instalación de energía solar térmica para...
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descriptiva
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Contenido 1. Antecedentes y objeto ............................................................................................... 5
1.1 Situación de la energía solar térmica en España ................................................ 5
2. Fundamentos de la radiación solar ............................................................................ 6
2.1 Formas de aprovechamiento directo de la energía solar .................................... 7
3. Descripción de sistemas solares de baja temperatura.............................................. 10
3.1 Componentes principales de la instalación ...................................................... 10
3.2 Descripción de configuraciones de la instalación ............................................ 13
3.2.1 Acumulación y apoyo auxiliar .................................................................. 13
3.2.2 Circulación del fluido ............................................................................... 15
3.2.3 Sistema de expansión ............................................................................... 16
4. Descripción de sistemas de una instalación solar de ACS ...................................... 16
4.1 Sistema de captación ........................................................................................ 16
4.1.1 Captador solar ........................................................................................... 16
4.2 Sistema de acumulación e intercambio ............................................................ 18
4.3 Métodos de cálculo de fracción de cobertura solar .......................................... 19
4.3.1 Método F-chart ............................................................................................... 19
4.4 Sistema hidráulico ............................................................................................ 23
4.4.1 Red de tuberías ............................................................................................... 23
4.4.2 Bomba de circulación ..................................................................................... 24
4.4.3 Vaso de expansión .......................................................................................... 24
4.5 Sistema de apoyo auxiliar ................................................................................ 25
4.6 Sistemas de control y regulación ..................................................................... 25
4.7 Aislamiento térmico ......................................................................................... 26
5. Dimensionado de la instalación solar ...................................................................... 26
5.1 Breve descripción del bloque de viviendas ...................................................... 26
5.2 Datos de partida ............................................................................................... 26
5.3 Demanda energética de ACS ........................................................................... 27
5.4 Contribución solar mínima .............................................................................. 27
5.5 Selección de la configuración básica ............................................................... 29
5.6 Condiciones generales ..................................................................................... 30
5.7 Sistema de captación ........................................................................................ 30
5.7.1 Número de captadores a colocar ............................................................... 30
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5.7.2 Orientación, inclinación y sombras en captadores ................................... 31
5.7.3 Conexionado de los captadores ................................................................ 33
5.7.4 Estructura soporte de los captadores ........................................................ 34
5.8 Sistema de acumulación e intercambio ............................................................ 34
5.9 Sistema hidráulico ............................................................................................ 36
5.9.1 Red de tuberías ............................................................................................... 36
5.9.2 Bomba de circulación ..................................................................................... 37
5.9.3 Sistema de expansión ..................................................................................... 37
5.9.4 Sistema de purga de aire................................................................................. 38
5.9.5 Válvulas .......................................................................................................... 38
5.9.6 Sistema de llenado y de vaciado .................................................................... 39
5.10 Sistema de apoyo auxiliar ................................................................................ 39
5.11 Sistema de control ............................................................................................ 39
5.12 Aislamiento térmico ......................................................................................... 40
5.13 Esquema general de la instalación ................................................................... 41
6. Información técnica de los equipos ......................................................................... 42
6.1 Captador solar .................................................................................................. 42
6.2 Interacumulador ............................................................................................... 43
6.3 Bomba de circulación ...................................................................................... 45
6.4 Componentes de la instalación hidráulica........................................................ 47
6.5 Sistema de regulación y control ....................................................................... 48
6.6 Apoyo auxiliar ................................................................................................. 49
7. Instalación eléctrica ................................................................................................. 50
8. Normativa aplicable ................................................................................................ 50
8.1 CTE HE 4 ......................................................................................................... 51
8.1.1 Contribución solar mínima ....................................................................... 51
8.1.2 Contribución solar máxima ...................................................................... 51
8.1.3 Pérdidas máximas ......................................................................................... 51
8.2 Norma UNE ..................................................................................................... 51
8.2.1 UNE 94002 ............................................................................................... 51
8.2.2 UNE 94003 ............................................................................................... 51
8.2.3 UNE 100155 ............................................................................................. 51
8.3 Reglamento de instalaciones térmicas en la edificación .................................. 52
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8.3.1 ITE 02.8 Tuberías y accesorios ................................................................ 52
8.3.2 ITE 02.10 Aislamiento térmico ................................................................ 52
8.3.3 ITE 02.11.3 Control de instalaciones centralizadas de producción de agua
caliente para usos sanitarios .................................................................................... 52
9. Bibliografía.............................................................................................................. 53
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1. Antecedentes y objeto
Este documento tiene como objetivo el diseño de una instalación solar térmica de baja
temperatura para la producción de agua caliente sanitaria en un edificio de viviendas en
la ciudad de Huelva cumpliendo las directrices señaladas por el reglamento técnico
correspondiente. Para llevar a cabo lo anterior se realizará un estudio de la radiación
solar recibida en esta localización calculándose posteriormente la demanda de agua
caliente. Mediante ciertos modelos físicos se realizará un dimensionado de la instalación
con todos los elementos necesarios, así como su configuración básica y número de
elementos de captación a colocar.
1.1 Situación de la energía solar térmica en España
La continua búsqueda de la sociedad por encontrar nuevas formas de aprovechar los
distintos recursos de los que se dispone, ha llevado en los últimos años al florecimiento
de lo que se suelen llamar energías renovables o “limpias”, que aprovechan aquellos
recursos inagotables o suficientemente duraderos para considerarlos de esta manera.
Entre este tipo de energía se encuentran la eólica, geotérmica o la biomasa por citar
algunas. Una de ellas destaca particularmente tanto por el grado de desarrollo que posee
actualmente por diversos motivos, como por el rendimiento que proporciona, ésta es la
energía solar. España, por sus numerosas horas de sol al día, supone una excelente
opción para la implantación de instalaciones que hagan uso de la energía procedente del
sol.
figura 1.1 Mapa mundial de irradiancia global horizontal
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Actualmente en nuestro país, la energía solar está sufriendo un retroceso en su
expansión a causa de la crisis económica mundial, esto ha provocado la retirada de
distintas subvenciones y ayudas, lo que sumado al descenso en el número de viviendas
construidas, está afectando gravemente a un sector que había tenido un gran auge en los
primeros años del siglo XXI. En la figura 1.2 se observa el descenso en la potencia
instalada de energía solar térmica a partir del año 2008, inicio de la recesión
mencionada anteriormente.
figura 1.2 Superficie de captación solar térmica en España
Pese a lo anterior, las distintas formas de aprovechamiento de la energía procedente del
sol cuentan con un gran futuro y junto al resto de energías renovables, pueden y deben
ir sustituyendo paulatinamente a la producción de energía térmica convencional
procedente de los combustibles fósiles.
2. Fundamentos de la radiación solar
La radiación electromagnética procedente del sol es la principal fuente de energía de la
que disponen los seres vivos en la Tierra. Su aprovechamiento se complica por la
dispersión y discontinuidad en el tiempo que presenta.
De forma simple se considera al sol como un foco térmico a 5777 K siendo la potencia
radiante media que llega a la Tierra de 1367 W/m2, este valor se denomina constante
solar.
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Sin embargo la radiación electromagnética que realmente alcanza el planeta es menor, a
causa de efectos de deflexión, absorción y difusión con los componentes de la
atmósfera.
La radiación que realmente llega a la tierra se compone de dos elementos: difusa y
directa.
Radiación directa: Aquella que incide directamente sobre la superficie.
Radiación difusa: Aquella procedente de la bóveda celeste y ha sufrido cambios
por la interacción con las moléculas de la atmósfera.
La radiación solar se puede expresar en unidades de energía o de potencia.
