se utilizan sorbentes sólidos. Los sistemas disponiblesen el mercado utilizan agua como refrigerante y gel de sílice como sorbente.

Las máquinas constan de dos compartimentos sorbentes (denominados 1 y 2 en la Figura3-3), un evaporador y un condensador. Mientras el sorbente del primer compartimento seregenera utilizando agua caliente de una fuente de calor externa, por ejemplo, el captadorsolar; el sorbente del compartimento 2 (adsorbedor) adsorbe el vapor de agua que vienedel evaporador. Es necesario enfriar este compartimento para que se produzca una adsor-ción continua. El agua del evaporador cambia de fase a vapor extrayendo el calor necesa-rio del circuito de agua fría. Éste es, de hecho, el efecto útil de refrigeración. Si la capa-


IMPRIMIR ÍNDICE

cidad de refrigeración se ve reducida a un valor predeterminado debido a la saturación delsorbente en el adsorbedor, las cámaras intercambian su función.

En condiciones de funcionamiento normales con una temperatura de calor de acciona-miento en torno a los 80º C, el sistema alcanza un COP próximo a 0,6; aunque puede fun-cionar incluso con temperaturas de aproximadamente 60º C. La capacidad de las máqui-nas frigoríficas de adsorción oscila entre 50 kW y 500 kW de potencia de refrigeración.

La simplicidad mecánica de las máquinas frigoríficas de adsorción y su consecuenterobustez es una ventaja.

Como no existe riesgo de cristalización, tampoco hay límites en las temperaturas de disi-pación de calor. No se necesita bomba para la solución interna, con lo que el consumoeléctrico es mínimo. La gran desventaja que presentan es su volumen y peso comparati-vamente elevado. Es más, puesto que la producción de máquinas frigoríficas de adsorciónes pequeña, su precio es actualmente elevado.

3.2.2. Producción de calor

En cuanto al método de producción de calor, los más empleados son:

Combustión en una caldera

La producción de calor, en la mayor parte de los sistemas, se realiza mediante una caldera.

Una caldera es un recipiente a presión diseñado para transferir a un fluido el calor produ-cido por una combustión. En la mayoría de las calderas el fluido calentado es el agua enforma líquida o vapor.

Las calderas se clasifican según la naturaleza, presión y temperatura de trabajo del fluidoa calentar, presión (o depresión) del hogar de combustión, combustible utilizado y losmateriales de construcción del intercambiador (hierro fundido, acero, etc.).

2 1

CONDENSADOR

EVAPORADOR

Agua de refrigeración

Agua calienteAgua de refrigeración

Agua fria

Figura 3.3: Esquema de una máquina frigorífica por adsorción


IMPRIMIR ÍNDICE

En el aspecto energético, es especialmente importante el grado de aprovechamiento delcalor de combustión.

En las normas europeas armonizadas se establecen las definiciones de caldera conven-cional (o calderas estándar, según la definición oficial), caldera de baja temperatura y cal-dera de condensación.

A continuación se reproducen literalmente dichas definiciones:

- Caldera: el conjunto formado por el cuerpo de la caldera y el quemador, destinado atransmitir al agua el calor liberado por la combustión.

- Caldera estándar: aquella caldera cuya temperatura media de funcionamiento puedelimitarse a partir de su diseño.

La caldera estándar se denominará también convencional. El diseño de estas calde-ras limita la temperatura de retorno del agua a la misma, que no podrá ser inferior aun valor determinado (sobre los 70º C) dependiendo de la temperatura de rocío delcombustible empleado.

- Caldera de baja temperatura: caldera que puede funcionar continuamente con unatemperatura de agua de alimentación entre 35 y 40º C y que, en determinadas circuns-tancias, puede producir condensación, se incluyen en esta definición las calderas decondensación que utilizan combustibles líquidos.

Presentan la ventaja de reducir las pérdidas de calor en la distribución al trabajar amenor temperatura.

Estas calderas, al igual que las calderas convencionales, no están diseñadas parasoportar la acción agresiva de los condensados. Sin embargo, permiten que la tem-peratura del agua de retorno sea inferior a la de rocío de los humos por el diseñoespecial de las superficies de intercambio térmico.

- Caldera de condensación: caldera diseñada para poder condensar de forma perma-nente una parte importante del vapor de agua contenido en los gases de combustión.

Estas calderas están expresamente diseñadas para soportar la acción agresiva de loscondensados por el diseño especial de las superficies de intercambio térmico y porel empleo de materiales especiales en su construcción.

Para conseguir la condensación del vapor de los gases de combustión es indispensa-ble que la temperatura de entrada del agua a la caldera no sobrepase los 55º C, porlo que son adecuadas para calefacciones a baja temperatura.


IMPRIMIR ÍNDICE

Independientemente del tipo de caldera, todas ellas se definen por su potencia nominalútil y rendimiento útil, rendimiento que debería estar referido al PCI (poder caloríficoinferior) o PCS (poder calorífico superior) del combustible.

- Potencia nominal útil (expresada en kW): potencia calorífica máxima que, segúndetermine y garantice el constructor, puede suministrar en funcionamiento continuouna caldera, ajustándose a los rendimientos útiles declarados por el constructor.

El Fabricante debe garantizar la potencia máxima que es capaz de suministrar la cal-dera en funcionamiento continuo y en las condiciones indicadas de temperatura delagua.

Figura 3.4: Caldera de condensación


IMPRIMIR ÍNDICE

- Rendimiento útil (expresado en %): relación entre el flujo del calor transmitido alagua y el producto del Poder Calorífico Inferior (PCI) a presión constante del combus-tible por el consumo de combustible (expresado en cantidad de combustible por uni-dad de tiempo).

Resaltar que el rendimiento se calcula siempre en base al poder calorífico inferiordel combustible, por esta razón, el rendimiento de las calderas de condensación essuperior a la unidad.

Bomba de Calor

Se denomina bomba de calor a una máquina térmica capaz de transferir calor de unafuente fría a otra más caliente. Podríamos definirlo como un equipo de aire acondiciona-do que en invierno toma calor del aire exterior, a baja temperatura, y lo transporta al inte-rior del local que se ha de calentar, mediante el accionamiento de un compresor.

La utilización de la bomba de calor para proporcionar calefacción y refrigeración enviviendas está ampliamente difundida en España. La casi totalidad de los equipos exis-tentes en el mercado son reversibles, pudiendo trabajar en dos ciclos: de invierno propor-cionando calefacción y de verano proporcionando refrigeración. Por esta razón las bom-bas de calor están especialmente indicadas para situaciones en que se prevea demanda decalefacción y refrigeración, ya que con un mínimo incremento en el precio, se puedencubrir ambas necesidades con un mismo equipo.

En resumen, la bomba de calor, tanto en invierno como en verano, actúa como un equi-po acondicionador de aire, invirtiendo el foco frío y caliente en función de si es verano oinvierno.

Figura 3.5: Bomba de calor

1-Compresor. 2-Intercambiador (condensador o evaporador según ciclo). 3-Válvula de expansión.4-Intercambiador (condensador o evaporador según ciclo). 5-Válvula de 4 vías.


IMPRIMIR ÍNDICE

Se pueden llegar a conseguir coeficientes de eficiencia COP de 4 trabajando en calefac-ción y de 3,5 en refrigeración. Esto significa que por cada unidad de energía consumidase obtienen 4 unidades de energía térmica.

El COP es un factor utilizado para proporcionar el rendimiento de una bomba de calorcuando trabaja en ciclo de calor, su valor es:

COP = Potencia calorífica obtenida del condensador (kcal/h)

Potencia eléctrica absorbida por el equipo • (860 kcal/h/kW)

Los valores del COP los proporciona el fabricante del equipo y varían directamente conla temperatura exterior. Cuanto más baja es la temperatura exterior, más bajo es el COPque proporciona una bomba de calor.

Las bombas de calor se clasifican según el tipo de intercambio empleado:

• Bomba de calor aire-aire: es la aplicación más habitual. Se suelen utilizar unida-des de baja potencia que se destinan a la calefacción y refrigeración de viviendas. Elequipo está en contacto con el exterior del edificio, de donde extrae el calor, y tam-bién con el aire interior de la vivienda, a la que cede el calor.

Si la unidad es compacta, el equipo integra todos los componentes en una sola uni-dad. La batería exterior irá en contacto con el ambiente exterior y la unidad interiorestará conectada a la red de conductos de aire que distribuyen el calor por el interiorde la vivienda.

Si se utiliza un equipo partido, ambas unidades, la interior y la exterior, irán conec-tadas mediante tuberías aisladas por las que circulará el refrigerante. La unidad exte-rior irá colocada en el exterior de la vivienda. La unidad o unidades interiores pue-den ser vistas o bien ir situadas en el falso techo.

• Bomba de calor aire-agua: en este caso, la bomba de calor extrae el calor del aireexterior y lo transfiere a los locales a través de un circuito de agua a baja tempera-tura.

• Bomba de calor agua-agua: utilizan como fuente de calor el agua superficial deríos, lagos, etc. o aguas subterráneas. La temperatura de estas fuentes es práctica-mente constante durante toda la estación de calefacción, lo que permite mantener unCOP constante y elevado durante toda la temporada. Como en el caso anterior, ladistribución de calor a los locales se realiza mediante sistemas de agua a baja tem-peratura.

• Bombas de calor agua-aire: requieren también la disponibilidad de una fuentede calor en forma de agua subterránea, superficial, etc. La distribución de calor serealiza mediante una red de conductos de aire a todas las dependencias de lavivienda.


IMPRIMIR ÍNDICE

• Bombas de calor tierra-agua: aprovechan la energía solar acumulada en el terrenocomo fuente de calor. Este calor es extraído por la bomba de calor a través de un cir-cuito enterrado por el que circula agua con anticongelante (glicol). La complejidadde la instalación y la necesidad de disponer de una extensa superficie de terrenohacen que la inversión sea elevada, por lo que esta aplicación es más propia de zonascon temperaturas exteriores rigurosas en donde los equipos condensados por aire noson adecuados.

3.3. Lazo secundario. Sistemas de climatización

El lazo secundario es el encargado del intercambio de calor entre el lazo primario y ellocal a acondicionar.

Se conocen como sistemas de climatización las distintas formas de diseño y construcciónde un conjunto de aparatos que controlen los siguientes parámetros del local o locales aacondicionar:

• Temperatura del local.

• Humedad del local.

• Limpieza y pureza del aire del local.

• Ventilación del local con aire fresco.

Para poder cumplir estas cuatro funciones el equipo de climatización debe ser capaz de:

1. Calentar y Enfriar.

2. Humectar y Deshumectar.

3. Filtrar el aire para eliminar impurezas.

4. Ventilar.

Si un sistema no cumple alguna de estas funciones se le denomina climatización parcial.Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones alguno de estos parámetros, normalmen-te la humedad, se obvia. Esto se debe a que el control de humedad encarece notablemen-te la instalación y sólo es significativo en aplicaciones específicas como son laboratorios,museos, quirófanos, etc.

Una parte fundamental de la instalación de climatización es la llamada unidad de trata-miento de aire (U.T.A.) o climatizador. Será el elemento que se encargue de utilizar elcalor o el frío generado en el lazo primario para preparar el aire en las condiciones ade-cuadas a cada local.

Presentamos como ejemplo un pequeño esquema de un climatizador dotado de práctica-mente todos los dispositivos posibles. Las unidades habituales normalmente serán simpli-ficaciones de ésta. En el esquema se pueden apreciar diferentes zonas y dispositivos.

• El aire del local es aspirado por un ventilador (C1), denominado ventilador de retor-no. Este ventilador de retorno en muchas ocasiones se suprime, especialmente en


IMPRIMIR ÍNDICE

climatizadores de un tamaño relativamente pequeño. En caso de no disponer de ven-tilador de retorno, será el de impulsión (C2) el que tenga que superar la caída de pre-sión en los conductos de impulsión y retorno. En cualquier caso, el ventilador C1será el responsable de que el aire retorne y llegue a la zona 1 de la UTA con la pre-sión suficiente para provocar que parte del aire salga al exterior por la compuerta A.

• Parte del aire se expulsa al exterior, pasando por un cambiador de calor, que recibeel nombre de recuperador de calor. El resto pasa a la siguiente zona, llamada zonade mezcla (M). La cantidad de aire que se expulsa al exterior es igual al aire exte-rior aspirado. Las compuertas A y B estarán dimensionadas de manera que el míni-mo aire exterior que entre en la zona de mezcla sea el necesario para garantizar lasnecesidades de ventilación del local. Si el climatizador está funcionando en modorefrigeración y el aire exterior tiene una temperatura inferior al aire del local, lascompuertas A quedarán totalmente abiertas y las compuertas B totalmente cerradas,disminuyendo así las necesidades de producción de frío. De esta manera obtendre-mos lo que se denomina free-cooling o enfriamiento gratuito. El control sobre lascompuertas de aire exterior para aprovechar el free-cooling puede hacerse por tem-peratura o por entalpías.

• El ventilador C2, denominado ventilador de impulsión, es el encargado de superar lapérdida de presión a lo largo del climatizador y en los conductos de impulsión de aire.

• En la zona de mezclas, el ventilador C2 aspira de la zona 1 y del exterior. Se mez-clan ambos aires y pasan al punto M.

• La zona 3 es la denominada zona de filtrado. El aire, ya mezclado, pasa por un fil-tro que elimina el polvo del mismo.

Figura 3.6: Esquema de la Unidad de Tratamiento de Aire


IMPRIMIR ÍNDICE

• A continuación el aire pasa por la batería de frío, también llamada deshumectador.Esta batería consiste en un intercambiador de flujos cruzados, formado por tuboscon aletas por el interior de los cuales circula un fluido frío (generalmente agua) quese ha enfriado en el lazo primario. De esta manera, al enfriar el aire se puede provo-car la condensación de parte del agua contenida en el mismo, regulando de estaforma su humedad.

• Posteriormente se encuentra la batería de calor, formada por un cambiador de calorde flujos cruzados de tubos aleteados, con dos filas de tubos. Por los tubos circulaagua o vapor que también se ha calentado en el lazo primario. Con ello, se obtendríaun aire caliente con baja humedad relativa.

• Tras la batería de calor encontramos el humectador. Se utiliza para inyectar agua alaire, en forma de vapor o agua pulverizada. Esta sección es, probablemente, lamenos frecuente de todas las expuestas hasta ahora. Tal y como se comentó anterior-

Figura 3.7: Clasificación de los sistemas de Climatización basada en los criterios de ASHRAE


IMPRIMIR ÍNDICE

mente, en pocas ocasiones se disponen sistemas de climatización con control dehumedad, salvo en algunos casos especiales como museos, laboratorios, quirófanos,etc.

• Por último, el ventilador de impulsión (C2) es un ventilador axial o radial, depen-diendo de la pérdida de carga a vencer. Aspira aire de la zona de mezcla y lo impul-sa, directamente o a través de conductos, al local.

En cualquier caso, los sistemas de climatización se pueden clasificar atendiendo a dife-rentes criterios: tipo de preparación del aire, tipo de transporte de energía o tipo de regu-lación. La clasificación más utilizada es la que emplea ASHRAE (American Society ofHeating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) y es en la que se basa la mayorparte de la legislación española y casi todos los programas de cálculo y diseño de aireacondicionado. Esta clasificación se basa en el fluido de transporte de energía en el lazosecundario y, aunque es relativamente incompleta, pues hay ciertos sistemas que no seconsideran, es la más utilizada a efectos legales y académicos.

3.3.1. Sistemas de expansión directa

Los sistemas de expansión directa son aquellos que, funcionando en modo de refrigera-ción, emplean como batería de refrigeración el evaporador de un equipo de compresiónmecánica de vapor. El intercambio de calor con el local lo realiza el mismo fluido queintercambia el calor con el exterior. Es decir, están en el mismo sistema el lazo primarioy secundario.

Un sistema de expansión directa contiene todos los elementos del ciclo frigorífico (com-presor, condensador, válvula y evaporador), así como los elementos de regulación y con-trol, de movimiento del aire y de filtrado del mismo.

Se pueden distinguir dos grupos: equipos de condensación por agua y equipos de conden-sación por aire. Dicho de otra forma, equipos que emplean agua y equipos que usan elaire como fuente o sumidero de calor. Los equipos que emplean agua suelen tener un ren-dimiento mayor.

Ventajas

• Bajo coste de instalación.

• Instalación sencilla.

• El control individual por habitación es simple y barato.

• Fácil reposición de un aparato estropeado por uno nuevo o reparado.

• Capacidad de producir calefacción y refrigeración independientemente del modo deoperación de los otros espacios en el edificio.

• El ensamblaje de componentes en fábrica permite mejorar el control de calidad y lafiabilidad.


IMPRIMIR ÍNDICE

• El equipo está certificado en su conjunto por el fabricante en lo que se refiere a surendimiento, seguridad, etc.

• La operación de este sistema es sencilla y no necesita de especialización de los ope-radores.

• Requiere menor espacio para equipamiento mecánico y eléctrico que un sistemacentralizado.

• Los equipos pueden instalarse una vez terminado el edificio y permiten el remode-lado o modificación del uso de los distintos locales sin coste adicional importante.

• El consumo energético puede obtenerse de forma individualizada.

Inconvenientes

• Secado del ambiente. Para que el tamaño del equipo sea pequeño, las temperatu-ras de evaporación deben ser excesivamente bajas. Esto provoca que al pasar el airepor la batería se produzcan condensaciones del vapor de agua, secándose elambiente del local.

• La potencia sonora emitida suele ser más alta que en otros sistemas, pudiendo lle-gara a ser crítica. Sin embargo algunos aparatos de las últimas generaciones son muysilenciosos.

• Las opciones de mejoras de rendimiento global del sistema están limitadas ya queel caudal de aire y las baterías de evaporación y condensación son fijas.

• El control de la distribución del aire por el local es limitado.

3.3.2. Sistemas todo-aire

Estos sistemas se caracterizan porque toda la carga de refrigeración es contrarrestada uti-lizando solamente aire, que es impulsado al local.

Utilizan un caudal de aire, frío o caliente, que es enviado al local a acondicionar, encar-gándose directamente de conseguir la adecuada temperatura, humedad y limpieza delaire. Las unidades terminales que utiliza este sistema son las unidades de difusión (difu-sores y rejillas de todo tipo) y, en caso necesario, las unidades de control de la cantidadde aire a suministrar al local (compuertas o elementos de similar función).

Las unidades centralizadas son climatizadores que se encargan de enfriar o calentar, des-humidificar o humidificar, y limpiar el aire. Estas unidades climatizadoras pueden ser deltipo de expansión directa como parte de una unidad autónoma compacta o partida, o bienun climatizador de agua, en cuyo caso precisa de unidades enfriadoras de agua, bombasde calor aire/agua o agua/agua, o calderas.


IMPRIMIR ÍNDICE

Ventajas

• Los componentes principales están centralizados. Esto permite una mayor posibili-dad de elección de los equipos de filtración y ventilación, además de un mejor con-trol del nivel sonoro.

• Se evitan las conducciones eléctricas y de agua en los locales acondicionados.Evitamos así posibles peligros para el mobiliario.

• Posibilidad de enfriamiento gratuito (free-cooling). En caso de que el aire exteriortenga las condiciones de temperatura y humedad adecuadas, se puede utilizar pararefrigerar los locales sin necesidad de enfriarlo.

• Tiene grandes posibilidades de zonificación. Además se puede diseñar la instalaciónde manera que sea muy flexible frente a cambios en el edificio.

• Son fácilmente aplicables los sistemas de recuperación de calor.

• Amplias posibilidades de control de la humedad relativa.

• Es adecuado para aquellos locales en los que sea necesario un importante caudal deventilación.

• Al estar los equipos principales centralizados, en locales no habilitados y con todoslos equipos próximos entre sí, el mantenimiento se puede hacer con mayor facilidad.

Inconvenientes

• El aire necesita de grandes conductos para circular a lo largo del edificio sin produ-cir ruidos excesivos. Este problema es mucho mayor en España que en otros paísescomo en Estados Unidos, ya que la altura de los falsos techos es mucho menor.

• El equilibrado de conductos puede ser difícil y costoso si no existen reguladores decaudal.

• Las rejillas y difusores son un punto crucial en la decoración del local. Por este moti-vo, es necesaria la colaboración entre arquitecto, proyectista de instalaciones y deco-radores.

3.3.3. Sistemas agua-aire

Estos sistemas distribuyen aire y agua a los locales acondicionados, donde se encuentranlas unidades terminales. El aire y el agua se enfrían o calientan separadamente en insta-laciones centralizadas y desde ahí se distribuyen por todo el edificio. El aire que se sumi-nistra a los locales debe satisfacer las necesidades de ventilación.

Ventajas

• Al disponer de una unidad Terminal por zona o local, permite un control individua-lizado de la temperatura.


IMPRIMIR ÍNDICE

• Si está proyectado adecuadamente, permite al usuario elegir entre calefacción orefrigeración.

• Al utilizar el agua como fluido caloportador, el sistema de distribución requieremenos espacio que un sistema de aire.

• El caudal de aire es mucho menor que en un sistema todo aire, lo que reduce nota-blemente el tamaño de la unidad de tratamiento de aire.

• El control de humedad, filtrado y ventilación se encuentra centralizado en el clima-tizador.

Inconvenientes

• Los sistemas a dos tubos (sistemas por el cual se suministra o sólo frío o sólo calora todos los locales) dificultan la operación en épocas intermedias.

• El mantenimiento en estos sistemas suele ser inexistente, lo cual perjudica seriamen-te el funcionamiento del sistema. El rendimiento de las unidades terminales dismi-nuye por la habitual falta de limpieza.

• Dificultades para controlar la humedad de cada local.

3.3.4. Sistemas todo-agua

Utilizan como fluido caloportador una corriente de agua, fría o caliente, dependiendo desi el sistema está enfriando o calentando, que es transportada al interior del local a acon-dicionar, donde una unidad Terminal se encargará de aprovechar la temperatura del aguapara acondicionar el mencionado local.

Se deben considerar como sistemas aire-agua los sistemas de inducción, los fan-coils conaire de ventilación, y los paneles radiantes con ventilación. En tanto se suprimiera el airede ventilación y hasta su efecto refrigerante, los sistemas de fan-coil se considerarán todoagua.

También deben considerarse de este tipo los radiadores y los paneles radiantes.

3.4. Unidades terminales

La norma UNE 100-000-89 define la unidad terminal como equipo receptor de un fluidocaloportador de una instalación centralizada que entrega energía térmica al local.

Podemos distinguir entre unidades terminales para calefacción, como sería el caso de losradiadores, o unidades terminales para climatización, que nos permitirían su uso para cale-facción y refrigeración, como es el caso de los fan-coils, aerotermos y paneles radiantes.

A continuación se describirán todos ellos, aunque no todos serán adecuados para la cli-matización solar.


IMPRIMIR ÍNDICE

3.4.1. Radiadores

Los radiadores son unidades terminales por los que circula agua caliente, procedente delsistema de captación solar, como fluido caloportador. En los radiadores clásicos, la emi-sión de calor por convección es de aproximadamente el 80% del total, mientras que el20% restante se cede por radiación.

Para permitir la circulación del aire alrededor del radiador y favorecer así la convecciónnatural, éste se debe colocar a una distancia mínima de los cerramientos y el suelo, tal ycomo se muestra en la siguiente figura:

Un sistema de radiadores requiere que el agua llegue a una temperatura superior a 80º C,lo que implica la necesidad de mayor superficie de captación solar y una disminución delrendimiento de la misma.

El uso de la energía solar para calefacción debe llevar asociado un sistema de disipaciónde calor para la época estival como se ha comentado anteriormente, sistema de disipa-ción que puede consistir en una piscina descubierta o un sistema de refrigeración porabsorción. Cuanto mayor sea la superficie de captación mayor será el calor a disipar enverano.

Radiadores de hierro fundido

Los radiadores ordinarios de hierro fundido se componen de un cierto número de elemen-tos acoplados, cuyo número puede ampliarse o reducirse para adaptarlos a la potencia

Figura 3.8: Distancias mínimas de un radiador (Fuente: Manual de Calefacción y ACS, CAMPSA)


IMPRIMIR ÍNDICE

calorífica deseada. Los diseños actuales ofrecen grandes superficies, buena circulación deaire, resistencia mecánica, agradable estética, etc., de forma que su empleo se ha genera-lizado en el sector residencial.

En el interior del radiador el flujo de agua se dirige desde el colector superior al inferiorpor dos, tres y hasta seis columnas o ramas. El acoplamiento de los distintos elementosse efectúa por medio de manguitos roscados y juntas de estanqueidad.

Radiadores de chapa de acero

Se emplean en instalaciones de calefacción por agua caliente con requisitos de presióninferiores a los que soportan los radiadores de hierro fundido. La temperatura máxima esde 110º C.

Pueden ampliarse usando manguitos roscados y juntas.

Radiadores de aluminio

Los radiadores de aluminio se fabrican mediante fundición por inyección y por extrusión,son también de elementos acoplables, de poco peso y existen diseños estéticamente muyatractivos.

Figura 3.9:Radiador ROCAMod: Neo Clásico

Figura 3.10:Radiador ROCAde acero


IMPRIMIR ÍNDICE

Paneles de chapa de acero

Fabricados en acero estampado, ofrecen formas planas, poco voluminosas y de gransuperficie de radiación. El problema estriba en que no son modulares como en los casosanteriores.

