INSTALACIONES-2 OBTENCIÓN Y CÁLCULO DE ACS MEDIANTE ENERGÍA SOLAR DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIONES ARQUITECTÓNICAS CURSO 07-08 OBTENCIÓN Y CÁLCULO DE ACS MEDIANTE ENERGÍA SOLAR 4º C Profesor: Julián Domene García

Para finalizar, la combinación de: Un correcto sistema de captación RESUMEN Como se vio anteriormente en este tema, la forma más sencilla de emplear la energía natural emitida por el sol es mediante el uso de sistemas pasivos, es decir, aquellos sistemas que utilizan los elementos propios del edificio para su funcionamiento: las ventanas y ventanales para la captación de energía los muros y particiones internas para su acumulación la forma y configuración interior de sus espacios para la distribución. Para finalizar, la combinación de: Un correcto sistema de captación Una adecuada acumulación Un pequeñísimo sistema de apoyo Permite alcanzar las condiciones de bienestar con facilidad.

OBTENCIÓN DE ACS POR MEDIO DE LA ENERGÍA SOLAR El circuito básico se compone de un elemento de captación, generalmente constituido por colectores planos, y un intercambiador de calor a través del cual se cierra el circuito primario, circulando el fluido bien por termosifón o por medio de un circulador (bomba eléctrica) El sistema se desarrolla en base a cuatro funciones: Captación de energía solar. Almacenamiento. Trasiego de energía. Sistema energético auxiliar. 3

CAPTADOR DE ENERGÍA SOLAR Tiene por objeto captar la energía incidente, principalmente en forma de radiación solar, transformándola en energía calorífica y aumentando de esta forma la temperatura del fluido termotransportador (generalmente una mezcla de agua y glicol), que circula a través del colector, llamado así al elemento que realiza esta función. 4

OBTENCIÓN DE ACS POR MEDIO DE LA ENERGÍA SOLAR 5

CAPTADOR DE ENERGÍA SOLAR 1.-Cristal multiprismático 2.-Carcasa de aluminio pintada en negro 3.- Placa absorbente recubrimiento selectivo 4.- Aislamiento 30 mm de lana de roca 1 5.- Aislamiento de poliuretano de 20 mm 6.- Aislamiento lateral de tiras de lana de vidrio de 20 mm 2 7.- Parrilla de tubos de cobre 3 4 5 6

CAPTADOR DE ENERGÍA SOLAR - SECCIÓN 7

CAPTADOR DE ENERGÍA SOLAR - DIMENSIONES 8

ALMACENAMIENTO Normalmente las horas en que se produce la demanda de agua caliente sanitaria por parte del usuario no coinciden con las horas de insolación. Tampoco todo el tiempo en que podemos estar captando la energía solar se está consumiendo agua caliente. Es preciso pues, disponer de algún elemento que almacene energía solar, de tal forma que acumulando la que se produce en las horas en que no hay consumo de agua caliente, pueda suministrar la que se demanda en las horas punta. 9

ALMACENAMIENTO 10

Sistema de energía auxiliar Intercambiador de calor ALMACENAMIENTO Tuberías aisladas Sonda calefactora Cuadro eléctrico Vaso de expansión Sistema de energía auxiliar Intercambiador de calor Bomba 11

TEMA 9 12

INTERCAMBIADOR 13

VASO DE EXPANSIÓN 14

BOMBA, SONDAS DE LOS EQUIPOS DE APOYO Y VARIOS ACCESORIOS 15

CONTROLADOR TÉRMICO ELECTRÓNICO 16

RED DE TUBERÍAS 17

DETALLE CONEXIÓN TUBERÍAS Y PURGADOR 18

DETALLE COLECTORES SUELO RADIANTE 19

DETALLE TERMOSTATO ELECTRÓNICO 20

MANÓMETRO 21

BOMBA Y BY PASS 22

RESISTENCIAS DE APOYO Y SONDAS 23

ESQUEMA GENERAL INSTALACIÓN ACS TEMA 9 ESQUEMA GENERAL INSTALACIÓN ACS 24

ESQUEMA GENERAL INSTALACIÓN ACS 25

Calefacción los meses de invierno Latitud del lugar (-10, -15ºC) FUNDAMENTOS La energía total recibida del sol por unidad de superficie normal, se denomina constante solar, siendo su valor de unos 1.352 W/m², en el exterior de la atmósfera terrestre, pero una pequeña parte es absorbida al entrar en la atmósfera por el aire y sus gases componentes incluido el vapor de agua, estimándose que el flujo de la radiación a nivel de la superficie terrestre, en una latitud propicia (no muy alejada del ecuador) y en una hora adecuada (próxima al mediodía) es de 1 KW/m² equivalente a 860 Kcal./h m². La orientación de los colectores preferentemente es con la cara frontal al Sur, donde con desviaciones entre 15º Este ó 25º Oeste, no se altera sensiblemente la captación solar anual, adoptándose en la Península Ibérica, los ángulos de inclinación de la tabla siguiente: ÉPOCA DE UTILIZACIÓN ÁNGULO DE INCLINACIÓN ACS todo el año Latitud del lugar Calefacción los meses de invierno Latitud del lugar (+10, - 15ºC) ACS meses de verano Latitud del lugar (-10, -15ºC) 26

DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE NECESARIA El primer punto a considerar será fijar la fecha del año en la que se utilizará la superficie de captación. En general con esto se intentaría determinar la superficie de colectores más rentable a las necesidades de la instalación. Para hacer estas evaluaciones con exactitud deberíamos tener en cuenta además de las consideraciones técnicas, las puramente económicas. Estos cálculos son difíciles, ya que las variables económicas son imprevisibles, por tanto se debe optar en todo cálculo, por hacer tres hipótesis: 27

1.- Determinación de las superficies necesarias cuando la radiación solar sea mínima (más desfavorable) con la menor utilización en este caso de energía de apoyo. 2.- Determinación de esta misma superficie cuando la radiación solar sea máxima (mes más favorable). Con esta solución el aprovechamiento de la superficie de captación es total, pero, en cambio, a excepción de este mes el resto necesitaría de apoyo. 3.- Realizar los cálculos para que durante el mes de Abril se cubran las necesidades totales. De esta forma garantizamos la captación total (teóricamente), durante seis meses, coincidiendo éstos con la temporada de verano. 28

DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE NECESARIA En cualquier caso estas consideraciones se ven alteradas, pues se hacen independientemente de las disponibilidades de superficie y sin contar la proyección de sombra para instalar los colectores, que en una gran mayoría de casos, esto es, lo que condiciona el número de paneles. La demanda de agua caliente necesaria es otra consideración de vital importancia, a la hora de determinar las superficies de paneles precisos para la instalación, siendo este dato el que marca la magnitud de la propia instalación. 29

DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE NECESARIA La superficie de colectores necesaria se obtiene por la siguiente fórmula: Siendo: S = Superficie de paneles necesarios (m²) C = Consumo de agua caliente (l/día). Tm = Temperatura media del panel (ºC). Ta = Temperatura ambiental (ºC). Ih = Radiación horizontal incidente (Kcal. /Día m2). K = Factor de corrección. n = Rendimiento del colector solar. 30

EJEMPLO DE CÁLCULO Determinar el número de paneles necesarios de 1,5 m² de superficie, para utilizar en una instalación de ACS en Madrid, con una temperatura media del panel de 50 ºC, suponiendo que éste tiene un rendimiento de 0,55 y que la instalación demanda unos 2.000 litros diarios. Consideramos los meses de utilización de Abril a Septiembre La inclinación de los paneles podría ser: 40 + 10 = 50º. La radiación incidente (tablas) sería: Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre 4.672 5.063 5.623 6.183 5.493 3.852 Tomaremos la del mes más desfavorable, en nuestro caso Abril ya que tiene la menor temperatura exterior media (12,7 ºC). Ih = 4.672 Kcal/día m² (temperatura exterior media 12,7 = 13 ºC) 31

EJEMPLO DE CÁLCULO Superficie de paneles necesaria: Factor de corrección debido a la inclinación del colector (K = 1,05). Radiación corregida: 4.672 x 1,05 = 4.906 Kcal/día m². Nº de horas de sol diarias: 232/30 = 8 horas/día. Promedio de radiación horaria sobre el colector inclinado: Kcal/m² Superficie de paneles necesaria: Nº de paneles precisos: N = 27,4 / 1,5 = 18 paneles. 32

MÉTODO DE CÁLCULO - 2 Otro procedimiento de cálculo, lo proporcionan los fabricantes de paneles solares, como por ejemplo “Roca”, el cual divide España en las siguientes zonas: Valores promedio de la radiación total anual Zona 1 Zona 2 Zona 3 33

MÉTODO DE CÁLCULO - 2 El número de colectores necesarios para obtener un ahorro sobre el coste anual total para el calentamiento del agua sanitaria es: Zona 1 Zona 2 Zona 3 34

EJEMPLO DE CÁLCULO - 2 Cuantos colectores harán falta para ahorrar el 50 % del coste anual para la producción de ACS, en una vivienda en Granada, con consumo diario de 200 litros a 45º C. Valores promedio de la radiación total anual Zona 1 Zona 2 Zona 3 Granada- Zona 3 35

EJEMPLO DE CÁLCULO - 2 Zona 1 Zona 2 Zona 3 36

Todos estos datos, se encontrarán en el DB-HE4 del CTE MÉTODO DE CÁLCULO - 3 En función del tipo de instalación elegida, se establece un criterio de dimensionado diferente. Básicamente, podemos distinguir entre los métodos de cálculo tradicionales, como los vistos anteriormente, y los métodos basados en elementos finitos. Para el dimensionado de instalaciones de ACS, la normativa actual recomienda el empleo del método F-Chart, desarrollado en la década de los setenta , en base a formulaciones empíricas. Los datos de partida, serán: Los geográficos: Latitud. Altitud. Temperatura mensual media en horas de sol. Humedad relativa. Los climatológicos: Temperatura media mensual ambiente y del agua de red. Los de consumo: Consumo máximo diario. Porcentaje de ocupación mensual Los de la instalación: Curva del colector. Caudal unitario en circuito primario. Caudal unitario en circuito secundario. Calor específico del fluido del circuito primario. Calor específico del fluido del circuito secundario. Eficiencia del intercambiador Todos estos datos, se encontrarán en el DB-HE4 del CTE 37

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