Irradiancia(I): Potencia radiante por unidad de superficie KW/m2
Irradiación(H): Potencia por unidad de tiempo y superficie KWh/m2
También es necesaria la definición de una serie de factores y ángulos
relacionados con la posición del sol que cobrarán mucha importancia en
apartados posteriores.
Ángulo de acimut ( : arco de horizonte celeste comprendido entre el punto
cardinal Sur y el punto donde el círculo vertical que pasa por el astro corta al
horizonte. Se cuenta a partir del Sur, de a positivamente hacia el oeste.
Declinación solar : arco del círculo horario que pasa por el sol, comprendido
entre el ecuador y el Este. Se cuenta a partir del ecuador de a
positivamente hacia el Norte.
2.1 Formas de aprovechamiento directo de la energía solar
Existen diversas formas de aprovechar la energía que procede del sol. Se puede
distinguir en primera aproximación entre sistemas activos y pasivos:
Sistemas activos: Aquellos que para su funcionamiento requieren un aporte de
energía externa
Sistemas pasivos: no hacen uso de otros dispositivos electromecánicos para
recolectar calor. Se basan en conceptos arquitectónicos y tratan de optimizar la
energía incidente de forma natural.
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Dejando a un lado aquellas en las que influye la radiación solar de manera indirecta,
tales como la energía eólica o hidráulica, las principales formas de aprovechamiento de
carácter activo son la energía fotovoltaica y la solar térmica.
Energía fotovoltaica: Transformación directa de la energía solar mediante el uso
de paneles fotovoltaicos. En estos paneles la radiación recibida excita los
electrones de un dispositivo semiconductor generando una diferencia de
potencial.
Figura 2.1 Paneles fotovoltaicos
Energía solar térmica: aprovechamiento de la energía solar para generar calor
mediante el uso de paneles o colectores térmicos aumentando la temperatura de
un fluido. Dependiendo de la temperatura del fluido, se realiza la siguiente
clasificación:
o Alta temperatura ( ): Estos sistemas concentran la radiación
solar mediante espejos o lentes utilizados generalmente para la
producción de energía eléctrica a gran escala. Los sistemas más
importantes son las centrales de torre, colectores cilindro parabólicos,
colectores Fresnel y disco Stirling.
Centrales de Torre: Se componen de una torre que actúa de
receptor de la radiación solar concentrada por un campo de
heliostatos. Mediante un ciclo de Rankine convencional se
produce energía eléctrica.
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Figura 2.2 Central de torre PS-10 situada en Sanlúcar la Mayor
Colectores cilindro parabólicos: Mediante espejos cilíndricos se
refleja la energía solar incidente en un tubo de vidrio que
contiene un fluido. Este fluido es transportado a un motor térmico
para producir electricidad.
Figura 1.3 Colectores cilindro-parabólicos
Disco Stirling: Un disco de gran tamaño concentra la radiación
solar en un receptor. El disco está acoplado a un motor Stirling
(de ahí su nombre) para producir energía eléctrica.
Figura 2.4 Disco Stirling
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o Media temperatura ( ): Estos sistemas están asociados
a procesos industriales. Se suelen utilizar colectores cilindro-
parabólicos para la producción de energía eléctrica a menor escala en
pequeñas centrales. También se suele utilizar para producción de vapor
para procesos industriales.
o Baja temperatura ( ): Utilizan para el aprovechamiento de la
energía solar, captadores fijos de placas planas que transfieren la
energía a un fluido. Su principal uso está en la producción de agua
caliente sanitaria (en adelante ACS) para consumo humano y en
calefacción. Otros usos incluye el calentamiento de piscinas. Un
sistema de este tipo será utilizado en la instalación estudiada.
3. Descripción de sistemas solares de baja temperatura
En la figura 3.1 se muestra un esquema general de una instalación solar de baja
temperatura para producción de ACS.
Figura 3.1 Instalación solar de baja temperatura para producción de ACS (Cenit Solar)
3.1 Componentes principales de la instalación
Captadores solares: Recogen la energía solar y la transfieren a un fluido térmico.
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Figura 3.2 Captador solar
Bomba: impulsa al fluido para su correcto desplazamiento por las tuberías.
Figura 3.3 Bomba hidráulica
Depósito de acumulación: Almacena la energía térmica para la autosuficiencia
del sistema en periodos de alta demanda energética.
Figura 3.4 Acumulador Solar
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Intercambiador de calor: Transfiere la energía térmica del circuito primario al
secundario.
Figura 3.5 Intercambiador solar de placas
Vaso de expansión: Tiene la función de absorber las variaciones de volumen del
fluido caloportador en un circuito cerrado al variar la temperatura manteniendo
la presión en unos límites establecidos.
Figura 3.6 Vaso de expansión
Sistema auxiliar: Sirve de apoyo al sistema solar cuando el aporte solar es
insuficiente para cubrir la totalidad de la demanda energética.
Figura 3.7 Caldera mural de gas natural
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Sistema de válvulas: garantizan la seguridad y el buen funcionamiento del
sistema, cortando la circulación de fluido cuando se superen límites admisibles
de presión y temperatura entre otras funciones.
Figura 3.8 Válvula de esfera
3.2 Descripción de configuraciones de la instalación
Se pueden establecer distintas clasificaciones en este tipo de instalaciones atendiendo a
diferentes criterios.
3.2.1 Acumulación y apoyo auxiliar
Según la forma de realizar la acumulación de energía solar y el apoyo de energía
auxiliar, existen diferentes configuraciones de la instalación:
Acumulación y apoyo centralizado: La energía solar captada se almacena en uno
o varios acumuladores comunitarios dependiendo del consumo. La aportación de
energía de apoyo se realiza mediante una caldera central. El consumo de energía
y agua caliente son conjuntos por lo que es típico de grandes colectividades
como hoteles, hospitales o cuarteles. En el caso de viviendas es necesaria la
instalación de un contador de agua para cada vivienda, cuya medida sirva para el
reparto de coste de energía y agua.
Figura 3.9 Sistema con acumulación y apoyo centralizado
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Acumulación distribuida y apoyo centralizado: A diferencia del caso anterior, la
acumulación de agua se realiza en el interior de cada vivienda a través de
intercambiadores de calor conectados al circuito primario de captación solar.
Cuando se requiera apoyo adicional, el agua se envía a la caldera mixta o al
calentador instantáneo. En este caso tanto el consumo de agua caliente de cada
vivienda como el de la energía de apoyo necesaria, procede exclusivamente de
sus propios suministros y por tanto cada usuario abona directamente su gasto
ante las compañías de servicios. Con este esquema no es necesaria la instalación
de contadores individuales de agua, pero sí lo es la colocación de un acumulador
por cada vivienda.
Figura 3.10 Acumulación distribuida y apoyo centralizado
Acumulación centralizada y apoyo distribuido: La acumulación de energía solar
es comunitaria. El agua de red se calienta en el depósito mediante un
intercambiador exterior de placas o a través del uso de un intercambiador
incorporado en el depósito. Este conjunto depósito + intercambiador recibe el
nombre de interacumulador. El agua procedente del acumulador solar se
distribuye hasta cada vivienda mediante una red de distribución de agua
precalentada. La aportación de energía de apoyo necesaria para alcanzar la
temperatura de servicio tiene lugar en el interior de cada vivienda mediante una
caldera mixta o un calentador instantáneo. El consumo de energía de apoyo es
individual y por tanto sus gastos son soportados por cada usuario. El consumo
de agua caliente es por el contrario, colectivo. Su coste puede repartirse entre los
diferentes usuarios en función de su consumo real, medido con un contador de
agua situado a la entrada de cada vivienda. Este esquema es habitual en edificios
residenciales colectivos.
