Guía sistemas de energía solar Junkers

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Calor para la vida
Para Profesionales
Guía del Instalador de Sistemas Solares
Presentación
Nuevamente Junkers ofrece al profesional de la instalación una documentación específicamente concebida para facilitar su labor.
En este caso se trata del empleo de la energía solar térmica para
el calentamiento del agua, una tecnología que no es nueva pero
ahora sí de gran actualidad debido a la creciente preocupación por
la preservación del medio ambiente y el empleo de sistemas que
transforman la energía limpia procedente del Sol en confort en el
servicio de agua caliente sanitaria, objetivo éste primordial en
Junkers.
La Guía del Instalador de Sistemas Solares Térmicos trata el procedimiento de cálculo y de dimensionamiento teniendo en cuenta la normativa vigente y muestra el producto Junkers, desde el
punto de vista de la instalación y del montaje. Para el cálculo ofrece al profesional el procedimiento a seguir comentando la importancia de cada uno de los parámetros utilizados y a continuación
se proporciona un método simplificado de cálculo, muy válido
para una aproximación previa al dimensionado de la instalación.
En cuanto al producto, se pormenoriza la instalación de los accesorios de montaje de los captadores, se relacionan las características técnicas de acumuladores, vasos de expansión, purgadores y grupos de bombeo, para terminar con la programación de la
centralita de control y el ajuste hidráulico de la instalación.
En esta nueva edición se ha tenido en cuenta todo lo relativo a
este tipo de instalaciones solares, acorde al Código Técnico de la
Edificación y al nuevo RITE.
Robert Bosch España, S.L.U.
Ventas Termotecnia
1
Índice general
Índice general
Introducción ...............................................................................................................................................
4
Instalaciones solares térmicas .................................................................................................................
7
Aplicaciones de la energía solar térmica ................................................................................................
1. Estimación de la demanda ..............................................................................................................
1.1. Suministro de a.c.s. .................................................................................................................
1.2. Calentamiento de piscinas .....................................................................................................
1.3. Demanda de calefacción .........................................................................................................
10
11
11
14
18
La energía procedente del Sol ................................................................................................................. 22
El sistema de captación ............................................................................................................................
1. Rendimiento del captador ..............................................................................................................
2. Disposición de los captadores .......................................................................................................
3. Superficie de captadores para la instalación de a.c.s .................................................................
4. Superficie de captadores para la instalación de calefacción ......................................................
5. Los captadores Junkers .................................................................................................................
6. Instalación ........................................................................................................................................
7. Sistemas compactos por termosifón .............................................................................................
30
33
36
40
48
48
52
56
El sistema de acumulación .......................................................................................................................
1. Volumen de acumulación ................................................................................................................
2. Acumuladores Junkers ....................................................................................................................
3. Intercambiadores de calor ..............................................................................................................
59
60
61
65
El sistema de circulación y elementos del circuito primario ................................................................
1. El vaso de expansión .......................................................................................................................
2. El fluido caloportador .....................................................................................................................
3. El grupo de bombeo ........................................................................................................................
3.1. Funcionamiento del AGS2 ......................................................................................................
3.2. Ajuste y mantenimiento ...........................................................................................................
3.3. Lavado y llenado de tuberías ..................................................................................................
3.4. Comprobación y ajuste de caudal ..........................................................................................
66
67
68
70
71
72
72
73
El sistema de control ................................................................................................................................. 74
1. Centralitas de regulación ................................................................................................................ 76
El sistema de energía auxiliar ..................................................................................................................
1. Instalaciones tipo ............................................................................................................................
1.1. Instalaciones individuales .......................................................................................................
1.2. Instalaciones colectivas ..........................................................................................................
77
82
82
88
Glosario de términos ................................................................................................................................. 92
2
Introducción
Introducción
Introducción
Desde el principio de nuestra galaxia millones de partículas comenzaron a girar en torno a masas de energía que con el tiempo se convirtieron en estrellas. Se comenzó a configurar lo que sería el sistema solar. En un planeta llamado Tierra surge la
vida, la fuente de energía provenía de una estrella llamada Sol combinada con la existencia de agua sobre la corteza terrestre. En este apartado hablaremos de estos dos términos, el Sol como fuente de energía y el agua para su uso sanitario, términos dominados por Junkers que le convierten en líder tecnológico en Europa.
Hoy más que nunca vuelve a ser el Sol el protagonista, por el evidente cambio climático que se está experimentando en nuestro planeta, cambio debido principalmente a la acción de nosotros mismos. Pensemos cómo se ha estado preparando agua
caliente sanitaria en la vivienda a finales del siglo pasado, se ha utilizado un aparato que calienta el agua aprovechando la
energía liberada en la combustión de un hidrocarburo, gas o líquido, e incluso quemando leña o carbón. Tradicionalmente se
ha empleado un calentador o caldera a gas o gasóleo. Producto de la combustión del hidrocarburo se generan dos gases que
son expulsados a la atmósfera, vapor de agua y fundamentalmente dióxido de carbono. Por un lado quemamos un hidrocarburo, un recurso de presencia limitada en nuestro planeta, por otro lado lanzamos al ambiente un gas, el dióxido de carbono
que puede afectar al cambio climático; estamos poniendo en entredicho la sostenibilidad energética en la vivienda.
Veamos cómo afecta el dióxido de carbono en nuestras vidas. El dióxido es un gas presente en la naturaleza y es en la propia naturaleza donde es generado, en los océanos por medio del plancton, y en los continentes, por medio de la vegetación,
donde también es asimilado. El plancton y la vegetación asimilan CO2 en mayor medida que es producido, por tanto, la propia naturaleza puede reducir las emisiones de dióxido de carbono producidas por la descomposición de materia orgánica pero
no es capaz de asimilar los productores artificiales activados por el hombre, el proceso de combustión y la deforestación.