En cualquier caso, los radiadores deben colocarse en la pared más fría del local y, gene-ralmente, debajo de las ventanas para contrarrestar la carga allí donde se produce, debien-do reforzarse el aislamiento posterior de la pared. Puesto que las corrientes de convecciónnatural tienen un alcance limitado, ninguna parte del local debe estar situado a más de 7metros de distancia de dicha pared.

En ensayos realizados según la norma UNE 9-015-86, los radiadores se montan a 50 ± 5mm de distancia de la pared y a 110 ± 10 mm del piso. Estas medidas son adecuadas tantodesde el punto de vista de la transferencia del calor al local como desde el punto de vistade su limpieza y con ellas se obtiene la potencia nominal del emisor. Si se reducen esasdistancias, diminuye la potencia emitida por el radiador.

3.4.2. Paneles radiantes

Este sistema consiste en la instalación de redes de tuberías por el suelo, paredes o el techode los locales, de forma que calienten o enfríen toda la superficie del suelo, pared o techo,climatizando el aire del local mediante radiación.

Se ha de indicar que la situación óptima de confort es la de pies calientes y cabeza fría,por lo que si se trata de proporcionar calefacción, lo ideal sería pasar agua caliente por unsuelo radiante; mientras que si lo que se persigue es refrigerar, lo aconsejable sería pasaragua fría por un techo radiante (techo frío) antes que hacerlo por un suelo radiante (suelorefrescante).

El suelo radiante ya fue inventado por los Romanos (Hipocasus), quienes hacían circularaire caliente por canales subterráneos a las viviendas provenientes de hogueras, de formaque el calor introducido en el suelo permitía que la radiación ambientase las casas. En laEspaña medieval este sistema se denominó Glorias.

Figura 3.11:RadiadoresROCA deAluminio


IMPRIMIR ÍNDICE

Hoy, la versión moderna es instalar en el solado tubos de polietileno reticulado PEX aunos 3 - 5 cm por debajo de la superficie, separados entre sí de 10 a 30 cm.

La calefacción por suelo radiante consiste básicamente en la emisión de calor por partedel agua que circula por tubos embebidos en la losa de hormigón que constituye el suelo.De esta forma conseguimos una gran superficie como elemento emisor de calor. En losmeses fríos el agua recorre, a una temperatura en torno a los 35 o 40º C, los tubos quecubren el suelo aportando el calor necesario para calefactar la vivienda.

Existe asimismo la interesante posibilidad de emplear este tipo de instalación para unaclimatización integral, proporcionando calefacción en invierno y refrigeración en verano.De este modo en los meses cálidos haremos circular agua en torno a 15º C (este valorvariará en función de la humedad relativa del local a fin de garantizar que no se produz-can condensaciones en la superficie del local) por la instalación, agua que absorberá elexceso de calor del local y proporcionará una agradable sensación de frescor.

En invierno, el agua que circula por el suelo radiante puede proceder directamente del sis-tema solar. Por el contrario, en verano, el agua (fría) procederá de un equipo de absorciónalimentado por el agua caliente procedente de la instalación solar.

Ventajas del suelo radiante

• Estética: No hay unidades terminales en el interior de la vivienda (radiadores, fan-coils, etc.) resultando la decoración muy beneficiada.

• Saludable: La agradable y uniforme temperatura de la vivienda y el suelo asegura unambiente sano y limpio, sin acumulación del polvillo quemado, sin turbulencias deaire y sin resecar el ambiente. Por eso, el suelo radiante está especialmente recomen-dado para guarderías, hospitales, residencias de ancianos, etc.

• Calefacción / Refrigeración de volúmenes con grandes alturas: A diferencia de otrossistemas, la temperatura se distribuye hasta los 2 o 2,5 m de altura, espacio ocupa-do por las personas, por lo que resulta ideal para calefactar o refrigerar grandes volú-menes.

• Aislamiento: El montaje del suelo radiante se realiza durante la construcción o reha-bilitación de la vivienda, una vez levantada la tabiquería, terminadas las instalacio-nes de fontanería y electricidad y lucidas las paredes.

En la instalación se aporta un aislamiento adicional al edificio que mejora notable-mente los parámetros del aislamiento térmico y acústico del mismo. Ello contribu-ye a conseguir mayor confort y economía reduciendo costes de mantenimiento.

• Bajo mantenimiento: El tubo de polietileno reticulado PEX es prácticamente indes-tructible, puede ser empotrado en hormigón, cal o yeso, no lo afecta la corrosión yla dilatación térmica del tubo no perjudica al pavimento.


IMPRIMIR ÍNDICE

• Seguridad: Todos los circuitos de suelo radiante empiezan y terminan en colectorescolocados por encima del suelo. No hay empalmes y la alta calidad de tubo de polie-tileno reticulado PEX asegura la total ausencia de averías.

El intercambio de calor/frío se efectúa por radiación con las personas y demás elementospresentes en el local a acondicionar, aportando la potencia calorífica (o frigorífica, segúnel caso) correspondiente a las cargas por transmisión, radiación (a través de muros, pare-des, y ventanas) y cargas internas, siempre que sean cargas sensibles sin componentelatente (ordenadores, luces, etc.).

El suelo y el techo radiante no pueden compensar las cargas latentes de refrigeración dellocal, pues, como es obvio, no pueden permitir la condensación de agua y, por tanto, novarían la humedad del local.

El sistema de techo radiante está compuesto por los mismos elementos que el sueloradiante, únicamente cambia la situación de los mismos que, como es lógico, se situaránen el techo en lugar de en el suelo. Como ya se ha indicado, el techo radiante se acoplamejor a la refrigeración de espacios que el suelo radiante.

Una instalación de climatización por suelo radiante/refrescante se compone del genera-dor, los elementos necesarios para la distribución del fluido y el sistema de regulación.

Los sistemas de suelo radiante/refrescante optimizan la utilización de generadores de lamáxima eficiencia energética, disminuyendo el consumo, reduciéndose la emisión decontaminantes a la atmósfera y respetando el medio ambiente. El empleo de captadoressolares térmicos se acopla perfectamente a estos sistemas, puesto que al trabajar a bajatemperatura optimizan el rendimiento de la instalación solar. La integración de máquinasde absorción aporta soluciones para la climatización integral de locales.

Elementos constitutivos del sistema de climatización por suelo radiante

• Tubo de plástico. Es un tubo de Polietileno de alta densidad, reticulado por radia-ción de electrones. Las técnicas puestas en servicio para la fabricación aseguran unagran regularidad dimensional (diámetro y espesor de las paredes) del mismo.

• Placas de aislamiento. Su función en el sistema es:

• Aislamiento térmico de la placa inferior, para que el calor no se pierda hacia elforjado inferior.

• Aislamiento fónico, amortigua los ruidos por choque.

• Soporte y guía de tubo. Por medio de los tacos – guía fundidos en la propiaplaca, se sujeta el tubo a la misma, pudiendo dejar separaciones entre tubos de10, 20 o 30 cm.

• Los cuatro lados de la placa disponen de unas entalladuras en toda su longitudque permiten unir unas con otras de forma rígida, eliminando al mismo tiempolos puentes térmicos entre ellas.


IMPRIMIR ÍNDICE

• Aislamiento periférico.Necesario para separar mecánica y fónicamente la placa basedel suelo radiante de los tabiques. Esto se consigue mediante el aislamiento perifé-rico, constituido por tiras rígidas de Poliestireno Expandido.

• Grapas de fijación. Para sujetar el tubo a las placas de aislamiento, se utilizan unasgrapas autoperforantes que, clavadas sobre los tacos-guía en las zonas curvas detubo, impiden que este se desplace de su posición.

• Conjuntos de distribución. Los diferentes circuitos formados por los tubos de polie-tileno reticulado van unidos a un colector de ida y otro de retorno. El tubo se une alcolector de ida por medio de una válvula de reglaje equipada con racor-adaptador.Al colector de retorno se une por medio de un detector con su racor correspondien-te. Cada colector puede ir equipado con una válvula de corte (de bola) y con un ter-

Figura 3.12: Composición del suelo radiante

Figura 3.13:Vista del suelo instalado,antes de solar

Figura 3.14:Aislamiento periférico


IMPRIMIR ÍNDICE

minal-T para colocación de un purgador automático y un grifo de vaciado. Loscolectores se fijan a la pared por medio de soportes metálicos, e irán instalados a unaaltura del suelo no inferior a 50 cm.

3.4.3. Fan-coils

En la UNE 9-015-86 se definen los convectores como unidades que ceden el calor delagua al aire ambiente casi exclusivamente por convección natural, esto es, por la diferen-cia existente entre las masas específicas de aire frío que penetra en el aparato y el airecalentado por el propio convector. Este consta de los colectores de ida y de retorno entrelos cuales se encuentran al menos dos tubos aleteados. El conjunto está contenido en unacarcasa que dispone de una abertura inferior para la entrada del aire y de otra superiorpara la salida de aire caliente.

Su etimología es conocida: proviene de la palabra inglesa fan, que se emplea aquí como“ventilador” y coil, que significa “batería”.

Los fan-coils son convectores de aire forzado. Constan de una carcasa en cuyo interiorse ha alojado la batería de tubos aleteados, el ventilador y el filtro. En servicio de invier-no se suministra agua caliente a la batería mientras que en servicio de verano puedeentregarse agua fría con salto 6/10º C, siendo esta doble posibilidad de servicio lo quepuede favorecer su elección como unidad terminal. En la aplicación con suministro deagua caliente procedente de captadores solares el diseño nominal es 45/40º C. El caudalde aire impulsado, que oscila entre los 300 y los 1.400 m3/h, es una indicación de supotencia.

Existen ejecuciones para montaje en suelo, pared y techo, pudiendo admitir aire de ven-tilación procedente del exterior, el cual se hace llegar al fan-coil por una abertura practi-cada en la pared o por medio de un conducto.

Figura 3.15:Colector-distribuidorpara climatizacióncon suelo radiante


IMPRIMIR ÍNDICE

Partes esenciales de un fan-coil

• Filtro. En la aspiración del fan-coil se dispone un filtro para eliminar las partículasmás gruesas del aire.

Este filtro no puede imponer una resistencia considerable al paso del aire, lo quelimita enormemente su eficacia frente a partículas pequeñas. De hecho, su misión sereduce casi a retener las partículas más gruesas que pudieran obstruir el paso de airepor las baterías.

• Motor. El motor de accionamiento de un fan-coil tiene una importancia decisiva enla calidad del aparato. Suelen ser monofásicos con tensión nominal 230 V.

• Ventiladores. Normalmente, los tamaños más pequeños de fan-coils tienen un soloventilador, cuyo rodete está acoplado en el extremo del eje del motor.

El ventilador de un fan-coil es una parte esencial del aparato en la que puede influirmuy poco el proyectista de una instalación. Este deberá resumir sus necesidades exi-giendo regulación de velocidad y unos espectros aceptables de potencia acústicaemitida (radiada y comunicada a la corriente de aire).

• Baterías. La elección de un fan-coil debe tener en cuenta que las caídas de presiónen baterías, para los distintos modelos y potencias elegidos, sean similares y com-patibles con el método de regulación del caudal de agua en las baterías. Se han deelegir las bombas de circulación del agua para la mayor caída de presión previsibley, con ello, condenar al sistema a un gasto permanente de energía absolutamenteinútil, perdiendo la presión sobrante en válvulas de estrangulamiento (o de equili-brado).

Los acondicionadores de fan-coil están provistos generalmente de tres velocidades delventilador (superior, media e inferior), seleccionándose para enfriamiento nominal a lavelocidad media. Es una forma de asegurar el funcionamiento silencioso y permitir ade-más un factor de seguridad en el caso de aumentar la carga de la habitación.

Figura 3.16:Croquis de fan-coilvertical.


IMPRIMIR ÍNDICE

Dado que el salto de temperatura que es posible obtener de los fan-coil funcionando conagua caliente para calefacción es superior al proporcionado cuando se suministra aguafría para enfriamiento, una unidad seleccionada para enfriamiento es capaz casi siemprede dar suficiente capacidad de calefacción. Generalmente, los ventiladores trabajarándurante la estación invernal en su punto más bajo.

3.4.4. Aerotermos

Los aerotermos son aparatos diseñados para la climatización de almacenes, naves indus-triales, invernaderos, polideportivos, etc. Mediante agua caliente o fría climatizan el aireque toman del local o del exterior, impulsado por un ventilador.

El aire lo lanzan directamente al local, y la homogeneidad de temperaturas que se obtie-ne en los recintos es mejor que con otros sistemas de calefacción.

La instalación de aerotermos posibilita una fácil y económica automatización del controlde temperaturas en los locales.

Su instalación es muy simple: pueden montarse suspendidos de soportes que llevan alefecto, o apoyados sobre soportes convencionales.

Se considerarán condiciones normales de utilización aquellas situaciones de funciona-miento en las que ni la temperatura ni la humedad son extremas, así como los ambientesexentos de agentes que ataquen los materiales como ocurre en ambientes salinos, excesi-vamente arenosos, etc.

La entrada del agua en la batería se hará a una temperatura máxima aproximada de 100ºC. Se entiende que la batería está concebida para la circulación de agua en su interior.

Figura 3.17: Diferentes tipos de fan-coil

Figura 3.18:Despiece deun aerotermo


IMPRIMIR ÍNDICE

Partes esenciales de un aerotermo

• Baterías de agua. Son los elementos intercambiadores de calor o frío. Se constru-yen con tubos de cobre y aletas de aluminio turbulenciados, de alto rendimiento enel caso de agua caliente.

• Ventiladores. Son de tipo axial, ejecutados en materiales no corrosivos. Están equi-librados estática y dinámicamente y van directamente colocados en el eje de losmotores.

• Motor.

• Envolvente metálica en chapa galvanizada.

3.5. Resumen. Elección del sistema de climatización

Existen gran cantidad de tipologías de sistemas de climatización. La elección de uno uotro dependerá del comportamiento térmico del edificio y del uso a que sea destinado.

El análisis de las características del edificio y su uso permitirá obtener la demanda ener-gética de climatización del mismo. Posteriormente, en función de la curva de demanda yde los valores obtenidos se deberá seleccionar el sistema de climatización que mejor seadapte al edificio.

Por tanto la selección de un sistema de climatización requiere:

• Conocimiento de las necesidades del edificio, algunas de las cuales son genéricaspara todo tipo de inmueble y otras son específicas del mismo.

• Conocimiento de las posibilidades de los diferentes sistemas de climatización.

• Optimización técnico-económica entre los posibles sistemas capaces de satisfacerlas exigencias requeridas.

De forma general, en la elección de uno u otro sistema se prestará especial atención a lossiguientes aspectos:

• Coste de la instalación y mantenimiento.

• Necesidades de control de la temperatura y humedad.

• Necesidades de ventilación de los locales.

• Nivel sonoro máximo permitido.

• Espacios disponibles para la instalación.

En sistemas de climatización mediante energía solar térmica se procurará optimizarel rendimiento de la instalación mediante la elección más adecuada de unidades ter-minales.


IMPRIMIR ÍNDICE

- En el caso de los sistemas de calefacción es recomendable la utilización de sueloradiante como unidad terminal, ya que al trabajar a menor temperatura implica unmejor rendimiento del sistema solar y, por tanto, un mayor ahorro energético.

- Para los sistemas de refrigeración es recomendable la utilización de suelo o techorefrescante, ya que al no necesitar temperaturas tan bajas como en otros sistemasde distribución se obtiene un mejor rendimiento del equipo de absorción y, portanto, un mayor rendimiento global de la instalación solar, es decir, un mayor aho-rro energético.

IMPRIMIR ÍNDICE

4Refrigeraciónpor absorción

REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN 66

IMPRIMIR ÍNDICE

Refrigeraciónpor absorción4

4.1. Introducción

El ciclo termodinámico de enfriamiento por absorción, al igual que el de compresión, sebasa en la necesidad del fluido usado como refrigerante de obtener calor del fluido a enfriarpara poder cambiar del estado líquido al de vapor cuando se le hace pasar de una presióna otra más baja.

En los equipos de refrigeración, el fluido en estado líquido se encuentra a más alta presiónen el condensador y se le hace fluir al evaporador a baja presión donde obtiene de su entor-no el calor necesario para poder evaporarse. Este refrigerante en estado vapor se devuelve aalta presión al condensador donde cede el calor que ha obtenido por encontrarse a mayortemperatura, volviendo al estado líquido para empezar de nuevo el ciclo. Con ello se lograel objetivo de sacar calor de un espacio, el evaporador, enfriándolo, para disiparlo en otro,el condensador.

Mientras que en el ciclo de compresión la circulación del fluido y el efecto de la presión seobtiene con un compresor mecánico, en el ciclo de absorción se logra aportando calor algenerador donde el refrigerante está mezclado con otro fluido denominado absorbente ycuya función es absorber el vapor en la zona de baja presión para poder devolverlo en formalíquida al generador.

El ciclo de absorción no es un descubrimiento reciente, de hecho es más antiguo que el decompresión mecánica. Sus antecedentes pueden situarse en 1755, cuando el escocésWilliam Cullen consiguió obtener una pequeña cantidad de hielo en una campana dondemantenía una presión reducida. Poco después, en 1777, otro escocés, Gerald Nairne, intro-ducía ácido sulfúrico en la campana de Cullen, de manera que el vapor de agua fuera absor-bido por este, dejando espacio para permitir una mayor evaporación de agua. Algo mástarde, en 1810, John Leslie coloca dentro de la campana, bajo vacío, un recipiente con elagua a evaporar y en el fondo otro recipiente con el ácido sulfúrico, logrando una produc-ción de 3 kg de hielo por hora. Pero es finalmente el francés Ferdinand Carré, quién cons-truye y comercializa en 1890 la primera máquina de absorción, destinada principalmente ala fabricación de hielo, utilizando amoniaco como refrigerante y agua como absorbente.

Sin embargo, los críticos equilibrios termodinámicos que precisaba la absorción para sufuncionamiento, así como los bajos rendimientos obtenidos inicialmente, habrían hechoproblemática su utilización práctica.


IMPRIMIR ÍNDICE

Hasta los años sesenta del pasado siglo XX, esta técnica se desarrolló especialmente enlos Estados Unidos, para posteriormente evolucionar principalmente en Japón hasta losequipos actuales. Existen equipos de llama directa en los que el calor es aportado por unquemador de combustible y otros por agua caliente que utilizan la energía de origen solar.

La producción de frío se consigue aprovechando el hecho de que los refrigerantes absor-ben calor cuando se evaporan y lo devuelven cuando condensan. En refrigeración intere-sa quitar calor del recinto frío y, para conseguirlo, el refrigerante debe evaporarse a unatemperatura menor que la del recinto a refrigerar.

Por tanto, la elección de un determinado refrigerante depende de la temperatura de con-densación y evaporación del mismo, que a su vez son función de la presión de trabajo.Además, el refrigerante debe tener un calor latente lo más elevado posible.

Las máquinas de absorción no utilizan CFC ni HCFC, que son los gases causantes delefecto invernadero y de la destrucción de la capa de ozono. Es por ello que los sistemasde climatización por absorción que utilizan el agua o el amoniaco han cobrado una espe-cial relevancia, lo cual ha llevado a gran parte de los principales fabricantes mundiales deequipos de refrigeración a volver sus miradas hacia la tecnología de absorción.

El desarrollo de esta tecnología se ha derivado en dos grandes grupos según el refrigeran-te y el tipo de absorbente utilizado:

• Uno de ellos utiliza una solución de amoniaco y agua siendo el amoniaco el refri-gerante y el agua el absorbente. Este tipo de máquinas se emplean en la industria,debido a que son capaces de obtener temperaturas por debajo de 0º C.

• El otro grupo emplea una solución de bromuro de litio con agua, donde ésta actúacomo refrigerante siendo las sales de BrLi el absorbente. Este tipo de máquinas seemplean en la climatización de edificios debido a que las temperaturas más bajasalcanzables son de 5º C.

4.2. Máquina de absorción

Los sistemas de refrigeración por absorción requieren energía térmica para su acciona-miento. Esta energía térmica se podría obtener de la radiación solar mediante una instala-ción de captadores solares térmicos.

En referencia a la aplicación de la energía solar térmica, los sistemas de refrigeración porabsorción pueden clasificarse en función del fluido de trabajo utilizado (Figura 4-1).

De forma práctica, podemos decir que las máquinas de absorción de H20/BrLi(Agua/Bromuro de Litio) pueden ofrecer temperaturas de refrigeración de hasta 5º C,mientras que las de NH3/H2O (Amoniaco/Agua) pueden llegar hasta -60º C. Por ello, latecnología de H20/BrLi es la preferida para aplicaciones de climatización doméstica y lade NH3/H2O para las industriales.


IMPRIMIR ÍNDICE

Las máquinas de absorción funcionan según el sencillo concepto de, a una presión abso-luta baja, el agua hierve a temperatura baja y, conforme se aumenta la presión, esta tem-peratura aumenta.

El ciclo de Absorción consta de cuatro partes básicas:

Figura 4.1: Diferentes tipos de Refrigeración Solar

Figura 4.2: Ciclo de absorción


IMPRIMIR ÍNDICE

• Evaporador. Es la sección en la que se produce la evaporación, a una temperaturade aproximadamente 3º C, del agua a baja presión (que actúa como refrigerante) alabsorber el calor del fluido que circula por el exterior del evaporador, el cual esenfriado hasta un mínimo de 4,5º C.

• Absorbedor. El vapor de agua producido en el evaporador pasa a este cuerpo dondese pone en contacto con una sal hidrófila en una solución muy concentrada. De estamanera la solución concentrada absorbe el vapor de agua.

• Generador. En el generador se procede a la evaporación, mediante la aportación tér-mica suficiente (fluido a temperaturas entre 80 y 130º C), del agua de la solucióndiluida de la sal hidrófila. La solución concentrada acabará volviendo al absorbedor,mientras que el vapor de agua pasa al condensador.

• Condensador. El agua evaporada procedente del generador se condensa y enfríahasta aproximadamente 36º C. Esto se logra mediante el uso de agua fría proceden-te de una torre de refrigeración normalmente entre 27 y 32º C. Una vez condensada,se expande y pasa al evaporador cerrándose así el ciclo.

La Figura 4-3 muestra, en forma esquemática, los componentes con los que debe contar unsistema de aire acondicionado solar por absorción, así como los flujos térmicos asociados:

Calorrechazado

al ambiente

LocalClimatizado

Subsistemarefrigeración

Sistema

auxiliar

Captadores solares

Radiación solar

Acumulación

agua

caliente

Acumulación

agua

fria

Figura 4.3: Flujos térmicos en un sistema de refrigeración solar


IMPRIMIR ÍNDICE

• Campo de captadores solares.

• Sistema de refrigeración por absorción de bromuro de litio-agua, que puede ser unsistema convencional de un efecto, de doble efecto o medio efecto.

• Sistema de almacenamiento de la fuente caliente que se requiere por el carácterintermitente del recurso solar.

• Sistema para rechazar calor al ambiente, que normalmente para los sistemas de bro-muro de litio-agua consiste en una torre de refrigeración.

• Subsistema de utilización del frío producido por el sistema de absorción, que puedeconsistir o no en un sistema de almacenamiento de frío, y sistema de distribución deagua (por suelo o techo refrigerante) o de aire (serpentines de enfriamiento de aire o“fan coils”).

• Sistema de calentamiento auxiliar que debe considerarse en un sistema de enfria-miento con energía solar, consistente en una caldera convencional.

Este esquema general tendrá obviamente modificaciones en cada uno de los sistemas quese diseñen, dadas las características únicas de cada proyecto concreto.

4.2.1. Ciclo de absorción de simple efecto

El ciclo que se describe a continuación es concretamente el empleado por las unidadesque utilizan como energía el calor contenido en un circuito de agua caliente procedentede un campo de captadores solares.

El fenómeno de absorción utiliza como fluido de trabajo una solución de agua y bromu-ro de litio, bajo presiones muy bajas, próximas al vacío absoluto. El agua es el refrigeran-te y el bromuro de litio es una sal estable, con alta afinidad con el vapor de agua, que,además, tiene la particularidad de reducir en gran medida la presión de vapor de las solu-ciones de las que forma parte.

El generador está constituido por un intercambiador de calor multitubular, a través delcual es calentada la solución de agua y bromuro de litio, provocando la separación devapor de agua que constituye el fluido refrigerante y una solución diluida de agua conbromuro de litio que es el absorbente.

Empezamos en el generador que está situado en la parte superior izquierda del gráfico,donde la solución acuosa (denominada solución diluida) contiene un 52% de BrLi. Por elcircuito primario del generador circula el agua caliente que aporta la energía necesariapara hacer funcionar el sistema. Éste agua caliente entra nominalmente a una temperatu-ra de 88º C en el circuito primario del generador, saliendo de él a 83º C. Mientras, en elcircuito secundario del generador, es decir en el circuito de refrigeración, la presión abso-luta es de 13 kPa.


IMPRIMIR ÍNDICE

Por efecto del calor aportado por el circuito primario de agua caliente, el agua de la solu-ción diluida entra en ebullición y el vapor formado se encamina hacia el recipiente con-tiguo que es el condensador. Debido a esta separación de vapor, la solución restante,denominada solución concentrada, se concentra hasta un 56% de BrLi dirigiéndose enestas condiciones hacia el intercambiador de calor situado en la parte inferior del esque-ma. Mientras, en el condensador, el vapor de agua es enfriado hasta 36º C gracias al cir-cuito de agua procedente, por ejemplo, de una torre de refrigeración que entra a lamáquina a una temperatura de 31º C, condensando el vapor de agua y convirtiéndolo enlíquido.