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Figura 3.11 Acumulación centralizada y apoyo distribuido
3.2.2 Circulación del fluido
Circulación natural o por termosifón: El fluido circula por las tuberías por la
diferencia de densidades del fluido al variar su temperatura. El fluido que se
calienta al recibir la radiación solar sufre una disminución de densidad,
ascendiendo a la parte alta del circuito, mientras que el fluido frío, contenido en
el acumulador, con mayor densidad, se desplaza hacia la parte baja de la
instalación por la tubería de entrada a los captadores. De esta manera se genera
una circulación de fluido que se mantiene siempre que exista un gradiente de
temperaturas entre el fluido de los captadores y el del acumulador. La fuerza
impulsora del movimiento en las instalaciones por termosifón es pequeña,
siendo necesario un diseño y montaje muy cuidadoso que minimice las pérdidas
de carga, siendo compleja su integración arquitectónica.
Figura 3.12 Sistema de circulación natural
Circulación forzada: El movimiento del fluido se realiza a través de una bomba
circuladora capaz de vencer las pérdidas de carga del circuito. La regulación de
la bomba de circulación se debe efectuar por medio de un control diferencial de
temperaturas. La fuerza de impulsión aportada por la bomba permite aumentar la
distancia a la que se encuentran los captadores del acumulador solar, mejorando
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la integración arquitectónica. La utilización de este sistema aumenta los costes
de montaje, funcionamiento y mantenimiento.
Figura 3.12 Sistema de circulación forzada
3.2.3 Sistema de expansión
Instalaciones abiertas: El circuito primario está comunicado de forma
permanente con la atmósfera.
Instalaciones cerradas: El circuito primario no tiene comunicación directa con la
atmósfera.
4. Descripción de sistemas de una instalación solar de ACS
En este apartado se realizará un análisis detallado de los diferentes sistemas de una
instalación solar típica.
4.1 Sistema de captación
4.1.1 Captador solar
Es el elemento encargado de captar la energía que proviene del sol para transferir la
mayor parte de ella posteriormente al fluido caloportador, siendo el elemento más
importante de una instalación de energía solar térmica. Se pueden distinguir dos tipos de
captadores solares:
Captador plano: Consta de una placa de vidrio transparente colocada por
encima de una placa absorbedora con un conjunto de tuberías por las que
circula el líquido que se va a calentar.
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Captador de tubos de vacío: Formado por varios tubos que transforman la
radiación solar en energía térmica útil. Permiten obtener mayores
temperaturas. Aplicados a temperaturas medias pueden emplearse para
procesos industriales.
Los elementos de un captador solar plano son los siguientes:
o Cubierta: Superficie superior o tapa de la carcasa, es el primer elemento
sobre el que incide la radiación solar, que es atravesada parcialmente por
ésta. El porcentaje de radiación que atraviesa la cubierta la define la
eficiencia del material que la compone, ya que la propiedad óptica de
transparencia total es la más deseable.
o Absorbedor: Elemento del captador encargado de transformar la
radiación solar incidente sobre el captador en energía térmica y
transferírsela al fluido caloportador.
o Serpentines: Contienen al fluido que recibe la energía térmica.
o Aislamiento: Minimiza las pérdidas térmicas del captador.
o Carcasa: Fija la cubierta del captador y protege los demás elementos
o Junta de cubierta: Asegura la estanqueidad de la unión cubierta-carcasa.
Figura 4.1 Elementos de un captador solar plano
El sistema de captación solar está basado en el principio de efecto invernadero que
consiste en que la radiación solar (onda corta) atraviese la cubierta transparente del
absorbedor de modo que aumente su temperatura. La radiación emitida por el
absorbedor cuando se caliente es de onda larga, por lo que queda retenida en la cubierta,
acumulándose el calor en el interior.
El captador plano es el más utilizado para producción de ACS ya que no superan los
100 ºC y tienen una buena relación rendimiento/coste, por lo que este será el tipo
utilizado en esta instalación.
La energía real captada por este elemento se expresa mediante el balance de energía de
(4.1)
(4.1)
Estas pérdidas pueden ser ópticas (causadas por la no absorción de toda la energía
procedente del sol) o térmicas (causadas por la diferencia de temperaturas entre
captador y ambiente). Sin embargo al no ser fácil de medir la temperatura a la que se
encuentra la placa del captador, estas son difíciles de medir directamente. La expresión
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por tanto se expresa en función de dos elementos conocidos como coeficiente de
ganancia y de pérdidas.
(4.2)
o : factor óptico o de ganancias
o
: factor de pérdidas
o : temperatura del fluido a la entrada
o : temperatura del aire
o
: irradiancia solar.
La forma de estimar el rendimiento de este elemento es mediante la determinación de
estos coeficientes. Si representamos la expresión (4.2) como una recta, es el
corte con el eje de ordenadas mientras que representa la pendiente. El fabricante
del captador realiza una serie de ensayos con el mismo determinando estos dos valores
para proporcionárselos al cliente posteriormente, que podrá estimar su rendimiento de
manera más sencilla aplicando el método de cálculo correspondiente.
4.2 Sistema de acumulación e intercambio
La producción de energía es improbable que coincida con la demanda de energía
térmica en los diversos usos. Por este motivo es necesario su almacenamiento para su
consumo posterior, además de la necesidad de un sistema apropiado de transferencia de
energía.
Como se ha comentado previamente, es fundamental que la instalación posea un sistema
de intercambio que realice la transferencia de la energía térmica procedente del circuito
de captación hasta el fluido térmico.
Un intercambiador es un elemento encargado de transferir energía entre dos sistemas
separados entre sí. Se puede realizar la siguiente clasificación de intercambiadores.
Intercambiador externo: Se sitúan separados del depósito de acumulación,
siendo los de placas los más habituales, se hace necesario por tanto otra
bomba de circulación para el circuito secundario entre el intercambiador y el
depósito. Tiene la ventaja de su alto rendimiento de intercambio,
consiguiéndose un sistema más eficiente, por otro lado también presenta
mayores pérdidas de carga en el circuito y costes más elevados.
Interacumulador: este conjunto intercambiador + acumulador puede ser de
dos tipos, de doble pared o de serpentín, siendo el primero solamente
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utilizados en pequeñas instalaciones por su bajo rendimiento. Los de tipo
serpentín poseen más rendimiento pero también más pérdida de carga.
El almacenamiento de energía térmica se realiza en forma de agua caliente en depósitos
de acumulación. Su misión es independizar el suministro de calor del consumo, porque
la máxima aportación energética solar no suele coincidir con la demanda. En cuanto a
sus proporciones, el sistema de acumulación estará ubicado en zonas interiores del
edificio, colocado en posición vertical. La disposición vertical tiene como objetivo
conseguir la estratificación de temperaturas en el interior del depósito, permitiendo un
suministro instantáneo de agua sin necesidad de que todo el depósito esté a la
temperatura establecida, contribuyendo también a un mejor rendimiento de los
captadores solares ya que la diferencia de temperaturas de intercambio son mayores.
4.3 Métodos de cálculo de fracción de cobertura solar
Para determinar la cobertura solar de una instalación existen diferentes métodos más o
menos complejos. Dependiendo de la precisión buscada, se pueden utilizar modelos
físicos o matemáticos realizan estudios paramétricos que determinan los efectos
provocados por las distintas variables y simulan el comportamiento energético de la
instalación, aportando información detallada pero requiriendo datos muy precisos sobre
la instalación. Uno de los métodos más utilizados es el método F-chart, que parte de
valores medios mensuales y estima la energía aportada por una instalación solar a partir
de una serie de parámetros de distinto tipo.