Haciendo un balance global entre el dióxido de carbono producido y el asimilado, podemos dar la siguiente cifra anual de excedente de dicho gas, 3.000 Mtm que se van acumulando año tras año. Pero, ¿qué efecto tiene el CO2 en la atmósfera? Es
este gas el principal causante del llamado efecto invernadero. Este efecto es el producido por la concentración de determinados gases en el ambiente que dejan pasar la radiación procedente del Sol pero que, al ser reflejadas parte de dichas radiaciones, no dejan que escapen al espacio, confinándolas en nuestro planeta. Esta acumulación de radiación solar lleva consigo una elevación de la temperatura media en la Tierra.
El efecto invernadero no sólo es producido por el dióxido de carbono, existen otros gases que también le provocan: el metano, el óxido nitroso, los gases industriales, clorofluorocarbonos, hexafloruro de azufre… Podemos concluir que el CO2 no es
el único pero sí el máximo responsable, y más si cabe conociendo que su nivel de emisiones se ha incrementado en un 42%,
dato de 2002, respecto al año 1990.
4
Introducción
PROPORCIÓN DE GASES QUE PROVOCAN EL EFECTO INVERNADERO
Es necesario valorar el efecto invernadero y la consecuencia directa que representa la elevación de la temperatura media del
planeta. A lo largo del siglo XX la temperatura media del planeta se ha incrementado en 0,6 °C. Con los niveles de emisiones
de CO2 actuales, para el año 2025, el incremento de temperatura se estima que será de 1 °C sobre la temperatura de 1900,
y para el año 2100, unos 3 °C. Son incrementos relativos de temperatura que aparentemente no son muy elevados, pero habría que considerar que con tan sólo un incremento de la temperatura global del planeta de 2 °C se podría hacer desaparecer el 70% de la masa de hielo de los polos, y a su vez, provocar una elevación del nivel del mar de unos 90 cm, desapareciendo grandes zonas costeras de los continentes, afectando a gran parte de la población que se concentra en estas zonas;
se acabarían con los ecosistemas de estas zonas y se alteraría el ciclo de vida de todos los habitantes del planeta.
Junkers es consciente de este problema que a todos nos afecta, también los organismos que representan a la comunidad internacional son conscientes de ello. Ya en 1992, dentro del marco de las Naciones Unidas, en la Cumbre de Río de Janeiro se
trató de la problemática del cambio climático, no se llegó a ningún acuerdo en cuanto a fechas ni plazos y sí en cuanto a la
fijación de un año como referencia en cuanto a emisiones de CO2, el nivel de emisiones de 1990.
En el Mandato de Berlín de 1995 se acuerda no superar los niveles de emisión de 1990 para el año 2000, mandato que no
llegó a cumplirse. Es en el Protocolo de Kyoto celebrado en diciembre de 1997 cuando se fijan niveles de emisión y plazos de
cumplimiento. En este protocolo se marcan para los países firmantes, entre ellos España, unos niveles de producción de dióxido de carbono no superiores en un 15% a los establecidos como base, los niveles de 1990; estos niveles no podrán ser superados en el período de tiempo de 2008 a 2012.
Presentamos en esta documentación el producto Junkers para aplicaciones en instalaciones solares térmicas a baja temperatura, gama de producto orientado al instalador que supone una firme apuesta por el medio ambiente.
5
Instalaciones y aplicaciones solares térmicas
Instalaciones solares térmicas
Entre las medidas adoptadas por la administración en nuestro país destacamos la cada vez mayor proyección de las energías
renovables en cada uno de los planes sectoriales, como el energético, el hidrológico, el forestal... pero la medida más directa, en tanto que tiene carácter local y es obligatoria, son las ordenanzas municipales que obligan a la incorporación de sistemas de captación térmica a baja temperatura para la preparación de agua caliente sanitaria.
Fue Barcelona el primer municipio en implantar esta obligatoriedad en un anexo de una ordenanza sobre el medio ambiente,
allá por agosto del año 2000. Siguieron otros municipios de Cataluña, posteriormente Sevilla en diciembre de 2001 se sumó
a esta iniciativa, Burgos, Pamplona, Irún, Getxo, Madrid en noviembre de 2003, y un número creciente de ayuntamientos que
apuestan por la reducción de emisiones de dióxido de carbono y adquieren un compromiso con la sostenibilidad energética
de su municipio.
Es el CTE, nuevo marco normativo a nivel nacional el que dará impulso a las instalaciones de energía solar térmica. Desde
Septiembre del 2006, todas las obras de nueva construcción y rehabilitación tendrán que incluir en proyecto dicha instalación
cumpliendo los mínimos exigidos para tener edificios eficientes.
Captador solar
Regulador solar
Grupo de bombeo
Acumulador solar
Las instalaciones de captación solar térmica, en concreto en edificios de varias viviendas en planta y unifamiliares, podremos
siempre dotarlas de los siguientes sistemas:
•
El sistema de captación solar, los captadores. Siempre se parte de una captación colectiva, para todas las viviendas ocupando un espacio común de la construcción, preferentemente la cubierta del edificio. En viviendas unifamiliares se contará evidentemente con un sistema de captación para la vivienda individual.
•
El sistema de acumulación. Necesario, pues en la mayoría de los casos no coinciden los tiempos de producción de agua
calentada por el Sol con los de consumo. Se optará por sistemas de acumulación colectiva o individual, o un sistema mixto, aprovechando las posibilidades de absorbedor o colchón térmico que nos ofrece el acumulador colectivo, y el confort
de la acumulación individual dentro de la vivienda de cada usuario. En viviendas unifamiliares se puede optar por cualquiera
de los dos tipos de acumulador, con un único intercambiador o con dos intercambiadores.
•
El sistema de circulación y elementos del circuito primario. Es por este circuito de primario por donde circula el fluido
caloportador impulsado por una bomba. Como circuito cerrado que es, incorporará los correspondientes purgadores, el vaso
de expansión, la válvula de seguridad, elementos de medida como termómetros y manómetros, la llave de vaciado y la de
carga. Junkers proporciona un grupo de bombeo compacto para el caso de instalaciones domésticas unifamiliares. En cuanto a las tipologías de instalaciones que se ofrecen Junkers incorpora en su programa un amplio programa de soluciones y
elementos de instalación.
