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MEMORIA INSTALACIÓN ENERGÍA SOLAR TÉRMICA www.rj-ingenieros.com Página 1 de 37

MEMORIA DE INSTALACIÓN DE

ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

+

ESTUDIO ECONÓMICO

PARA PRODUCCIÓN DE ACS

LAVADERO DE COCHES

CIUDAD REAL



1. Cálculos y dimensionado de la instalación solar



Provincia: Ciudad Real

Latitud: 39,0

Temperatura mínima histórica [ºC]: -10

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept. Oct. Nov. Dic. Anual

Tª. media ambiente diurna [ºC]: 7 9 12 15 18 23 28 27 20 17 11 8 16,3

Tª. media del agua de red [ºC]: 5 6 8 10 11 12 13 12 11 10 8 5 9,3

Radiación horizontal [kJ/m2/día]: 7.000 10.100 15.000 18.700 21.400 23.700 25.300 23.200 18.800 12.500 8.700 6.500 15.908

Radiación horizontal [kWh/m2/día]: 1,94 2,81 4,17 5,19 5,94 6,58 7,03 6,44 5,22 3,47 2,42 1,81 4,42

Radiación inclinada [kJ/m2/día]: 7.388 10.660 15.832 19.737 22.587 25.015 26.703 24.487 19.843 13.193 9.183 6.861 16.791

El presente estudio se refiere a la producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS) a través de un sistema de

energía solar térmica, para ser instalado en un Lavadero de coches en Ciudad Real.

Se va a presentar también un estudio económico de la instalación.

A efectos de cálculos de energía solar, se cuenta con los siguientes datos:

• Lavadero de coches de 7 pistas. Demanda de ACS diaria: 7500 L/día a 60º C.

• Consumo energético de gasóleo: 1000 L/mes

• Orientación los captadores solares al Sur; Instalación sobre superficie plana.

• Superficie disponible en cubierta: 26m x 6m (152 m2).

Los cálculos se van a realizar de acuerdo con el Pliego de Condiciones Técnicas de IDAE, el RITE y el Código

Técnico de la Edificación (CTE).

Este estudio se va a realizar con captadores solares selectivos FÉRROLI ECOTOP VF 2.3.

Los datos geográficos y climatológicos de la zona en la que se ubica la instalación solar son los siguientes:

Origen de los datos: Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía (IDAE).




% de utilización: 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

DEMANDA DE ACS:

Normalmente en el caso del dimensionamiento de una instalación solar se parte de una demanda de ACS

diaria, y a partir de ella se calculan las necesidades energéticas para calentar este agua desde la temperatura

de red hasta una temperatura de cálculo que suele ser habitualmente 60ºC.

La demanda diaria prevista de ACS es:

Consumo estimado [L/día]: 7.500Factor simultaneidad [0-1]: 1Consumo estimado total [L/día]: 7.500Temperatura de cálculo[ºC]: 60

A partir de las necesidades energéticas para calentar el agua, se dimensiona el sistema de energía solar de

forma que sea capaz de suplir mediante energía solar un determinado porcentaje de las necesidades

energéticas. Este aporte solar está normalmente entre el 30% y el 70% de las necesidades energéticas

totales.

Aporte solar mínimo:

• Según el CTE-DBHE4: en la zona IV se necesita una contribución solar mínima del 70%

para demandas de ACS superiores a 7000 L/día.

• La superficie disponible en la cubierta puede ser un condicionante a la hora de instalar todos

los captadores solares necesarios para llegar a un aporte solar del 70% de las necesidades

energéticas. Por esta razón se va a realizar el estudio económico, además, intentando

instalar el máximo número de captadores posibles que quepan en la superficie de la

cubierta.

Se estimará el siguiente perfil anual de utilización:

Los cálculos que siguen a continuación representan las necesidades energéticas para la producción de ACS,

el dimensionamiento de energía solar térmica para cumplir las exigencias de la Normativa y el gráfico de

necesidades energéticas frente a ahorros conseguidos con el sistema de energía solar térmica.



NECESIDADES ENERGÉTICAS


Consumo mensual de agua [m3]: 232,5 210,0 232,5 225,0 232,5 225,0 232,5 232,5 225,0 232,5 225,0 232,5 2737,5

Incremento de temperatura [ºC]: 55 54 52 50 49 48 47 48 49 50 52 55 50,8

Energía Necesaria [Termias]: 12.788 11.340 12.090 11.250 11.393 10.800 10.928 11.160 11.025 11.625 11.700 12.788 138.885

Energía Necesaria [MJ]: 53.528 47.469 50.609 47.093 47.689 45.209 45.743 46.716 46.151 48.662 48.976 53.528 581.373

Energía Necesaria [kWh]: 14.869 13.186 14.058 13.081 13.247 12.558 12.706 12.977 12.820 13.517 13.605 14.869 161.492

Energía Necesaria [L de gasóleo]: 1.504 1.334 1.422 1.323 1.340 1.270 1.285 1.313 1.297 1.367 1.376 1.504 16.336

Costes estimados de Combustible (EUR) (para la estimación de variables indicada a continuación)

1.203 1.067 1.138 1.059 1.072 1.016 1.028 1.050 1.037 1.094 1.101 1.203 13.069

Tipo de EnergíaPrecio (Eur/L) (medio 2010) PCI (kJ/kg) Eur/MJ

Densidad (kg/L)

Rendimiento estimado caldera

Gasóleo C 0,8 41800 0,020 0,946 90,00%

NECESIDADES ENERGÉTICAS Y GASTO EN COMBUSTIBLE:

Para calcular las necesidades energéticas se ha partido de una demanda media de ACS de 7500 L/día a

60ºC.

La tabla anterior calcula las necesidades energéticas mensuales para calentar estos 7500 L/día desde la

temperatura media del agua de red hasta los 60ºC de temperatura de consumo.