4.3.1 Método F-chart
El método F-chart aplicable a ACS es un método simplificado bastante preciso cuando
se dispone de datos en base mensual. Se desarrolló a partir de correlaciones obtenidas a
partir de un gran número de simulaciones, lo que proporciona una precisión bastante
aceptable.
Mediante unas curvas y dos parámetros adimensionales X e Y se estima esta fracción
de cobertura solar.
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Figura 4.2 Curvas de fracción de cobertura solar
X: expresa la relación entre las pérdidas de energía de la superficie de captación para
una temperatura de referencia y la carga total durante un mes.
(4.3)
Y: expresa la relación entre la energía absorbida en la superficie de captación y la carga
total durante un mes.
(4.4)
: radiación diaria media mensual sobre la superficie de captación.
El método está basado en una sistema base de energía solar, sin intercambiador de calor
en el circuito de captación y con una capacidad de acumulación de
, por lo que si
las condiciones de diseño no son las anteriormente comentadas, será necesaria la
aplicación de una serie de factores de corrección sobre los parámetros adimensionales
anteriormente citados.
Factores de corrección a aplicar:
Corrección por caudal: Si el caudal con el que se va a trabajar es diferente del nominal
de ensayo del captador será necesario corregir utilizando el gráfico de la figura 4.3. En
este caso se utilizará un caudal igual al de ensayo de valor
.
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Figura 4.3 Corrección por caudal
Corrección por asociación en serie: como se describió en el apartado 4.1.3, conectando
captadores en serie la temperatura de entrada del fluido varía de un captador a otro.
Realizando un balance de energía en un captador y sustituyendo la temperatura de
entrada en el balance de los sucesivos captadores en serie se llega a la expresión (4.5)
(
)
(
) (4.5)
representa el número de captadores en serie, A (m2) es el área del captador y
(Kg/sm2) es el caudal específico de líquido.
Corrección por la capacidad de almacenamiento: El método se ha desarrollado para una
capacidad de almacenamiento de
. Si la capacidad de acumulación es diferente se
corrige el grupo adimensional X mediante la ecuación (4.6)
(
)
si (4.6)
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Figura 4.4 Factor de corrección por capacidad de almacenamiento
El valor óptimo de la capacidad de almacenamiento se encuentra entre
y
.
Corrección por intercambiador de calor: Si existe un intercambiador en el circuito
primario aumentará el gradiente de temperatura entre el depósito de acumulación y el
captador solar, disminuyendo el rendimiento de captación. Por lo que será necesario
corregir los factores adimensionales X e Y en función de la efectividad del
intercambiador y de las capacidad caloríficas de los fluidos.
( (
( )
)(( )
( )
))
(4.7)
En (4.7) representa la efectividad del intercambiador.
Corrección por consumo de ACS: el método se ha desarrollado para instalaciones donde
la carga de ACS es inferior al 20% de la carga de calefacción. A continuación se
describe una forma de estimar el rendimiento de sistemas donde la carga de
calentamiento de agua supera este valor o suponga el 100% de la demanda.
El rendimiento de los sistemas de calentamiento solar se ve afectado por la temperatura
de suministro de agua de red, la temperatura ambiente media y la temperatura de
referencia de agua caliente. Las dos primeras se obtienen de la norma UNE
correspondiente mientras que se ha tomado una temperatura de referencia de 60ºC.
Estas temperaturas afectan al nivel medio de temperatura de funcionamiento del sistema
y por tanto a las pérdidas de energía del captador. La variable adimensional X que
representa las pérdidas del captador deberá corregirse con el factor expresado en la
ecuación (4.8)
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(4.8)
Una vez se han calculado y aplicado los factores descritos anteriormente, basta
introducirlos en el ajuste realizado de las curvas f, representadas en la figura 4.2
(4.9)
4.4 Sistema hidráulico
El circuito hidráulico de una instalación solar está formado por el conjunto de tuberías,
bombas de circulación, vasos de expansión, válvulas y accesorios encargados de
establecer el movimiento del fluido hasta el sistema de acumulación.
4.4.1 Red de tuberías
En una instalación solar se distinguen de manera general 3 circuitos de circulación de
fluido:
Circuito primario: formado por los captadores y las tuberías que los unen, por
los que circula el fluido de trabajo que recibirá la energía procedente del sol.
Suelen incluir un anticongelante en el caso de que exista riesgo de heladas.
Circuito secundario: Aquel en el que se recoge la energía contenida en el fluido
del circuito primario a través de un intercambiador de calor.
Circuito de consumo: Es el encargado de distribuir el agua potable a los puntos
de consumo correspondientes.
La conexión de los diferentes componentes se realiza mediante tuberías. En la selección
del material a utilizar hay que tener en cuenta diversos factores entre los que se
encuentran:
Resistencia al desgaste y la corrosión
Buen comportamiento en el rango de presiones y temperatura utilizado
Facilidad de instalación y manejo
Buen comportamiento frente a tensiones mecánicas
Compatibilidad con el fluido utilizado
Cabe en este momento realizar una distinción entre diámetro exterior e interior de una
tubería, pues ambos serán importantes en el dimensionado de la instalación.
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El diámetro interior se utiliza para calcular el volumen y la velocidad del fluido
circulante, mientras que el exterior es el total de la tubería y será el que se empleará para
definir los accesorios necesarios a instalar.
4.4.2 Bomba de circulación
Para el trasiego del fluido por los tubos, es fundamental la utilización de un elemento
que proporcione al fluido la energía necesaria para que éste circule adecuadamente a
través del circuito hidráulico y se mantenga la presión deseada en cualquier punto de la
instalación. Existen fundamentalmente diferentes tipos de bombas según el mecanismo
físico que empleen para aumentar la presión, para instalaciones solares se utilizan las
bombas de tipo centrífugo, que consta de los siguientes elementos:
Orificio de aspiración: Lugar de entrada del fluido
Rodete impulsor: Elemento rotativo, transmite energía al fluido.
Cámara de impulsión: Elemento que recoge el líquido y lo conduce a la descarga
Orificio de impulsión: Lugar por donde se expulsa el líquido de la bomba.
Aspiración: Boca de contacto entre la bomba y la tubería.
Figura 4.5 Bomba centrífuga
4.4.3 Vaso de expansión
Los circuitos hidraúlicos cerrados deben estar equipados con un dispositivo de
expansión, éstos se suelen componer básicamente de un depósito, que contrarresta las
variaciones de volumen y presión que se producen en el circuito. El vaso de expansión
mantiene la presión en el rango establecido y evita a la vez las pérdidas y reposiciones
de la masa de fluido. El exceso de volumen del circuito se almacenará en este depósito
para cuando vuelva a disminuir la temperatura, restituirlo total o parcialmente.
Existen vasos de expansión abiertos y cerrados, aunque en instalaciones solares se
utilizan generalmente cerrados ya que el fluido interior de los tubos no está en contacto
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con la atmósfera, además presentan las ventajas de que no es necesario aislarlos, son de
fácil montaje y no absorben oxígeno del aire.
Estos equipos suelen estar fabricados en acero dividiéndose en un volumen con
nitrógeno que actúa de amortiguador y una parte donde fluye el líquido de la
instalación, separándose estos dos elementos mediante una membrana elástica
impermeable.
4.5 Sistema de apoyo auxiliar
Existen dos formas principales de proporcionar esta energía.
Apoyo en acumulador independiente: En este acumulador se termina de
calentar el agua procedente del acumulador solar.
Apoyo mediante sistema instantáneo: el apoyo se realiza a la salida del
acumulador solar. El equipo de apoyo deberá ser modulante, capaz de
regular su potencia para que se obtenga de forma permanente la temperatura
en función de la temperatura de entrada al equipo. Según el tipo de conexión,
pueden situarse en serie o en paralelo.