•
El sistema de control. Una centralita electrónica controla las temperaturas del sistema y manipula la acción de la bomba
circuladora. Para una mejor gestión de la instalación este sistema de control es colectivo. Para aplicaciones individuales de
preparación de a.c.s. Junkers comercializa una centralita de control.
7
•
El sistema de energía auxiliar. El sistema de apoyo en una instalación de energía solar se considera imprescindible. La característica esencial de un sistema de apoyo que trabaja con agua precalentada es que realice una modulación termostática. Junkers, cuenta con calderas y calentadores preparados para tal fin.
Los criterios seguidos en este documento han sido recogidos de la sección HE4 del CTE, de las normas UNE a las que hace
alusión el texto, así como del Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios y sus instrucciones técnicas complementarias (ITE).
También se ha tenido en cuenta el pliego de condiciones técnicas que edita el IDAE en cuanto al diseño y recomendaciones
de algunos de los elementos de la instalación.
8
Aplicaciones de la energía solar térmica
El principal objetivo de una instalación solar es generar un ahorro significativo de la energía convencional y reducir emisiones
de CO2.
El sol es una fuente de energía inagotable, su aprovechamiento depende de muchos factores algunos de los cuales podemos
controlar, como son los que afectan a la inclinación y ubicación de los captadores. El objetivo es diseñar una instalación que
garantice el aporte energético en función de la demanda, sin olvidar que es inevitable el apoyo de energía convencional como
sistema de energía auxiliar.
Las principales aplicaciones de la energía solar son:
• Sistemas de preparación de a.c.s.
• Calentamiento del agua de piscinas.
• Apoyo a calefacción por suelo radiante.
Es primordial conocer la demanda que se produce de forma diaria, así como disponer de datos que hagan referencia al tipo
de captador a instalar.
La demanda energética, a su vez, depende de dos factores como son:
1. Zona climática: En función de la localidad donde se lleve a cabo la instalación, tendremos unas temperaturas de entrada de agua y unos valores de temperatura ambiente diferentes que determinarán el rendimiento del captador.
2. Ocupación y tipología del edificio: El número de usuarios que realizan consumo y el uso al que esté destinado el
mismo afectan a la demanda.
El rendimiento del captador se ve afectado por las condiciones externas que se detallan:
1. Radiación media diaria: Cantidad de energía incidente por unidad de superficie y por unidad de tiempo. Se encuentra
este dato en tablas publicadas que corresponden a capitales de provincia.
2. Inclinación del captador: El objetivo es dar una inclinación al captador, de tal forma que capte la energía procedente
del sol lo más perpendicular posible de forma que su aprovechamiento sea máximo. Lo más recomendable es que
la inclinación coincida con la latitud del lugar donde se lleva a cabo la instalación, aunque hay ocasiones en las que
es necesario cambiar esta inclinación en función del periodo de utilización de la instalación.
3. Orientación del captador: Con el fin de aprovechar al máximo la radiación solar se orientará hacia el sur geográfico siempre y cuando nos encontremos en el hemisferio norte. Ligeras desviaciones respecto al sur también son admisibles.
Tras conocer los consumos y por lo tanto la demanda se definirá la superficie de captadores necesarios para generar el aporte energético solar y el volumen de acumulación necesario para un día en el caso de servicio de a.c.s.
1. Estimación de la demanda
Las formas de definir la demanda pueden ser:
1. Mediante datos reales de consumo de años anteriores aportados por el propio usuario.
2. Mediante tablas que definen consumos unitarios máximos.
1.1. Suministro de a.c.s.
Para determinar la demanda de un edificio se tomarán los valores unitarios aportados por el CTE a una temperatura de referencia. Aquellos municipios que cuenten con ordenanza se guiarán por los consumos establecidos a la temperatura de uso
exigida.
9
La siguiente tabla aportada por el CTE define los consumos unitarios en l/día en función del uso al que esté destinada la instalación,para una temperatura de referencia de 60 °C:
Demandas
l/día a 60 °C
Por
30
Persona
Viviendas unifamiliares
Viviendas plurifamiliares
22
Persona
Demandas
l/día a 60 °C
Por
Hotel 4 estrellas
70
Cama
Hotel 3 estrellas
55
Cama
Hotel 2 estrellas-Hostal
40
Cama
Pensiones-Hostal
35
Cama
Cama
Escuelas
3
Alumno
Cuarteles
20
Persona
Residencias
55
Taller/fábricas
15
Persona
Campings
40
Plaza
Lavandería
3-5
Kg de ropa
Oficinas
3
Persona
Gimnasio
20-25
Usuario
55
Cama
Restaurante
Hospitales/Clínicas
5-10
Comida
1
Servicio
15
Servicio
Cafetería
Vestuario/Duchas colectivas
En aquellos casos en los que la temperatura de uso sea diferente a 60 °C, la conversión se podrá realizar mediante la siguiente
expresión:
⎛ 60 − Ti ⎞⎟
⎟
Di(T) = Di(60 °C) × ⎜⎜⎜
⎝ T − Ti ⎟⎟⎠
– Demanda de
Di (T)
Di (60 °C) – Demanda de
T
– Temperatura
Ti
– Temperatura
agua caliente a la temperatura T de diseño.
agua caliente a la temperatura de 60 °C.
de diseño.
media del agua fría (12 °C).
Es muy importante conocer la distribución de demanda de a.c.s a lo largo del año para evaluar mensualmente el aporte solar
porcentual.
El porcentaje de ocupación se define de forma mensual y, salvo que se diga lo contrario, se definirá un 100%. Hay municipios
como Barcelona, Burgos, … que trabajan con coeficientes de simultaneidad según el número de usuarios a los que se da servicio.
La demanda energética de a.c.s (E) vendrá dada por la siguiente ecuación:
E = D × (Tm − Tf) × Ce
Depende del volumen demandado (D), del salto térmico que se produce entre la temperatura de uso (Tm) y la temperatura
de entrada de agua de red (Tf) y del calor específico del agua (Ce). El aislamiento de la tubería es clave para minimizar pérdidas y definir óptimamente la demanda.