Como se puede comprobar la energía necesaria anual son 581.373 MJ.

Estimando que la energía proviene de gasóleo C, para un coste medio del L indicado en la tabla anterior y un

rendimiento medio de la caldera de un 90%, se puede comprobar que el coste medio en gasóleo son 13.069

Eur/año .

Este coste es ligeramente superior a la estimación de 1000 Eur/mes indicada en el pliego de condiciones.

Aunque la diferencia no es muy grande, la variación podría deberse bien a que la demanda de ACS es

ligeramente inferior a los 7500 L/día, o bien que la temperatura de consumo es ligeramente inferior a los 60ºC

o bien que el usuario compre el gasóleo a un precio ligeramente inferior a los 0,8 Eur/L estimados.



Número de captadores: 66

A: Área total de captadores [m2]: 147,18

V: Volumen de acumulación [L]: 8.000

M: Consumo diario ACS [L] 7.500

Cumple criterio (V/A) 54 SI valor entre 50 < V/A < 180

Potencia intercambiador placas [W] > 73.590 Para cumplir criterio CTE

Caudal del primario [L/h] 7.359,0 50 L/h por m2 de supf. de captación

Ahorro en ACS [Termias] 96.860

Rendimiento [%]: 42,9

Inclinación adoptada [º]: 40,0

Desorientación o azimut [º]: 0,00

Meses Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept. Oct. Nov. Dic. Anual


Ahorros [Termias]: 4.567 5.723 8.347 8.752 9.361 9.632 10.725 10.966 9.919 8.268 6.043 4.556 96.860

Ahorros [MJ]: 19.118 23.956 34.939 36.637 39.186 40.318 44.895 45.905 41.520 34.612 25.298 19.073 405.457

Ahorros [kWh]: 5.311 6.655 9.705 10.177 10.885 11.199 12.471 12.751 11.533 9.614 7.027 5.298 112.627

Emisión de CO2 evitada [kg] 1.317,0 1.650,3 2.406,9 2.523,9 2.699,5 2.777,5 3.092,8 3.162,3 2.860,3 2.384,4 1.742,7 1.313,9 27.931,5

Ahorros estimados combustible [EUR]:

430 539 785 824 881 906 1.009 1.032 933 778 569 429 9.114

Ahorros [%]: 35,7 50,5 69,0 77,8 82,2 89,2 98,1 98,3 90,0 71,1 51,7 35,6 70

DIMENSIONAMIENTO DE LA INSTALACIÓN DE ENERGÍA SOLAR para un 70% de aporte

solar (cálculo mediante el método F-Chart):

En el caso de que se desease llegar al 70% de aporte solar de las necesidades energéticas según exige el

CTE-DB HE4 para esta demanda de ACS y para la zona de Ciudad Real, el dimensionamiento del sistema

sería el siguiente:

Como se puede comprobar la superficie de captación necesaria para llegar al 70% de aporte solar serían 147

m2 de captadores. Además habría que añadir el espacio necesario entre captadores para evitar problemas

por sombras. Por esta razón , los 152 m2 disponibles en la cubierta son insuficientes para llegar a instalar 66

captadores solares que permitirían llegar a un 70% de aporte solar.

Por tanto, a continuación se van a realizar los cálculos de aporte solar con el nº máximo de paneles solares

que permita instalar la cubierta, teniendo en cuenta la separación para evitar sombras.



DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR

Número de captadores: 40

A: Área total de captadores [m2]: 89,20

V: Volumen de acumulación [L]: 8.000

M: Consumo diario ACS [L] 7.500

Cumple criterio (V/A) 90 SI valor entre 50 < V/A < 180

Potencia intercambiador placas [W] > 44.600 Para cumplir criterio CTE

Caudal del primario [L/h] 4.460,0 50 L/h por m2 de supf. de captación

Ahorro en ACS [Termias] 68.867

Rendimiento [%]: 50,3

Inclinación adoptada [º]: 40,0

Desorientación o azimut [º]: 0,00

Meses Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept. Oct. Nov. Dic. Anual


Ahorros [Termias]: 3.084 3.902 5.838 6.229 6.710 6.970 7.882 8.041 7.199 5.799 4.142 3.071 68.867

Ahorros [MJ]: 12.909 16.333 24.438 26.073 28.087 29.175 32.996 33.659 30.133 24.276 17.341 12.857 288.278

Ahorros [kWh]: 3.586 4.537 6.788 7.243 7.802 8.104 9.166 9.350 8.370 6.743 4.817 3.571 80.077

Emisión de CO2 evitada [kg] 889,3 1.125,2 1.683,5 1.796,2 1.934,8 2.009,9 2.273,1 2.318,7 2.075,8 1.672,4 1.194,6 885,7 19.859,1

Ahorros estimados combustible [EUR]:

290 367 549 586 631 656 742 757 677 546 390 289 6.480

Ahorros [%]: 24,1 34,4 48,3 55,4 58,9 64,5 72,1 72,1 65,3 49,9 35,4 24,0 49,6

DIMENSIONAMIENTO DE LA INSTALACIÓN DE ENERGÍA SOLAR aprovechando al máximo

la superficie de la cubierta para la instalación de captadores (cálculo mediante el método F-

Chart):

Como se puede comprobar en el Anexo Normativa, la separación entre filas de captadores debe ser 3,18 m

para evitar que los captadores se hagan sombra entre si.

Por tanto, los 6 m de ancho disponibles en la cubierta van a permitir instalar 2 filas de captadores, suponiendo

que la cubierta tenga orientación Sur.

El captador Férroli Ecotop VF 2.3 tiene un ancho de 1,16m, y el máximo nº de captadores que se pueden

colocar en paralelo son 8. Por tanto, los 26 m de largo de la cubierta van a permitir instalar unos 20

captadores, situados en 4 baterías de 5 captadores cada una.