Este líquido refrigerante es introducido, por diferencia de presión, en el evaporadordonde se mantiene una presión absoluta de 0,9 kPa, evaporándose a 3º C al adquirir elcalor necesario para ello del circuito de agua a refrigerar, rebajando su temperatura a 7ºC suponiendo que ha entrado de la instalación a 12º C.

Al mismo tiempo, la solución concentrada al 56% de BrLi procedente del generador fluyeen el absorbedor, que comparte espacio y presión con el evaporador, siendo el vapor deagua contenido en éste absorbido por el BrLi debido a su afinidad con el agua, diluyen-do la concentración de BrLi de nuevo al 52%. Ello permite eliminar el vapor a medidaque se produce y continuar manteniendo la presión de 0,9 kPa en el espacio compartidopor el evaporador y el absorbedor.

Figura 4.4: Ciclo de absorción de simple efecto de YAZAKI


IMPRIMIR ÍNDICE

El fenómeno de la absorción produce calor que a su vez es eliminado por el mismo cir-cuito de enfriamiento antes de dirigirse al condensador. Finalmente, la solución diluida al52% de BrLi por la absorción del vapor, es aspirada por la bomba de solución (SP) paraenviarla de nuevo al generador donde se reinicia el proceso, pasando previamente por unintercambiador de calor que permite aumentar el rendimiento del ciclo.

4.2.2. Ciclo de absorción de doble efecto

Debido a las limitaciones del ciclo de un solo efecto, esta tecnología no toma ventaja defuentes de energía de mayor temperatura, como podrían ser captadores del tipo tubo devacío. Esto se debe a que el COP de un sistema de un solo efecto es bastante insensiblea un incremento de temperatura por irreversibilidades asociadas a la transferencia decalor. Por lo tanto, el COP de una máquina térmica de un solo efecto es del orden de 0,7y en esencia, independiente de la temperatura de la fuente térmica.

Para lograr mayores eficiencias, es necesario un ciclo que aproveche la disponibilidad(energía) asociada a una mayor temperatura de una fuente térmica. La tecnología de sis-temas de refrigeración por absorción de bromuro de litio-agua de doble efecto es una tec-nología que produce eficiencias más altas y permite competir con los sistemas convencio-nales de compresión de vapor al obtener coeficientes de rendimientos COP en el rango de

Figura 4-5. Ciclo de absorción de doble efecto de YAZAKI


IMPRIMIR ÍNDICE

1,0 a 1,2. En este tipo de ciclos, la energía solar se va a emplear como apoyo, pasando adenominase ciclo de efecto combinado, como se verá en puntos posteriores.

Es importante aclarar que los sistemas de doble efecto de llama directa son disponiblescomercialmente y representan ya una tecnología madura.

Comenzando por el generador de alta temperatura, que está situado en la parte inferiorizquierda del gráfico, la solución acuosa (denominada en este punto solución diluida) semantiene a una temperatura de 135º C con un contenido del 54% de BrLi. Por efecto delcalor aportado por el quemador de gas, la temperatura de la solución diluida asciendehasta un valor nominal de 147º C y a una presión a 75 kPa, lo que provoca la ebullicióndel agua que asciende a través de la bomba de burbujas hasta alcanzar el separador prin-cipal, el cual es atravesado únicamente por el vapor de agua. Como resultado de la sepa-ración del vapor, la solución restante se concentra a un valor de 56% de BrLi en agua(solución semiconcentrada) la cual fluye del separador hacia el intercambiador de altatemperatura donde es enfriada por la solución diluida (se verá más adelante) hasta 75º C,entrando a continuación en el generador de baja temperatura.

En paralelo, el vapor de agua a la temperatura de 147º C, después de atravesar el separa-dor principal, circula por el circuito primario del generador de baja temperatura aportan-do calor a la solución semiconcentrada que está en el secundario de éste. Como conse-cuencia de este intercambio de calor, parte del agua de la solución semiconcentrada hier-ve liberando vapor refrigerante adicional a una temperatura de 78º C y una presión de 5,6kPa. Esta segunda separación de vapor de la solución permite aumentar el rendimiento dela máquina y es la razón por la que esta variante del ciclo se denomine de doble efecto.

El vapor separado en el generador de baja temperatura atraviesa el separador secundarioy alcanza el condensador donde se reúne con el vapor generado en la primera etapa, o sea,en el generador de alta temperatura.

En el condensador, el circuito por el que circula el agua de enfriamiento procedentegeneralmente de una torre de refrigeración, enfría el vapor hasta 41º C condensándoloy formando el agua que es el líquido refrigerante. Éste líquido entra en el evaporadordebido a la diferencia de presión y al encontrarse en un espacio donde la presión abso-luta es de solo 0,7 kPa se evapora a una temperatura de 3,3º C, adquiriendo el calor nece-sario para ello del agua a refrigerar que está circulando por un serpentín situado dentrodel evaporador. Gracias a ello el agua del circuito de refrigeración desciende a la tempe-ratura de 7º C.

Mientras, la solución semiconcentrada, al reducir su contenido de agua por efecto de laevaporación en el generador de baja temperatura, concentra su contenido de BrLi hastaun 58% pasando a denominarse solución concentrada. En estas condiciones fluye a tra-vés del intercambiador de calor de baja temperatura donde cede calor a la solución dilui-da que circula por su circuito secundario (volveremos sobre ello más adelante) reducien-do su temperatura hasta 40º C.


IMPRIMIR ÍNDICE

A continuación la solución concentrada entra en el absorbedor que es un espacio com-partido con el evaporador y en el que se encuentra un serpentín por el que circula agua deenfriamiento a una temperatura máxima de 29,5º C procedente de una torre de refrigera-ción externa a la máquina. Dentro del absorbedor, el BrLi de la solución concentrada, gra-cias a su alta afinidad con el agua, absorbe el vapor producido en el evaporador permi-tiendo mantener constante la presión en éste. Al mismo tiempo, el agua de enfriamientoque circula por el serpentín del absorbedor elimina durante el proceso de absorción elcalor aportado al vapor de agua en el evaporador.

Como toda el agua separada de la solución en los dos generadores, el de alta y el de bajatemperatura, ha llegado finalmente al absorbedor, en este espacio la solución se diluye denuevo hasta el 54% inicial, o sea, vuelve a ser solución diluida. Desde el absorbedor,dicha solución es aspirada por la bomba de solución haciéndola pasar primero por elintercambiador de baja temperatura calentándose, como hemos visto antes con el calorcedido por la solución concentrada, y, a continuación, por el intercambiador de calor dealta temperatura donde, como también se ha indicado, adquiere el calor cedido por lasolución semiconcentrada, entrando finalmente en el generador de alta temperatura dondede nuevo se inicia el ciclo.

Las temperaturas y los niveles de concentración del BrLi pueden sufrir algunas variacio-nes según el fabricante e incluso el modelo del equipo. El ciclo descrito es el denomina-do de circuito en serie ya que los fluidos circulan en serie a través de los distintos dispo-sitivos. Algunos fabricantes han introducido variaciones a este circuito, especialmente enunidades de gran potencia, con el propósito de disminuir la cantidad de fluido a circulary el volumen de la máquina.

Ventajas y desventajas de los sistemas de doble efecto operando con energía solar

Es claro que un sistema de doble efecto es más costoso que un sistema de simple efecto dela misma potencia, sin embargo, al tener una eficiencia del orden de 1,1 en lugar de 0,7,requiere una menor cantidad de energía (aunque a mayor temperatura), que el sistema desimple efecto. Si se dispone de captadores solares de alta temperatura adecuados, se reque-rirá un área de captadores menor que el de simple efecto, así como una torre de enfriamien-to menor. También es posible optar por un sistema de captadores planos que precalientan elagua, siendo menor el salto térmico que tiene que efectuar la caldera para adecuar el aguaa la temperatura de entrada, solución adoptada por el ciclo de efecto combinado.

4.2.3. Ciclo de efecto combinado

En la Figura 4-6 se muestra el esquema de un ciclo de efecto combinado. La única dife-rencia respecto a la máquina de doble efecto es la posibilidad de realizar un aporte deenergía solar al Generador_11. De esta forma la máquina de efecto combinado presentalos siguientes modos de funcionamiento:

1 _1: media presión. _2: alta presión


IMPRIMIR ÍNDICE

• Como ciclo de simple efecto y, por lo tanto, con un rendimiento de 0,7. Este modode funcionamiento es el adecuado cuando la energía solar disponible es suficientepara satisfacer en su totalidad la demanda frigorífica. El aporte energético se realizaen el generador de baja temperatura a un nivel térmico (85º C) que permite el uso decaptadores solares planos.

• Como ciclo de efecto combinado, en el que el aporte solar al Generador_1 y el accio-namiento mediante energía convencional en el Generador_2 se producen de formasimultánea. La máquina funciona en este caso proporcionando más potencia frigo-rífica con un rendimiento intermedio entre el rendimiento del ciclo de doble efectoy el de simple efecto.

• Como ciclo de doble efecto y con un rendimiento de 1,1. En este caso la máquina esaccionada únicamente mediante energía convencional (por ejemplo una caldera degas natural), resultando competitiva con los sistemas de compresión si referimos losrendimientos a la energía primaria consumida.

Así, el ciclo de efecto combinado aúna las siguientes ventajas:

• El nivel térmico de aprovechamiento de la energía solar permite la utilización decaptadores solares planos.

• Cuando la energía solar disponible es insuficiente para cubrir la demanda frigorífi-ca o ésta aumenta, la máquina es accionada con energía convencional, consiguiendomayor potencia frigorífica y presentando rendimientos equivalentes a los consegui-dos por los sistemas convencionales de compresión.

log p

- (1/T)

Condensador_2

Condensador_1

EvaporadorAbsorbedor

Intercambiador_1

Intercambiador_2

Generador_1

Generador_2

Energíaconvencional

Energía solar

Qc2G1

Figura 4.6: Esquema del ciclo de efecto combinado


IMPRIMIR ÍNDICE

4.2.4. Absorción rotativa

Con el objetivo de ampliar las posibilidades y bonanzas que proporciona la refrigeraciónsolar, la empresa Rotártica, S.A. ha desarrollado una tecnología diferente denominadaAbsorción Rotativa, que, como base de un producto comercial, hace posible laRefrigeración Solar en el sector terciario y mercado residencial.

La diferencia tecnológica que confiere la Absorción Rotativa a los equipos Rotártica res-pecto a otras unidades de absorción de bromuro de litio y agua, está basada en que el cicloentero gira con el fin de intensificarlo y aumentar el rendimiento, siendo el efecto másnotorio el aumento de rendimiento y la no necesidad de conexión a torre de refrigeración,aún siendo un ciclo estándar de BrLi y agua. La eficiencia que posibilita la rotación, nosólo en la transmisión de calor, sino especialmente en la transferencia de masa, permitecompletar el ciclo termodinámico de absorción sin perder un grado en lo que a concen-tración de refrigerante se refiere, permitiendo así un gradiente térmico entre los focos fríoy caliente (evaporador y condensador) más elevado de lo normal.

Como consecuencia de ello, se disminuyen el tamaño y el peso de la unidad y la efecti-vidad del sistema aumenta, incrementándose además el salto térmico (temperatura delagua caliente a la salida - temperatura del agua fría a la salida) con lo que se elimina lanecesidad imperativa de instalar torre de refrigeración y con ello el peligro de prolifera-ción de la bacteria denominada legionella.

Para conseguir la Absorción Rotativa, se han tenido que desarrollar nuevos componentes,entre los que se encuentran:

• Intercambiador de solución: intercambiador de placas de acero inoxidable, cuyofundamento consiste en cruzar los caudales de solución pobre en refrigerante queviaja del generador al absorbedor con los caudales de solución rica en refrigeranteque circula en sentido inverso.

Figura 4.7:Sección del cuerpode la máquina deabsorción rotativa


IMPRIMIR ÍNDICE

• Bomba de solución: la mayoría de las máquinas de absorción cuentan con unabomba de consumo eléctrico para bombear la solución de BrLi con refrigerante delabsorbedor al evaporador. En el caso de la Tecnología Rotártica, la bomba consisteen un mecanismo que pende de un rodamiento insertado en el eje, de forma quecuando la unidad rotativa gira, el bombeo se produce gracias a la presión estática quedesarrolla el líquido que gira solidario a la unidad rotativa.

• El colector y distribuidor de agua de los tres circuitos cerrados, que consigue trans-ferir los fluidos de un entorno rotativo a un entorno estático, soportando temperatu-ras de hasta 120º C en el lado del generador.

En resumen son dos principalmente los efectos destacados del giro de este ciclo de absor-ción:

• El buen mojado de los intercambiadores, tanto los de calor (evaporador), como losde calor y masa (generador y absorbedor), lo que revierte en el incremento de amboscoeficientes de transferencia de calor y masa.

• La película de líquido de mojado de estos intercambiadores es extremadamente del-gada, del orden de micras de espesor, lo cual facilita la transmisión de calor desdelas mismas al medio líquido de transporte de calor.

Figura 4.8:Intercambiadorde Solución

Figura 4.9: Colector y

Distribuidor de agua


IMPRIMIR ÍNDICE

4.3. Justificación de la elección del sistema bromuro de litio-aguafrente al de agua-amoniaco

La gran mayoría de los sistemas de absorción para aire acondicionado que se vendencomercialmente están basados en la tecnología de la mezcla bromuro de litio/agua, dondeel absorbente es una solución acuosa relativamente concentrada de sal de bromuro delitio, y el agua es el refrigerante.

Desde el punto de vista de un sistema de evaporación del refrigerante, el agua como refri-gerante presenta un calor latente de vaporización más alto por unidad de masa, con valo-res de casi el doble, que el amoniaco y una temperatura crítica más alta. Es excelentedesde el punto de vista de seguridad, así como en su costo y disponibilidad.

El agua y el bromuro de litio son totalmente inocuos para el medio ambiente. El BrLi esuna sal similar a la sal común (ClNa), que, como ella, tiene una gran afinidad con el agua,absorbiéndola fácilmente.

La desventaja principal del agua consiste en no poderse utilizar para aplicaciones pordebajo de los cero grados centígrados. Otra desventaja, es la presión de vapor relativa-mente baja, a la cual hay que evaporar el agua. Cerca de los cero grados centígrados, lapresión de vapor del agua es de solo unos cuantos milímetros de mercurio, lo cual impli-ca que tenga un alto volumen específico y, por tanto, obliga a aumentar el tamaño de losequipos que trabajan cerca del vacío absoluto. Esto tiene implicaciones en la construcciónde sistemas que requieren de técnicas que deben ser sumamente precisas.

El otro problema de la mezcla bromuro de litio - agua, es que la mezcla no es totalmen-te soluble en todas proporciones, como sucede con la mezcla amoniaco - agua, sino quepor encima de valores cercanos al 70% en peso, la mezcla cristaliza a la temperaturaambiente, lo cual hace que en los sistemas comerciales se tengan que tomar precaucionespara evitar este problema.

Deberá tenerse en cuenta que es necesario agregar inhibidores contra la corrosión debidoa que el bromuro de litio corroe el acero inoxidable.

Figura 4.10:Máquinas deabsorción rotativa


IMPRIMIR ÍNDICE

4.4. Torres de refrigeración y legionella

Las torres de refrigeración se utilizan normalmente para disminuir la temperatura delagua de los circuitos de disipación mediante la transferencia de calor y materia al aire quecircula por el interior de la torre. A fin de mejorar el contacto aire-agua, se utiliza unentramado denominado relleno. El agua entra en la torre por la parte superior y se distri-buye uniformemente sobre el relleno utilizando pulverizadores. De esta forma, se consi-gue un contacto óptimo entre el agua y el aire atmosférico.

El relleno sirve para aumentar el tiempo y la superficie de intercambio entre el agua y elaire. Una vez establecido el contacto entre el agua y el aire, tiene lugar una cesión de calordel agua hacia el aire. Ésta se produce debido a dos mecanismos: la transmisión de calorpor convección y la transferencia de vapor desde el agua al aire, con el consiguienteenfriamiento del agua debido a la evaporación.

En la transmisión de calor por convección, se produce un flujo de calor en dirección alaire que rodea el agua a causa de la diferencia de temperaturas entre ambos fluidos.

La tasa de enfriamiento por evaporación es de gran magnitud en las torres de refrigera-ción; alrededor del 90% es debida al fenómeno difusivo. Al entrar en contacto el aire conel agua se forma una fina película de aire húmedo saturado sobre la lámina de agua quedesciende por el relleno. Esto es debido a que la presión parcial de vapor de agua en lapelícula de aire es superior a la del aire húmedo que circula por la torre, produciéndoseuna cesión de vapor de agua (evaporación). Esta masa de agua evaporada extrae el calorlatente de vaporización del propio líquido. Este calor latente es cedido al aire, obtenién-dose un enfriamiento del agua y un aumento de la temperatura del aire. La diferencia detemperaturas del agua a la salida y la temperatura húmeda del aire se llama acercamien-to o aproximación, ya que representa el límite termodinámico de enfriamiento al quepuede llegar el agua.

4.4.1. Clasificación de las torres de refrigeración

La forma más simple y usual de clasificar las torres de refrigeración es según la forma enque se mueve el aire a través de éstas. Según este criterio, existen torres de circulaciónnatural y torres de tiro mecánico. En las torres de circulación natural, el movimiento delaire depende sólo de las condiciones climáticas y ambientales. Las torres de tiro mecáni-co utilizan ventiladores para mover el aire a través del relleno.

Torres de circulación natural

Se clasifican, a su vez, en torres atmosféricas y en torres de tiro natural.

Las torres atmosféricas utilizan las corrientes de aire de la atmósfera. El aire se mueve deforma horizontal y el agua cae verticalmente (flujo cruzado). Son torres de gran altura ypequeña sección transversal. Deben instalarse en lugares muy despejados, de forma queningún obstáculo pueda impedir la libre circulación de aire a través de la torre. Tienen una


IMPRIMIR ÍNDICE

alta inversión inicial debido a su gran tamaño, pero el costo de mantenimiento es reduci-do, al no existir partes mecánicas móviles. Una torre de este tipo puede ser una soluciónmuy económica para determinadas necesidades de refrigeración si se puede garantizarque funcionará habitualmente expuesta a vientos de velocidades iguales o superiores a los8 km/h. Si la velocidad promedio del viento es baja, los costos fijos y de bombeo aumen-tan mucho en relación a una torre de tiro mecánico y no compensan el ahorro del costede ventilación. Actualmente, las torres atmosféricas están en desuso.

Una torre de tiro natural es aquella en la que el aire es inducido por una gran chimeneasituada sobre el relleno (Figura 4-11). La diferencia de densidades entre el aire húmedocaliente y el aire atmosférico es el principal motivo por el cual se crea el tiro de aire através de la torre. La diferencia de velocidades entre el viento circulante a nivel del sueloy el viento que circula por la parte superior de la chimenea también ayuda a establecer elflujo de aire. Por ambos motivos, las torres de tiro natural han de ser altas y, además,deben tener una sección transversal grande para facilitar el movimiento del aire ascen-dente. Estas torres tienen bajos costos de mantenimiento y son muy indicadas paraenfriar grandes caudales de agua. Al igual que las torres atmosféricas, no tienen partesmecánicas. La velocidad media del aire a través de la torre suele estar comprendida entre1 y 2 m/s.

Las torres de tiro natural no son adecuadas cuando la temperatura seca del aire es eleva-da, ya que ésta debe ser siempre inferior a la del agua caliente. No es posible conseguirun valor de acercamiento pequeño y es muy difícil controlar exactamente la temperaturadel agua. En las torres de tiro natural no se pueden utilizar rellenos de gran compacidad,debido a que la resistencia al flujo de aire debe ser lo más pequeña posible. Estas torresson muy utilizadas en centrales térmicas; muy pocas veces son aplicables a plantas indus-triales debido a la fuerte inversión inicial necesaria.

Figura 4.11: Esquema de una torre de tiro natural


IMPRIMIR ÍNDICE

Torres de tiro mecánico

Las torres de tiro mecánico proporcionan un control total sobre el caudal de aire suminis-trado. Se trata de torres compactas, con una sección transversal y una altura de bombeopequeñas en comparación con las torres de tiro natural. En estas torres se puede contro-lar de forma precisa la temperatura del agua de salida y se pueden lograr valores de acer-camiento muy pequeños (hasta de 1 o 2º C, aunque en la práctica acostumbra a ser de 3o 4º C). Si el ventilador se encuentra situado en la entrada de aire, el tiro es forzado.Cuando el ventilador se ubica en la zona de descarga del aire, se habla de tiro inducido.

En las torres de tiro forzado el aire se descarga a baja velocidad por la parte superior dela torre (Figura 4-12). Estas torres son, casi siempre, de flujo a contracorriente. Son máseficientes que las torres de tiro inducido, puesto que la presión dinámica convertida a está-tica realiza un trabajo útil. El aire que se mueve es aire frío de mayor densidad que en elcaso de tiro inducido. Esto también significa que el equipo mecánico tendrá una duraciónmayor que en el caso de tiro inducido, ya que el ventilador trabaja con aire frío y no satu-rado, menos corrosivo que el aire caliente y saturado de la salida. Como inconvenientedebe mencionarse la posibilidad de que exista recirculación del aire de salida hacia lazona de baja presión, creada por el ventilador en la entrada de aire.

Las torres de tiro inducido pueden ser de flujo a contracorriente o de flujo cruzado. Elflujo a contracorriente significa que el aire se mueve verticalmente a través del relleno,de manera que los flujos de agua y de aire tienen la misma dirección pero sentido opues-to (Figura 4-13). La ventaja que tienen este tipo de torres es que el agua más fría se pone

Figura 4.12: Esquema de torre de tiro forzado


IMPRIMIR ÍNDICE

en contacto con el aire más seco, lográndose un máximo rendimiento. En éstas, el airepuede entrar a través de una o más paredes de la torre, con lo cual se consigue reducir engran medida la altura de la entrada de aire. Además, la elevada velocidad con la que entrael aire hace que exista el riesgo de arrastre de suciedad y cuerpos extraños dentro de latorre. La resistencia del aire que asciende contra el agua que cae se traduce en una granpérdida de presión estática y en un aumento de la potencia de ventilación en comparacióncon las torres de flujo cruzado.

Figura 4.13: Torre de flujo a contracorriente y tiro inducido

Figura 4.14. Torre de flujo cruzado (tiro inducido)


IMPRIMIR ÍNDICE

En las torres de flujo cruzado, el aire circula en dirección perpendicular respecto al aguaque desciende (Figura 4-14). Estas torres tienen una altura menor que las torres de flujoa contracorriente, ya que la altura total de la torre es prácticamente igual a la del relleno.El mantenimiento de estas torres es menos complicado que en el caso de las torres a con-tracorriente, debido a la facilidad con la que se pueden inspeccionar los distintos compo-nentes internos de la torre. La principal desventaja de estas torres es que no son recomen-dables para aquellos casos en los que se requiera un gran salto térmico y un valor de acer-camiento pequeño, puesto que ello significará más superficie transversal y más potenciade ventilación que en el caso de una torre de flujo a contracorriente.

4.4.2. Legionella

Durante la estación cálida el vapor de agua que contiene el aire condensa sobre los ser-pentines de refrigeración, agua que puede quedar estancada en el suelo del equipo donde,junto a la suciedad que allí esté acumulada, se crean las condiciones adecuadas para eldesarrollo de agentes biológicos.

Otro foco de contaminación asociado al sistema de refrigeración lo constituyen las torresde refrigeración, en que las temperaturas que alcanza el agua no están lejos de las quefavorecen el desarrollo de las bacterias causantes de la legionelosis, entre 35 y 45º C, yde otros microorganismos como algas, amebas y bacterias.

De las torres de refrigeración, debido a su diseño y funcionamiento, se desprenden peque-ñas gotas (aerosol) en cuyo interior puede encontrarse la legionella, si ésta se encuentracontaminando el agua del circuito, pudiendo reintroducirse en el sistema de ventilacióndel mismo edificio o de los edificios situados en las proximidades, dependiendo de ladirección de los vientos predominantes en la zona así como de la ubicación de las tomasde aire.

La legionella crece en agua a temperaturas comprendidas entre 20 y 50º C, con undesarrollo óptimo entre 35 y 45º C. Por debajo de 20º C permanece latente, sin multi-plicarse, y no sobrevive por encima de 60º C.

Otros factores que tienen influencia en su desarrollo son el pH del agua (sobreviven bienen intervalos de pH que oscilan entre 2 y 9,5); que precisan de la presencia de L-cisteínay de sales de hierro; y, se ha comprobado, que la presencia de otras formas de vida comolas algas y los protozoos le otorgan, al ser parasitadas, un grado de protección adicionalfrente a los tratamientos de agua.

Su supervivencia en el aire es corta debido a la poca resistencia que presentan a la dese-cación y a los efectos de la radiación ultravioleta.


IMPRIMIR ÍNDICE

Medidas de control. Acciones en el diseño y montaje de las instalaciones

Con carácter general, las medidas preventivas irán encaminadas a impedir el desarrollo dela bacteria modificando las condiciones de vida que le son favorables (nutrientes, agua,temperatura, etc.) y a reducir la exposición minimizando la generación de aerosoles.

Se resumen a continuación las principales medidas preventivas:

• El control de la temperatura del agua mediante el uso de aislamientos térmicos, enel sentido de evitar que ésta permanezca entre los 35º C y los 45º C, intervalo demáximo desarrollo de la bacteria.