Figura 4.6 Tipos de apoyo auxiliar
4.6 Sistemas de control y regulación
El sistema de regulación y control asegura el correcto funcionamiento de la instalación
para proporcionar la máxima energía solar térmica posible y además actúa como
protección frente a la acción de múltiples factores como sobrecalentamientos del
sistema o riesgo de congelaciones.
La instalación debe tener establecidos, una serie de protocolos de actuación que regulen
los flujos de energía para trabajar a un nivel óptimo de eficiencia y garantizar el
Memoria descriptiva Página 26
máximo aprovechamiento de la energía solar. Regulando el arranque y parada de las
bombas del circuito de ACS.
4.7 Aislamiento térmico
El reglamento de las instalaciones térmicas en la edificación (RITE) exige que los
diferentes aparatos y equipos de la instalación deben permanecer aislados térmicamente.
En el caso de equipos que llevan incorporado de serie un determinado aislamiento, se
aceptará este último. Por otra parte si además estos elementos se sitúan a la intemperie
requerirán un espesor de aislante adicional.
5. Dimensionado de la instalación solar
A continuación se expondrán las elecciones realizadas referentes a los distintos
elementos de la instalación en base a las distintas opciones ya mostradas.
5.1 Breve descripción del bloque de viviendas
El bloque de viviendas sobre el que se situará la instalación solar está situado en Huelva
sin edificios cercanos que provoquen sombras. El edificio está dividido en 7 bloques de
viviendas, por lo que se realizará el estudio de uno de estos bloques, en concreto del
bloque 1, situado en la parte superior derecha de la figura 5.1.
Figura 5.1 Esquema de la cubierta del bloque de viviendas
La ocupación máxima del bloque es de 96 personas. Posee una sala de máquinas que se
utilizará para colocar diversos elementos de la instalación.
5.2 Datos de partida
Para el correcto dimensionamiento de la instalación es preciso en primer lugar definir
las condiciones de partida.
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Edificio Bloque de viviendas
Localización Huelva
Latitud 37º
Longitud 7º
Ocupación máxima 96 personas Tabla 5.1 Datos de partida de la instalación
Uno de los parámetros fundamentales que es necesario conocer es la cantidad de
radiación solar que se recibe en la zona en cuestión. La norma UNE 94003 proporciona
una serie de valores de irradiancia solar en las distintas capitales de provincia de
España.
5.3 Demanda energética de ACS
La demanda energética de agua caliente sanitaria viene determinada por:
El consumo diario
La temperatura de preparación del agua caliente
La temperatura del agua fría de la red de distribución
El consumo diario viene dado en función de la ocupación del edificio en cuestión y del
consumo unitario por día de ACS tabulado por el código técnico en la edificación.
En cuanto a la temperatura de referencia se ha tomado 60ºC, siendo éste un valor
recomendable en cuanto al cálculo de diferentes factores analizados posteriormente.
La temperatura del agua fría de la red en cada capital de provincia, para todos los meses
del año, la proporciona la norma UNE 94002.
El cálculo de estos valores queda detallado en el apartado correspondiente de la
memoria de cálculo del presente proyecto. La figura 5.2 expresa la demanda energética
de ACS durante los distintos meses del año.
5.4 Contribución solar mínima
El CTE exige a los edificios de nueva construcción, o a aquellos existentes que vayan a
rehabilitarse, que tengan una contribución solar mínima anual de ACS. La contribución
solar es la fracción entre la energía solar aportada y la demanda energética total,
realizada en base mensual. Según la localización, en España se dan distintas
condiciones climáticas. El CTE divide el territorio Español en diferentes zonas
climáticas con una contribución solar mínima distinta.
La provincia de Huelva se considera incluida en la zona climática V, quedando fijada la
contribución solar mínima fijada en un 70%.
Memoria descriptiva Página 28
Figura 5.2 Demanda energética del edificio
Los datos de aporte solar se muestran en las figuras 5.3 y 5.4,
El CTE también indica que no se debe superar el 100% de la demanda durante 3 meses
seguidos. Tampoco se puede superar el 110% de la cobertura solar en un mes.
Figura 5.3 Aporte solar frente a energía de apoyo en MJ
02000400060008000
100001200014000
Demanda energética(MJ)
Demanda energética(MJ)
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Aporte solar (%)
Energía de apoyo (%)
Memoria descriptiva Página 29
Figura 5.4 Aporte solar frente a energía de apoyo en porcentaje
5.5 Selección de la configuración básica
En base a las diferentes posibilidades existentes respecto a la disposición general de la
instalación, se van a tomar las siguientes elecciones:
Acumulación y apoyo auxiliar: Dada la naturaleza del edificio perteneciente al
presente proyecto (bloque de viviendas), la solución más interesante es
Acumulación centralizada y apoyo distribuido ya que la colocación de
contadores de agua en cada vivienda permitirá el uso de un solo acumulador,
simplificando la instalación, por otro lado se utilizan calderas en cada vivienda
para que cada usuario pague lo que consume.
Sistema de intercambio: Se ha optado por la colocación de un interacumulador.
Circulación del fluido: Se va a utilizar para la instalación diseñada un sistema de
circulación forzada, ya que aunque tenga un mayor coste, se hace necesario por
la distancia existente entre los distintos elementos.
Sistema de expansión: Se va a seleccionar una instalación cerrada.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Energía de apoyo (%)
Aporte solar (%)
Memoria descriptiva Página 30
5.6 Condiciones generales
En este apartado se detallarán una serie de condiciones que tienen como objetivo
garantizar la calidad, seguridad y eficiencia energética de la instalación.
Fluido de trabajo: Como fluido de trabajo en el circuito primario se utilizará una
mezcla de agua y anticongelante por la posibilidad de heladas. La proporción en
peso del anticongelante seleccionado (en este caso glicol) es del 30% en función
de la temperatura mínima histórica, tal como se describe en la memoria de
cálculo.
La mezcla agua-glicol deberá mantener todas sus propiedades físicas y químicas
dentro del intervalo de temperatura permitido.
Prevención de flujo inverso: La instalación deberá asegurar que no se produzcan
pérdidas energéticas debidas a flujos inversos no intencionados en el circuito
hidráulico del sistema, para lo que se instalarán válvulas antirretorno.
5.7 Sistema de captación
5.7.1 Número de captadores a colocar
Se comenzarán definiendo algunas características del modelo de captador elegido. En
este caso se trata del T-25 PS del fabricante Termicol. Sus características principales
son las expresadas en la tabla 5.2.
Modelo T25PS
Área del captador
Caudal de ensayo
Factor de pérdidas
Factor de ganancias
Tabla 5.2 Características principales del captador seleccionado
El resto de parámetros vienen especificados en el apartado de características técnicas de
los equipos.
Mediante el método F-Chart, según las propiedades del captador y de los diferentes
elementos de la instalación se realiza un análisis paramétrico para obtener el número
óptimo de captadores. La figura 5.5 muestra el resultado de este análisis en forma de
curva, que representa el área necesaria para una determinada cobertura solar de energía.
Memoria descriptiva Página 31
Figura 5.5 Curva demanda-área
Con un área de captación de se consigue una cobertura del 70,42%, por lo que
el número de captadores a colocar es de 18.
5.7.2 Orientación, inclinación y sombras en captadores
Es importante como se verá en el apartado correspondiente al método de cálculo la
estimación de la radiación que incide en el captador. Para lo anterior la norma UNE
94003 proporciona valores medidos de la radiación horizontal para cada provincia
española.
Se define la inclinación del módulo como el ángulo que forma la superficie de los
módulos con el plano horizontal. Su valor es para módulos horizontales y para
módulos verticales.