Longitud de una fila de 5 captadores : 5 x 1,16 = 5,8 m

Longitud de las 4 filas de 4 captadores: 4 x 5,8 = 23,2 m.

Aún queda un espacio de 26 – 23,2 = 2,8 m para el espacio entre filas de captadores.

Por tanto, teniendo en cuenta el espacio disponible y las distancias entre filas, se van a poder instalar

40 captadores, repartidos en 2 hileras. Cada hilera tiene 4 baterías de 5 captadores conectados en

paralelo.

Con estos captadores se tienen los siguientes ahorros anuales:



NECESIDADES Y AHORROS ( ACS )

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept. Oct. Nov. Dic.

MESES

KCAL x 1000

AHORROS NECESIDADES

Por tanto con 40 captadores Férroli Ecotop VF 2.3 se obtiene (para el planteamiento de cálculo y con las

hipótesis realizadas hasta aquí):

- Un ahorro del 49,6% de las necesidades energéticas

- Una estimación de ahorros anuales en combustible de 6.480 Eur / año.

Para determinar un criterio financiero que determine la viabilidad de la instalación (ej. TIR o VAN), es

necesario conocer: Coste de la instalación llave en mano; Tipo de interés del capital y Costes de

mantenimiento anuales de la instalación, como variables más destacadas. Con estas variables se podría

realizar un horizonte temporal de la instalación a 15 – 20 años de vida útil para determinar la rentabilidad.

En cualquier caso, una estimación aproximada arrojaría que a 15 años vista, la instalación permitiría

unos ahorros (manteniendo constante el coste por litro del combustible) de 15 x 6480 = 97.200 Eur.

Sería necesario comparar estos ahorros con el coste de instalación llave en mano de la instalación para hacer

una estimación aproximada de la rentabilidad.

En el supuesto de que se pudieran conseguir algún tipo de ayudas de la CCAA por eficiencia energética

redundarían en una mayor rentabilidad de la instalación.



La instalación estará compuesta por los siguientes productos:

CAMPO COLECTORES

� ACS: 40 Colectores solares FÉRROLI modelo ECOTOP VF 2.3 (para disposición ver

apdo. 3.1. sobre la disposición del sistema de captación).

� Estructuras para instalación sobre superficie plana.

� 2 x Aerotermos AE F20

� 1 x Kit de 4 conexiones por cada fila de captadores (en el caso de que los captadores

se instalen en 8 baterías de 5 captadores por fila, serían necesarios 8 kit).

� Kit conexiones tubos intermedios (en el caso de que los captadores se instalen en 8

baterías de 5 captadores por fila, serían necesarios 32 kits de tubos intermedios).

CAMPO ACUMULADORES

� 2 x Acumuladores Férroli Carbounit /A - 4000. Ver anexo 1 para cálculos del volumen

de acumulación (*).

� Intercambiador de placas Expla 37

� Centralita Delta Unit Plus.

� Líquido solar Férroli (para porcentaje, consultar anexo liquido solar )

(*) En las siguientes zonas:

Costa Mediterránea (Cabo de Creus –Tarifa). Islas Baleares e Islas Canarias. Portugal: Zona de Leiría y proximidades, así como zona de El Algarve. Zona de Ciudad Real y Toledo. Zonas de utilización de aguas de pozo, se aconseja preferentemente el acero Epoxi o Vitrificado que el inoxidable



2. Esquema de principio



Intercambiador de placas

LEYENDA

Captador solar

Electrocirculador

Purgador automático

Válvula antirretorno

Válvula de corte

Válvula de seguridad

Válvula de vaciado

ManómetroM

TermómetroT

T T

Vaso de expansión cerrado

Filtro asiento inclinado

T

CENTRALITA DELTA UNIT PLUS

CIRCUITO DE CHOQUE TÉRMICO PARA TRATAMIENTO ANTILEGIONELA

2 x AEROTERMO AE F20 PARAEQUILIBRIO TERMICO40 x FERROLI ECOTOP VF 2.3

FERROLI CARBOUNIT /A 4000

T

A.C.S. A CONSUMO

M

T

T

M

T

T

CALDERA

SISTEMA DE APOYOA.F.S.

TT

Válvula 3 vías motorizada ST Sonda de temperatura

STT

T

T

T

ST

NC

NC

NC

NA

NA

RETORNO A.C.S.

MM

A.F.S.A.F.S.

T

T

EXPLA 37 FERROLI

FERROLI CARBOUNIT /A 4000

(*) Nota: este esquema de principio representa en esencia el dimensionado de los principales componentes de la instalación. No pretende ser exhaustivo ni completo, sino una propuesta esquemática de funcionamiento,

con el fin de realizar una oferta comercial de componentes. La instalación final debe de ser realizada por un Instalador Autorizado que se responsabilizará de la instalación y la someterá a las pruebas de funcionamiento pertinentes.



3.- Cálculo de componentes de la instalación



Anexo 1.- Cálculo volumen de acumulación (ACS):

El volumen de acumulación cumplirá las especificaciones IDAE y CTE sobre área de los colectores y volumen de acumulación:

50 ≤ V/A ≤ 180

Siendo A los m2 de superficie de paneles y V el volumen de acumulación de ACS.

A = 89,2 m2

Luego: 4460 L < V < 16056 L

Anexo 2.- Cálculo circulador (ACS):

Para el Captador FÉRROLI ECOTOP VF 2.3 el caudal de trabajo está comprendido entre 100 y 250 L/h por captador. Realizaremos la hipótesis de un caudal de cálculo recomendado de 50 L//h/m2 de superfice de captación.