• La limitación de los nutrientes disponibles, por ejemplo, mediante la selección demateriales que no sean adecuados para el desarrollo de Legionella (se evitará el usode madera, cuero, plásticos y ciertos tipos de gomas y masillas) y que sean resisten-tes a la acción de los desinfectantes.

• La eliminación de zonas de estancamiento del agua (tramos ciegos, tuberías de by-pass, etc.), en las que los tratamientos de desinfección no son tan eficaces y puedenprovocar la recolonización del sistema.

• La disposición de elementos separadores de gotas en los aparatos en los que se gene-ran los aerosoles, en los que la cantidad de agua arrastrada debería ser inferior al0,1% de caudal de agua en circulación.

• La ubicación y orientación de las tomas de aire exterior, teniendo en cuenta los vien-tos dominantes, de modo que se impida el reingreso de aerosoles procedentes de lastorres de refrigeración y la propia ubicación de esos equipos lejos de las tomas deaire, ventanas o zonas muy frecuentadas.

• La existencia de accesos que permitan la fácil inspección y limpieza de todos losequipos y aparatos.

Aparatos evaporativos

• Las torres de refrigeración y los condensadores evaporativos deben ubicarse lejos detomas de aire, ventanas o lugares frecuentados. La distancia puede variar dependien-do de la dirección de los vientos y de la disposición relativa entre equipos; en cual-quier caso, la distancia horizontal no será inferior a 10 m y la descarga de aire esta-rá siempre a una altura de 2 m por encima de la parte superior del hueco o del lugarque se deba proteger.

• El aparato debe tener puertas de acceso amplias y desmontables para facilitar la lim-pieza.

• Las superficies interiores serán lisas y sin obstáculos para facilitar la limpieza.

• El aparato debe facilitar el acceso al material de relleno para su limpieza. Si no esposible, este material se limpiará con productos químicos u otros medios.


IMPRIMIR ÍNDICE

• La bandeja deberá tener un pozo en el que se acumule la suciedad y éste, una vál-vula de desagüe.

• Se evitará el empleo de materiales a base de celulosa.

Conductos para el transporte de aire

• Se instalarán secciones de filtración de eficacia adecuada al uso del edificio paratodo el aire en circulación, con el fin de evitar la acumulación de suciedad quepudiera convertirse en foco de contaminación.

• Se impedirá la formación de condensaciones en el interior de los conductos median-te la aplicación de aislamiento térmico, diseñado para las condiciones extremas deproyecto.

• Se utilizarán, preferentemente, conductos de construcción normalizada, con super-ficie de baja rugosidad hidráulica y fabricados con materiales resistentes a la corro-sión, que presenten el menor grado de retención de las partículas y faciliten la lim-pieza.

• Se prestará especial atención al diseño y montaje de los conductos para reducir, enlo posible, las turbulencias en cambios de dirección o sección, derivaciones, etc., asícomo al tipo de sección transversal, que son causa de acumulación de suciedad.

• Las redes de conductos deberán disponer de trampillas practicables que permitan suinspección y eventual limpieza por métodos de probada eficacia, con estanqueidadigual, por lo menos, a la de la red de conductos.

IMPRIMIR ÍNDICE

5Descripción, montaje yubicación de componentes y

equipos de la instalaciónde climatización solar

DESCRIPCIÓN, MONTAJE Y UBICACIÓN DE COMPONENTES Y EQUIPOS DE LA INSTALACIÓN DE CLIMATIZACIÓN SOLAR 87

IMPRIMIR ÍNDICE

Descripción, montaje y ubicación de componentesy equipos de la instalación de climatización solar5

5.1. IntroducciónUn sistema solar para climatización de espacios está constituido por los siguientes ele-mentos:

• Sistema de Captación: Formado por los captadores solares, estructuras o fijacionesa las distintas cubiertas, accesorios para su conexionado y valvulería (purgadores,válvulas de equilibrado, válvulas de seguridad, etc.).

• Elementos de Acumulación, Intercambio y Circulación (depósitos, intercambiadoresy bombas): Formado por los elementos electromecánicos que provocan la circula-ción del fluido caloportador a través del Subsistema de Captación y los elementosen los que se produce el intercambio y acumulación de la energía generada en loscaptadores.

• Elementos hidráulicos (vaso de expansión, válvulas, purgadores, detectores de pre-sión, tuberías y el aislamiento necesario para perder la mínima energía térmica delfluido caloportador): Elementos que forman parte del circuito hidráulico y que inter-conectan las diferentes partes del sistema solar, haciendo que este funcione correc-tamente.

• Sistema de Control (sondas de temperatura, contador de energía y centralita o autó-mata): Formado por los distintos elementos eléctricos y electrónicos que permiten laregulación y control de la instalación solar de manera automatizada.

• Elementos para producción de frío (máquina de absorción y/o torre de refrigera-ción): Elementos que van a transformar la energía aportada por el sistema solar enfrío.

• Elementos auxiliares para producción de calor (caldera, bomba de calor):Elementos que van a servir de apoyo al sistema solar en el calentamiento del agua,en momentos de baja radiación y/o alta demanda energética. Se denominarán siste-mas convencionales.

• Unidades Terminales (suelo radiante, fan-coil): Elementos que se encuentran situa-dos en los espacios a climatizar y cuya misión es acondicionar los mismos.


IMPRIMIR ÍNDICE

En su diseño hay que tener en cuenta que, tan importante como la correcta selección delos elementos, es la perfecta integración de todos ellos, así como la elección de las estra-tegias de regulación, control y operación más adecuadas.

En este capitulo nos referiremos únicamente a los elementos que forman parte del siste-ma solar, pues la máquina de absorción, unidades terminales y elementos auxiliares parael aporte auxiliar de calor ya se han tratado en capítulos anteriores.

Los materiales de la instalación deben soportar las máximas temperaturas y presiones quepuedan alcanzarse.

Todos los componentes y materiales deberán cumplir lo dispuesto en el Reglamento deAparatos a Presión, en el Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios (RITE),Código Técnico de la Edificación (RD 314/2006 de 17 de marzo), ReglamentoElectrotécnico para Baja Tensión (REBT) y sus Instrucciones Complementarias.

5.2. Sistema de captación

Los elementos descritos en este punto se ubicarán principalmente en las cubiertas de losedificios, pudiendo colocarse también sobre el terreno, en marquesinas, pérgolas, facha-das, voladizos, estructuras especiales, etc.

Figura 5.1: Ejemplos de ubicaciones de montaje del sistema de captación


IMPRIMIR ÍNDICE

5.2.1. Captadores solares

El captador solar es el elemento fundamental de cualquier sistema solar térmico. Tienecomo misión captar la energía solar incidente y transmitirla al fluido que circula por suinterior.

Existen diferentes tipos de captadores de baja temperatura, aunque en principio solamen-te se hablará del captador de placa plana.

Para seleccionar correctamente el captador a utilizar, es preciso conocer las característi-cas de los elementos que lo constituyen.

El captador de placa plana está formado por cuatro elementos principales:

• Cubierta transparente: Sobre ella inciden los rayos del sol, provoca el efecto inver-nadero, reduce las pérdidas y asegura la estanqueidad del captador en unión con lacarcasa y las juntas. Suelen ser de vidrio o plástico transparente.

• Placa absorbente o absorbedor: Su misión es recibir la radiación solar, transformar-la en calor y transmitirla al fluido caloportador (normalmente agua o agua con anti-congelante). Existen múltiples modelos, los más típicos son una placa metálica sol-dada sobre una parrilla de tubos, o dos placas metálicas separadas unos milímetrosentre las cuales circula el fluido caloportador. La cara del absorbedor expuesta al solsuele tener un revestimiento o tratamiento especial para absorber mejor los rayossolares.

Figura 5.2: Esquema e imagen de un captador solar de placa plana


IMPRIMIR ÍNDICE

• Aislante lateral y posterior: Para disminuir las fugas de calor del interior del capta-dor. Se le debe exigir una serie de características como son: resistir temperaturas dehasta 150º C, no desprender vapores bajo la acción del calor y no perder sus cuali-dades aislantes en caso de humedecerse.

• Caja, bastidor o carcasa, contiene y soporta todos los elementos anteriores y losprotege de la intemperie. Debe resistir las variaciones de temperatura, la corrosión yla degradación química.

La radiación solar que llega al captador atraviesa la cubierta transparente, incide sobre laplaca absorbente y se transfiere al fluido que circula por el mismo.

Para aplicaciones de refrigeración o en aquellos casos en los que se requiera una mayoreficiencia de los captadores debido a que se precisa una mayor temperatura en el agua deconsumo o bien no existe espacio suficiente para colocar los captadores planos necesa-rios, es posible recurrir a los captadores de tubos de vacío.

El vacío en los tubos de vidrio garantiza el mejor aislamiento térmico posible; las pérdi-das por convección entre los tubos de vidrio y el absorbedor se evitan prácticamente en sutotalidad. De este modo se puede aprovechar también la radiación baja (radiación difusa).

En cada tubo de vacío se encuentra integrado un absorbedor de cobre con recubrimientode titanio. Éste garantiza una alta absorción de la radiación solar y una baja emisión de laradiación térmica.

En el absorbedor está instalado un tubo coaxial de intercambio de calor por el que circu-la el fluido caloportador, el cual recibe a través del tubo de intercambio de calor el calordel absorbedor.

El tubo de intercambio de calor desemboca en el colector que recoge el fluido caloporta-dor de todos los tubos.

Las desviaciones respecto al Sur se pueden compensar mediante un giro axial (máximo25º) de los tubos de vacío.

Figura 5.3:Captador de tubos de vacío

de circulación directa(Fuente: Viessmann)


IMPRIMIR ÍNDICE

Los captadores de tubos de vacío presentan por lo general un rendimiento mayor que loscolectores planos cuando las diferencias de temperatura entre el captador y el ambienteson altas, así como en los periodos en los que únicamente se dispone de radiación difusa.El inconveniente que presentan es su alto coste, así como su fragilidad.

Son recomendados para colocaciones en tejado plano o en fachada, pudiendo tambiéncolocarse sobre cubierta.

Figura 5.4:Captador detubos de vacio(Fuente:Viessmann)

Figura 5.5: Ejemplos de colocación de captadores de tubos de vacío (Fuente: Viessmann)


IMPRIMIR ÍNDICE

Orientación e inclinación

Los captadores solares han de montarse de forma que aprovechen al máximo la radiaciónsolar, por lo que se orientarán hacia el sur geográfico (si nos encontramos en el hemis-ferio norte) y con una inclinación similar a la latitud del lugar.

Se admitirán unas desviaciones máximas de ± 25º respecto al sur geográfico, para laorientación.

En instalaciones de uso anual, la inclinación de los captadores respecto del plano hori-zontal, será igual a la latitud del lugar. Se admitirán unas desviaciones máximas de ±10º respecto de la latitud, para la inclinación.

En instalaciones de uso preferentemente invierno (verano) la inclinación de los capta-dores respecto del plano horizontal será 10º mayor (menor) que la latitud del lugar. Seadmitirán desviaciones de ± 10º respecto a lo indicado.

En instalaciones integradas en cubiertas por consideraciones e integración arquitectó-nica o impacto visual no será necesario ajustarse a lo especificado anteriormente. Eneste caso se justificará el aumento de superficie de captación.

Se ha de procurar que la radiación solar incida casi perpendicularmente sobre la superfi-cie del captador al mediodía solar. Pero además la inclinación depende del uso previstode la instalación.

Es conveniente saber que el sur geográfico no coincide con el magnético dado por la brú-jula, pudiendo localizarse de la siguiente manera:

• 2 ó 3 horas antes del mediodía solar, colocar una varilla vertical en el suelo, medirsu sombra y hacer una señal.

• Hacer un círculo con la medida de la sombra en el suelo.

Figura 5.6: Orientación e inclinación de los captadores


IMPRIMIR ÍNDICE

• Por la tarde, cuando la sombra tenga otra vez la medida del círculo, hacer otra señal.

• La recta que une ambas señales, mirando hacia la varilla, está orientada al sur geo-gráfico.

Determinación de sombras y distancia mínima entre captadores

A la hora de instalar los captadores solares se han de tener en cuenta las sombras que pue-dan proporcionar los obstáculos próximos (edificios colindantes, árboles, otros captado-res, chimeneas, etc.).

La instalación del campo de captadores se realizará de forma que se asegure que almediodía solar del solsticio de invierno, no haya más de un 5% de la superficie útil decaptación en sombra.

Por razones justificadas (integración arquitectónica, superficie libre para la ubicaciónde captadores, etc.) podrá no cumplirse el requisito anterior, en cuyo caso se evaluarála reducción producida por las sombras en las prestaciones energéticas de la instala-ción. En este caso se justificará el aumento de superficie de captación.

La determinación exacta de las posibles sombras se puede realizar conociendo la alturasolar y el azimut durante todo el año, y así comprobar si algún obstáculo puede ocultar elsol en algún momento a la instalación.

La distancia d, medida sobre la horizontal, entre una fila de captadores y un obstáculo, dealtura h, que pueda producir sombra sobre la instalación será igual o superior al valorobtenido por la expresión:

Figura 5.7: Determinación práctica del sur geográfico


IMPRIMIR ÍNDICE

d =h

= h•ktg (67º -latitud)

Siendo:

d la separación entre filas.

h la altura del obstáculo o diferencia de altura entre la parte alta de una fila de cap-tadores y la parte baja de la siguiente.

k = 1/tg (67º - latitud) un coeficiente adimensional cuyo valor se obtiene en la tabla5.1 a partir de la inclinación de los captadores con respecto al plano horizontal.

La distancia entre la parte posterior de una fila de captadores y el comienzo de lasiguiente, no será inferior a la obtenida por la expresión anterior, aplicando h a la dife-rencia de alturas entre la parte alta de una fila de captadores y la parte baja de lasiguiente, efectuando todas las medidas de acuerdo con el plano que contiene a lasbases de los captadores.

Tabla 5.1: Coeficiente de separación entre filas de captadores

Latitud (º) 29 37 39 41 43 45

k 1,280 1,732 1,881 2,050 2,246 2,475

Figura 5.8: Distancia mínima entre captadores

L es la longitud del captador.

α es el ángulo de inclinación del captador.d es la distancia mínima entre la parte posterior de una fila de captadores y la partebaja de la siguiente.


IMPRIMIR ÍNDICE

Para hacer una estimación de la superficie en planta necesaria para la ubicación de loscaptadores, incluidos los captadores y su separación entre sí, bastará con multiplicar losmetros cuadrados de superficie captadora por el valor de k.

Montaje del captador

El montaje de los captadores es una de las operaciones más importantes en una instala-ción de energía solar.

Para conectar los captadores se debe tener en cuenta que los extremos de los tubos debenestar sin abolladuras, alineados y planos, para posteriormente juntar completamente lasconexiones y roscar sin tensiones.

Los captadores solares se agrupan entre sí formando baterías, constituidas por el mismonúmero de captadores, y de forma que el fluido circule en diagonal, entrando por la partemás baja y saliendo por el extremo superior opuesto. Este sentido de circulación del flui-do a través de la batería también se mantendrá en cada uno de los captadores que confor-men la batería.

Los posibles acoplamientos entre captadores para formar una batería de captadores sonen serie y en paralelo (Figura 5.10 y Figura 5.11).

Figura 5.9: Detalle del conexionado de captadores

Figura 5.10: Acoplamiento en paralelo de captadores


IMPRIMIR ÍNDICE

Por su parte, las baterías pueden acoplarse entre sí en serie (Figura 5-12), en paralelo(Figura 5-13) y en serie-paralelo (Figura 5-14)

Figura 5.11: Acoplamiento en serie de captadores

Figura 5.12: Acoplamiento en serie de baterías de captadores

Figura 5.13: Acoplamiento en paralelo de baterías de captadores


IMPRIMIR ÍNDICE

A veces la limitación de la superficie disponible, obligará al proyectista a buscar solucio-nes que le permitan ubicar el número de captadores necesarios, combinándolos en serie yen paralelo según la aplicación concreta de que se trate. A pesar de lo extraño que puedaresultarle la configuración al instalador, este deberá ejecutar la instalación según el pro-yecto, siempre que físicamente sea posible.

Figura 5.14: Acoplamiento en serie-paralelo de baterías de captadores

Para la disposición de los captadores, habrá que tener presentes, siempre, los crite-rios generales establecidos en el Plan Solar de Castilla y León.

• Los captadores se instalarán en baterías constituidas por el mismo número decaptadores.

• Los captadores en las baterías podrán estar conectados en serie o en paralelo.

• Las baterías de captadores podrán conectarse entre sí en paralelo, en serie o enserie-paralelo.

• El número de captadores que se pueden conectar en paralelo, tendrá en cuentalas limitaciones del fabricante y su número, generalmente, será inferior a ochounidades.

• El número de captadores conexionados en serie pertenecientes a una mismabatería no será superior a cinco y el número de baterías conectadas en serie nopodrá ser mayor de dos.

• La conexión entre sí de las baterías de captadores asegurará igual recorridohidráulico, preferentemente, mediante el diseño de idéntico recorrido hidráuli-co en todos ellos (retorno invertido) frente al uso de válvulas de equilibrado porbatería, debiendo quedar plasmado en el esquema de conexionado.


IMPRIMIR ÍNDICE

Figura 5.15: Acoplamiento de 18 captadores

Reglas a tener en cuenta en el manejo de captadores

• No desembalar los captadores hasta llegar al lugar de montaje final, para evitar quesufran daños.

• Poner especial cuidado en la manipulación de las cajas que contengan los captado-res, por la especial fragilidad de la cubierta transparente.

• No sujetar los captadores por los racores de conexión durante el transporte.

• No colocar la parte posterior del captador sobre lugares inestables.

• No tumbar los captadores con el lado acristalado hacia abajo.

• Guardar los captadores en un lugar limpio y seco hasta su utilización.

• Cubrir el lado acristalado de los captadores hasta la puesta en marcha.

• Si los captadores deben ser dejados temporalmente a la intemperie una vez desem-balados, se colocarán con un ángulo mínimo de 20º (apoyándose independientemen-te entre sí) y máximo de 80º (descansando uno sobre otro), con el acristalamiento enla parte superior, entre cartones y plástico de burbujas, evitando siempre la posiciónhorizontal y la vertical, y con un máximo de 10 captadores.

Consideraciones a tener en cuenta durante el montaje de captadores

• La instalación permitirá el acceso a los captadores de forma que su desmontaje seaposible en caso de rotura.


IMPRIMIR ÍNDICE

• La conexión entre captadores podrá realizarse con accesorios metálicos o mangui-tos flexibles. Se prestará especial atención en asegurar la durabilidad y estanqui-dad de las conexiones a las presiones y temperaturas de trabajo.

• Los manguitos flexibles se conectarán a los captadores utilizando accesorios paramangueras flexibles.

• El montaje de los manguitos flexibles evitará que la tubería quede retorcida y que seproduzcan radios de cobertura superior a los especificados por la memoria técnica.

• La tubería de conexión entre los captadores y las válvulas de seguridad, tendrá lamenor longitud posible y no se instalarán llaves o válvulas que puedan obstruirse porsuciedad y otras restricciones entre ambos.

• El instalador evitará que los captadores queden expuestos al sol por periodos pro-longados durante el montaje. En este periodo las conexiones del captador se debendejar abiertas a la atmósfera, pero impidiendo la entrada de suciedad.

• Terminado el montaje, durante el tiempo previo al arranque de la instalación, si seprevé que éste pueda prolongarse, el instalador procederá a tapar los captadores.

5.2.2. Estructura soporte

Una vez calculado el ángulo de inclinación de los captadores que optimiza el rendimien-to de la instalación, es preciso materializarlo mediante un sistema de anclaje y soporteadecuado.

El anclaje de los captadores a la estructura del edificio depende de su ubicación, encubierta o terraza, y de las fuerzas que actúan sobre él como consecuencia de las sobre-cargas del viento y nieve a que se encuentra sometido.

En el proyecto técnico se especificarán:

• Las cargas máximas que soportará la estructura y que transmitirá al suelo o lugarsobre el que asiente.

• La capacidad del mismo para soportar las cargas transmitidas por la estructura.

La estructura soporte de captadores ha de resistir, con los captadores instalados, las sobre-cargas del viento y nieve. Como los captadores estarán aproximadamente orientadoshacia el sur, las cargas de viento que pueden ser peligrosas serán las que provengan delnorte, ya que suponen fuerzas de tracción sobre los anclajes que son mucho más peligro-sas que las de compresión.

El diseño y la construcción de la estructura y el sistema de fijación de captadores per-mitirán las necesarias dilataciones térmicas, sin transmitir cargas que puedan afectar ala integridad de los captadores o al circuito hidráulico.


IMPRIMIR ÍNDICE

Los puntos de sujeción del captador serán suficientes en número, teniendo el área deapoyo y posición relativa adecuadas, de forma que no se produzcan flexiones en elcaptador superiores a las permitidas por el fabricante.

El diseño de la estructura se realizará para la orientación y el ángulo de inclinaciónespecificado para el captador y teniendo en cuenta la facilidad de montaje y desmon-taje.

La estructura se protegerá superficialmente contra la acción de los agentes ambienta-les. Las estructuras de acero podrán protegerse mediante galvanizado por inmersión encaliente, pinturas orgánicas de zinc o tratamientos anticorrosivos equivalentes.

La realización de taladros en la estructura se llevará a cabo antes de proceder al galva-nizado o protección de la estructura. La tornillería y piezas auxiliares estarán protegi-das por galvanizado o zincado, o bien serán de acero inoxidable.

Los topes de sujeción de captadores y la propia estructura no arrojarán sombra sobrelos captadores.

En el caso de instalaciones integradas en cubierta que hagan las veces de la cubiertadel edificio, el diseño de la estructura y la estanqueidad entre captadores se ajustará alas exigencias del Código Técnico de Edificación y a las técnicas usuales en la cons-trucción de cubiertas.

Otras normas a tener en cuenta

• No se debe traspasar la cubierta del edificio con el anclaje, para evitar filtracionesde agua. Así, en terrazas planas se construirán muretes de hormigón armado convarilla metálica que, apoyados directamente sobre la cubierta, garanticen la totalsujeción del captador.

• Para fijar la estructura en el tejado atravesando la cubierta es necesario colocar fal-dones y collarines estancos.

• Las estructuras de dos o más baterías de la misma línea se montarán perfectamentealineadas, y la distancia entre ellas será suficiente para poder realizar las conexionesde las tuberías a los captadores y la colocación de los elementos necesarios.

• Es muy importante realizar correctamente el aplomo de los elementos verticales dela estructura soporte, para la correcta transmisión de esfuerzos.


IMPRIMIR ÍNDICE

Figura 5.16: Anclajes sobre diferentes tejados

Figura 5.17: Anclaje sobre terraza

Figura 5.18: Esquema de estructura soporte


IMPRIMIR ÍNDICE

5.3. Elementos de acumulación, intercambio y circulación

Este tipo de elementos se colocarán en la sala de máquinas que exista o construya paratal efecto.

5.3.1. Deposito de acumulación

La demanda de energía no siempre coincide en el tiempo con la captación que se obtienedel sol, por lo que es necesario disponer de un sistema de acumulación que haga frente ala demanda en momentos de poca o nula radiación solar.

Para los sistemas solares térmicos se utiliza un depósito-acumulador donde se almacenaenergía en forma de agua caliente.

La utilización de acumuladores verticales tiene la ventaja de favorecer la estratificacióndel agua (el agua a mayor temperatura se sitúa en la parte superior del acumulador y elagua a menor temperatura en la parte inferior).

La situación de las tomas para conexiones de los depósitos acumuladores, serán las esta-blecidas en el esquema siguiente:

Figura 5.19:Depósitos

acumuladores de calor


IMPRIMIR ÍNDICE

Agua caliente procedente

del intercambiador o de

los captadores: entre el

50% y 75% de la altura

total del acumlador

Retorno de

agua: por la

parte inferior.

Impulsión del agua

caliente: por la

parte superior.

Figura 5.20: Esquema de tomas para conexiones de los acumuladores

Figura 5.21:Detalles de la conexionesde los depósitosde acumulación


IMPRIMIR ÍNDICE

El sensor de la temperatura del acumulador del sistema de control se situará en la parteinferior del depósito, en una zona no influenciada por la circulación del circuito secunda-rio o por el calentamiento del intercambiador si este fuera incorporado.

La entrada de agua de retorno, situada en la parte baja del acumulador, estará equipadacon una placa deflectora en la parte interior a fin de que la velocidad residual no destru-ya la estratificación en el acumulador.

Las conexiones de entrada y salida se situarán de forma que se eviten caminos preferen-tes de circulación del fluido. En depósitos horizontales las tomas de impulsión y retornoestarán situadas en extremos opuestos.

Cuando sea necesario que el sistema de acumulación esté formado por más de un depó-sito, éstos se conectarán en serie invertida o en paralelo con los circuitos primarios ysecundarios equilibrados.

Figura 5.22: Conexionado de los depósitos en serie invertida

Figura 5.23: Conexionado de depósitos en paralelo con los circuitos primarios y secundarios equilibrados


IMPRIMIR ÍNDICE

Es muy importante conocer las medidas de los depósitos acumuladores, tanto si se han deubicar en un edificio en fase de proyecto o construcción, como en uno ya construido.

En los edificios aún sin construir, habrá que tener en cuenta las dimensiones de los depó-sitos acumuladores tanto para poder introducirlos en la sala de máquinas, como para dise-ñar ésta con las dimensiones adecuadas.