EJEMPLO: Queremos calcular la demanda energética de un gimnasio situado en Sevilla capital con una capacidad para 40 personas y abierto todo el año.
— Se supone una temperatura de uso a 45 °C (Tm) y un tanto por ciento de ocupación en los meses de julio y agosto del 50%.
— Con las tablas podemos determinar los valores del consumo por día y persona, y la temperatura de entrada de agua de la red.
— Con todos estos valores y la aplicación de la fórmula correspondiente se desarrolla la tabla final:
% Ocupación
N.º días/mes
Demanda energética (kWh/mes)
100
8
31
1.867
Febrero
100
9
28
1.641
Marzo
100
11
31
1.716
Abril
100
13
30
1.563
Mayo
100
14
31
1.564
Junio
100
15
30
1.465
50
16
31
732
Julio
Agosto
50
15
31
757
Septiembre
100
14
30
1.514
Octubre
100
13
31
1.615
Noviembre
100
11
30
1.660
Diciembre
100
8
31
TOTAL
10
Tª ent. (tablas)
Enero
1.867
17.962
Esta estimación de la demanda energética es un factor clave en la determinación de la superficie de captadores y la distribución de la necesidad energética a lo largo de todo el año. Una repercusión importante puede ser debida a la temperatura
de entrada del agua de suministro. Podemos tomar valores de temperatura de agua de red para cada una de las provincias tipificados como los recogidos en la siguiente tabla:
Provincia
Álava
Albacete
Alicante
Almería
Asturias
Ávila
Badajoz
Baleares
Barcelona
Burgos
Cáceres
Cádiz
Cantabria
Castellón
Ceuta
Ciudad Real
Córdoba
La Coruña
Cuenca
Gerona
Granada
Guadalajara
Guipúzcoa
Huelva
Huesca
Jaén
León
Lérida
Lugo
Madrid
Málaga
Melilla
Murcia
Navarra
Orense
Palencia
Las palmas
Pontevedra
La Rioja
Salamanca
Santa Cruz de Tenerife
Segovia
Sevilla
Soria
Tarragona
Teruel
Toledo
Valencia
Valladolid
Vizcaya
Zamora
Zaragoza
TEMPERATURA DE AGUA DE RED POR
Ene.
Feb.
Mar.
Abr.
May.
5
6
8
10
11
5
6
8
10
11
8
9
11
13
14
8
9
11
13
14
6
7
9
11
12
4
5
7
9
10
6
7
9
11
12
8
9
11
13
14
8
9
11
13
14
4
5
7
9
10
6
7
9
11
12
8
9
11
13
14
8
9
11
13
14
8
9
11
13
14
8
9
10
12
13
5
6
8
10
11
6
7
9
11
12
8
9
11
13
14
4
5
7
9
10
6
7
9
11
12
6
7
9
11
12
6
7
9
11
12
8
9
11
13
14
8
9
11
13
14
5
6
8
10
11
8
9
11
13
14
4
5
7
9
10
5
6
8
10
11
6
7
9
11
12
6
7
9
11
12
8
9
11
13
14
8
9
11
13
14
8
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10
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5
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8
9
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8
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4
5
7
9
10
8
9
11
13
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4
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7
9
10
6
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4
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7
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12
5
6
8
10
11
5
6
8
10
11
PROVINCIAS (Fuente: CENSOLAR)
Jun.
Jul.
Ago.
Sep.
Oct.
12
13
12
11
10
12
13
12
11
10
15
16
15
14
13
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16
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13
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11
10
13
14
13
12
11
12
13
12
11
10
12
13
12
11
10
Nov.
8
8
11
11
9
7
9
11
11
7
9
11
11
11
11
8
9
11
7
9
9
9
11
11
8
11
7
8
9
9
11
11
11
8
9
8
11
11
9
8
11
7
11
7
9
7
9
11
8
9
8
8
Dic.
5
5
8
8
6
4
6
8
8
4
6
8
8
8
8
5
6
8
4
6
6
6
8
8
5
8
4
5
6
6
8
8
8
5
6
5
8
8
6
5
8
4
8
4
6
4
6
8
5
6
5
5
Año
9,3
9,3
12,3
12,3
10,3
8,3
10,3
12,3
12,3
8,3
10,3
12,3
12,3
12,3
11,9
9,3
10,3
12,3
8,3
10,3
10,3
10,3
12,3
12,3
9,3
12,3
8,3
9,3
10,3
10,3
12,3
12,3
12,3
9,3
10,2
9,3
12,3
12,3
10,3
9,3
12,3
8,3
12,3
8,3
10,3
8,3
10,3
12,3
9,3
10,3
9,3
9,3
11
Para el correcto funcionamiento de la instalación se han de considerar los siguientes parámetros en cuanto a su configuración, los cuales vienen recogidos en el CTE:
• Se instalará un sistema automático de mezcla o cualquier otro sistema que limite la temperatura de suministro a 60 °C
para evitar quemaduras al usuario.
• En suministros colectivos de a.c.s., en el punto más alejado de consumo, hay que asegurar llegar a 50 °C para evitar la
legionella. En algún punto de la instalación se debe asegurar 70 °C para desinfección de legionella y mantener el depósito de consumo de agua caliente a 60 °C (Real Decreto 865/2003).
1.2. Calentamiento de piscinas
Aprovechar la radiación solar para calentar piscinas es
una opción interesante ya que permite ampliar los meses
de baño, consiguiendo una temperatura agradable para
su uso. Los factores de los que depende el diseño no son
constantes y afectan a las pérdidas. Estos factores son:
• Temperatura ambiente.
• Temperatura del agua de la piscina.
• Humedad relativa del aire.
• Velocidad del viento (piscinas descubiertas).
En el caso de piscinas climatizadas el RITE marca que la temperatura del agua esté comprendida entre 24ºC y 30ºC según el
uso al que esté destinada la piscina. Es el CTE, el más restrictivo en cuanto a la definición de temperaturas ya que relaciona
la temperatura de climatización con la temperatura seca del aire del local donde se encuentra la piscina a climatizar, de tal
forma que esta temperatura tiene que ser entre 2/3ºC mayor que la del agua, con un mínimo de 26ºC y un máximo de 28ºC.