En este caso para los 40 captadores dispuestos, realizando la hipótesis de que se instalen en 8 baterías de 5 captadores, se tiene:

Superficie de una batería: 5 x 2,23 = 11,15 m2

Caudal por una batería de 5 captadores: 50 x 11,15 = 557,5 L/h

Caudal estimado de la bomba del primario: 8 x 557,5 = 4460 L/h.

Observación: la pérdida de carga de la bomba dependerá del diámetro, de la longitud de la tubería, de los codos, válvulas, T y demás accesorios de la instalación.

Anexo 3.- Cálculo Sistema de intercambio (ACS):

En este caso la opción propuesta como sistema de intercambio para ACS es la instalación de un intercambiador de placas externos. El dimensionamiento del intercambiador de placas es el siguiente:

Para A = 89,2 m2

Según el CTE, la potencia del intercambiador será P = 500 * A = 44600 W.

Por tanto, se propone la instalación de un intercambiador de placas Férroli Expla 37 ( potencia de intercambio 51 kW; Caudal del primario 4800 L/h)



5 2,23 50

6,4

Caudal Tramo [L/h]

Diam. Int. Calculado [mm]

Diam. Int. comercial

Diam. ext. Comercial

nº tramos (ida y retorno)

Longitud (m)

Volumen (m3) Vol (L)

Tramo 1 558 20,1 26 28 2 12,8 0,007 6,8Tramo 2 1115 25,6 26 28 2 12,8 0,007 6,8Tramo 3 1673 29,6 33 35 2 12,8 0,011 10,9Tramo 4 2230 32,7 33 35 2 12,8 0,011 10,9Tramo 5 2788 35,3 39 42 2 12,8 0,015 15,3Tramo 6 3345 37,7 39 42 2 12,8 0,015 15,3Tramo 7 3903 39,8 51 54 2 12,8 0,026 26,1Tramo 8 4460 41,7 51 54 2 12,8 0,026 26,1

0,118 118,4

Tuberías primario (parte conocida)

Tramo captadores [m] de longitud estimada por tramo

Captadores por bateríaSuperficie captador [m2]

Caudal de diseño [L/h/m2]

ANEXO 4.- CALCULO TUBERIAS

El dimensionado de la tubería se realizará de acuerdo con el caudal de cálculo, teniendo en cuenta que la pérdida de carga unitaria de cada tramo no supere los 40 mm.c.a. por metro lineal y se obtenga una velocidad inferior a 2 m/s para evitar ruido y favorecer el flujo laminar.

Para el Captador FÉRROLI ECOTOP VF 2.3 el caudal de trabajo está comprendido entre 100 y 250 L/h por captador. Realizaremos la hipótesis de un caudal de cálculo recomendado de 50 L//h/m2 de superfice de captación.

En este caso para los 40 captadores dispuestos, realizando la hipótesis de que se instalen en 8 baterías de 5 captadores, se tiene:

Superficie de una batería: 5 x 2,23 = 11,15 m2

Caudal por una batería de 5 captadores: 50 x 11,15 = 557,5 L/h

Caudal estimado de la bomba del primario: 8 x 557,5 = 4460 L/h.

El diámetro de tubería se calculará para cada uno de los tramos mediante la fórmula:

D = J * C^0,35

Donde:

D es el diámetro de la tubería en cm

C es el caudal en L/h

J vale 2,2 para tuberías metálicas

Con los datos anteriormente obtenidos sobre caudales, obtenemos el rango de diámetros de las tuberías en Cobre:



Anexo 5.- Cálculo del vaso de expansión

El Volumen nominal de Vaso de expansión (Vn) viene dado por la siguiente expresión:

Vn = Vu /Ku

Donde:

Vu: Volumen útil del vaso de expansión

Ku: Coeficiente de utilización

En la práctica no es posible utilizar todo el volumen interior del vaso para acoger el fluido

expandido, sino una fracción del mismo denominada volumen útil (Vu). Esto es debido a que la

reducción del volumen de la cámara de gas durante la expansión del fluido conlleva una

sobrepresión cada vez mayor (inversamente proporcional al volumen de la cámara de gas), lo que

provocaría la actuación de la válvula de seguridad antes de que dicho volumen fuese cero, por lo

que nunca puede estar todo el vaso totalmente lleno de fluido. El cociente entre el volumen útil y el

volumen nominal de un vaso de expansión cerrado se denomina coeficiente de utilización (Ku).

De modo que para poder utilizar la expresión anterior y seleccionar un vaso de expansión cerrado

cuyo volumen nominal comercial sea igual o superior al obtenido mediante esta expresión, será

necesario determinar previamente el volumen útil y el coeficiente de utilización del vaso.

Determinación del coeficiente de utilización

Para determinar el coeficiente de utilización (Ku) se aplica una de las leyes físicas de los gases

ideales, según la cual el producto del volumen ocupado por un gas y la presión absoluta a la que

se encuentra permanece constante. Esta ley es cierta siempre y cuando la temperatura del gas no

varíe.

Como esta expresión sólo depende de valores de presión, a este coeficiente se le conoce también

con el nombre de coeficiente de presión, Cp.



Volumen útil: Vu = Vexp + Vres + Vvap

Donde:

Volumen máximo de expansión (Vexp)

Volumen de reserva (Vres)

Volumen desplazado por posible vaporización del líquido (Vvap).

El Volumen máximo de expansión (Vexp) del fluido caloportador se puede determinar multiplicando

el coeficiente de expansión térmica de dicho fluido, Ce, a la temperatura máxima de trabajo por el

Volumen total (Vt) del fluido en frío, que es el volumen del circuito primario. Por tanto:

Vexp = Ce Vt

Y entonces:

Volumen útil: Vu = Ce Vt + Vres + Vvap

El Coeficiente de expansión Ce, se puede obtener de la siguiente fórmula, válida para

temperaturas entre 30 y 120ºC:

Volumen de reserva (Vres):

Debido a las operaciones de purgado de aire, o por la acción imprevista de la válvula de seguridad,

se puede producir una pérdida de fluido caloportador. Si no se repone esta pérdida, el circuito

puede llegar a despresurizarse por debajo del mínimo establecido con lo que la instalación no



funcionaría de forma correcta. Para evitar esto, una forma sencilla es el presurizar el circuito

inicialmente, mediante un volumen de reserva; de esta forma las pequeñas pérdidas antes

mencionadas se pueden compensar con este volumen de reserva y se mantendrá la presurización

mínima necesaria.