En el caso de edificios ya construidos, como ya se conocen las dimensiones de puertas,anchos de pasillos y altura de la sala de máquinas, habrá que adaptarse a las mismas a lahora de escoger la capacidad y el número de acumuladores necesarios o bien realizar lasobras necesarias para lograr introducir los acumuladores en la sala de máquinas. Si nohubiera espacio suficiente en la sala de máquinas actual, habrá que construir una nueva.

5.3.2. Intercambiador de calor

El intercambiador de calor en una instalación solar se coloca cuando se quiere transferirel calor de un fluido a otro, sin que estos se mezclen, independizando de esta manera dos

Volumen (l) Diámetro (mm) Altura (mm)

200 620 1.240

300 620 1.725

500 770 1.730

600 770 1.730

750 1060 1.640

800 950 1.840

1.000 1.060 2.040

1.500 1.360 1.850

2.000 1.360 2.300

2.500 1.660 2.035

3.000 1.660 2.325

3.500 1.660 2.610

4.000 1.910 2.345

5.000 1.910 2.750

6.000 1.750 3.188

7.000 1.750 3.515

8.000 (horizontal) 1.500 Longitud 4.960



Tabla 5.2: Dimensiones típicas de los depósitos acumuladores en función de su capacidad


IMPRIMIR ÍNDICE

circuitos. Cuando éste existe, se encarga de transferir la energía absorbida por los capta-dores, que contienen agua con anticongelante al ir instalados a la intemperie, al agua delacumulador.

Los intercambiadores utilizados en una instalación solar son intercambiadores líquido-líquido. Se pueden clasificar:

• Según su posición en la instalación:• Interiores

• Exteriores

Figura 5.24:Símbolo del

intercambiador de calor

Figura 5.25:Intercambiador Interior

Figura 5.26:Intercambiador Exterior

de placas soldadas


IMPRIMIR ÍNDICE

• Según su construcción:• De serpentín helicoidal.• De haz tubular.• De doble envolvente.• De placas.

Montaje

En general se considerarán las especificaciones de montaje del fabricante del intercam-biador, pero además:

• Se montará el intercambiador teniendo en cuenta la accesibilidad del mismo, paraoperaciones de sustitución o reparación.

• Cada intercambiador debe llevar llaves de corte en las entradas y salidas del mismo.

• La placa de características debe quedar visible.

El intercambiador independiente será de placas de acero inoxidable o cobre y deberásoportar las temperaturas y presiones máximas de trabajo de la instalación.

Si el intercambiador va incorporado al acumulador estará obligatoriamente situado enla parte inferior del acumulador y podrá ser de tipo sumergido o de doble envolvente.

El intercambiador sumergido podrá ser de serpentín o de haz tubular y estará construi-do en cobre o acero inoxidable.

Figura 5.27: Intercambiadores de calor.(Serpentín helicoidal, Haz tubular, Doble envolvente, Placas, respectivamente)


IMPRIMIR ÍNDICE

5.3.3. Bombas circuladoras

Las bombas de circulación o electrocirculadores son aparatos capaces, mediante el accio-namiento de un motor eléctrico, de suministrar al fluido una cantidad de energía suficien-te para transportarlo a través de un circuito venciendo las pérdidas de carga (rozamiento)existentes en el mismo.

Son necesarias para transportar el fluido caloportador desde los captadores hasta losdepósitos de acumulación, atravesando un intercambiador exterior o uno incorporado enel propio depósito, y si fuera necesario hasta los puntos de consumo.

Montaje

Para el montaje de las bombas habrá que tener en cuenta que:

• La conexión de las tuberías a las bombas no podrá provocar esfuerzos recíprocos (seutilizarán manguitos antivibratorios cuando la potencia de accionamiento sea supe-rior a 700 W).

Figura 5.28:Bombas de circulación

en paralelo

Figura 5.29:Símbolo de una bomba circuladora

Figura 5.30: Conexión de la bomba


IMPRIMIR ÍNDICE

• Todas las bombas estarán dotadas de tomas para la medición de presiones en aspi-ración e impulsión.

• La placa de características debe quedar visible.

• Deben quedar accesibles para permitir efectuar de forma simple la operación dedesaireación o purga.

Las bombas de circulación serán preferentemente del tipo en línea.

Las bombas en línea se ubicarán en las zonas más frías del circuito y en tramos detubería verticales, evitando las zonas más bajas del circuito.

En instalaciones de superficie total de captación superiores a 100 m2 se montarán dosbombas idénticas en paralelo o una bomba doble, una de ellas de reserva, tanto en elcircuito primario como en los distintos circuitos secundarios de las aplicaciones con-sideradas. En este caso, se preverá el funcionamiento alternativo de las mismas, deforma manual o automática.

Las bombas en línea se ubicarán con el eje de rotación horizontal y con espacio sufi-ciente para que el conjunto motor-rodete puedan ser fácilmente desmontadas sin nece-sidad de desarmar las tuberías adyacentes. El acoplamiento de una bomba en línea conla tubería, podrá ser de tipo roscado hasta el diámetro DN 35.

A las tuberías conectadas a las bombas en línea se les dotará de soportes en las inme-diaciones de las bombas, de forma que no se provoquen esfuerzos recíprocos de tor-sión o flexión. El diámetro de las tuberías de acoplamiento no podrá ser nunca infe-rior al diámetro de la boca de aspiración de la bomba.

Las válvulas de retención, se situarán en la tubería de impulsión de la bomba, entre laboca y el manguito antivibratorio, en cualquier caso aguas arriba de la válvula de inter-ceptación. Se dispondrá manómetro entre la impulsión y retorno (by-pass) con suscorrespondientes llaves de corte, para cada uno de los circuitos considerados (prima-rio y secundario).

Figura 5.31: Esquema de colocación de una bomba en una instalación


IMPRIMIR ÍNDICE

5.4. Material hidráulico

5.4.1. Vaso de expansión

Su función es absorber las dilataciones del fluido contenido en un circuito cerrado, pro-ducidas por aumentos de temperatura. Pueden ser abiertos o cerrados. El vaso de expan-sión se colocará siempre en los circuitos cerrados.

Figura 5.32:Posiciones deinstalación deuna bombaen línea

Figura 5.33:Vaso de

expansióncerrado

Figura 5.34:Símbolo del vaso de expansión


IMPRIMIR ÍNDICE

El instalador debe saber que:

• Deberán tener membranas que soporten las temperaturas máximas de trabajo y eluso de fluidos anticongelantes.

• Se instalarán en todos los circuitos cerrados de la instalación.

• Se conectarán a la aspiración de la bomba, preferentemente.

• La tubería de conexión del vaso de expansión cerrado no se debe aislar y tendrá unvolumen suficiente para enfriar el fluido antes de alcanzar el vaso.

• No se permitirá la inclusión de válvula de corte para aislar hidráulicamente el vasode expansión.

• La altura a la que se situarán los vasos de expansión abiertos será tal que asegure elno desbordamiento del fluido y la no introducción de aire en el circuito primario.

Figura 5.35: Situación del vaso de expansión cerrado

Figura 5.36: Esquema de instalación de vaso de expansión abierto

Figura 5.37: Válvula de corte Figura 5.38: Válvula de retención

Figura 5.39: Válvulade equilibrado

Figura 5.40: Válvulade seguridad

Figura 5.41: Válvulasde tres vías


IMPRIMIR ÍNDICE

5.4.2. Válvulas

Las válvulas son elementos intercalados en la red hidráulica capaces de regular e inte-rrumpir el paso del agua por la instalación.

La elección de las válvulas en una instalación de energía solar, se realiza de acuerdo conla función que desempeñan y las condiciones de funcionamiento (presión y temperatura)siguiendo los siguientes criterios:

• Para aislamiento o corte: válvulas de esfera.

• Para llenado: válvulas de esfera.

• Para vaciado: válvulas de esfera o de macho.

• Para equilibrado de circuitos: válvulas de asiento o equilibrado dinámico.

• Para seguridad: válvula de resorte.

• Para retención: válvulas de disco, de doble compuerta o de clapeta.

Válvulas de esfera o bola

Permiten interrumpir total (separando una parte de la instalación) o parcialmente (intro-duciendo mayor pérdida de carga para regular el caudal y equilibrar la instalación) el pasode fluido por las tuberías.

Figura 5.42:Válvula de bola


IMPRIMIR ÍNDICE

Válvulas de asiento

El cierre se produce por asentamiento de un pistón elástico sobre el asiento del paso de laválvula. Su accionamiento puede ser manual, neumático o servomotor.

Válvulas de resorte

Permiten limitar la presión y proteger los componentes de la instalación. La legislaciónexige la colocación de válvulas de seguridad en todos los circuitos sometidos a presión ya variaciones de temperatura.

Válvulas de clapeta

Son válvulas antirretorno que impiden el paso del fluido en el sentido contrario al normalde circulación, produciéndose el cierre de forma automática por la propia presión delagua sobre el elemento de cierre.

Figura 5.43:Válvula deasiento

Figura 5.44:Válvulade resorte

Figura 5.45:Válvula declapeta


IMPRIMIR ÍNDICE

Deberán ser aptos para energía solar, es decir soportar temperaturas elevadas (180 –200º C).

Válvulas de 3 y 4 vías

Permiten la circulación del fluido por vías alternativas de forma automática (generalmen-te por la acción de un termostato diferencial).

5.4.3. Purgadores

Los purgadores son los elementos encargados de evacuar los gases, generalmente aire,contenidos en el fluido caloportador, facilitando así el correcto funcionamiento de la ins-talación.

Figura 5.46:Símbolo del Purgador

Figura 5.47: Purgadores


IMPRIMIR ÍNDICE

Los desaireadores aseguran que los gases disueltos en el fluido sean separados del mismo,de forma que se facilite su evacuación del circuito hidráulico hacia el exterior medianteel purgador.

Montaje

• Se montan en los puntos más altos de la instalación, que es donde se acumulan losgases al separarse del fluido.

• La tubería debe ascender continuamente del captador al purgador.

• Debe montarse siempre en posición vertical.

• Los purgadores deben ser accesibles y la salida de la mezcla aire-agua no debe afec-tar a las dependencias donde se ubiquen.

5.4.4. Tuberías

En las tuberías del circuito primario podrán utilizarse como materiales, el cobre y el aceroinoxidable, con uniones roscadas, soldadas o embridadas y protección exterior con pintu-ra anticorrosiva. Se admite material plástico acreditado apto para esta aplicación.

En el circuito secundario, podremos utilizar cobre, acero inoxidable o acero galvanizado.Además, podremos utilizar materiales plásticos que soporten la temperatura máxima delcircuito y cumplan las Normas UNE que sean de aplicación (lo cual será acreditadomediante certificación del fabricante).

El trazado del circuito evitará caminos tortuosos, para favorecer el desplazamiento delaire atrapado hacia los puntos altos.

Los trazados horizontales de tubería tendrán siempre una pendiente mínima del 1% en elsentido de circulación.

Figura 5.48:Desaireador


IMPRIMIR ÍNDICE

5.4.5 Aislamiento

El aislamiento es fundamental en una instalación de energía solar térmica para evitar pér-didas caloríficas hacia el exterior.

Se emplea aislamiento en cuatro lugares:

• En el captador, parte posterior y lateral del mismo.

• En el acumulador.

• En las tuberías.

• En el intercambiador.

Los componentes de una instalación (equipos, aparatos, conducciones y accesorios)deben disponer de un aislamiento térmico cuando contengan fluidos a temperatura supe-rior a 40º C y estén situados en locales no calefactados.

Los componentes que vengan aislados de fábrica tendrán el nivel de aislamiento marca-do por la respectiva normativa o por el fabricante.

Figura 5.49: Pendiente de los trazados horizontales

Figura 5.50:Aislante


IMPRIMIR ÍNDICE

Los aislamientos térmicos de las instalaciones solares tendrán, como mínimo, los espeso-res equivalentes a los indicados en la Tabla 5-3, para un material con coeficiente de con-ductividad térmica ( ) de 0,040 W/m ºC, a 20º C.

El aislamiento de los acumuladores cuya superficie externa sea inferior a 2 m2, tendrá unespesor mínimo de 30 mm. Para volúmenes superiores, el espesor mínimo será de 50 mm.En ningún caso será inferior a 20 mm.

Cuando los componentes estén ubicados en el exterior, el espesor indicado en la tablaanterior debe ser incrementado, como mínimo, en 10 mm, y estar preparados para sopor-tar las condiciones climatológicas durante toda la vida de la instalación (20 años).

Montaje

Las tuberías y accesorios deben estar bien aisladas para evitar pérdidas de calor y puen-tes térmicos. En su montaje hay que tener en cuenta que:

• El aislamiento no podrá quedar interrumpido al atravesar elementos estructurales deledificio.

• El manguito pasamuros deberá tener las dimensiones suficientes para que pase laconducción con su aislamiento, con una holgura máxima de 3 cm.

• Tampoco se debe interrumpir el aislamiento térmico en los soportes de las conduc-ciones, que podrán estar o no completamente envueltos por el material aislante.

• El puente térmico constituido por el mismo soporte, debe quedar interrumpido porla interposición de un material elástico (goma, fieltro, etc.) entre el mismo y la con-ducción.

• Después de la instalación del aislamiento térmico, los instrumentos de medida y decontrol, así como válvulas de desagües, volantes, etc. deberán quedar visibles yaccesibles.

• Las franjas y flechas que distinguen el tipo de fluido transportado en el interior delas conducciones se pintarán o se pegarán sobre la superficie exterior del aislamien-to o de su protección.

Diámetro exteriorde la tubería sinaislar (mm)

Temperatura del fluído (ºC)

40 a 65 66 a 100 101 a 150 151 a 200

D ≤ 35 20 30 30 40

35 < D ≤ 60 20 30 40 40

60 < D ≤ 90 30 30 40 50

90 < D ≤ 140 30 40 50 50

140 < D 30 40 50 60

Tabla 5.3: Espesores mínimos de aislamiento para tuberías, en mm


IMPRIMIR ÍNDICE

• Una vez montado el aislamiento en las conducciones al aire libre, se procederá deinmediato a su protección externa, con el fin de evitar su degradación por efecto dela radiación ultravioleta.

5.5. Sistema de Control

5.5.1. Sondas de temperatura

Este elemento será el encargado de darnos la medida de temperatura existente en un puntodel circuito hidráulico.

Preferentemente se emplearán para su instalación aquellas que se colocan inmersas en elfluido de forma que se sitúen a una distancia máxima de 5 cm del fluido cuya temperatu-ra se pretende medir.

Figura 5.51:Colocación delaislante en elconexionadode captadores

Figura 5.52:Símbolo de la Sonda de temperatura

Figura 5.53: Posibles instalaciones de las sondas


IMPRIMIR ÍNDICE

5.5.2. Contador de energía

Existen dos tipos de contadores de energía:

• Modular: constituidos por:

• Contador de agua.

• Dos sondas de temperatura.

• Microprocesador electrónico, montado en la parte superior del contador o porseparado.

• Compacto: integra la unidad de cálculo, el contador de volumen y los sensores detemperatura en un único aparato.

En ambos casos, en función de la ubicación de las dos sondas de temperatura, se medirála energía aportada por la instalación solar o por el sistema auxiliar.

Se situará una sonda de temperatura en la entrada del agua de retorno al acumulador solary otra en la salida del agua caliente del mismo, para medida de la energía del sistemasolar.

Par medir el aporte de energía auxiliar, las sondas de temperatura se situarán a la entraday salida del sistema auxiliar.

5.5.3. Centralita o PLC7

La Centralita o PLC componen el sistema de control que se empleará en la instalaciónsolar.

Se empleará uno u otro tipo de control en función de las dimensiones de la instalación.

• La Centralita de Control estará limitada por un numero máximo de sondas en fun-ción de las aplicaciones para las que esté diseñada. Existen centralitas para una, doso tres aplicaciones.

• Los PLC son sistemas abiertos y modulares que nos permitirán su aplicación hastacierto punto, siendo necesaria la programación por un experto de la aplicación.

Figura 5.54:Símbolo del contador de energía

7 PLC (Programmable Logic Controller): Controlador lógico programable o autómata.


IMPRIMIR ÍNDICE

El sistema de control deberá asegurar mediante la parada de las correspondientes bom-bas, que en ningún caso se superen las temperaturas máximas soportadas por los materia-les, componentes y tratamientos del circuito secundario.

El sistema de control será el encargado no solo del control de temperaturas y del arran-que de las bombas según la regulación empleada, sino que además deberá encargarse derealizar el tratamiento para evitar la legionella, así como evitar los riesgos de heladasmediante la recirculación del fluido primario evitando que en ningún punto de la instala-ción descienda su temperatura por debajo de la temperatura de congelación.

5.6. Equipos de producción de frío

Según el RITE:

Figura 5.55:PLC y cuadro eléctrico de una ins-talación de energía solar térmica

Los equipos de producción de frío deberán cumplir lo que a este respecto especifi-que el Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas, elReglamento de Aparatos a Presión y el RITE.

Los fabricantes o distribuidores de estos equipos deberán aportar la siguiente docu-mentación, sin perjuicio de otra fijada por la correspondiente Comunidad Autónoma:

• Potencia frigorífica útil total para diferentes condiciones de funcionamiento,incluso con las potencias nominales absorbidas en cada caso.

• Coeficiente de eficiencia energética para diferentes condiciones de funciona-miento y, para plantas enfriadoras de agua, incluso a cargas parciales.

• Límites extremos de funcionamiento admitidos.

• Tipo y características de la regulación de capacidad.


IMPRIMIR ÍNDICE

Estos equipos han sido descritos en el capítulo 4.

5.7. Unidades de tratamiento y unidades terminales

Los materiales con los que estén construidas las unidades de tratamiento de aire y las uni-dades terminales cumplirán las prestaciones establecidas para los conductos en el aparta-do ITE 04.4 que le sean aplicables.

Las características de estos equipos se han descrito de forma detallada en el capítulo 3.

• Clase y cantidad de refrigerante.

• Presiones máximas de trabajo en las líneas de alta y baja presión de refrigeran-te.

• Exigencias de la alimentación eléctrica y situación de la caja de conexión.

• Caudal del fluido secundario en el evaporador, pérdida de carga y otras carac-terísticas del circuito secundario.

• Exigencias y recomendaciones de instalación: espacios de mantenimiento,situación y dimensión de acometidas, etc.

• Instalaciones de funcionamiento y mantenimiento.

• Dimensiones máximas del equipo.

• Nivel máximo de potencia acústica ponderado A (db A).

• Pesos en transporte y funcionamiento.

IMPRIMIR ÍNDICE

6Instalaciones declimatización mediante energía

solar térmica

INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN MEDIANTE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA 123

IMPRIMIR ÍNDICE

Instalaciones de climatizaciónmediante energía solar térmica6

6.1. Introducción

Dentro del diseño de sistemas de climatización mediante instalaciones de energía solartérmica, uno de los principales requerimientos consiste en diseñar instalaciones equilibra-das desde un punto de vista energético.

En este sentido se ha de procurar el equilibrio entre la demanda energética destinada ala climatización y la producción energética aportada por la instalación solar.

Así, una sobreproducción energética de la instalación solar trae consigo problemas en elfuncionamiento y mantenimiento de la instalación: sobrecalentamiento de equipos,aumentos de presión, vaporización y pérdidas del fluido caloportador, etc.

Por ejemplo, una instalación de energía solar destinada a satisfacer la demanda de ACS ycalefacción de una vivienda unifamiliar, presentará en la época estival una producciónenergética muy por encima de las demandas energéticas de ese período (únicamente debi-das al agua caliente sanitaria) y presentará probablemente en poco tiempo fallos debidosa las sobretemperaturas alcanzadas.

Ante esta situación, existen ciertas medidas de actuación poco aconsejables, tales comocubrir una parte de la superficie de captación, vaciar un determinado número de bateríasó disipar la energía sobrante al ambiente mediante un aerotermo.

Este tipo de medidas son poco recomendables ya que requieren una manipulación de lainstalación y por tanto un mayor coste de mantenimiento de la misma, pero sobre todo,por suponer un despilfarro energético al desaprovechar la energía captada por la propiainstalación solar.

A continuación se muestran una serie de tipologías de instalaciones de energía solar tér-mica destinadas a satisfacer determinadas demandas de climatización, diseñadas de formaque exista un equilibrio entre la demanda y la producción energética y, por tanto, queofrezcan un correcto funcionamiento, un sencillo mantenimiento y sobre todo una opti-mización del aprovechamiento energético.


IMPRIMIR ÍNDICE

6.2. Tipologías de instalaciones de climatización mediante energíasolar térmica

6.2.1. Instalación para producción de ACS, climatización de piscinadescubierta y apoyo a la calefacción

Este tipo de instalaciones se caracterizan por disponer de un depósito de almacenamien-to para el agua caliente sanitaria, un depósito para el almacenamiento de agua de calefac-ción y un intercambiador de piscina.

Figura 6.1: Ejemplo de instalación de ACS, piscina descubierta y apoyo a calefacción


IMPRIMIR ÍNDICE

En este caso, la energía captada una vez cubierta la demanda de agua caliente sanitaria (lacual representa una pequeña fracción frente a las restantes) se destina a apoyar al sistemade calefacción en los meses fríos, mientras que la energía captada en los meses de vera-no se destina a la climatización del agua de piscina descubierta.

El dimensionado de la instalación se realizará de forma que se cubra la mayor parte de lademanda de calefacción de la vivienda sin que la energía captada por la instalación en losmeses de verano sobrepase la demanda máxima de energía que presenta la piscina para latemperatura de diseño que se haya considerado.

Para controlar el aporte solar al sistema de calefacción, se incorpora una válvula de 3 víasen el retorno del circuito de calefacción, de forma que siempre que la temperatura deretorno del circuito de calefacción sea inferior a la temperatura del depósito, desvíe elagua de retorno al depósito y envíe agua caliente de este a la caldera, reduciendo así elconsumo energético de ésta.

Figura 6.2

Este tipo de configuraciones es apropiada en viviendas unifamiliares que dispongan depiscina descubierta. La superficie de captación varía entre 20 y 40 m2 y se logran unosahorros aproximados del 30% para la demanda de calefacción y del 100% para la deman-da de agua caliente sanitaria, además del incremento del nivel de confort obtenido al cli-matizar el agua de la piscina (en torno a los 25º C).


IMPRIMIR ÍNDICE

6.2.2. Instalación para producción de ACS, apoyo a calefacción y pro-ducción de frío en edificaciones de pequeño tamaño

En este caso, las instalaciones están equipadas con un equipo de producción de frío porabsorción (normalmente hasta 30 kW), además de los depósitos de agua caliente sanita-ria y calefacción indicados en el apartado anterior.

Una vez cubierta la demanda de agua caliente sanitaria, en los meses fríos la producciónenergética se destina a apoyar al sistema de calefacción mientras que en los meses de vera-no, la producción energética se destina a alimentar al equipo de absorción encargado de laproducción de agua fría utilizada para alimentar a los equipos de climatización en verano.

Figura 6.3: Ejemplo de instalación de ACS, apoyo a la calefacción y producción de frío


IMPRIMIR ÍNDICE

El dimensionado en este caso se realiza de forma que el aporte energético de la instala-ción solar sea el máximo posible sin que se sobrepase la demanda energética en ningúnmomento. En los períodos de baja radiación, el sistema convencional (caldera) será elencargado de satisfacer la fracción no cubierta por el sistema solar de la demanda ener-gética de calefacción o frío.

En determinados casos, dependiendo del equipo de absorción empleado, es necesario dis-poner de un sistema de disipación de energía para el correcto funcionamiento del equipode absorción. Esta disipación puede llevarse a cabo mediante la instalación de una torre derefrigeración o incluso mediante la utilización, si se dispone, de la piscina como sumiderode calor, aumentando así la eficiencia energética de la instalación, al obtener un efecto útilde una energía que de otra forma se disiparía al ambiente (calentamiento de la piscina).

Este tipo de instalaciones es adecuada para viviendas unifamiliares, oficinas, edificacio-nes de tamaño reducido, etc. (hasta 500 m2 aproximadamente) requiriéndose una superfi-cie de captación aproximada entre 30 y 70 m2. En la actualidad es poco frecuente debidoa la escasez de equipos de absorción de pequeñas potencias adecuadas para estos tama-ños de edificación, sin embargo la continua evolución de dicha tecnología de absorciónhace esperar que en breve se pueda disponer de equipos de un tamaño adecuado para estetipo de instalaciones.

6.2.3. Instalación para producción de agua caliente sanitaria, apoyo acalefacción y producción de frío en instalaciones de tamaño medio

El esquema empleado en este tipo de instalaciones es similar al empleado en el caso ante-rior. Un depósito para el almacenamiento de ACS y un depósito para el almacenamientode agua caliente para alimentar al sistema de calefacción o al equipo de absorción, en fun-ción de la época del año.

Figura 6.4: Ejemplo de instalación de ACS, apoyo a la calefacción y producción de frío


IMPRIMIR ÍNDICE

Del mismo modo que en el caso anterior, el dimensionado se realiza de forma que lacobertura solar sea máxima evitando las sobreproducciones de energía por parte de la ins-talación solar. En los períodos de baja radiación, el sistema convencional será el encarga-do de aportar la energía térmica necesaria para alimentar al sistema de calefacción oabsorción.

En este apartado se encontrarían instalaciones de un tamaño medio, entre 500 y 5.000 m2

de superficie de climatización, con una gama de potencias de los equipos de absorción de30 a 300 kW y una superficie de captación necesaria entre 70 y 700 m2.