Figura 5.6 Inclinación de un colector
Memoria descriptiva Página 32
El captador se sitúa con una inclinación y un ángulo de acimut determinados. El CTE
establece que en España se consigue un óptimo rendimiento con una inclinación igual a
la latitud.
Figura 5.7 Orientación de un colector
Sin embargo tal como se recoge en las Especificaciones técnicas de diseño y montaje de
instalaciones solares térmicas para producción de ACS editado por la Junta de
Andalucía, en instalaciones en Andalucía de uso anual, se suele tomar de forma general
la inclinación igual a . En cuanto a la orientación, la que proporciona mejores
resultados es la Sur. El edificio no está perfectamente orientado hacia el Sur por lo que
los captadores poseen un ángulo de acimut de . En resumen, los captadores tendrán
una inclinación de y un acimut de .
Al estar inclinados un cierto ángulo, la radiación incidente varía respecto a la horizontal,
siendo necesaria la aplicación de un factor corrector. En la memoria de cálculo se
resuelve este problema con la utilización de un modelo físico sobre radiación sobre
superficies inclinadas.
En cuanto a la pérdidas por orientación inclinación y sombras, el CTE establece un
método de cálculo y un valor máximo que pueden alcanzar éstas en una instalación.
Pérdidas Orientación
inclinación
Sombras Total
Valor Máximo 10% 10% 15%
Valor en la
instalación
0,94% 0% 0,94%
Tabla 5.3 Pérdidas máximas según el CTE y valores calculados en la instalación
Las pérdidas por orientación son debidas al desvío de la posición de los captadores
solares de la orientación óptima, y las pérdidas por inclinación son debidas al desvío del
ángulo de inclinación, o ángulo que forma la superficie de captación con el plano
horizontal, desde su posición óptima. Para las instalaciones reguladas en el CTE, las
pérdidas por orientación. Las pérdidas por sombras son las derivadas de los obstáculos
existentes en el entorno, que impiden la recepción de rayos solares a determinadas horas
Memoria descriptiva Página 33
del día. En el apartado correspondiente de la memoria de cálculo se calculan las
pérdidas en la instalación indicadas en la tabla 5.3 mediante el método indicado por el
CTE.
5.7.3 Conexionado de los captadores
El sistema de energía solar térmica incorporará un número más o menos elevado de
captadores, que deben conectarse hidráulicamente entre ellos en grupos, denominados
baterías o filas.
Se pueden conectar de dos formas, en serie o en paralelo.
Conexión en serie: El fluido atraviese sucesivamente los captadores así
acoplados incrementándose la temperatura del fluido a medida que pasa por
ellos.
Conexión en paralelo: El fluido atraviesa un solo captador en cada ciclo de
circulación.
Figura 5.8 Disposición de captadores
La conexión en serie de los captadores hace que el rendimiento del conjunto de la
instalación disminuya, porque aumenta la temperatura de entrada a partir del segundo
captador. Sin embargo puede ser interesante cuando se requieran altas temperaturas o la
instalación esté situada en una zona de baja radiación solar.
Una disposición de captadores en paralelo cuyas filas se conectan también en
paralelo supone en principio la opción más ventajosa, aunque pueda suponer en
principio un mayor coste de inversión. Se va a tomar por tanto esta solución.
Además a la hora de conectar los colectores hay que tener en cuenta que la conexión
entre los captadores y las filas se debe realizar de manera que el recorrido hidráulico sea
el mismo para todos los colectores, de no ser así. Los saltos térmicos de los colectores
serían distintos de unos a otros y se reduciría el rendimiento global de la instalación.
Siendo recomendable el retorno invertido frente a la instalación de válvulas de
equilibrado.
Memoria descriptiva Página 34
Figura 5.9 Colectores conectados en paralelo con retorno invertido
5.7.4 Estructura soporte de los captadores
Los captadores van montados sobre una estructura de base o soporte que asegura su
posición e inclinación, con la suficiente estabilidad y conexión al edificio o base de
apoyo.
En el caso de edificación, el CTE considera que estos elementos tienen carácter
estructurar y establece una serie de criterios de seguridad relacionados con la integridad
de la misma.
El fabricante del captador seleccionado proporciona también la estructura de soporte
que se adapta al captador y cumple la normativa vigente.
5.8 Sistema de acumulación e intercambio
Se utilizará en esta instalación un interacumulador por la simplificación que produce. El
equipo seleccionado es el modelo MXV 2500 SSB de Lapesa. De nuevo la información
detallada se dará en el apartado relativo a información técnica de los equipos. La
relación de diseño volumen de intercambio/área de captación seleccionada es de
.
En la tabla 6.4 se muestran algunos números índice que están dentro de los límites
especificados por el CTE.
CTE:50-180
CTE:0,8-1,2 Tabla 5.4 Números índice referentes a la instalación
Cercana al depósito se instalará en cada conducción de entrada o salida una válvula
esférica a fin de poder aislar el elemento para posibles reparaciones, inspecciones o
trabajos de mantenimiento
Memoria descriptiva Página 35
Memoria descriptiva Página 36
5.9 Sistema hidráulico
5.9.1 Red de tuberías
Se empleará como material para las tuberías, el cobre por sus buenas propiedades
cuando se trabaja con una mezcla de agua con glicol y su bajo coste. Es resistente a la
corrosión además de ser manejable y dúctil, lo que facilita su conformado siendo
además sus accesorios sencillos de soldar.
En la figura 5.10 se incluye un esquema de la red de tuberías. En las tuberías se produce
un fenómeno de fricción del fluido circulante con las paredes y demás elementos del
circuito como válvulas o giros bruscos. Esta fricción conocida como pérdida de carga es
lo que hace necesario la utilización de una bomba de circulación que le proporcione al
fluido la energía necesaria para vencer estas fuerzas.
La velocidad en el interior de los tubos según el pliego de condiciones técnicas
del instituto para la diversificación y el ahorro de energía (IDAE) no debe
superar los en exteriores ya que se producen problemas de ruidos. Ésta se
calcula a partir del diámetro interior de la tubería y el caudal de fluido, que debe
ser previamente obtenido mediante un balance de materia en la instalación.
Introduciendo el diámetro y el caudal del tramo correspondiente, no se debe
superar el valor de velocidad especificado.
Las pérdidas de carga por unidad de longitud de tubería también posee un límite
superior que no se debe superar, en este caso tratándose de agua con glicol, el
límite está en .
Para calcular el diámetro de las tuberías se realiza una división de la red en tramos
separados por nodos o puntos de unión, la finalidad de esto último es el cálculo de la
velocidad y las pérdidas de carga en cada tramo y comprobar si cumplen esta condición.
Mediante el método de cálculo especificado en el apartado 4.3 de la memoria de cálculo
se estiman las pérdidas de carga por unidad de longitud en cada tramo de la instalación.
Se seleccionan aquellos diámetros normalizados que cumplan las condiciones
especificados anteriormente para cada tramo del circuito.
Para la obtención de las longitudes totales de cada tramo se emplea el método de las
longitudes equivalentes, en el cual los accesorios de cada tramo se equiparan a un tramo
adicional de tubería de una longitud determinada, estos se suman a las longitudes reales
de cada tramo.
Con lo anterior ya es posible calcular la pérdida de carga total en cada tramo, lo cual
será fundamental para obtener la pérdida de presión en el circuito que tendrá que vencer
la bomba. En la memoria de cálculo se incluye la información detallada para cada tramo
Memoria descriptiva Página 37
y se comprueba que no superen los límites establecidos en este apartado. En cuanto a las
especificaciones de las tuberías, se incluyen en el apartado de características técnicas de
los equipos.