El valor de este volumen de reserva se puede establecer entre un 1% y un 3 % de la capacidad del

circuito.

Volumen de vaporización (Vvap):

Un aspecto importante a tener en cuenta es la posibilidad de que se produzca ebullición en el fluido

del circuito, sobre todo en situaciones de estancamiento de los captadote solares. El vapor al tener

un densidad menor tiende a ocupar un volumen muy superior al de líquido evaporado.

Si no se tiene en cuenta donde alojar este volumen, puede provocar que la válvula de seguridad se

abra y se produzca una pérdida de fluido. A efectos de cálculo, se puede considerar este

volumen como un valor igual a la capacidad del circuito comprendida entre su cota máxima

y la cota inferior de los colectores.



Cálculo del vaso de expansión en este caso:

1.- Cálculo volumen circuito primarioNúm. Captadores 40Volumen captador 1,5 L

Volumen captadores 60

Capacidad serpentín interacumulador 0 L

Vol. Tuberías primario (parte conocida) 118,4 L

Vol. Tuberías primario (estimación) parte desconocida) 33 L

Total capacidad estimada componentes conocidos del primario solar Vt 211 L

2.- Temperatura máxima de funcionamiento del sistema: 120 ºC

3.- Cálculo del Coeficiente de expansión Ce

t = 120G (contenido anticongelante) Prever -24º C máximo, por tanto 40% = 40

a = 29,932920b= -0,588980fc= 1,163764

Ce= 0,056203Ce x fc = 0,065407

4.- Volumen de expansión Vexp = Ce x fc x Vt 13,80 L

5.- Volumen de reserva Vres (caso más desfavorable = 3% del volumen del primario)

luego, Vres = 6,33 L

6.- Volumen de vaporización Vvap (se considerará = Vt)Vvap 211,05 L

7.- Volumen útil Vu = Vexp + Vres + VvapVu= 231,19

8.- Presiones de trabajo y Coeficiente de presión CpSuponemos:

PM 10 barPm 3 bar

y , por tanto, Cp = 1,428571

9. Volumen nominal del vaso de expansiónVn = Vu / Cp

Por tanto Vn = 161,83 L

Escoger un vaso de expansión superior a este volumen



4. Fichas técnicas Producto Ferroli



5. Cumplimiento de la normativa



1 Normativa de aplicación y consulta

1.1 Normativa aplicable

Para la elaboración de esta Memoria se han tenido en cuenta los siguientes Reglamentos y Normativa:

• Código técnico de la edificación DB-HE-4, Real Decreto 314/2006, de 17 de Marzo.

• Pliego de Condiciones Técnicas del I.D.A.E. para instalaciones de energía solar técnica de baja temperatura - 2002.

• Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) y sus Instrucciones Técnicas Complementarias. Real Decreto 1027/2007 de 20 de Julio.

• Real Decreto 865/2003, de 4 de Julio por el que se establecen los criterios higiénicos sanitarios para la prevención y control de la legionelosis

• Reglamento de Recipientes a Presión (RAP)

• Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) y sus Instrucciones Técnicas Complementarias ITC

• Ordenanzas de Seguridad e Higiene en el Trabajo (OSHT).

• Ley de Protección del Ambiente Atmosférico (LPAA).

1.2 Normativa de consulta

UNE-EN 12975-1: Sistemas solares térmicos y componentes. Captadores solares. Parte 1: Requisitos generales.

UNE-EN 12975-2: Sistemas solares térmicos y componentes. Captadores solares. Parte 2: Métodos de ensayo.

UNE-EN 12976-1: Sistemas solares térmicos y componentes. Sistemas solares prefabricados. Parte 1: Requisitos generales.

UNE-EN 12976-2: Sistemas solares térmicos y componentes. Sistemas solares prefabricados. Parte 2: Métodos de ensayo.

UNE-EN 12977-1: Sistemas solares térmicos y componentes. Sistemas solares a medida. Parte 1: Requisitos generales.

UNE-EN 12977-2: Sistemas solares térmicos y componentes. Sistemas solares a medida. Parte 2: Métodos de ensayo.

ISO 9488: Energía solar. Vocabulario.



2 Configuración básica de la instalación

La instalación de colectores solares térmicos para el abastecimiento de agua caliente sanitaria está formada por los elementos siguientes:

• Sistema de captación constituido por un conjunto de captadores solares, cuya misión será la de transformar la radiación solar incidente en energía térmica utilizada para el calentamiento del fluido que discurre a través de ellos.

• Sistema de acumulación e intercambio solar formado por acumuladores e intercambiadores de placas.

• Circuito hidráulico, formado por el conjunto de tuberías con los correspondientes aislamientos, bombas de circulación, vaso de expansión, sistemas de seguridad, llenado, purga, válvulas y accesorios, y cuya misión es generar y posibilitar el movimiento del fluido caliente entre los sistemas de captación, acumulación e intercambio.

• Sistema de energía auxiliar utilizado para asegurar la continuidad en el abastecimiento de la demanda térmica en los casos en que el aporte solar suministrado no sea suficiente o el consumo sea superior al previsto.

• Sistema de sensores y control, de tipo diferencial, que asegurará que en ningún caso se alcancen temperaturas superiores a las máximas soportadas por los materiales, componentes y tratamientos del circuito primario, ni temperaturas inferiores a tres grados por encima de la temperatura de congelación del fluido. También se encargará de la puesta en marcha y parada de las bombas en función de la diferencia de temperaturas entre la salida de la batería de colectores y el depósito de acumulación solar.