La humedad relativa del ambiente se mantendrá entre 55% y 70% siendo el valor más recomendable el del 60%.
En líneas generales y para generar un ahorro de energía en las piscinas, estas deberán estar protegidas con barreras térmicas para evitar posibles pérdidas de evaporación.
12
Hay que tener en cuenta con qué tipo de energía se puede calentar la piscina. Existen diferencias si la piscina está cubierta
o descubierta:
• Piscinas Descubiertas: Para su calentamiento no se permite el empleo de energías convencionales; sí podrá hacerse con energías residuales o fuentes de energías renovables. Queda prohibido por lo tanto el calentamiento con una
caldera.
• Piscinas Cubiertas: En el caso de piscinas cubiertas una parte de la climatización se cubrirá mediante un sistema de
energía solar térmica, con la incorporación de un sistema de captación.
Para el cálculo es conveniente tener en cuenta las siguientes pérdidas:
• Pérdidas por evaporación, se producen en la transferencia de vapor de agua al ambiente.
• Pérdidas por convección hacia el ambiente, se dan en la superficie del agua, debido a la diferencia de temperaturas
respecto al ambiente y al flujo de aire por encima de la superficie del líquido.
• Pérdidas por radiación, intercambio de calor entre la superficie del agua y el ambiente.
• Conducción a través de las paredes.
• Renovación del agua.
La instalación es más sencilla ya que la propia piscina actúa como sistema de acumulación. Se recomienda seguir un orden
de los elementos de la instalación, siendo éste bomba-filtro-captadores.
Para un correcto funcionamiento de la instalación, se ha de colocar la impulsión del agua caliente en la parte inferior de la
piscina y la aspiración de agua fría ya filtrada en la parte superior de cara a producir un calentamiento homogéneo desde la
parte inferior de la piscina hasta la superficie de la misma.
Se puede calcular las pérdidas energéticas en función del tipo de piscina a calentar. El método de cálculo está basado en la
diferencia de temperaturas y la velocidad del viento.
Piscinas Descubiertas: La climatización de una piscina descubierta se realiza de cara a aumentar el periodo de baño así como
dar una temperatura de confort. Los siguientes parámetros atienden a las condicines a tener en cuenta en el cálculo.
• Se pretende una cobertura solar del 100% durante los meses de abril a septiembre, con una temperatura media del
agua en torno a 24 °C.
• Si la temperatura media del agua demandada supera los 24 °C, por cada 1 °C se recomienda incrementar la superficie de captadores en un 25%.
• En estos casos es recomendable utilizar la manta térmica durante las horas nocturnas de cara a minimizar las pérdidas.
P(kW/m2 °K) = [(28 + 20v) (Tg − Ta) S] 1.000
Definiendo:
Tg: Temperatura del agua en °C.
Ta: Temperatura del aire ambiente en °C.
v: Velocidad del viento en m/s.
S: Superficie de la piscina en m2.
Las necesidades energéticas para el dimensionado de piscinas descubiertas se obtienen tras evaluar las perdidas que se generan y la ganancia que se aporta.
Es conveniente el empleo de mantas térmicas que eviten pérdidas de calor.
Las pérdidas vienen definidas por los parámetros aportados en las tablas siguientes:
PÉRDIDAS POR RADIACIÓN
Temperatura ambiente (°C)
Sin manta
Sin manta
15
15
15
14,6
Con manta
9,6
Sin manta
13,5
Con manta
8,9
Sin manta
12,5
Con manta
8,2
21
23
25
11,4
Con manta
7,5
Sin manta
10,3
Con manta
6,7
Sin manta
9,1
Con manta
5,9
27
29
31
Sin manta
7,9
Con manta
5,1
Sin manta
6,7
Con manta
4,2
Sin manta
5,4
Con manta
3,4
2
* Tabla pérdidas por radiación (MJ/m ), Fuente: Censolar.
13
PÉRDIDAS POR CONVECCIÓN
Condiciones de viento
Grado de humedad
Seco
Medio
Húmedo
Nulo-Débil
Moderado
Fuerte
Sin manta
6,5
12,5
17,3
Con manta
3,9
7,5
10,4
Sin manta
5,6
9,9
13,4
Con manta
3,4
6,0
8,0
Sin manta
4,8
7,3
9,5
Con manta
2,9
4,4
5,7
2
** Tabla pérdidas por convección (MJ/m ), Fuente: Censolar.
PÉRDIDAS POR EVAPORACIÓN
Condiciones de viento
15
17
19
21
23
25
27
29
31
Nulo-Débil
(v < 3m/s)
Moderado
(5m/s < v < 7m/s)
Fuerte
(7m/s < v < 10m/s)
Sin manta
11,3
20
25,1
Con manta
6,2
11
13,7
Sin manta
9,7
17,3
21,6
Con manta
5,2
9,2
11,5
Sin manta
8,2
14,5
18,1
Con manta
4,2
7,4
9,3
Sin manta
6,6
11,8
14,7
Con manta
3,2
5,7
7,1
Sin manta
5,1
9,0
11,2
Con manta
2,2
3,9
4,9
Sin manta
3,5
6,2
7,8
Con manta
1,2
2,2
2,6
Sin manta
1,9
3,5
4,3
Con manta
0,2
0,3
0,4
Sin manta
0,4
0,7
0,9
Con manta
–0,8
–1,4
–1,8
Sin manta
–1,2
–2,1
–2,6
–1,8
–3,2
–4,0
Con manta
2
*** Tabla por evaporación (MJ/m ), Fuente: Censolar.
En piscinas descubiertas la energía que debe aportar un captador viene dada por la expresión:
E = P − H*A
P = Pr + Pe + Pc
Donde:
P: pérdidas totales
H*: ganancia solar real dada por 0,85 ⋅ H.
Pr: pérdidas por radiación
H: ganancia solar, energía incidente por unidad de superficie.