Este tipo de instalaciones es cada vez más frecuente debido a la aparición en los últimosaños de equipos de absorción cuyo correcto funcionamiento y fiabilidad está sobradamen-te contrastado.

Debido a las relativamente altas potencias de los equipos de absorción, se hace impres-cindible el empleo de torres de refrigeración para cubrir la disipación necesaria de lamáquina de absorción.

6.2.4. Instalación para producción de agua caliente sanitaria, apoyo acalefacción y producción de frío en instalaciones de gran tamaño

En instalaciones con una demanda de climatización en verano superior a los 300 kW,aproximadamente, las instalaciones de producción de frío por absorción comienzan a serpoco rentables debido a las grandes superficies de captación necesarias y al elevado costede los equipos de absorción para ese rango de potencias.

Para este tipo de proyectos se recomienda la instalación de equipos de absorción, en para-lelo con los sistemas convencionales, que cubran parte de la demanda total de climatiza-ción, reduciendo así el consumo energético de la instalación.

Equipoconvencional

Equipoabsorción

Figura 6.5


IMPRIMIR ÍNDICE

El dimensionado del equipo de absorción cubrirá entonces una fracción de la potenciatotal de frío demandada por el equipo de climatización (normalmente se selecciona un ter-cio de la potencia total).

Este tipo de instalaciones tienen la ventaja de no presentar excedentes energéticos al serla potencia demandada mayor que la potencia máxima producida mediante el equipo deabsorción y entrar éste a funcionar siempre con prioridad sobre el sistema convencionalde producción de frío.

Al igual que en el caso anterior, se requerirá de la instalación de una torre de refrigera-ción para el circuito de disipación del equipo de absorción.

Si el equipo convencional de producción de frío seleccionado, que tendrá que proporcio-nar el grueso de la demanda de climatización, es una enfriadora, la instalación solar tér-mica sería apoyada por la caldera en la generación del calor precisado por la máquina deabsorción, acoplándose la misma, en paralelo, a la enfriadora.

En cambio, si el equipo convencional de frío es una bomba de calor, la instalación solarcedería su calor al evaporador de la bomba de calor en el modo de calefacción y trabaja-rá en paralelo con ella cuando se demande frío como si tratase de una enfriadora.

6.3. Conexión de la instalación solar al sistema convencional

La conexión de la instalación solar al sistema convencional ha de realizarse en el puntodel sistema convencional con la menor temperatura posible, punto que suele coincidir conel retorno de ésta.

En instalaciones clásicas con único colector de impulsión y otro de retorno, la conexióndel sistema solar debería efectuarse entre el colector de retorno y la caldera mediante unaválvula de tres vías que desvíe el retorno hacia el acumulador solar si éste está más calien-te que aquel.

En cambio, en instalaciones más complicadas con colectores de retorno secundariosconectados a un principal, puede ser más conveniente conectar la instalación solar entreel colector secundario y el principal, más que entre éste último y la caldera.

De esta manera, cuando la máquina de absorción se alimenta directamente de la caldera,instalaciones de pequeño o mediano tamaño, la conexión de la instalación solar al colec-tor de retorno de la caldera sería el más aconsejable. Así, la instalación solar apoyará a lacaldera tanto en el ciclo de calefacción como en el de refrigeración: la única diferenciaserá la temperatura del retorno de la caldera en ambas épocas.


IMPRIMIR ÍNDICE

6.4. Ratios de dimensionado

La radiación solar diaria media mensual en los meses de verano para las distintas provin-cias de Castilla y León y planos ligeramente inclinados (entre 25 y 40º) y orientados alSur se sitúa entorno a los 7 kWh por metro cuadrado de superficie de captación.

La intensidad media de esta radiación es aproximadamente de 700 W/m2.

A partir de estos valores, considerando unos rendimientos medios de 0,5 para el capta-dor en la época estival y un COP de la máquina de absorción variable entre 0,45 y 0,6

Sin embargo, en las instalaciones de gran tamaño, el sistema convencional estará dotadode una enfriadora para proporcionar el grueso de la climatización del edificio. En estecaso, en el ciclo de calor, la instalación solar estará apoyando a la caldera; mientras queen el modo verano, proporciona única y directamente el calor precisado por la máquinade absorción, la cual trabaja en paralelo con la enfriadora convencional.

Figura 6.6

Figura 6.7


IMPRIMIR ÍNDICE

para pequeñas potencias (hasta 35 kW) y entre 0,6 y 0,7 para potencias medias altas (apartir de 100 kW), se obtienen los siguientes ratios de dimensionado de la superficie decaptación que se precisa instalar en función de la potencia de la máquina de absorciónpropuesta:

• Máquinas pequeñas: de 5 a 6 m2 de captación por kW de frío instalado.

• Máquinas medianas y grandes: de 4 a 5 m2 de captación por kW de frío instalado.

Estos valores variarán lógicamente en función de la localización de la instalación (conmayor o menor radiación), del tipo de captadores empleado, del COP de la máquina deabsorción, etc.

Del mismo modo, considerando los datos de radiación en Castilla y León mencionadosanteriormente y estimando que para una vivienda tipo la demanda diaria de frío en losmeses de verano oscilará entre 0,6 y 1 kWh por cada metro cuadrado de superficie a cli-matizar, se pueden obtener los siguientes ratios orientativos de superficie de captaciónsolar a instalar por unidad de superficie de vivienda a climatizar:

• Climatización de pequeñas y medianas superficies (hasta 500 m2 aproximadamen-te): de 0,35 a 0,5 m2 de captación por cada m2 de superficie a climatizar.

• Climatización de grandes superficies (más de 500 m2 aproximadamente): de 0,25 a0,35 m2 de captación por cada m2 de superficie a climatizar.

Lógicamente, estos valores variarán en función del grado de aislamiento de la vivienda,el sombreamiento de sus fachadas, los horarios de uso y tipo de uso que tenga el edificio,las cargas internas, etc.

6.5. Resumen

Uno de los criterios fundamentales a la hora de diseñar un sistema de climatización apo-yado por energía solar térmica es alcanzar un equilibrio entre la demanda energética delsistema y la producción de la instalación solar. De esta forma, se garantiza un óptimoaprovechamiento de la energía producida y al mismo tiempo un correcto funcionamien-to de la instalación solar al evitar la sobreproducción energética propia de las épocas esti-vales.

Respecto a la producción de frío mediante equipos de absorción se distinguen dos tiposde configuraciones básicas. En primer lugar, se encontrarían las instalaciones con unúnico equipo de absorción que cubriría toda la demanda de frío y que estaría apoyado porel sistema convencional (caldera) en los bajos períodos de radiación solar. En segundolugar se sitúan las instalaciones equipadas con un equipo de absorción alimentado única-mente por la instalación solar, que trabajaría apoyando al sistema convencional de pro-ducción de frío en paralelo. El primer caso es típico en instalaciones de pequeño y media-no tamaño, mientras que el segundo sería típico en instalaciones con una elevada deman-da de frío (a partir de 300 kW).


IMPRIMIR ÍNDICE

En el apartado anterior se han mostrado una serie de ejemplos de instalación representa-tivos de las configuraciones más habitualmente empleadas, sin embargo dicha configura-ción podrá variar en función de las características y necesidades propias de cada edificioa climatizar y de los criterios de diseño planteados por el proyectista.

IMPRIMIR ÍNDICE

7Dimensionado desistemas de climatización mediante

energía solar térmica

DIMENSIONADO DE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN MEDIANTE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA 134

IMPRIMIR ÍNDICE

Dimensionado de sistemas de climatizaciónmediante energía solar térmica7

7.1. Introducción

En este capítulo se pretende describir las nociones básicas del dimensionado de instala-ciones de energía solar térmica destinadas a proporcionar energía calorífica a los sistemasde climatización.

El cálculo de la superficie de captación de este tipo de instalaciones se basará en el cál-culo de la demanda energética destinada a climatización, tanto en invierno como en vera-no, y de la energía solar disponible.

De forma estricta, el dimensionado de estas instalaciones requeriría el cálculo de lademanda energética de la edificación para las distintas horas de cada uno de los días y dela radiación solar disponible, para así poder realizar un balance de las energías captadasy demandadas. El cálculo de las demandas energéticas de los sistemas de climatizaciónes relativamente complejo y exige el empleo de programas informáticos para su obten-ción, por lo que tan sólo se abordarán aquí algunos métodos aproximados de estimaciónque permitan obtener la superficie de captación necesaria de forma orientativa.

De forma general, a la hora de dimensionar una de estas instalaciones se buscará obtenerel máximo aporte con la superficie de captación elegida de forma que en ninguno de losmeses se obtenga un excedente energético susceptible de provocar disfuncionamientos dela instalación solar. En los meses en los que la aportación energética solar sea inferior ala demanda de energía, el sistema convencional será el encargado de hacer frente a lademanda no cubierta.

Se comentarán los aspectos fundamentales en el dimensionado de una instalación solardiseñada para la producción de energía destinada a apoyar el sistema de calefacción y pro-ducción de frío por absorción, principal objetivo del presente manual, dando por supues-to que se conoce la metodología de dimensionado para aplicaciones de agua caliente sani-taria. Se abordará en primer lugar el cálculo de las necesidades energéticas de forma sen-cilla, para posteriormente definir las líneas básicas de dimensionado de la superficie decaptación a instalar.


IMPRIMIR ÍNDICE

7.2. Estimación de la demanda de invierno

El cálculo de la demanda de calefacción de un determinado edificio dependerá de las con-diciones interiores de diseño consideradas (definidas fundamentalmente por el uso deledificio), de las condiciones climatológicas exteriores (variables en función de la locali-zación del mismo) y de las características constructivas del mismo. Este tipo de cálculosexige una gran cantidad de información de partida y la ayuda de programas informáticos.

De forma aproximada, se puede estimar la demanda de calefacción de una edificaciónmediante el método de los “grados-día 15”. Este método se basa en estimar que la deman-da de calefacción depende de la diferencia de temperaturas interior y exterior media decada mes (representada por los grados-día 15 de cada mes) y del coeficiente global de pér-didas KG del edificio en cuestión.

De esta forma, se estima que la demanda mensual de calefacción de un determinado edi-ficio se puede calcular mediante la siguiente expresión:

Q = 24·S·KG·Zm

Donde:

• Q: demanda de calefacción en kcal/mes.

• S: superficie de la envolvente del edificio en m2.

• KG: coeficiente global de pérdidas del edificio en Kcal/h·m2·ºC.

• Zm: grados-día 15 del mes correspondiente ºC.

El coeficiente global de pérdidas del edificio deberá ser proporcionado por el arquitecto.Si se desconoce este dato, se puede utilizar como primera aproximación el valor máximopermitido según la Norma Básica de la Edificación NBE-CT-79, sobre condiciones tér-

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

Ávila 391 330 301 219 93 143 282 269

Burgos 384 319 282 210 90 133 273 357

León 403 333 298 204 81 164 291 369

Palencia 363 283 242 171 37 90 252 344

Salamanca 350 280 233 144 12 81 240 322

Segovia 369 300 200 177 53 102 258 347

Soria 381 319 282 198 74 96 270 357

Valladolid 360 277 233 150 22 93 240 335

Zamora 335 260 198 132 6 59 162 222

Tabla 7.1: Grados-día 15 para las diversas provincias de Castilla y León


IMPRIMIR ÍNDICE

micas en los edificios aplicando un coeficiente de corrección en función de la calidad dela vivienda (Nótese que actualmente esta norma básica ha sido sustituida por el CTE yque tan sólo se empleará para obtener una primera estimación).

Para ilustrar de forma más gráfica el método de cálculo, consideraremos de ahora en ade-lante el caso de una vivienda unifamiliar con una instalación de energía solar térmica des-tinada a satisfacer las necesidades de climatización mediante la producción de energía tér-mica en invierno para apoyar al sistema de calefacción por suelo radiante y en verano paraalimentar un equipo de producción de frío por absorción. En la siguiente gráfica se mues-tra la demanda de calefacción estimada según el método de los “grados-día 15” para unavivienda en Ávila con un KG = 0,47 kcal/h·m2·ºC, una superficie exterior de 585 m2 y unvolumen de 495 m3.

kWh

3.500

3.000

2.500

2.000

1.500

1.000

500

0

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

Figura 7.1: Demanda mensual de calefacción (kWh)

7.3. Cálculo de la demanda en verano

Sin embargo, en la época de verano, es necesario conocer tanto la carga térmica máximaanual como la demanda energética diaria para cada mes.

La carga o potencia de climatización máxima demandada es un dato obligado, ya quedeterminará la potencia del equipo de absorción a instalar.

Por otro lado, la demanda energética destinada a climatización para cada uno de los mesesdeterminará la curva de demanda energética anual del equipo de absorción, informaciónclave para el dimensionado de la instalación solar térmica.


IMPRIMIR ÍNDICE

Para obtener la carga máxima existen diversos métodos de cálculo. Alguno de estos méto-dos de menor a mayor complejidad son: Método de cargas instantáneas, método E20 deCarrier, método ASHRAE CLTD/CLF, método de funciones de transferencia y métododel balance térmico. Obviamente, cuanto más complejo es el método, mayor precisiónpresentan sus resultados. Sin embargo, desde el punto de vista práctico el método de lasfunciones de transferencia (implementado en diversos programas comerciales) ofreceunos resultados realmente aceptables.

A modo de estimación, se puede calcular la carga máxima de climatización de formaaproximada utilizando los ratios que se muestran a continuación, en función del tipo delocal y su ocupación:

Tipo de local

Viviendas y hab. hotel

Museos y bibliotecas

Teatros y cines

Bancos

Oficinas

Restaurantes

Bares y discotecas

Almacenes

Farmacias y cafeterías

Peluquería señoras

10 50 58

15 70 81

30 100 116

4 85 99

5,5 150 174

7,5 210 244

0,5 200 232

0,7 250 290

1,1 320 372

2,5 100 116

5 150 174

7,5 210 244

3 70 81

10 120 140

25 200 232

0,8 170 198

1,6 310 360

3 720 837

0,7 80 93

1,6 220 256

6,9 440 512

1,8 55 64

8 150 174

17 400 465

1,5 100 116

3,6 200 232

8,5 300 349

1,5 150 174

3,8 210 244

6,9 310 360

m2/persona kcal/h m2 W/m2

Figura 7.2: Cargas de refrigeración para un anteproyecto aproximado


IMPRIMIR ÍNDICE

En el caso de la vivienda de Ávila supondremos que se ha obtenido mediante el métodode las funciones de transferencia una carga máxima de 17 kW, para el mes de Julio a las16:00 horas.

Sin embargo, el cálculo de la demanda energética requiere el empleo inexcusable de soft-ware de simulación, lo cual exige un conocimiento exhaustivo de las características deledificio y de las condiciones climatológicas a lo largo del año. Uno de los programascapaces de desarrollar este tipo de simulaciones es el denominado ENERGY PLUS. Estetipo de cálculos constituyen una auténtica rama dentro de la ciencia de la climatización,por lo que aquí tan sólo haremos referencia a su existencia.

Para el ejemplo considerado, se han desarrollado los cálculos, obteniéndose los siguien-tes resultados de demanda energética mensual de climatización en verano:

kWh

3.500

3.000

2.500

2.000

1.500

1.000

500

0


Figura 7.3: Demanda mensual de frío (kWh)

Una vez determinadas las demandas de energía, tanto en invierno como en verano, esposible determinar la superficie de captación necesaria y la fracción solar aportada por lamisma.

7.4. Dimensionado de la superficie de captación y cálculo de lafracción solar aportada

Una vez conocidas las demandas energéticas mensuales tanto para calefacción como paraclimatización en verano, es posible realizar una estimación de la superficie necesaria y dela fracción solar cubierta por dicha superficie.


IMPRIMIR ÍNDICE

A diferencia de los métodos de dimensionado habituales, se calcularán las demandasenergéticas y el rendimiento de la instalación solar en cada uno de los casos, para obte-ner así la energía radiante que debería incidir sobre la superficie de captación para cubrirdichas demandas. Posteriormente se calculará la superficie de captación que interceptadicha energía radiante para el mes más favorable (evitándose así que se produzcan exce-dentes energéticos).

En el caso de la demanda de calefacción se deberá considerar el rendimiento de los cap-tadores a la hora de trabajar para dicha aplicación, el cual dependerá de la temperaturaambiente, la radiación solar incidente y la temperatura media de trabajo.

Tanto la temperatura ambiente como la radiación solar incidente son datos tabulados,mientras que la temperatura de trabajo dependerá del sistema de distribución de calor uti-lizado. En caso de disponer de un sistema de calefacción por suelo radiante, el cual tra-baja habitualmente con un salto térmico de 40 a 30º C, se puede considerar una tempera-tura media de trabajo de 35º C. En el caso de disponer de radiadores, trabajando de 80 a60º C en el circuito de calefacción, la temperatura media de trabajo de los captadores seráde 70º C aproximadamente, lo cual penalizará el rendimiento de la instalación de formaconsiderable. Este es el motivo por el cual siempre se ha de procurar trabajar con siste-mas de emisión de calor a baja temperatura a la hora de diseñar sistemas de climatizaciónapoyados por instalaciones de energía solar.

Teniendo en cuenta los valores de temperatura ambiente, radiación solar media diaria enel plano de captadores y una temperatura media de trabajo de los mismos de 40º C, esposible calcular el rendimiento medio mensual de un captador tipo con factor óptico 0,75y coeficiente de pérdidas 4,5 que supondremos que se encuentra orientado al Sur y conuna inclinación de 30º.

Conocido el rendimiento medio del sistema solar en condiciones de calefacción y lademanda energética se puede calcular la radiación solar incidente sobre el plano de cap-tadores que se necesitaría para cubrir dicha demanda de calefacción para cada uno de losmeses, simplemente dividiendo la demanda mensual por el rendimiento del sistema:


I (W/m2) 292 370 517 547 612 685 730 702 636 458 369 276

4,5 6,5 9,6 9,8 14 18,6 23,5 23,2 18,1 12,9 8,7 5,6

Rendimiento 0,20 0,34 0,49 0,50 0,56 - - - - 0,48 0,37 0,19

Temperaturaambiente (ºC)


IMPRIMIR ÍNDICE

Para el caso de la demanda de climatización en verano, se ha de tener en cuenta en pri-mer lugar el COP de la máquina de frío. Normalmente los equipos de absorción presen-tan un COP entre 0,6 y 0,7. Esto quiere decir que para obtener 1 kWh de frío son nece-sarios 1,43 kWh de energía térmica (supondremos un COP nominal de 0,7). El COPdepende de las temperaturas de producción del agua refrigerada, de la temperatura deaporte de agua caliente y de la temperatura de disipación disponible. A modo de aproxi-mación supondremos un COP medio de 0,7 para nuestro ejemplo.

Conocida la demanda de frío en kWh/mes y el COP del equipo de absorción se puede cal-cular la energía térmica necesaria para obtener dicha producción de frío, dividiéndola porel COP del equipo:


3.026 2.559 2.329 1.696 720 0 0 0 0 1.105 2.185 2.083

0,20 0,34 0,49 0,50 0,56 - - - - 0,48 0,37 0,19

14.857 7.477 4.799 3.382 1.289 0 0 0 0 2.283 5.937 10.957

Rendimiento

Eª necesaria(kWh/mes)

Demanda(kWh/mes)


0 0 211 918 1.897 2.754 3.060 3.162 2.142 316 0 0

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

0 0 301 1.311 2.710 3.934 4.371 4.517 3.060 452 0 0

COP

Energía térmica(kWh/mes)

Demanda defrío (kWh/mes)

Normalmente los equipos de absorción trabajan con un rango de temperaturas del aguacaliente de alimentación de 70 a 85º C. Si se considera una temperatura media de traba-jo aproximada de los captadores de 85º C, conocidas la temperatura ambiente media y laradiación incidente en el plano de captadores se puede calcular el rendimiento de la ins-talación solar trabajando para la máquina de absorción.


I (W/m2) 292 370 517 547 612 685 730 702 636 458 369 276

4,5 6,5 9,6 9,8 14 18,6 23,5 23,2 18,1 12,9 8,7 5,6

Rendimiento - - 0,14 0,17 0,26 0,35 0,40 0,39 0,31 0,09 - -

Temperaturaambiente (ºC)


IMPRIMIR ÍNDICE

Una vez determinado el rendimiento del sistema en condiciones de producción de frío yla energía térmica mensual necesaria para cubrir la demanda de frío, se puede calcular laradiación solar que será necesaria captar cada mes para cubrir dicha demanda, dividien-do la energía térmica por el rendimiento del sistema en esas condiciones:

Finalmente, conocida la energía total que es necesario captar en la superficie de captacióny la energía incidente por metro cuadrado de superficie de captación, se puede determi-nar la superficie que optimiza la captación sin que se produzcan excedentes de energía.

De este modo hemos determinado la energía mensual necesaria que debería incidir en elcampo de captadores para cubrir la demanda de climatización para cada uno de los meses:


0 0 301 1.311 2.710 3.934 4.371 4.517 3.060 452 0 0

- - 0,14 0,17 0,26 0,35 0,40 0,39 0,31 0,09 - -

0 0 2.195 7.589 10.239 11.345 10.881 11.711 9.818 4.964 0 0

Rendimiento

Energía necesa-ria (kWh/mes)

Energía térmica(kWh/mes)

16.000

14.000

12.000

10.000

8.000

6.000

4.000

2.000

0


Figura 7.4

Energía necesaria CALEF. Energía necesaria FRIO


IMPRIMIR ÍNDICE

En este caso la superficie de captación que maximiza el aporte solar es de 48 m2, logran-do los siguientes aportes mensuales:

16.000

14.000

12.000

10.000

8.000

6.000

4.000

2.000

0


Figura 7.5: Energía captada y demandada (kWh)

Energía captada Energía demandada


14.857 7.477 6.994 10.971 11.528 11.345 10.881 11.711 9.818 7.247 5.937 10.957

3.481 4.473 6.924 7.487 8.651 9.374 9.988 9.919 8.236 6.136 4.247 3.086

23% 60% 99% 68% 75% 83% 92% 85% 84% 85% 72% 28%Coberturasolar (%)

Energía deman-dada (kWh/mes)

Energía captada(kWh/mes)

A lo largo del año, los resultados son los siguientes:

• Energía a interceptar (kWh): 119.722

• Energía interceptada (kWh): 82.001

• Cobertura del sistema solar: 68 %

De este modo, hemos estimado la superficie de captación necesaria y la cobertura solaraproximada. Estos datos se deben tomar tan solo como una primera aproximación, sien-do necesario para el desarrollo de un proyecto en profundidad el análisis horario delcomportamiento de la instalación de cara a obtener valores más realistas y poder esti-mar al mismo tiempo los volúmenes de acumulación necesarios tanto para el aguacaliente solar como para la producción de agua refrigerada.


IMPRIMIR ÍNDICE

Al mismo tiempo sería recomendable realizar un análisis comparativo de los diferentesresultados que se obtendrían considerando otras inclinaciones y orientaciones, de modoque sea posible seleccionar la configuración que mejor se ajuste a las demandas consi-deradas.

7.5. Dimensionado de la torre de refrigeración

Habitualmente los propios fabricantes de torres de refrigeración son los encargados derealizar el dimensionado de sus equipos para unas condiciones determinadas. En nuestrocaso es importante tener en cuenta que a la hora de dimensionar un equipo de disipaciónde energía de este tipo los parámetros fundamentales de diseño son:

• Potencia a disipar (aproximadamente 2,5 veces la potencia de producción de frío delequipo de absorción).

• Temperaturas de entrada y salida del agua a refrigerar.

• Temperatura ambiente del lugar.

• Temperatura del agua de red.

• Localización del equipo.

En las torres de refrigeración se produce el enfriamiento del agua por transferencia decalor y masa del agua al aire que circula por el interior de las mismas.

El rendimiento de las torres de refrigeración depende fundamentalmente de la superficieinterior de relleno y la distribución del agua sobre ésta, la temperatura de bulbo húmedodel lugar de emplazamiento, el caudal de aire impulsado y las temperaturas requeridas delagua a disipar.

La selección de una torre de refrigeración se realiza normalmente mediante el uso detablas. Para el empleo de las tablas de selección es necesario conocer los siguientes pará-metros:

• Potencia térmica a disipar: El calor a disipar en la torre se calcula mediante lasiguiente expresión:

Pot = 4,18 x Q x (t2-t1)

Donde:

Pot: calor a disipar en kW.

Q: caudal del agua en l/s.

t2: temperatura de entrada del agua a la torre en ºC.

t1: temperatura de salida del agua de la torre en ºC.

De forma rápida se puede estimar la potencia de disipación requerida por un equipode absorción como 2,5 veces la potencia nominal de producción de frío del equipo.


IMPRIMIR ÍNDICE

• Temperatura de bulbo húmedo del emplazamiento de la torre: la temperatura debulbo húmedo determina la capacidad de evaporación de agua al aire ambiente.Cuanto menor sea esta temperatura, mayor podrá ser la cantidad de agua evaporaday por tanto mayor será el rendimiento de la torre de refrigeración.

• Temperaturas de entrada y salida del agua en la torre: estas temperaturas depende-rán del equipo de absorción empleado. Cuanto mayores sean las temperaturas reque-ridas del agua de disipación mayor será la posible potencia a obtener de una torre.Se ha de tener en cuenta que la temperatura mínima que se puede alcanzar en unatorre es normalmente 2º C superior a la de bulbo húmedo del emplazamiento.

Una vez conocidos estos tres parámetros, la elección del modelo de torre se llevará a cabomediante el uso de las tablas proporcionadas por los propios fabricantes.