5.9.2 Bomba de circulación
Cuando se va a seleccionar una bomba, los parámetros fundamentales que determinan la
elección de un modelo son el caudal de circulación de fluido y la altura manométrica o
pérdida total de presión que se ha de vencer en el circuito, la elección se hará a partir de
las curvas que proporciona el fabricante y que indican la zona óptima de
funcionamiento según estos dos parámetros especificados. Esta pérdida de carga total es
la suma de las referentes a los captadores solares, la red de tuberías y el
interacumulador, es decir, los componentes del circuito primario de la instalación.
Las altas temperaturas que se pueden alcanzar en una instalación solar hacen que sea
recomendable instalar las bombas en las zonas más frías del circuito, cuidando de que
no se produzca un fenómeno de cavitación y con el eje de rotación en posición
horizontal para garantizar el correcto trabajo de los cojinetes
Se trabaja con los siguientes parámetros:
Altura manométrica(m) 2,68
Caudal del circuito primario(m3/h) 3,23
Consumo de potencia(W) 70/101/128 Tabla 5.5 Parámetros fundamentales de la bomba de circulación
La bomba seleccionada pertenece al fabricante Wilo y es el modelo Star-Z 20/7 que
cumple todos los requisitos mencionados en el presente apartado. De nuevo sus
características se incluyen en el apartado de características técnicas de los equipos.
Esta modelo contiene una doble bomba, una de ellas estando de reserva, para posibles
casos de avería o cuando sea necesario realizar labores mantenimiento.
El punto de trabajo óptimo para la bomba se dará para la velocidad de diseño, sin
embargo a modo de previsión de eventualidades en el funcionamiento se ha escogido un
modelo que puede adaptar un variador de velocidad independiente de la bomba.
5.9.3 Sistema de expansión
Para el dimensionado de este equipo será necesario conocer el volumen total encerrado
en los elementos de la instalación, el coeficiente de expansión del fluido y las presiones
máxima y mínima de la instalación. Realizando las operaciones expresada en la norma
UNE 100.155 se obtiene un volumen mínimo del vaso de expansión de
Las características técnicas del equipo, en el apartado correspondiente.
Memoria descriptiva Página 38
5.9.4 Sistema de purga de aire
La existencia de aire en el interior de los tubos puede llegar a suponer un problema, ya
que se puede acumular en los puntos altos del circuito y reducir el caudal de circulación
o incluso bloquear la tubería. Es preciso por tanto colocar un purgador en aquellas zonas
del circuito donde puede ocurrir esta acumulación de aire.
5.9.5 Válvulas
En el circuito van a existir diferentes tipos de válvulas que se listarán a continuación:
Válvulas de corte: se instalarán las necesarias para poder realizar el
mantenimiento de la instalación sin tener que vaciar por completo la
instalación. Las válvulas que se instalarán son las siguientes:
o A la entrada y salida de cada fila de captadores.
o A la entrada y salida de interacumulador y bombas.
o A la entrada y salida de la instalación solar para aislarla del sistema
auxiliar.
o A la entrada y salida del circuito de distribución de agua fría y
caliente.
Válvulas de seguridad: están diseñadas para liberar el fluido interior a la
tubería cuando la presión interna supere un límite establecido (presión de
tarado). Se instalará una válvula de este tipo por cada fila de captadores
tarada a una presión que garantice que en cualquier punto del circuito no se
supera la presión máxima de sus componentes.
Válvula de tres vías: Conducen al fluido en el sistema y serán reguladas por
un servomotor y control de tipo todo o nada.
Válvulas de retención o antiretorno: Estas válvulas se utilizan para evitar
efectos termosifónicos perjudiciales (pérdidas energéticas durante la noche)
en la acometida de agua fría para evitar circulaciones naturales indeseadas y
en cada una de las bombas.
Válvulas de vaciado: Será necesaria para el correcto vaciado del circuito.
Memoria descriptiva Página 39
5.9.6 Sistema de llenado y de vaciado
Los circuitos con vaso de expansión cerrado han de incorporar un sistema de llenado
manual o automático que permita llenar el circuito y mantenerlo presurizado. Para que
sea posible el vaciado del circuito de una instalación solar, se instalarán válvulas de
vaciado en los puntos más bajos de las tuberías de drenaje.
5.10 Sistema de apoyo auxiliar
La instalación de captadores solares en estudio no puede cubrir como ya se ha visto
anteriormente el total de la demanda energética de ACS en el bloque de edificios. El
CTE obliga a la utilización de un sistema de calderas convencional. El subsistema de
apoyo debe ser capaz de suministrar el 100% de la demanda, ya que puede ocurrir que
ciertos días del año, el aporte solar sea nulo. También podrá suplir al sistema de
captadores solares en caso de mantenimiento o reparación.
En el bloque de viviendas del que trata este proyecto ya se posee un sistema auxiliar de
calentadores instantáneos colocados en paralelo que suplirán la demanda energética en
los casos citados.
5.11 Sistema de control
El control del circuito de ACS se efectuará mediante un control diferencial de
temperatura, comparando la temperatura de salida del campo de captadores, con la
temperatura que posee el fluido situado en la parte inferior del depósito de acumulación.
De tal modo que si la diferencia entre ambos es mayor que 7ºC, el control diferencial
activará la bomba, mientras que si es menor que 2ºC, la apagará. Por otra parte, este
sistema asegurará que en ningún punto, se alcance la temperatura de congelación del
fluido, con un margen de seguridad de 3ºC.
Por otro lado las calderas auxiliares arrancarán siempre que exista caudal de consumo y
la temperatura sea menor que la temperatura de consumo más 5ºC.
La detección de temperaturas se realizará mediante sondas de temperatura sumergibles,
colocadas en distintos puntos del circuito. Los sensores de temperatura deberán estar
aislados contra la influencia de las condiciones ambientales que las rodean.
También es fundamental controlar las presiones en la instalación, para ello se instalará
un manómetro en el circuito.
Se ha seleccionado para esta instalación el modelo Vitosolic 200 del fabricante
Viesmann.
Memoria descriptiva Página 40
Figura 5.11 Sistema de control diferencial
5.12 Aislamiento térmico
A continuación se describirán los aislamientos de los elementos principales del circuito:
Captadores solares: El modelo seleccionado lleva incorporado 80 mm de espesor
de espuma rígida de poliuretano de densidad optimizada y libre de CFC,
inyectada en molde.
Interacumulador: Este equipo lleva de serie 80 mm de espesor de espuma rígida
de poliuretano de densidad optimizada y libre de CFC, inyectada en molde.
Red de tuberías: En cuanto al aislamiento de tuberías se emplea el método
simplificado propuesto por el RITE, que proporciona unas tablas dimensionadas
para un material de conductividad térmica .
Para lo anterior se utilizan los datos expresados en la tabla 4.3 correspondientes
a los espesores de aislamiento recomendados por el RITE.
Tabla 5.6 Espesores de aislamiento mínimo en mm para distintos diámetros según la temperatura del
fluido.
Memoria descriptiva Página 41
En este caso se utilizará espuma elastomérica con una conductividad de ,
por lo que será necesario aplicar el factor corrector definido en el RITE y expresado en
la ecuación (5.1). De modo que para de temperatura del fluido circulante, los
tramos llevarán un espesor de aislante de 35 mm.
(
) (5.1)
Este aislamiento será del fabricante Armacell. El modelo vendrá determinado por el
máximo diámetro, en este caso el que mejor se ajusta a esta instalación es el HT-
35X042-SWH.
5.13 Esquema general de la instalación
Se incluye en la figura 5.13 un esquema general de la instalación con sus principales
elementos.
Figura 5.12 Esquema general de la instalación
Memoria descriptiva Página 42
6. Información técnica de los equipos
6.1 Captador solar
El modelo de captador seleccionado es el modelo T25PS del fabricante Termicol.