El funcionamiento de todo el conjunto está basado en la transferencia de la energía solar captada en los colectores al agua de consumo a través de un intercambiador de serpentín integrado en el propio interacumulador.

Para ello se hace circular el fluido contenido en el circuito primario, de tal modo que se caliente al paso por los colectores solares y se enfríe transfiriendo la energía térmica almacenada al agua de consumo cuando pasa a través de los sistemas de intercambio. El agua caliente del sistema de acumulación queda almacenada y dispuesta para ser consumida. Cuando la temperatura del agua caliente solar es inferior a la establecida para el consumo, el sistema de energía auxiliar se encarga de realizar el calentamiento adicional hasta alcanzar la temperatura deseada.

3 Criterios generales de diseño

3.1 Diseño del Sistema de Captación

3.1.1 Generalidades

Todos los captadores que integran la instalación son del mismo modelo: FERROLI. Sus características se muestran en anexo.

El captador seleccionado está fabricado y certificado de acuerdo la Norma EN 12975-2, y tiene la contraseña de Certificación de emitida por la Dirección General de Política Energética y Minas.



3.1.2 Orientación, inclinación, sombras e integración arquitectónica

La orientación e inclinación del sistema de captación y las posibles sombras sobre el mismo son tales que las pérdidas respecto al óptimo, son inferiores a los límites de definidos por el CTE-DB HE4 para el caso que nos concierne, de disposición “general” de los paneles. Cumpliendo tres condiciones:

pérdidas por orientación e inclinación

pérdidas por sombreado

pérdidas totales inferiores a los límites estipulados respecto a los valores óptimos

Para permitir la integración arquitectónica, los captadores irán orientados según: ángulo acimut 0º. La inclinación propuesta para los captadores solares es de 40º.

Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación: Siguiendo el método del apdo. 3.5 del CTE-DB HE4

La intersección de la recta que señala el acimut de 0º con la inclinación de 40º, está dentro del la zona que entrega un porcentaje de energía solar de entre el 95 y el 100% respecto al máximo posible, es decir las pérdidas máximas están entre un 0% y un 5%, que están dentro de los límites permitidos por el CTE.

Cálculos de pérdidas por sombras: en este caso no hay pérdidas por sombras que pudieran proyectar otros edificios.

Para calcular la distancia mínima a mantener entre captadores a fin de evitar problemas por sombras, se va a emplear el método del Pliego de Condiciones de IDAE para captación de energía solar térmica.



Para el Colector solar ECOTOP VF 2.3 inclinado 40º respecto de la horizontal:

h = 2 x sin (40) = 1,29 m

d = h / tan (61 – 39,0) = 3,18 m

Por tanto, para cumplir el pliego de IDAE en cuanto a sombras la separación horizontal de colectores debe ser la distancia “d” indicada en este caso.

3.1.3 Conexionado

Caso I: Conexión en paralelo: se respetarán las instrucciones del fabricante que en este caso permite un máximo de 8 captadores conectados en paralelo. En este caso se propone realizar baterías de 5 captadores en paralelo.

En todos los casos se instalarán válvulas de cierre en la entrada y salida de las distintas baterías de captadores y entre las bombas, de manera que puedan utilizarse para aislamiento de estos componentes en labores de mantenimiento, sustitución, etc.

El diseño de la instalación garantiza igual recorrido hidráulico en todas las baterías de captadores. En general se alcanzara un flujo equilibrado mediante el sistema de retorno invertido, disponiendo válvulas de equilibrado en los puntos necesarios para asegurar el recorrido hidráulico del sistema.

Conexión de captadores: a) En serie. b) En paralelo. c) En serie-paralelo.

3.1.4 Estructura soporte

Las estructuras de soporte de los captadores cumplen los requerimientos del CTE DB-HE4 3.3.2.3. , ya que están calculadas para resistir rachas de viento de 150 Km/h y sobrecargas de nieve de 1,25 kN/m2, de acuerdo con las Normas ENV 1991-2-3 y ENV 1991-2-4.



3.1.5 Protección contra heladas

Cualquier componente que vaya a ser instalado en el interior de un recinto donde la temperatura pueda caer por debajo de los 0 °C, deberá estar protegido contra las heladas.

Se utilizará fluido caloportador “Liquido Solar Férroli” en función de la temperatura mínima exterior de la zona según la siguiente proporción:

3.1.6 Protección contra sobrecalentamientos

Se debe dotar a las instalaciones solares de dispositivos de control manuales o automáticos que eviten los sobrecalentamientos de la instalación que puedan dañar los materiales o equipos y penalicen la calidad del suministro energético. En el caso de dispositivos automáticos, se evitarán de manera especial las pérdidas de fluido anticongelante, el relleno con una conexión directa a la red y el control del sobrecalentamiento mediante el gasto excesivo de agua de red. Especial cuidado se tendrá con las instalaciones de uso estacional en las que en el periodo de no utilización se tomarán medidas que eviten el sobrecalentamiento por el no uso de la instalación.

Cuando el sistema disponga de la posibilidad de drenajes como protección ante sobrecalentamientos, la construcción deberá realizarse de tal forma que el agua caliente o vapor del drenaje no supongan ningún peligro para los habitantes y no se produzcan daños en el sistema, ni en ningún otro material en el edificio o vivienda.

Cuando las aguas sean duras, es decir con una concentración en sales de calcio entre 100 y 200 mg/l, se realizarán las previsiones necesarias para que la temperatura de trabajo de cualquier punto del circuito de consumo no sea superior a 60 °C, sin perjuicio de la aplicación de los requerimientos necesarios contra la legionella. En cualquier caso, se dispondrán los medios necesarios para facilitar la limpieza de los circuitos.