Por ejemplo, para un equipo de absorción que requiera disipar un caudal de 10 l/s de 34,5a 29º C, con una temperatura de bulbo húmedo de 25º C, la potencia a disipar será:

Pot = 4,18 x 10 x (34,5 – 29) =230 kW

Teniendo en cuenta la potencia a disipar, el salto térmico requerido y la temperatura debulbo húmedo, se puede seleccionar la torre adecuada mediante el empleo de la siguien-te tabla (propia del fabricante INDUMEC, S.L.):


IMPRIMIR ÍNDICE

Tabla de selección de torres de refrigeración (Fuente: INDUMEC, S.L.)

-'I'EWERA1'1MA B IEBUUIO 26 'Z1 IÓBlOBI'C

lE ... ERAT\JAA 35,$-~ AGUAEN 'C 34,$-29 ~.f>-28 36,5-31 35,5-30 34,$-29 37,5-32 36,5-31 35,fr30

AXoG'I •' 3t 1'114 40 3S 21 o • 'ZI

1>)1..(11. 52 " 35 S5 .e 37 S8 ~ 39

MGI • • 40 • • 42 • • .. I>X-05 92 74 51 98 19 &1 103 S3 e6

M4ll t30 101 • t31' t M • t44 120 • I>X.C1 142 119 98 ~~ 121 101 151 132 107

M4ll - t30 101 tll t30 t t3 tW M2 111

I>X-10 151 135 104 1n 143 111 1&& 152 118

~tt - - 131' 212 tll 144 214 117 tl2

I>X-12 223 1811 151 234 198 159 247 20& 1&7

~· - zrz - 272 ZIZ .. - 143 :1113

I>X-20 309 m 192 327 2S4 204 347 280 211

M2l - 311 ., ... - m 421 - -I>X-22 422

® 285 444 371 301 451 391 311

AM:S ., - 411 .. - - 424 "' I>X-21 472 33S 494 423 352 518 .W3 3119

AX4II 514 440 - .. 411 .. .. .., 402

I>X-21 S81 - 400 5 && 503 419 61& 526 439

~ - ID oz 171 - - 7tll - 471

I>X-32 &&1 5e9 .el 717 599 .e5 754 &31 511

~ 70 at - 7G .. .. 114 .. .. I>X-35 198 - 5e9 8311 114 595 818 749 824

~t .. 741 - 14t - 117 .... .. W2

I>X-45 921 192 8110 971 830 8112 1.011 870 725

~ t .a - 711 t.Gif - 1'D t .tOI M7 .,.. I>X.al 1.060 806 7S5 1.111 ~ 191 1.1&4 985 829

~ t .t30 - - u• t.Ott "' U40 t.-o -1>)1.~ 1.192 1.019 ~ u .e 1.051 889 1.308 1.118 932

~ t.m t •• ID7 t.33S 1.140 - ta7 1.114 -AX-3111 1.315 1.099 889 1.3&4 1.151 937 1A57 1219 987

~ t.- t •• - tAIZ t:zsl t .042 t.DZ U10 t .c.t

I>X-3115 1.474 1.280 1.050 1.5.W 1.320 1.100 1.1118 1.383 1.152

~ t.- 1.217 t.G4t t .ea 1.311 t •• tJOI tA27 t .tll

I>X-421 1.&27 1.3111 1.101 1.713 1.433 ueo 1.803 1.509 1.222

~ t .734 t .4G u• tate t .. UM U04 t .. t ..

[JI]


IMPRIMIR ÍNDICE

Para este caso, utilizando equipos de la marca INDUMEC, S.L. el modelo seleccionadosería el AX-20.

7.6. Resumen

El dimensionamiento de instalaciones de energía solar térmica acopladas a sistemas declimatización requiere de unos cálculos laboriosos.

De forma resumida se puede realizar una estimación de la superficie de captación nece-saria de la siguiente forma:

• Estimar las demandas de calefacción y climatización en verano.

• Calcular los rendimientos medios del captador supuestas unas temperaturas de tra-bajo para cada aplicación y las condiciones ambientales del captador.

• Calcular la energía que debería incidir mensualmente en la superficie de captaciónpara cubrir las demandas.

• Para el mes más desfavorable estimar la superficie de captación que intercepta laradiación solar necesaria para cubrir el 100% de la demanda de energía.

A la hora de desarrollar un estudio en profundidad es necesario llevar a cabo un análisishorario del comportamiento tanto de las demandas de energía como del sistema solar decara a obtener resultados precisos.

IMPRIMIR ÍNDICE

8Regulación ycontrol de las instalaciones de

climatización solar

REGULACIÓN Y CONTROL DE LAS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN SOLAR 148

IMPRIMIR ÍNDICE

Regulación y control de las instalacionesde climatización solar8

8.1. Introducción

Al igual que la mayoría de las instalaciones existentes en cualquier edificación, las insta-laciones de energía solar requieren de un sistema de control para su correcto funciona-miento.

El sistema de control de las instalaciones solares tiene una doble funcionalidad:

• Por un lado deben optimizar la captación energética de la instalación y por tanto elahorro proporcionado por la misma.

• Y, por otro, deben garantizar unas condiciones de funcionamiento adecuadas de loselementos de la instalación.

Este sistema se encargará de gobernar de forma autónoma los distintos elementos de lainstalación (bombas, válvulas, etc.) en función de las condiciones de trabajo de la insta-lación (temperaturas, radiación, etc.) de acuerdo a unos parámetros de control. En lasiguiente imagen se muestra la configuración de un sistema de control en forma de dia-grama:

Entradas Salidas

Centralita /PLC

• Temperatura• Radiación• Presión

• Bombas• Válvulas

Parámetrosde control

Figura 8.1: Diagrama general del sistema de control


IMPRIMIR ÍNDICE

En instalaciones de pequeño y mediano tamaño (hasta 100 m2 de superficie de captaciónaproximadamente) es habitual el uso de centralitas de regulación estándar y adaptables aun gran número de instalaciones. Para instalaciones de mayor tamaño es aconsejable elempleo de autómatas programables o PLC’s ya que ofrecen unas posibilidades de controlmás amplias.

8.2. Elementos que componen el sistema de regulación y control

Tal y como se muestra en la figura 8-1, el sistema de control se compone fundamental-mente de tres subsistemas:

• Subsistema de entrada o sensores.

• Subsistema centralita / PLC.

• Subsistema de salida o actuadores.

A continuación se describe de forma más detallada cada uno de estos subsistemas:

8.2.1. Subsistema de entrada

El subsistema de entrada se compone de los distintos tipos de sensores y sondas de la ins-talación encargados de informar al subsistema centralita o PLC de las condiciones de tra-bajo de la instalación en cada momento.

Las sondas más habituales que se utilizan en una instalación solar son:

• Sondas de temperatura: las sondas de temperatura utilizadas habitualmente en estetipo de instalaciones son termorresistencias (Pt 100, Pt 1000, etc.). Estos dispositi-vos basan su funcionamiento en el hecho de que la resistencia al paso de la corrien-te eléctrica por un conductor es función de la temperatura a la que se encuentra.

Figura 8.2:Centralita de regulación de instalaciones

solares térmicas (Fuente: RESOL)


IMPRIMIR ÍNDICE

Existen distintos tipos de sondas de temperatura: de inmersión, de contacto, deambiente, etc.

Figura 8.3: Curva Resistencia – Tª de una sonda comercial (Fuente: RESOL)

Figura 8.4:Sonda de inmersión y vaina (Fuente: RESOL)

Figura 8.5:Sonda de contacto (Fuente: RESOL)

Figura 8.6:Sonda de ambiente (Fuente: RESOL)


IMPRIMIR ÍNDICE

• Detectores de presión: este tipo de dispositivos emiten una señal proporcional a lapresión del circuito hidráulico en el que se encuentran. Es necesario tener en cuen-ta que los circuitos hidráulicos se encuentran presurizados con objeto de evitar posi-bles vaporizaciones del fluido caloportador.

• Sensores de radiación: los cuales suministran información acerca de la radiaciónsolar incidente en cada momento.

Figura 8.7:Detector de Presión

Figura 8.8:Detector de flujo

Figura 8.9:Sensor de radiación

• Detectores de flujo: encargados de transmitir una señal todo/nada en función de siexiste o no circulación de fluido por la tubería en la que se instalan.


IMPRIMIR ÍNDICE

8.2.2. Subsistema centralita / PLC

El subsistema centralita o PLC es el encargado de recoger las señales de entrada, inter-pretarlas y emitir unas señales de salida encargadas de comandar los elementos actuado-res de la instalación de acuerdo a los parámetros de control implementados.

Tal y como se indicó al inicio del presente capítulo, en instalaciones de pequeño ymediano tamaño se emplean habitualmente centralitas de regulación genéricas adapta-bles a diversas configuraciones, mientras que en instalaciones con una superficie de cap-tación elevada (aproximadamente a partir de 100 m2) se suelen emplear autómatas pro-gramables.

Las centralitas son equipos más económicos, a costa de presentar menos opciones de con-trol que los PLC’s o autómatas programables, cuya ventaja fundamental reside en la posi-bilidad de programación de sistemas de control “a medida”.

Figura 8.10:Autómata programable (Fuente: SIEMENS)

Figura 8.11:Bomba circuladora (Fuente: GRUNDFOS)

8.2.3. Subsistema de salidas o actuadores

Está compuesto por todos los elementos de la instalación comandados por el sistema decontrol y que determinan el modo de funcionamiento de la instalación.

Los principales actuadores que se encuentran en una instalación solar son:

• Bombas circuladoras: encargadas de hacer circular el fluido por los distintos circui-tos de la instalación.


IMPRIMIR ÍNDICE

• Válvulas de dos y tres vías: encargadas de interrumpir el flujo en un determinadocircuito hidráulico (dos vías) o de desviarlo en una u otra dirección (tres vías).

8.3. Regulación de instalaciones de energía solar térmica

La función principal del sistema de control es el control del encendido y apagado de lasbombas de forma que se consigan los objetivos indicados anteriormente:

• Optimización de la energía captada.

• Condiciones de funcionamiento adecuadas.

Esta función se basa en hacer circular el fluido de los captadores solares al sistema deintercambio únicamente cuando existe energía disponible para ser trasvasada al acumu-lador.

Para lograrlo, el sistema de control compara las temperaturas de captadores y del agua deacumulación, y activará las bombas cuando la primera supere en un determinado valor ala segunda. Para evitar arranques y paradas continuos de las bombas se dota al incremen-to de temperatura necesario para el arranque de una cierta histéresis. Es decir:

Si Tcapt > Tdep + ∆Ton Bomba ON

Si Tcapt < Tdep + ∆Toff Bomba OFF

Donde:

• Tcapt : es la temperatura en la zona superior de los captadores.

Figura 8.12:Válvula de 3 vías (Fuente: RESOL)

Figura 8.13:Válvula de 2 vías (Fuente: ORKLI)


IMPRIMIR ÍNDICE

• Tdep: es la temperatura en la zona inferior del depósito de acumulación.

• ∆Ton: es el diferencial de temperatura de arranque (normalmente de 5 a 8º C).

• ∆Toff: es el diferencial de temperatura de parada (normalmente de 2 a 4º C).

Este tipo de control se denomina control diferencial.

Figura 8.14: Sistema de control en una instalación sencilla

El sistema de control, además de comandar el arranque y parada de bombas, tiene otraserie de funciones que se comentan a continuación de forma breve:

• Función termostato: permite al sistema de control dar una señal de salida todo/nadapara comandar un determinado elemento en función de si se ha alcanzado una deter-minada temperatura. Esta función es de gran utilidad para pasar de una aplicación aotra: una vez alcanzada la temperatura de consigna en un depósito, el sistema decontrol actuará sobre una válvula de tres vías de forma que se desvíe el flujo del cir-cuito primario (caliente) al intercambiador de la siguiente aplicación.

Por ejemplo, en el caso de instalaciones solares en sistemas de climatización, unavez se haya cubierto la demanda de ACS, el sistema podrá pasar a almacenar ener-gía en los depósitos de calefacción o alimentación al equipo de absorción, depen-diendo de la época del año.

• Función temperatura límite de acumulación: detiene la transferencia de calor cuan-do se ha alcanzado la temperatura de consigna de acumulación, aunque exista ener-gía disponible.


IMPRIMIR ÍNDICE

• Función de protección antiheladas: cuando la temperatura en captadores baja de undeterminado valor, se activa la circulación del primario transfiriendo energía deldepósito a los captadores, evitando así las posibles congelaciones de fluido.

• Otras funciones: dependiendo del tipo de centralita se puede disponer de funcionesadicionales como: temperatura límite en captadores, refrigeración de captadores,refrigeración del acumulador, etc.

8.4. Regulación del equipo de absorción

La regulación del equipo de absorción es normalmente específico para cada uno de losequipos comercializados.

De forma general se pueden considerar las siguientes estrategias de control empleadashabitualmente en los equipos de absorción:

• La bomba de alimentación de agua caliente se comandará en función de las necesi-dades de refrigeración en cada momento. Si existe demanda de frío, el propio equi-po de absorción arrancará la bomba de agua caliente de alimentación.

• La bomba de circulación del agua fría está funcionando de forma continua mien-tras el equipo está en marcha, de forma que permita conocer la temperatura deretorno del circuito de distribución y de esa manera la potencia demandada en cadamomento.

• La potencia de frío del equipo de absorción se modula de forma automática, garan-tizando una temperatura de salida del agua fría previamente fijada.

• La temperatura de retorno del agua de disipación se regula mediante una válvula detres vías mezcladora, de forma que se pueda garantizar el valor recomendado por elfabricante en cada caso.

Figura 8.15: Circuito hidráulico de un equipo de absorción (Fuente: YAZAKI)


IMPRIMIR ÍNDICE

8.5. Regulación de las unidades terminales

La potencia entregada por las unidades terminales debe ajustarse al máximo a la potenciademandada en cada momento en la instalación.

Los sistemas de control empleados más habitualmente para la regulación de las unidadesterminales (suelo radiante, fan-coils, etc.) son los termostatos de ambiente. Estos equiposemiten una señal de salida en función de si se ha alcanzado la temperatura de consignafijada o no. Esta señal puede ser todo/nada o proporcional en función de la diferencia detemperaturas entre el valor real y la temperatura de consigna fijada.

De esta forma permiten controlar, por ejemplo, la circulación de fluido del agua calientepor el circuito del suelo radiante mediante el arranque/parada de la bomba o el by-passdel agua fría por un fan-coil mediante el control de la válvula de tres vías en función dela temperatura.

Figura 8.17

Figura 8.16:Termostato

Existen distintos tipos de termostatos: electromecánicos, digitales, programables, etc., sinembargo su principio de funcionamiento siempre es similar.

En las instalaciones de suelo radiante, los termostatos suelen ir equipados con una sondaadicional de temperatura encargada de controlar la temperatura superficial del suelo (29ºC como máximo en calefacción y unos 19º C como mínimo, variable en función de lahumedad relativa del local, en refrigeración).


IMPRIMIR ÍNDICE

Además, en el caso de instalaciones equipadas con suelo refrescante es imprescindibleconocer la humedad relativa del ambiente para garantizar que la temperatura superficialno alcance la temperatura de rocío y se produzcan condensaciones.

IMPRIMIR ÍNDICE

9Puesta en marcha ymantenimiento de las instalaciones

de climatización solar

PUESTA EN MARCHA Y MANTENIMIENTO DE LAS INSTALACIONES DE CLIMATIZACIÓN SOLAR 159

IMPRIMIR ÍNDICE

Puesta en marcha y mantenimiento delas instalaciones de climatización solar9

9.1. Introducción

Al finalizar la ejecución de la instalación es necesaria la realización de ciertas comproba-ciones en el funcionamiento de la misma.

Muchas de estas comprobaciones vienen prefijadas tanto por el RITE (Reglamento deInstalaciones Térmicas en Edificios), como por el Plan Solar de Castilla y León, así comopor los fabricantes de los componentes que conforman la instalación.

9.2. Puesta en marcha

Es condición previa para realizar los ensayos de recepción que la instalación se encuen-tre totalmente terminada de acuerdo con el proyecto (si es necesario) y con las modifica-ciones que por escrito hayan sido acordadas.

También es necesario que hayan sido previamente corregidas todas las anomalías denun-ciadas a lo largo de la ejecución de la obra y que la instalación haya sido equilibradahidráulicamente, puesta a punto, limpiada y convenientemente rotulada.

Deberá comprobarse la existencia de la acometida definitiva de energía eléctrica al edifi-cio o de acometida provisional con características equivalentes a la definitiva.

La empresa instaladora dispondrá de los medios humanos y materiales necesarios paraefectuar las pruebas parciales y finales de la instalación.

Las pruebas parciales estarán precedidas por una comprobación de los materiales en elmomento de su recepción en obra, comprobándose la existencia de Certificación deOrigen Industrial, que acredite el cumplimiento de la normativa vigente, tanto nacionalcomo extranjera. Toda la maquinaria deberá contar con el marcado CE correspondiente oCertificado de Conformidad según el R.D. 1215/1997, de 18 de julio.

Todas las pruebas se efectuarán en presencia del director de obra o persona en quiendelegue, quien deberá dar su conformidad tanto al procedimiento seguido como a losresultados.


IMPRIMIR ÍNDICE

9.2.1. Limpieza de redes de distribución

Las redes de distribución de agua deben ser limpiadas internamente antes de efectuar laspruebas hidrostáticas y la puesta en funcionamiento, para eliminar polvo, cascarillas,aceites y cualquier otro material extraño.

Durante el montaje se evitará la introducción de materias extrañas dentro de las tuberías,los aparatos y los equipos protegiendo sus aberturas con tapones adecuados.

La limpieza interior de las redes de distribución de aire se efectuará una vez completadoel montaje de la red y de la unidad de tratamiento de aire, pero antes de conectar las uni-dades terminales.

Se pondrán en marcha los ventiladores hasta que el aire a la salida de las aberturas parez-ca, a simple vista, no contener polvo.

9.2.2. Comprobaciones de la ejecución

Durante la ejecución de obra, todas las uniones o tramos de tubería, conductos o elemen-tos que vayan a quedar ocultos, deberán ser expuestos para su inspección o expresamen-te aprobados, antes de colocar las protecciones requeridas.

Independientemente de los controles de recepción y de las pruebas parciales realizadasdurante la ejecución, se deberá comprobar la correcta ejecución del montaje y la limpie-za y cuidado en el buen acabado de la instalación.

Se realizará una comprobación del funcionamiento de cada motor eléctrico o bomba y desu consumo de energía en las condiciones reales de trabajo, así como de todos los inter-cambiadores de calor, climatizadores, calderas, máquinas frigoríficas y demás equipos enlos que se efectúa la transferencia de energía térmica.

Se comprobará la actuación del sistema de control y el comportamiento global de la ins-talación realizando una prueba de funcionamiento diario, consistente en verificar, que enun día claro, las bombas arrancan por la mañana y paran al atardecer, detectándose en eldepósito saltos de temperatura significativos.

9.2.3. Pruebas

Las pruebas de recepción y puesta en marcha finalizarán y por tanto la instalación podráser recepcionada, una vez que se den todas y cada una de las siguientes circunstancias:

• Se ha realizado de forma satisfactoria la prueba de estanqueidad de los círculoshidráulicos instalados.

• Se ha realizado de forma satisfactoria la prueba de funcionamiento de los sistemasde seguridad (válvulas de seguridad del sistema y vaso de expansión).


IMPRIMIR ÍNDICE

• Se ha realizado la verificación del correcto funcionamiento de las válvulas de corte,llenado, vaciado y purga de la instalación.

• Se ha comprobado el funcionamiento correcto de las bombas en relación con el cau-dal de diseño del circuito.

• Se ha verificado el funcionamiento del sistema de control.

Pruebas hidrostáticas

Todas las redes de circulación de fluidos caloportadores deben ser probadas hidrostática-mente, a fin de asegurar su estanqueidad, antes de quedar ocultas por obras de albañile-ría, material de relleno o por el material aislante. Independientemente de las pruebas par-ciales a que hayan sido sometidas las partes de la instalación a lo largo del montaje, debeefectuarse una prueba final de estanqueidad de todos los equipos y conducciones a unapresión en frío equivalente a una vez y media la de trabajo, con un mínimo de 6 bar, deacuerdo con la norma UNE 100151. Las pruebas requieren, inevitablemente, el tapona-miento de los extremos de la red, antes de que estén instaladas las unidades terminales.Los elementos de taponamiento deben instalarse durante el montaje, de tal manera quesirvan, al mismo tiempo, para evitar la entrada en la red de materiales extraños.Posteriormente se realizarán pruebas de circulación de agua poniendo las bombas en mar-cha, comprobando la limpieza de los filtros y midiendo presiones y, finalmente, se reali-zará la comprobación de la estanqueidad del circuito con el fluido a la temperatura derégimen.

De igual forma, se probarán hidrostáticamente los equipos y el circuito de energía auxi-liar cuando corresponda.

Se comprobará que las válvulas de seguridad funcionan (tanto las de baterías de captado-res como la del vaso de expansión) y que las tuberías de descarga de las mismas no estánobturadas y en conexión con la atmósfera. La prueba se realizará incrementando hasta unvalor de 1,1 veces el de tarado y comprobando que se produce la apertura de la válvula.

Por ultimo, se comprobará el tarado de todos los elementos de seguridad.

Para las pruebas de presión será necesario tener en cuenta las diferencias de presión debi-das a la altura, ya que para sistemas grandes en edificios altos con los captadores en lacubierta y los acumuladores en el sótano, estas diferencias de presión pueden ser consi-derables.

Pruebas de libre dilatación

Una vez que las pruebas anteriores han resultado satisfactorias y se ha comprobadohidrostáticamente los elementos de seguridad, las instalaciones equipadas con calderas sellevarán hasta la temperatura de tarado de los elementos de seguridad, anulando previa-mente los aparatos de regulación automática.


IMPRIMIR ÍNDICE

Durante el enfriamiento de la instalación y al finalizar el mismo, se comprobará visual-mente que no han existido deformaciones apreciables en ningún elemento o tramo detubería y que el sistema de expansión funciona correctamente. Se trata de comprobar queel vaso de expansión ha sido bien dimensionado y absorbe las dilataciones del agua delcircuito.

Pruebas de circuitos frigoríficos

Los circuitos frigoríficos de las instalaciones centralizadas de climatización, realizados enobra, serán sometidos a las pruebas de estanqueidad especificadas en la instrucciónMI.IF.010 del Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas.

No debe ser sometida a una prueba de estanqueidad la instalación de unidades por ele-mentos cuando se realice con líneas precargadas suministradas por el fabricante del equi-po, en este caso se entregará el correspondiente certificado de pruebas facilitado por elfabricante.

Pruebas de funcionamiento de los elementos

Existen elementos para los que no existen pruebas universalmente aceptadas ni normati-va específica, por lo cual las pruebas se limitarán a comprobar que:

• El sistema de control actúa correctamente.

• Las bombas, válvulas motorizadas y resistencias eléctricas entran en funcionamien-to cuando se accionan.

• Las válvulas de seguridad funcionan a la presión de tarado.

• Las válvulas de llenado, vaciado y corte actúan correctamente.

• El incremento de presión indicado por los manómetros se corresponde con los valo-res indicados en las curvas de características de la bomba para el caudal de diseñodel circuito.

• Los purgadores, tanto manuales como automáticos, funcionan.

9.2.4. Consideraciones sobre la máquina de absorción

Para el funcionamiento de la máquina de absorción es indispensable que la torre de refri-geración esté llena y en servicio, así como el equipo de tratamiento de agua con el fin deevitar la formación de incrustaciones que afectarían a la transmisión de calor y al buenfuncionamiento de la unidad, con el riesgo añadido de la descomposición de los inhibi-dores de corrosión que podría dar lugar a procesos corrosivos.

Es aconsejable disponer en el circuito de enfriamiento (el de la torre) de un termostatoque pare el ventilador de la torre y evitar su consumo cuando la temperatura exterior lopermite y de una válvula de 3 vías de acción proporcional para evitar que las temperatu-


IMPRIMIR ÍNDICE

ras desciendan por debajo de 25º C en momentos de calor moderado (noches y periodosintermedios) para evitar procesos de cristalización del bromuro de litio.

Si la máquina se utiliza en invierno y se encuentra en una zona en la que puede haberbajas temperaturas, es conveniente proteger el sistema contra el riesgo de helada, insta-lando como mínimo una resistencia anti-hielo en la balsa de la torre.

Si se prevé la parada durante el invierno, la torre debe vaciarse.

9.2.5. Llenado de la instalación

El primer llenado de la instalación se realizará con agua de la red para:

• Limpiar el circuito de toda la suciedad introducida durante el montaje.

• Detectar fugas a la vez que se realiza una prueba de presión.

Todas las operaciones de llenado se realizarán con suficiente lentitud y de las partes másbajas de la instalación a las más altas, para ir eliminando las bolsas de aire, que, de noser eliminadas, dificultarían e incluso impedirían el correcto funcionamiento de la insta-lación solar.

Cuando se haya terminado de llenar, se pondrá en marcha la instalación durante un cier-to tiempo para arrastrar toda la suciedad que exista en los circuitos, a la vez que se com-prueba su pérdida de carga y el caudal proporcionado por el electrocirculador, y poste-riormente se vaciará.

Si se detectan fugas, se corregirán y se procederá al llenado definitivo con la mezcla indi-cada en el proyecto (normalmente agua y anticongelante).