Pe: Perdidas por evaporación
Pc: Pérdidas por conducción
A: Superficie de la piscina
14
Piscinas cubiertas: En la climatización de una piscina cubierta las condiciones de diseño de la temperatura ambiente, de la
humedad realativa del local donde se encuentra la piscina y la temperatura del vaso de la piscina están completamente relacionadas. Los criterios de climatización son:
• A la hora de climatizar una piscina cubierta se tiene en cuenta un periodo de utilización de todo el año.
• La cobertura solar viene dado por el CTE en función de la zona climática.
Zona climática
Piscinas cubiertas
I
II
III
IV
V
30
30
50
60
70
• Las temperaturas recomendadas como media del agua y ambiente, son de 24 °C y 28 °C respectivamente.
P(kW) = (130 − 3Tg + 0,2 Tg2) (S/1.000)
Definiendo:
Tg: Temperatura del agua en °C.
S: Superficie de la piscina en m2.
Considerando que en una piscina cubierta sólo es necesario evaluar las pérdidas ya que la ganancia solar es despreciable, las
pérdidas por radiación, evaporación y conducción son:
Piscinas cubiertas
Radiación
Evaporación
Conducción
(15-20)%
(70-80)%
Despreciables
Las pérdidas diarias por metro cuadrado de una piscina cubierta se evalúan mediante los datos aportados en las correspondientes tablas de pérdidas energéticas de piscinas descubiertas considerando viento nulo, temperatura ambiente de 24 °C y
humedad entorno al 65-75%:
La fórmula que utilizaríamos no tendría en cuenta la ganancia solar, quedando:
E=P⋅A
EJEMPLO: Se pretende climatizar una piscina descubierta en la provincia de Ciudad Real. La piscina posee una superficie de
8 × 4 metros, no utiliza manta térmica y su ubicación es tal que está perfectamente orientada al sur.
La humedad en Ciudad Real se va a considerar media y un viento débil, la temperatura ambiente en el mes de septiembre es
de 20 °C.
Nuestro captador Junkers posee una superficie útil de 2,25m2 y se considera que en función de la Radiación Horizontal y en
función de las condiciones de temperatura ambiente el rendimiento que ofrece en el mes de septiembre es de un 73% , considerando una temperatura de climatización de 27 °C. El cálculo en detalle del rendimiento será evaluado más adelante.
Las pérdidas generadas en la superficie de la piscina según tablas anteriores son:
Pérdidas por Radiación
11,4 MJ/m2
Pérdidas por Convección
5,6 MJ/m2
Pérdidas por Evaporación
6,6 MJ/m2
TOTAL PÉRDIDAS
23,6 MJ/m2
La ganancia en septiembre evaluada a través de tablas (ver tabla página 32) en estas condiciones equivale a:
H* = 0,85 H = 0,85 × 17,4 MJ/m2 = 14,8 MJ/m2
Por lo tanto se genera un déficit energético:
Déficit = 23,6 MJ/m2 − 14,8 MJ/m2 = 8,8 MJ/m2
15
Para evaluar la cantidad de energía que debe aportar el captador es necesario definir la corrección que hay que aplicar debido a la latitud de Ciudad Real y a la inclinación seleccionada que se aporta en la siguiente tabla:
Para una latitud de 40° e inclinación de 40°, el factor K será:
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
60°
1,39
1,24
1,07
0,89
0,77
0,72
0,77
0,9
1,12
1,36
1,53
1,51
40°
1,39
1,29
1,16
1,04
0,95
0,92
0,95
1,05
1,21
1,39
1,52
1,48
30°
1,34
1,26
1,17
1,07
1,01
0,98
1,01
1,09
1,2
1,34
1,43
1,41
20°
1,25
1,2
1,14
1,08
1,03
1,02
1,03
1,09
1,17
1,26
1,32
1,3
La energía aportada por unidad de superficie es:
E = 0,94 × η × K × H
E = 0,73 × 1,21 × 17,4 × 0,94 = 14,4 MJ/ m2
Como la piscina a climatizar tiene una superficie de 8 x 4 metros y se genera por m2 un déficit de 8,8 MJ/m2, la energía a
aporta es:
E* = 32 m2 × 8,8 MJ/m2 = 281,6 MJ
Es decir que conocida la energía demandada y por otro lado la energía aportada por captador, se obtiene la superficie captadora necesaria:
Superficie captadora = 281,6 MJ / 14,4 MJ / m2 = 19,5 m2
Es decir que el número de captadores Junkers necesarios son:
N.° Captadores = Superficie captadora / Superficie útil = 19,5 m2 / 2,25 m2 = 8,66
Es decir que para climatizar la piscina se requieren 9 captadores.
1.3. Demanda de calefacción
Otra aplicación de la captación solar térmica es calentar, a través de un circuito cerrado de agua caliente, las estancias de
cualquier edificio y en particular una vivienda: hablamos del suministro de calefacción.
En la mayoría de los casos este tipo de instalaciones tienen asociado el suministro de a.c.s. y son instalaciones pequeñas, la
mayoría individuales. En cuanto a la instalación respecto a la del suministro de a.c.s., monta un sistema de acumulación de
inercia antes de la caldera, en el retorno de la instalación de calefacción.
En las instalaciones solares térmicas para servicio de calefacción ocurre que precisamente cuando más se demanda energía
para el servicio de calefacción es cuando la temperatura ambiente es más baja, por lo tanto, el fluido caloportador que circula por el captador tiene más pérdidas térmicas respecto al ambiente y el rendimiento del captador disminuye.
Por esta razón en aplicaciones a calefacción se recomienda trabajar con sistemas a baja temperatura, por ejemplo suelo radiante, con temperaturas de ida a la instalación de no más de 50 °C.
Para instalaciones individuales de calefacción, con reducción de temperatura nocturna a través de cronotermostatos Junkers,
y en el supuesto de viviendas con reducidas pérdidas por ventilación, tendremos la siguiente expresión para evaluar la demanda térmica de calefacción:
Método comparativo
Se basa en hacer una comparativa entre la potencia necesaria por la vivienda calculada teniendo en cuenta la temperatura exterior mínima, y la potencia necesaria teniendo en cuenta la temperatura ambiente.