Sus principales características técnicas vienen indicadas en la tabla 6.1.
Figura 6.1 Captador solar T25 PS
Tabla 6.1 Datos técnicos del captador seleccionado
Memoria descriptiva Página 43
Por otra parte también se proporciona la curva experimental de caída de presión frente a
caudal.
Figura 6.2 Curva experimental de pérdida de carga
6.2 Interacumulador
El interacumulador seleccionado pertenece al fabricante Lapesa y es el modelo
MXV2500 SSB, fabricado en acero inoxidable, este modelo mejorado respecto a la
gama básica posee mayor superficie de intercambio para mejor aprovechamiento de la
energía procedente de los paneles solares.
Memoria descriptiva Página 44
Figura 6.3 Esquema del interacumulador modelo MXV 2500 SSB
Tabla 6.2 Características técnicas interacumulador MXV con serpentines (Lapesa)
Memoria descriptiva Página 45
Figura 6.4 Pérdidas de carga en el interacumulador (Lapesa)
6.3 Bomba de circulación
La bomba de circulación es del fabricante Wilo, el modelo específico es el Star-ZD. En
la figura 5.6 se muestra el equipo. En la figura 5.7 se muestran sus características
técnicas y en la figura 5.8 la curva característica de la gama de modelos en los que se
incluye la seleccionada.
Figura 6.5 Bomba de circulación Wilo-Star-ZD (Wilo)
Memoria descriptiva Página 46
Figura 6.6 Características técnicas de la bomba Wilo Star-ZD (Wilo)
Figura 6.7 Curva característica de la gama Wilo-Star-ZD
Memoria descriptiva Página 47
6.4 Componentes de la instalación hidráulica
En este apartado se listan los distintos elementos del circuito hidráulico.
o Red de tuberías:
Tubería de cobre UNE-EN 1173 de 22 mm
Tubería de cobre UNE-EN 1173 de 28 mm
Tubería de cobre UNE-EN 1173 de 35 mm
Tubería de cobre UNE-EN 1173 de 40 mm
o Válvulas:
Válvula de corte
Válvula de 3 vías
Válvula termoestática mezcladora
Válvula de seguridad
Purgador automático
Válvula de llenado automático
Válvula de vaciado
Vaso de expansión cerrado de membrana recambiable de 8 L del
fabricante Salvador Escoda modelo 8 AMR
Tabla 6.3 Características técnicas del vaso de expansión seleccionado
Memoria descriptiva Página 48
o Aislamiento de tuberías: 35 mm de espuma elastomérica modelo HT-
35X042-SWH de Armacell
Tabla 6.3 Propiedades del aislante seleccionado
6.5 Sistema de regulación y control
El sistema de regulación seleccionado pertenece al fabricante Viessmann, modelo
Vitosolic 200. Se trata de una centralita de regulación. Sus características a
continuación.
Figura 6.8 Centralita de regulación Vitosolic 200
Memoria descriptiva Página 49
Tabla 6.5 Características técnicas de Vitosolic 200
6.6 Apoyo auxiliar
Las viviendas cuentan con calentadores eléctricos instantáneos del fabricante Junkers,
modelo ED 21-2s.
Figura 6.9 Modelo de calentador eléctrico existente en las viviendas
Memoria descriptiva Página 50
Tabla 6.4 Datos técnicos calentador instantáneo
7. Instalación eléctrica
Todos los elementos de la instalación que precisen energía eléctrica dispondrán de una
línea de alimentación debidamente dimensionada y protegida tal y como se especifica
en el reglamento electrotécnico de baja tensión, con sus correspondientes protecciones
magnetotérmicas y diferenciales, que se situarán en el cuadro eléctrico correspondiente
en la sala de máquinas.
8. Normativa aplicable
Como se ha ido describiendo a lo largo del documento, se ha de cumplir la normativa
vigente sobre este tipo de instalaciones. En este apartado se hará un breve resumen de
los aspectos más importantes de la normativa respecto a energía solar térmica
refiriéndolos al caso concreto de la instalación. Se harán algunas menciones a otros
aspectos importantes de la instalación como el aislamiento térmico de tuberías o al
diseño del sistema de expansión.
Memoria descriptiva Página 51
8.1 CTE HE 4
8.1.1 Contribución solar mínima
Para la zona en la que se sitúa el bloque de viviendas se establece una contribución solar
mínima del 70%, cumpliéndose esta condición con la distribución de captadores y
demás elementos seleccionados.
8.1.2 Contribución solar máxima
En ningún mes del año se puede superar una contribución solar del 110%. La figura
4.12 muestra que se cumple esta condición
8.1.3 Pérdidas máximas
Este documento también establece un límite en las pérdidas por orientación, inclinación
y sombras, tanto individual como de forma conjunta. Los resultados de la tabla 4.2
muestran que se cumple esta condición.
8.2 Norma UNE
8.2.1 UNE 94002
La demanda energética de agua caliente sanitaria se obtiene siguiendo las directrices de
esta normativa, tomándose como datos para los cálculos tanto los consumos unitarios de
agua caliente sanitaria como la temperatura del agua fría de la red de distribución en la
provincia correspondiente.
8.2.2 UNE 94003
Para el dimensionamiento del campo de captadores, esta norma proporciona datos de la
irradiación global horizontal y temperatura ambiente en la provincia correspondiente.
8.2.3 UNE 100155
Respecto al vaso de expansión del circuito hidráulico, esta norma muestra un método de
cálculo determinado.
Memoria descriptiva Página 52
8.3 Reglamento de instalaciones térmicas en la edificación
8.3.1 ITE 02.8 Tuberías y accesorios
Los circuitos se han diseñado de manera que estén equilibrados hidráulicamente. Las
tuberías se situarán en lugares accesibles para que sea posible su inspección. Los
circuitos cerrados de agua o soluciones acuosas irán equipados con un dispositivo de
expansión cerrado.
8.3.2 ITE 02.10 Aislamiento térmico
Los espesores de aislamiento obtenidos cumplen esta disposición como se muestra en el
apartado 4.7
8.3.3 ITE 02.11.3 Control de instalaciones centralizadas de producción
de agua caliente para usos sanitarios
El control de la instalación se realizará mediante el elemento seleccionado
anteriormente, cumpliéndose todos los requisitos existentes en el presente apartado de la
norma.
Memoria descriptiva Página 53
9. Bibliografía
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0p%C3%A9rez%20oviedo__Orightresult__U__X4?lang=spi&suite=cobalt
Memoria descriptiva Página 54
Normativa:
AENOR(2004) Norma UNE 100-155 diseño y cálculo de sistemas de expansión
AENOR(2005) Norma UNE 94002 Instalaciones solares térmicas para
producción de agua caliente sanitaria
AENOR(2007) Norma UNE 94003 Datos climáticos para el dimensionado de
instalaciones térmicas
Código técnico en la edificación(2009) ,documento básico HE-4 Contribución
solar mínima de agua caliente sanitaria
http://www.codigotecnico.org/cte/export/sites/default/web/galerias/archivos/DB_HE
_abril_2009.pdf
Reglamento instalaciones térmicas en la edificación, versión consolidada (2013)
http://www.minetur.gob.es/energia/desarrollo/EficienciaEnergetica/Rite/Paginas
/InstalacionesTermicas.aspx
Referencias Web:
www.lapesa.es
www.wilo.es
http://www.agenciaandaluzadelaenergia.es
http://www.armacell.com/es
http://www.viessmann.es/
http://www.termicol.es/
http://www.asit-solar.com/
http://www.salvadorescoda.com/
http://www.junkers.es/usuario_final/inicio
http://www.saunierduval.es/
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