Por si hubiera averías de algún elemento, es conveniente que la instalación tenga un depó-sito auxiliar para poder recoger el fluido caloportador agua-anticongelante, que es caro,tóxico y no se debe desperdiciar.

A continuación se dan algunas otras pautas para el proceso de llenado, dependiendo deltipo de vaso de expansión instalado y del propio circuito:

Proceso de llenado y purga del circuito primario en instalación con vaso de expansióncerrado

Además de lo indicado para el primer llenado:

En las instalaciones presurizadas por una red de suministro, el circuito deberá ser prote-gido con un reductor de presión, que estará tarado para mantener la presión mínima nece-saria en el punto más alto del circuito.

El purgador automático de aire del punto más elevado del circuito se mantendrá abiertohasta la evacuación de todo el aire del sistema. Las válvulas de seguridad de las baterías


IMPRIMIR ÍNDICE

de captadores se deben tarar a la presión máxima de trabajo de los mismos, ya que dichoselementos son los más delicados del sistema.

Es importante realizar la purga de la bomba de circulación antes de arrancar dicha bomba.

Las llaves de paso deben estar en su posición correcta y a continuación se llena y presu-riza el circuito, siempre en frío.

Para finalizar se deberán cerrar las purgas de aire y comprobar que no hay ninguna fugaen el circuito.

Proceso de llenado y purga del circuito primario en instalación con vaso de expansiónabierto

Este proceso se realizará mediante relleno automático (válvula de flotador), directamen-te por el vaso de expansión. Si el vaso está conectado en la parte alta del circuito el pro-ceso será lento y es conveniente en grandes instalaciones colocar una toma de llenado enla parte inferior del circuito y dejar el vaso de expansión como sistema de relleno.

Llenado con mezclas anticongelantes

En el caso de tener un vaso de expansión abierto, es conveniente realizar la mezcla fueradel circuito y posteriormente realizar el vertido de la mezcla lentamente en el vaso deexpansión.

En sistemas cerrados el instalador mediante una pequeña bomba portátil, debe introducirla mezcla anticongelante por una toma en la parte inferior del circuito, estando la válvu-la de purga de la parte superior abierta.

Llenado y purgado del circuito secundario

Este circuito se presuriza con la red de suministro, que en el caso de sobrepasar los valo-res usuales precisará de la colocación de un reductor de presión.

Se deben incluir en este circuito un purgador automático en el punto más alto y una vál-vula de seguridad que estará tarada a la presión máxima de trabajo del acumulador o delelemento menos resistente del circuito secundario.

Se comprueba que todas las llaves de paso están en su posición correcta y después se pro-cede a llenar y presurizar el circuito. Para finalizar se cierran las purgas de aire y se com-prueba que no existe ninguna fuga.

9.3. Mantenimiento

En general las operaciones de mantenimiento que se pueden realizar en las instalacionesson de tres tipos:

• Vigilancia.


IMPRIMIR ÍNDICE

• Mantenimiento preventivo.

• Mantenimiento correctivo.

dependiendo del momento en el cual se realizan las acciones.

Cuando las acciones se refieren únicamente a la visualización de los parámetros y verifi-cación de que estos valores sean correctos, así como la no existencia de fugas visibles, sedenomina Vigilancia. Esta vigilancia deberá ser llevada a cabo por el propio usuario de lainstalación en caso de viviendas unifamiliares o personal de mantenimiento en el caso deedificios de oficinas. Será únicamente una inspección visual realizada periódicamenteconforme se indique en el manual de instrucciones.

Por el contrario, cuando las acciones sean realizadas por técnicos competentes, designa-dos por la empresa instaladora o por el dueño de la instalación para prevenir fallos futu-ros se denominará Mantenimiento Preventivo. Con este tipo de mantenimiento se inten-tará evitar fallos en la instalación a priori.

Por ejemplo, el mantenimiento preventivo hará que con anterioridad a la época de bajastemperaturas se realice una comprobación de la concentración de agua-anticongelanteque existe en el primario, verificando que ésta es adecuada para que no existan problemascuando comience la época de bajas temperaturas.

El Mantenimiento Correctivo es aquel que se realiza cuando ya han surgido los proble-mas y existe algún elemento de la instalación que ha fallado o no está funcionando correc-tamente.

9.3.1. Máquina de absorción

Han de verificarse periódicamente los conexionados eléctricos a fin de comprobar queestán correctamente conectados todos los cables desde el cuadro de instalación al cuadrode conexión de la máquina de absorción.

Para la máquina de absorción el buen estado de la torre de refrigeración y un adecuadotratamiento del agua es imprescindible para garantizar su vida y rendimiento. Por ellodebe seguirse un programa preventivo establecido para la torre de refrigeración y contro-lar periódicamente el equipo de tratamiento del agua para asegurar su calidad. El agua delcircuito de enfriamiento de la máquina (torre de refrigeración) debe mantenerse dentro delos siguientes parámetros:

Parámetros Agua de enfriamiento

pH A 25º C 6.0-8.0

Conductividad µS/cm a 25º C <500

Radical Cloro Cl- ppm <200

SO42- ppm <200


IMPRIMIR ÍNDICE

Con el fin de mantener la concentración de sales, en la balsa de la torre de refrigeración,deberá realizarse una purga constante del 2 al 2,5% del agua en circulación.

9.3.2. Mantenimiento antilegionella

Estas acciones se basan en una limpieza esmerada de todas aquellas partes del sistemaque pueden convertirse en reservorio de Legionella; en términos generales, la limpieza serealizará drenando el sistema, limpiándolo con soluciones biodispersantes y biocidas(salvo en los sistemas de suministro de agua sanitaria) para eliminar el sustrato biológico(algas, amebas, etc.) que le proporcionan alimento y protección y desinfectando a fondocon cloro u otro desinfectante o con calor. Estos tratamientos no serán eficaces si el sis-tema no se mantiene limpio.

Torres de refrigeración y condensadores evaporativos

• Estos equipos se inspeccionarán con frecuencia mensual.

• Se limpiarán a fondo, eliminando los sedimentos y productos de corrosión. La fre-cuencia de las operaciones de limpieza será: el drenaje y la limpieza de la bandeja,mensualmente; la limpieza de todo el circuito, incluidas las tuberías y los condensa-dores, una vez al año; y, también una vez al año, el control y la reparación, si fueranecesario, del separador de gotas.

• La desinfección se hará dos veces al año: al comienzo de la primavera y del otoñoy siempre en las siguientes circunstancias: antes de la puesta en marcha inicial; sise ha producido una parada de más de un mes; cuando se haya hecho una repara-ción; cuando la inspección rutinaria lo indique y cuando la Autoridad Sanitaria lodetermine.

La desinfección se hará utilizando desinfectantes autorizados; en caso de emplearcloro, se inyectarán 5 ppm de cloro más biodispersante en la bandeja y se pondránen marcha las bombas durante cinco horas manteniendo los ventiladores parados. Acontinuación, se vaciará todo el agua del circuito y se limpiará a fondo hasta que eldrenado aparezca limpio. Finalmente, se llenará con agua limpia y se añadirán de 5a 15 ppm de cloro con las bombas en funcionamiento y los ventiladores paradosdurante cinco horas comprobando el nivel de cloro cada hora.

Parámetros Agua de enfriamiento

Fe total ppm <1,0

Alcalinidad M (CaCO3) ppm <100

Dureza total (CaCO3) ppm <200

Radicales azufre S2-,S4-,S6- ppm No detectable

Radical amonio (NH4+) ppm No detectable

Silice soluble SiO2 ppm <50


IMPRIMIR ÍNDICE

Se drenará el agua de la bandeja cuando el aparato no esté en uso.

Aparatos de humidificación y enfriamiento evaporativo

• Estos equipos se inspeccionarán con frecuencia mensual.

• Se drenará el agua de la bandeja cuando el aparato no esté en uso.

• Con frecuencia mensual se vaciará y limpiará la bandeja.

• Con frecuencia semestral se limpiará el relleno.

• Con frecuencia anual se comprobará el estado del separador de gotas y se repararáen caso de necesidad.

• Para la desinfección de estos aparatos se seguirá lo indicado en el caso de las torresde refrigeración.

• Se controlarán las condiciones del agua de forma continua mediante purga de aguasucia y reposición de agua limpia y adición de inhibidores de formación de cal y dela corrosión de las partes metálicas del circuito.

Unidades de tratamiento del aire

• Todas las superficies en contacto con el aire tratado o a tratar deberán limpiarse confrecuencia anual.

• Las bandejas de recogida de agua condensada de las baterías de enfriamiento y des-humidificación se mantendrán secas mediante una tubería de drenaje de fuerte pen-diente (2% mínimo), conectada a una red independiente de desagüe o a la del edifi-cio mediante sifón.

• Las bandejas y aletas de las baterías se limpiarán con frecuencia semestral.

• Todas las superficies de las unidades terminales con batería de enfriamiento (venti-loconvectores, inductores y consolas), instaladas en los mismos locales acondicio-nados o en su proximidad, se limpiarán a fondo con frecuencia mensual.

• La bandeja de recogida de agua condensada de la batería se mantendrá seca median-te una tubería de drenaje de fuerte pendiente (1% mínimo), conectada mediantesifón a una red independiente de desagüe o a la del edificio.

• Las superficies interiores (cajas) de las unidades terminales sin batería se limpiaráncon frecuencia semestral.

Para más información se remite al R.D. 865/2003, de 4 de julio: “Criterios higiénico-sani-tarios para la prevención y control de la legionelosis” y a la Nota Técnica de PrevenciónNTP 538: “Legionelosis: medidas de prevención y control en instalaciones de suministrode agua”.

IMPRIMIR ÍNDICE

10Terminología

TERMINOLOGÍA 169

IMPRIMIR ÍNDICE

Terminología10Absorbedor: componente de un captador solar cuya función es absorber la energía radian-te y transferirla en forma de calor a un ruido.

Aire de extracción: Aire, normalmente viciado, que se expulsa al exterior.

Aire de impulsión: Aire que se introduce en los espacios acondicionados.

Aire de recirculación: Aire de retorno que se vuelve a introducir en los espacios acondi-cionados.

Aire de retorno: Aire procedente de los espacios acondicionados. El aire de retorno esta-rá constituido por el aire de recirculación y, eventualmente, por el aire de extracción.

Aire exterior: Aire del ambiente exterior que se introduce en el circuito de climatización.

Aislante térmico: Es todo material que posee un bajo coeficiente de conductividad tér-mica.

Bienestar térmico: Condiciones interiores de temperatura y humedad establecidas regla-mentariamente que se considera que producen una sensación de bienestar adecuado ysuficiente a sus ocupantes.

Bomba de calor: Máquina térmica que permite transferir calor de una fuente fría a otramás caliente. En calefacción o climatización, aparato capaz de tomar calor de una fuentea baja temperatura (agua, aire, etc.) y transferirlo al ambiente que se desea calefactar.

Calefacción: Proceso de tratamiento del aire que controla, al menos, la temperatura míni-ma de un local.

Calor específico: Cantidad de calor que es necesario suministrar a la unidad de masa deun cuerpo para elevar un grado su temperatura.

Calor latente: Cantidad de calor que cede o absorbe un cuerpo al cambiar de estado.

Calor sensible: Cantidad de calor que cede o absorbe un cuerpo sin cambiar de estado.

Captador solar térmico: Dispositivo diseñado para absorber la radiación solar y transmi-tir la energía térmica así producida a un fluido de trabajo que circula por su interior.


IMPRIMIR ÍNDICE

Circuito primario: Circuito del que forman parte los captadores y las tuberías que losunen, en el cual el fluido recoge la energía solar y la transmite.

Circuito secundario: Circuito en el que se recoge la energía transferida del circuito pri-mario para ser distribuida a los puntos de consumo.

Circulación natural: Cuando el movimiento del fluido entre los captadores y el intercam-biador del depósito de acumulación se realiza por convección y no de forma forzada.

Climatización: Proceso de tratamiento de aire que se efectúa a lo largo de todo el año,controlando, en los espacios interiores, temperatura, humedad, pureza y velocidad el aire.

Coeficiente de conductividad térmica: Cantidad de calor que atraviesa, en la unidad detiempo, la unidad de superficie de una muestra plana de caras paralelas y espesor unita-rio, cuando se establece entre las caras una diferencia de temperatura de un grado.

Coeficiente de transmisión de calor: Cantidad de calor que atraviesa la unidad de super-ficie en la unidad de tiempo, cuando se establece entre las caras paralelas una diferenciade temperatura de 1º C.

Condiciones higrotérmicas: Son las condiciones de temperatura seca y humedad relativaque prevalece en los ambientes exterior e interior para el cálculo de las condensacionesintersticiales.

Demanda energética: Es la energía necesaria para mantener en el interior del edificiounas condiciones de confort definidas reglamentariamente en función del uso del edificioy de la zona climática en la que se ubique. Se compone de la demanda energética de cale-facción, correspondiente a los meses de la temporada de calefacción y de refrigeraciónrespectivamente.

Demanda térmica: Potencia térmica sensible y latente requerida para acondicionar unespacio cerrado.

Deshumectación: Proceso de tratamiento del aire por el que se disminuye su humedad.

Envolvente térmica: Se compone de los cerramientos del edificio que separan los recin-tos habitables del ambiente exterior y las particiones interiores que separan los recintoshabitables de los no habitables.

Evaporación: Cambio de fase del agua de un estado líquido a sólido por absorción decalor.

Factor de sombra: Es la fracción de la radiación incidente en un hueco que es bloqueadapor la presencia de obstáculos de fachada tales como retranqueos, voladizos, toldos,salientes laterales u otros.

Factor solar: Es el cociente entre la energía térmica que se introduce en el edificio a tra-vés del acristalamiento y la que se introduciría si el acristalamiento se sustituyese por unhueco perfectamente transparente.

TERMINOLOGÍA 171

IMPRIMIR ÍNDICE

Factor solar modificado: Producto del factor solar por el factor de sombra.

Fluido primario: En un intercambiador de calor, el fluido que aporta la energía térmicade intercambio.

Fluido secundario: En un intercambiador de calor, el fluido que recibe la energía térmi-ca de intercambio.

Gradiente de temperatura: Cociente entre la diferencia de temperatura existente entre dospuntos y la distancia media entre ambos.

Grados día: Suma de las diferencias de temperatura entre una temperatura base de refe-rencia y la temperatura media de un día a lo largo de un periodo de tiempo definido (GD).

Humedad relativa: Es la fracción de la presión de saturación que representa la presiónparcial del vapor de agua en el espacio o ambiente exterior en estudio. Se tiene en cuen-ta en el cálculo de las condensaciones, superficiales e intersticiales en los cerramientos.

Instalación centralizada: Instalación de calefacción o climatización que dispone de ungenerador (o varios) de calor o frío y un sistema de distribución del mismo a las diferen-tes unidades de consumo: viviendas, oficinas, etc.

Instalación individual: Instalación de calefacción o climatización que dispone de ungenerador de calor o frío y un sistema de distribución del mismo a las diferentes depen-dencias que componen la única unidad de consumo.

Irradiancia solar: Potencia radiante incidente por unidad de superficie sobre un planodado. Se expresa en kW/m2.

Irradiación solar: Es la energía incidente por unidad de superficie sobre un plano dado,obtenida por integración de la irradiancia durante un intervalo de tiempo dado, normal-mente una hora o un día. Se mide en kWh/m2.

Oscilación media diaria: Diferencia entre la temperatura media de las máximas y la tem-peratura media de las mínimas. OMD (ºK).

Pérdida de carga: Caída de presión en un fluido desde un punto de una tubería o conduc-to a otro, debido a pérdidas por rozamiento.

Pérdidas por orientación: Cantidad de irradiación solar no aprovechada por el sistemacaptador a consecuencia de no tener la orientación óptima.

Pérdidas por inclinación: Cantidad de irradiación solar no aprovechada por el sistemacaptador a consecuencia de no tener la inclinación óptima.

Pérdidas por sombras: Cantidad de irradiación solar no aprovechada por el sistema capta-dor a consecuencia de la existencia de sombras sobre el mismo en algún momento del día.

Pérdidas por transmisión: Cantidad de calor que se pierde a través de los cerramientosexteriores.


IMPRIMIR ÍNDICE

Pérdidas por ventilación: Cantidad de calor que se pierde en una estancia por la ventila-ción.

Puente térmico: Parte de la envolvente térmica de un edificio donde la resistencia térmi-ca normalmente uniforme cambia significativamente debido a:

• penetraciones completas o parciales en el cerramiento de un edificio de materialescon diferente conductividad térmica y/o

• un cambio en el espesor de la fábrica; y/o

• una diferencia entre las áreas internas o externas, tales como juntas entre paredes,suelos o techos.

Radiación solar: Es la energía procedente del sol en forma de ondas electromagnéticas.

Red de distribución: Conjunto de circuitos que canalizan el fluido térmico desde la salade máquinas hasta las unidades terminales, incluyendo las redes de impulsión y retorno.

Refrigeración: Proceso de tratamiento del aire que controla, al menos, la temperaturamáxima de un local.

Régimen de invierno: Condiciones de uso del edificio que prevalecen durante la tempo-rada de calefacción.

Régimen de verano: Condiciones de uso del edificio que prevalecen durante la tempora-da de refrigeración.

Renovaciones: Relación entre el caudal de aire exterior impulsado al espacio calefactadoo acondicionado y el volumen de éste.

Técnicas de confort: Cualquier proceso por el cual se controla alguna de las siguientesmagnitudes en los espacios interiores: temperatura, humedad, pureza y movimiento delaire.

Temperatura húmeda: Temperatura indicada por un termómetro cuyo elemento sensiblees mantenido húmedo. TH (ºC).

Temperatura húmeda coincidente: Media de la temperatura húmeda en el intervalo detemperatura seca representado por el valor superior. THc (ºC).

Temperatura seca: Temperatura indicada por un termómetro cuyo elemento sensible estáprotegido contra la radiación. TS (ºC).

Termómetro: Aparato para medir la temperatura; pueden ser de distintos tipos según elprincipio físico en que se basen.

Termómetro húmedo: Aparato para medir la temperatura húmeda del aire.

Torre de refrigeración: Unidad de enfriamiento evaporativo del agua.

TERMINOLOGÍA 173

IMPRIMIR ÍNDICE

Unidad terminal: Equipo receptor de aire o agua de una instalación centralizada que actúasobre las condiciones ambientales de una zona acondicionada.

Válvula de seguridad: Dispositivo que se inserta en algún punto del circuito, diseñado deforma que al subir la presión de tarado o de regulación, se abre automáticamente.

Zona climática: En el “Documento Básico HE Ahorro de Energía”, del Código Técnicode la Edificación, se definen 12 zonas climáticas en función de las severidades climáticasde invierno (A, B, C, E, D) y verano (1, 2, 3, 4) de la localidad en cuestión. Se excluyenlas combinaciones imposibles para la climatología española.

IMPRIMIR ÍNDICE

IDatos climáticosAnexo

DATOS CLIMÁTICOS 175

IMPRIMIR ÍNDICE

Datos climáticosILa información que se aporta en las diferentes tablas son datos experimentales obtenidospor diferentes organismos y cuyo valor en algunos casos puede diferir en función del ori-gen y del periodo de medida.

1.1. Datos UNE-100001:2001

• TS: Temperatura seca.

• TH: Temperatura húmeda.

• THc: Temperatura húmeda coincidente.

• OMD: Oscilación media diaria.

• OMA: Oscilación media anual.

• GD: Grados día.

INVIERNO VERANONivel de Percentil TS Nivel de percentil TS THc THTipo % ºC Tipo % ºC ºC ºC

Estacional 99,0 0,1 Estacional 1,0 29,3 23,3 24,8

Anual 99,6 0,5 Anual 0,4 29,0 23,2 24,8


Anual 99,0 1,7 Anual 1,0 28,2 23,2 24,0

Estacional 95,0 Estacional 5,0 27,6 22,5 23,6

Anual 98,0 Anual 2,0 27,4 22,5 23,4

BARCELONAObservatorio PratSituación AeropuertoLongitud 2º 06’ ELatitud 41º 18’ NAltitud s.n.m. 8 mNúmero de observaciones 70.128 (24 años)Viento dominante 3,6 m/s N

Base (ºC) GD (ºK)

12 382,1

15 863,9

18 1.505,0

20 2.009,3

GD anuales


IMPRIMIR ÍNDICE


Estacional 99,0 -1,2 Estacional 1,0 30,5 22,8 21,7

Anual 99,6 -0,8 Anual 0,4 30,1 22,7 21,5


Anual 99,0 0,5 Anual 1,0 27,7 21,7 20,6


Anual 98,0 Anual 2,0 25,9 20,7 19,8

BILBAOObservatorio SondicaSituación AeropuertoLongitud 2º 55’ WLatitud 43º 18’ NAltitud s.n.m. 34 mNúmero de observaciones 67.208 (24 años)Viento dominante 5,7 m/s NW

Base (ºC) GD (ºK)

12 461,7

15 981,3

18 1.705,2

20 2.307,3

GD anuales



Anual 99,6 -4,5 Anual 0,4 36,1 21,4 22,5


Anual 99,0 -3,3 Anual 1,0 34,7 20,6 21,6


Anual 98,0 Anual 2,0 33,1 20,4 20,8

MADRIDObservatorio BarajasSituación AeropuertoLongitud 3º 34’ WLatitud 40º 28’ NAltitud s.n.m. 595 mNúmero de observaciones 58.440 (21 años)Viento dominante 4,4 m/s N

Base (ºC) GD (ºK)

12 824,5

15 1.403,2

18 2.097,0

20 2.613,2

GD anuales

DATOS CLIMÁTICOS 177

IMPRIMIR ÍNDICE



Anual 99,6 1,2 Anual 0,4 38,6 23,1 24,9


Anual 99,0 2,6 Anual 1,0 36,8 22,4 23,8


Anual 98,0 Anual 2,0 35,0 21,9 22,9

SEVILLAObservatorio SevillaSituación AeropuertoLongitud 5º 53’ WLatitud 37º 25’ NAltitud s.n.m. 20 mNúmero de observaciones 67.200 (24 años)Viento dominante 5,6 m/s SW

Base (ºC) GD (ºK)

12 167,0

15 482,6

18 986,7

20 1.405,3

GD anuales



Anual 99,6 0,7 Anual 0,4 32,1 22,3 25,0


Anual 99,0 2,1 Anual 1,0 30,7 22,8 24,4


Anual 98,0 Anual 2,0 29,6 22,5 23,8

VALENCIAObservatorio ValenciaSituación AeropuertoLongitud 0º 28’ WLatitud 39º 29’ NAltitud s.n.m. 50 mNúmero de observaciones 70.128 (20 años)Viento dominante 6,3 m/s W

Base (ºC) GD (ºK)

12 235,9

15 601,3

18 1.149,5

20 1.599,6

GD anuales


IMPRIMIR ÍNDICE



Anual 99,6 -2,6 Anual 0,4 35,3 22,6 23,7


Anual 99,0 -1,2 Anual 1,0 33,6 21,5 22,7


Anual 98,0 Anual 2,0 31,7 20,8 21,8

3º37' W 1 30,8 19,3 20,1

42º21' N -7,2 -5,6 2384 NE 4,8 2,5 29,2 18,6 19,2 13,9

887 m 5 27,3 18,0 18,2

5º29' W 1 32,4 19,8 21,0

40º57' N -6,3 -5 2.030 W 5,5 2,5 31,1 19,9 20,2 15,6

789 m 5 29,7 19,2 19,3

4º59' W 1 33,2 19,1 19,6

40º53' N -5,6 -4,4 1.920 W - 2,5 31,6 18,3 19,0 15,2

715 m 5 30,0 18,1 18,3

ZARAGOZAObservatorio ZaragozaSituación AeropuertoLongitud 1º 01’ WLatitud 41º 40’ NAltitud s.n.m. 240 mNúmero de observaciones 58.440 (21 años)Viento dominante 7,4 m/s WNW

Base (ºC) GD (ºK)

12 637,4

15 1.163,1

18 1.826,0

20 2.334,6

GD anuales

1.2. Datos de capitales de Castilla y León

Los datos están dados en temperatura seca y húmeda en función del nivel del percentil,para cada localidad (dada su altitud y latitud).

Burgos(Villafría)

Salamanca(Matacán)

Valladolid(Ciudad)

Altura99% 97,5% anual dir v(s.n.m.)

Latitud TS (ºC) G.D. Viento dominanteNPE1 TS (ºC) THc (ºC) TH (ºC) OMD (ºC)

Longitud CONDICIONES DE INVIERNO CONDICIONES DE VERANO

Condiciones exteriores de cálculo según la Norma UNE 100001:2001.

1NPE: (%) Nivel de Percentil Estacional, incluye:- las 2.160 horas de los meses de diciembre, enero y febrero (90 días)- las 2.928 horas de los meses de junio, julio, agosto y septiembre (122 días)

IMPRIMIR ÍNDICE

~ Junta de Castilla y León

COHSEJERJI\ DE INDU$11W'I. COMERCIO Y 1\/AISMO

- -

• .... r~

•

i PLAN SOLAR 0{ CASTILI A Y LE N

Energía Solar Térmica Manual de Climatización Solar

EREN Dlll .......... DI Ul -a& DE CASIIUA Y lEÓN

MANUAL CLIMATIZACION SOLAR · PDF fileEnergía Solar Térmica: Manual de...

Documents

Transcript of MANUAL CLIMATIZACION SOLAR · PDF fileEnergía Solar Térmica: Manual de...