1. Primero se calcula la potencia necesaria teniendo en cuenta la temperatura exterior mínima que a su vez depende
de varios parámetros:
– Superficie del habitáculo.
– Altura del habitáculo
16
– Orientación
– Paredes al exterior
– Aislamiento
2. Se calcula la potencia según la temperatura ambiente desarrollando la siguiente fórmula:
PotenciaAmbiente = Potencia Exterior × (Tª interior − Tª ambiente)/(Tª interior − Tª exterior)
La expresión resultante se multiplica por el número de horas a calefactar de cada mes y por el número de días del
mes. La temperatura ambiente es la temperatura exterior media diaria, distinta de la temperatura durante las horas
de sol necesaria para el cálculo del rendimiento (tabla de la página 45) y la temperatura exterior es la temperatura
de proyecto mínima.
3. Por último, se dividiría por la potencia generada por el sol o aporte solar por m2 (dándonos los metros cuadrados
de captador, que a su vez se divide por los metros cuadrados útiles de captador), teniendo definitivamente el número de captadores.
EJEMPLO: Vamos a calcular el n.° de captadores necesarios para satisfacer la demanda de calefacción de una vivienda de unos
70 m2 en Soria. Se supone un sistema de suelo radiante a 45 °C, una Tª de tarado en el interior de la vivienda de
20 °C y 8 horas de tiempo de utilización de la calefacción en los meses desde octubre a marzo.
El cálculo total desglosado se hará con el mes de enero y el resto se muestra con las tablas.
1. Se calcula la potencia necesaria en la vivienda:
Superficie
m2
Altura
m
ORIENTACIÓN
norte o sombra
PARED
exterior
AISLAMIENTO
Demanda
kcal/h
Pasillo 1
3
2,5
1
1
1
323
Dormitorio 1
9
2,5
1
1
1
968
Salón
20
2,5
1
1
1
2.150
Baño
6
2,5
1
1
1
645
Pasillo 2
3
2,5
1
1
1
323
Dormitorio 2
9
2,5
1
1
1
968
Cocina
8
2,5
1
1
1
860
12
2,5
1
1
1
1.290
Estancia
Dormitorio 3
70
7.525
2. Una vez tenemos la potencia necesaria calculada para una temperatura mínima, se calcula la potencia para la temperatura ambiente (esta fórmula se desarrolla para cada mes, en este caso lo hacemos para el mes de enero):
PotenciaAmbiente = Potencia Exterior × (Tª interior − Tª ambiente)/(Tª interior − Tª exterior)
PotenciaAmbiente = 7.525 × (20 – 4)/(20 − (−6)) = 4.630 kcal/860 = 5,38 kW
Ahora es donde se tiene en cuenta el n.° de horas a calefactar y el n.° de días del mes.
PotenciaAmbiente = 5,38 × 8 × 31 = 1335,38 kW/h
17
Horas calefacción
Dem. Calef.
kWh/mes
Enero
8,00
1.335,38
32,02
Febrero
8,00
1.055,38
55,18
Marzo
8,00
918,08
85,05
Abril
0,00
0,00
48,59
Mayo
0,00
0,00
143,91
Junio
0,00
0,00
175,60
Julio
0,00
0,00
225,16
Agosto
0,00
0,00
211,59
Septiembre
0,00
0,00
150,40
Octubre
8,00
584,23
95,07
Noviembre
8,00
969,23
34,38
Diciembre
8,00
1.251,92
21,65
6.114,23
1.278,54
Mes
Aporte solar
kWh/mes/m2
La potencia necesaria anual será: Potencia Total = 6.114,23 kWh
3. Por último se calcula el n.° de captadores:
n.° captadores = Superficie/Superficie útil captador = Potencia/Aporte solar/Superficie útil captador
n.° captadores = 6.114,23/1.278,54/2,25 = 2,1
El resultado de la relación demanda/aporte es de 2 captadores, equivalente a una cobertura de aproximadamente un
13%, si queremos una cobertura mayor, tendremos que incrementar el número de exportadores. Para una cobertura de
un 32% necesitaríamos 5 de ellos. (Ver tabla).
DEMANDA DE CALEFACCIÓN
Horas calef
Dem. Calef.
kWh/mes
Aporte solar
kWh/mes
E. Aux. Calef.
kWh/mes
Cobertura
Enero
8,00
1335,38
160,10
1194
12,0
Febrero
8,00
1055,38
278,89
789
26,1
Marzo
8,00
918,08
428,23
492
46,3
Abril
0,00
0,00
548,29
0
0,0
Mayo
0,00
0,00
719,57
0
0,0
Junio
0,00
0,00
877,98
0
0,0
Julio
0,00
0,00
1128,82
0
0,0
Agosto
0,00
0,00
1057,76
0
0,0
Septiembre
0,00
0,00
752,07
0
0,0
Octubre
8,00
584,23
475,06
103
8,13
Noviembre
8,00
969,23
171,89
816
17,7
Diciembre
8,00
1251,92
108,23
1167
8,6
6114,23
6551,90
Mes
18
32%
19
La energía procedente del sol
Una vez evaluada la necesidad energética es necesario conocer la cantidad de energía que aporta el Sol, para poder aportar
datos de la cobertura solar generada frente a la demanda.
Para la determinación de la energía disponible procedente del Sol deberemos realizar un procedimiento de cálculo con los
pasos a seguir siguientes:
• Datos de Radiación Solar Media (H, cantidad de energía por unidad de superficie horizontal), evaluados por provincias y aportados mediante tablas. Depende de la latitud del lugar y evalúa la radiación media diaria que recogería el
captador si estuviera en el suelo.
* Fuente: Documento Básico HE de Ahorro de Energía.
La energía solar es una energía proveniente del
sol, que se produce a travès de reacciones nucleares.
El total de energía solar que llega a la superficie
de la tierra en un año es superior a 10.000 veces
el consumo total de energía de la humanidad.