3.1.7 Protección contra quemaduras

En sistemas de Agua Caliente Sanitaria, donde la temperatura de agua caliente en los puntos de consumo pueda exceder de 60 °C debe instalarse un sistema automático de mezcla u otro sistema que limite la temperatura de suministro a 60 °C, aunque en la parte solar pueda alcanzar una temperatura superior para sufragar las pérdidas. Este sistema deberá ser capaz de soportar la máxima temperatura posible de extracción del sistema solar.

Se aconseja instalar a la salida del sistema de apoyo auxiliar (caldera, termo, etc.) la válvula mezcladora termostática Férroli de forma que se limite la temperatura de suministro de ACS a 45ºC para evitar quemaduras.



3.1.8 Protección de materiales contra altas temperaturas

El sistema deberá ser calculado de tal forma que nunca se exceda la máxima temperatura permitida por todos los materiales y componentes.

3.1.9 Resistencia a presión

Los circuitos deben someterse a una prueba de presión de 1,5 veces el valor de la presión máxima de servicio. Se ensayará el sistema con esta presión durante al menos una hora no produciéndose daños permanentes ni fugas en los componentes del sistema y en sus interconexiones. Pasado este tiempo, la presión hidráulica no deberá caer más de un 10 % del valor medio medido al principio del ensayo.

El circuito de consumo deberá soportar la máxima presión requerida por las regulaciones nacionales/europeas de agua potable para instalaciones de agua de consumo abierta o cerrada.

En caso de sistemas de consumo abiertos con conexión a la red, se tendrá en cuenta la máxima presión de la misma para verificar que todos los componentes del circuito de consumo soportan dicha presión.

3.1.10 Prevención de flujo inverso

La instalación del sistema deberá asegurar que no se produzcan pérdidas energéticas relevantes debidas a flujos inversos no intencionados en ningún circuito hidráulico del sistema.

La circulación natural que produce el flujo inverso se puede favorecer cuando el acumulador se encuentra por debajo del captador por lo que habrá que tomar, en esos casos, las precauciones oportunas para evitarlo.

Para evitar flujos inversos es aconsejable la utilización de válvulas antirretorno, salvo que el equipo sea por circulación natural.

3.2 Diseño del sistema de acumulación solar

3.2.1 Generalidades

El interacumulador para A.C.S. y las partes que estén en contacto con agua potable, cumplirán los requisitos de UNE EN 12897.

El interacumulador será de configuración vertical y se ubicará en la zona prevista en Proyecto de instalaciones.

El volumen de acumulación cumplirá las especificaciones IDAE y CTE sobre área de los colectores y volumen de acumulación:

50 ≤≤≤≤ V/A ≤≤≤≤ 180

Siendo A los m2 de superficie de paneles y V el volumen de acumulación de ACS.

Preferentemente, el sistema de acumulación solar estará constituido por un solo depósito, será de configuración vertical y estará ubicado en zonas interiores. El volumen de acumulación podrá fraccionarse en dos o más depósitos, que se conectarán, preferentemente, en serie invertida en el circuito de consumo ó en paralelo con los circuitos primarios y secundarios equilibrados.



3.2.2 Situación de las conexiones

Con objeto de aprovechar al máximo la energía captada y evitar la pérdida de la estratificación por temperatura en los depósitos, la situación de las tomas para las diferentes conexiones serán las establecidas en los puntos siguientes:

• La conexión de entrada de agua caliente procedente del intercambiador o de los captadores al acumulador se realizará, a una altura comprendida entre el 50 % y el 75 % de la altura total del mismo

• La conexión de salida de agua fría del acumulador hacia el intercambiador o los captadores se realizará por la parte inferior de éste.

• La alimentación de agua fría de consumo al depósito se realizará por la parte inferior. La extracción de agua caliente del depósito se realizará por la parte superior.

3.2.3 Disposición de los acumuladores

El sistema de acumulación dispone de varios depósitos, cuyo volumen se calculará en el anejo de cálculos.

La conexión de suministro permite la desconexión del acumulador sin interrumpir el funcionamiento de la instalación.

3.3 Diseño del sistema de intercambio para ACS

Existen al menos dos posibilidades de intercambio en el primario solar:

Caso A: instalación de un acumulador + intercambiador de placas externo.

Caso B: instalación de un interacumulador con serpentín integrado en el interior del mismo.

Caso A: intercambiador de placas externo

La potencia mínima de diseño del intercambiador P, en W, en función del área de captadores A, en m2, cumplirá la condición:

P ≥ 500 A (CTE – DB HE4)

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

El cálculo de la potencia del intercambiador se presenta en Anexo

Caso B: interacumulador con serpentín integrado en su interior

En este caso la superficie mínima del serpentín deberá cumplir la relación:

S > 0,15 * A

donde A es el área total de captadores instalados en m2.

Es decir, la superficie del serpentín será al menos el 15% del área de captadores instalados.



3.4 Diseño del circuito hidráulico

3.4.1 Tuberías

Con objeto de evitar pérdidas térmicas, la longitud de tuberías del sistema deberá ser tan corta como sea posible, evitando al máximo los codos y pérdidas de carga en general.

El diseño y los materiales deberán ser tales que no exista posibilidad de formación de obturaciones o depósitos de cal en sus circuitos que influyan drásticamente en el rendimiento del sistema.

El dimensionado de la tubería se realizará de acuerdo con el caudal de cálculo, teniendo en cuenta que la pérdida de carga unitaria de cada tramo no supere los 40 mm.c.a. por metro lineal y se obtenga una velocidad inferior a 2 m/s para evitar ruido y favorecer el flujo laminar.

El cálculo de tuberías se presenta en Anexo.

3.4.2 Bombas

Siempre que sea posible, las bombas en línea se montarán en las zonas más frías del circuito, teniendo en cuenta que no se produzca ningún tipo de cavitación y siempre con el eje de rotación en posición horizontal.

En instalaciones con superficies de captación superiores a 50 m2 se montarán dos bombas idénticas en paralelo, dejando una de reserva, tanto en el circuito primario como en el secundario. En este caso se establecerá el funcionamiento alternativo de las mismas, de forma manual o automática.

Según las indicaciones del apartado 3.3.5.1 párrafo 2 del CTE calculamos el caudal del fluido del circuito primario, teniendo en cuenta el valor recomendado de caudal esté comprendido entre 1,2 y 2 l/seg. por cada 100 m2 de superficie de captadores instalada (o lo que es igual entre 43,2 y 72 l/h por m2 de colectores instalados).

El cálculo del caudal de la bomba se presenta en anexo.

3.4.3 Vasos de expansión

Los vasos de expansión preferentemente se conectarán en la aspiración de la bomba. Se calcularán según Norma UNE 100155.

Cuando no se cumpla el punto anterior, la altura en la que se situarán los vasos de expansión abiertos será tal que asegure el no desbordamiento del fluido y la no introducción de aire en el circuito primario. El cálculo del volumen del vaso de expansión se presenta en anexo.

3.4.4 Purga de aire

En los puntos altos de la salida de baterías de captadores y en todos aquellos puntos de la instalación donde pueda quedar aire acumulado, se colocarán sistemas de purga constituidos por botellines de desaireación y purgador manual o automático. El volumen útil del botellín será superior a 100 cm3. Este volumen podrá disminuirse si se instala a la salida del circuito solar y antes del intercambiador un desaireador con purgador automático.



3.5 Diseño del sistema eléctrico y de control

El diseño del sistema de control asegurará el correcto funcionamiento de las instalaciones, procurando obtener un buen aprovechamiento de la energía solar captada y asegurando un uso adecuado de la energía auxiliar. El sistema de regulación y control comprende los siguientes sistemas:

• Control de funcionamiento del circuito primario y secundario.

• Sistemas de protección y seguridad de las instalaciones contra sobrecalentamientos, heladas, etc.

El sistema de control asegurará que en ningún caso se alcancen temperaturas superiores a las máximas soportadas por los materiales, componentes y tratamientos de los circuitos.

Con independencia de que realice otras funciones, el sistema de control se realizará por control diferencial de temperaturas, mediante un dispositivo electrónico (módulo de control diferencial) que compare la temperatura de captadores con la temperatura de acumulación. El sistema de control actuará y estará ajustado de manera que las bombas no estén en marcha cuando la diferencia de temperaturas sea menor de 2 °C y no estén paradas cuando la diferencia sea mayor de 7 °C. La diferencia de temperaturas entre los puntos de arranque y de parada de termostato diferencial no será menor de 2 °C. De esta forma el funcionamiento de la parte solar cuando exista intercambiador exterior, se podrán instalar también dos controles diferenciales.

El sistema de control asegurará que en ningún punto la temperatura del fluido de trabajo descienda por debajo de una temperatura tres grados superior a la de congelación del fluido. Las instalaciones con varias aplicaciones deberán ir dotadas con un sistema individual para seleccionar la puesta en marcha de cada una de ellas, complementado con otro que regule la aportación de energía a la misma. Esto se puede realizar por control de temperatura o caudal actuando sobre una válvula de reparto, de tres vías todo o nada, bombas de circulación... o por combinación de varios mecanismos.

Las sondas de temperatura para el control diferencial se colocarán en la parte superior de los captadores, de forma que representen la máxima temperatura del circuito de captación.

Cuando exista, el sensor de temperatura de la acumulación se colocará preferentemente en la parte inferior, en una zona no influenciada por la circulación del circuito secundario o por el calentamiento del intercambiador si éste fuera incorporado.

4 Diseño del sistema de energía auxiliar

Para asegurar la continuidad en el abastecimiento de la demanda térmica, las instalaciones de energía solar deben disponer de un sistema de energía auxiliar.

Queda prohibido el uso de sistemas de energía auxiliar en el circuito primario de captadores.

El diseño del sistema de energía auxiliar se realizará en función de la aplicación (o aplicaciones) de la instalación, de forma que sólo entre en funcionamiento cuando sea estrictamente necesario y que se aproveche lo máximo posible la energía extraída del campo de captación solar. Para ello se seguirán los siguientes criterios:

• No se recomienda la conexión de un retorno desde el acumulador de energía auxiliar al acumulador solar, salvo que existan períodos de bajo consumo estacionales, en los que se prevea elevadas temperaturas en el acumulador solar. La instalación térmica deberá efectuarse de manera que en ningún caso se introduzca en el acumulador solar energía procedente de la fuente auxiliar.



Para la preparación de agua caliente sanitaria, se permitirá la conexión del sistema de energía auxiliar en paralelo con la instalación solar cuando se cumplan los siguientes requisitos:

• Exista previamente un sistema de energía auxiliar constituido por uno o varios calentadores instantáneos no modulantes y sin que sea posible regular la temperatura de salida del agua.

• Exista una preinstalación solar que impida o dificulte el conexionado en serie.

• Para sistemas con energía auxiliar en paralelo y especialmente en aplicaciones de climatización, usos industriales y otras aplicaciones en ese rango de temperaturas, es necesario un sistema de regulación del agua calentada por el sistema solar y auxiliar de forma que se aproveche al máximo la energía solar.

En los dos últimos puntos, la conmutación de sistemas será fácilmente accesible.

Para A.C.S., el sistema de aporte de energía auxiliar con acumulación o en línea siempre dispondrá de un termostato de control sobre la temperatura de preparación que en condiciones normales de funcionamiento permitirá cumplir con el RD 909/2001.

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