La energía solar que llega a la tierra en 20 minutos es la misma que toda la humanidad consume
en un año.
21
TABLA DE RADIACIÓN SOLAR MEDIA DIARIA (kJ/m2)
Provincia
Ene.
Feb.
Mar.
Abr.
May.
Jun.
Jul.
Ago.
Sep.
Oct.
Nov.
Dic.
Álava
Albacete
Alicante
Almería
Asturias
Ávila
Badajoz
Baleares
Barcelona
Burgos
Cáceres
Cádiz
Cantabria
Castellón
Ceuta
Ciudad Real
Córdoba
La Coruña
Cuenca
Gerona
Granada
Guadalajara
Guipúzcoa
Huelva
Huesca
Jaén
León
Lérida
Lugo
Madrid
Málaga
Melilla
Murcia
Navarra
Orense
Palencia
Las Palmas
Pontevedra
La Rioja
Salamanca
Segovia
Sevilla
Soria
Tarragona
Teruel
Toledo
Valencia
Valladolid
Vizcaya
Zamora
Zaragoza
4.456
7.236
9.362
8.918
5.359
6.558
6.657
8.363
6.196
3.707
6.061
8.395
4.705
7.606
8.900
5.949
7.401
5.173
6.041
7.239
6.881
4.992
4.762
7.574
6.431
6.270
5.598
6.077
3.869
6.364
8.206
9.400
9.546
4.211
2.823
4.328
11.200
5.339
5.987
5.820
9.572
5.155
7.159
5.258
7.412
6.115
6.381
9.337
4.469
3.803
4.336
6.478
8.422
10.640
13.538
12.142
7.536
10.192
9.504
12.718
10.006
7.997
9.614
13.265
7.267
12.425
13.100
10.425
11.097
7.639
9.211
10.205
9.672
7.658
6.986
11.858
11.470
9.906
10.728
12.168
7.238
9.797
11.556
12.600
11.974
7.347
6.791
10.121
14.200
8.863
9.630
8.960
12.015
8.747
11.179
7.908
11.546
9.639
10.639
10.802
10.353
6.017
10.496
11.315
9.199
12.359
16.244
16.747
10.425
12.045
13.147
14.460
13.607
10.783
14.992
16.455
9.648
15.633
18.600
12.639
14.158
11.079
11.809
13.626
12.252
9.948
9.546
15.798
14.992
14.671
13.649
15.591
8.588
14.151
17.710
17.200
17.208
11.007
14.072
12.045
17.800
12.049
13.607
12.435
15.915
11.082
15.449
10.569
13.169
11.467
12.344
13.858
12.940
8.826
12.983
14.630
11.400
17.555
20.746
20.432
12.895
16.258
17.585
17.820
18.171
14.385
20.273
22.269
11.340
18.497
21.000
16.581
17.307
14.677
15.266
15.959
15.872
12.997
10.091
20.794
17.614
18.057
17.315
19.225
13.566
19.552
18.882
20.300
21.353
11.320
12.098
15.531
19.600
17.940
18.254
17.501
19.779
14.627
19.720
13.856
16.563
14.407
17.183
18.464
16.957
9.962
17.422
17.863
15.312
19.636
23.720
23.404
15.282
19.716
21.269
22.922
21.269
18.108
23.157
25.630
15.136
21.157
24.300
20.720
19.017
15.015
18.681
17.657
18.595
16.258
14.433
24.034
20.609
20.189
19.143
21.952
13.836
21.185
22.818
23.000
25.288
16.172
8.832
20.113
21.700
16.985
21.227
20.850
21.785
17.139
22.399
17.800
18.449
18.725
19.694
21.688
19.436
13.565
19.768
21.804
16.876
22.137
25.872
24.032
16.622
21.236
23.320
24.905
22.734
21.434
26.877
27.322
15.741
23.043
26.700
23.023
24.263
16.877
20.928
17.067
21.008
18.372
14.838
25.630
22.330
24.411
23.571
24.263
16.733
23.530
24.870
24.800
25.749
19.967
19.182
22.470
22.500
23.021
23.572
22.734
24.179
20.575
23.488
20.950
20.552
20.443
22.029
21.855
22.801
13.444
23.023
23.467
17.629
23.893
26.087
24.535
16.203
24.407
23.907
25.833
22.358
22.959
31.768
27.221
15.130
23.365
26.800
25.763
25.719
18.170
23.786
22.049
23.685
23.580
14.922
26.994
23.897
26.835
24.821
24.638
17.034
25.874
25.916
24.800
26.921
21.266
16.161
24.200
24.300
23.078
25.246
23.069
25.180
23.993
23.781
23.373
21.233
22.959
24.821
23.069
24.932
14.110
25.140
24.534
14.635
20.961
22.444
22.190
14.193
22.662
21.143
22.226
18.966
20.078
29.218
25.712
12.028
20.308
24.300
22.957
23.411
14.926
21.469
18.059
18.805
20.475
12.083
24.840
20.734
24.285
21.668
21.340
15.242
22.986
22.316
22.600
23.655
17.748
18.179
21.867
21.900
20.418
21.395
20.850
22.879
21.668
21.646
19.859
18.173
20.276
22.264
24.032
22.758
11.287
22.159
22.308
11.555
16.330
18.521
17.961
12.100
16.579
16.496
17.606
15.198
14.452
22.321
20.526
11.483
17.170
19.100
17.427
17.983
13.357
15.683
13.653
15.451
14.551
11.544
20.613
15.420
19.646
15.406
16.740
11.300
16.119
18.548
18.300
19.050
13.422
12.546
15.247
19.800
14.474
16.538
15.533
18.696
15.486
17.543
14.054
13.902
14.392
16.142
16.035
16.030
10.721
15.990
15.841
9.271
11.520
13.386
13.775
8.039
11.075
11.639
12.917
11.765
10.035
12.749
14.595
8.984
12.124
14.200
10.974
11.895
8.245
11.075
10.635
11.205
10.035
9.076
13.098
11.368
11.620
10.629
11.980
9.146
10.760
13.021
14.200
13.900
9.948
7.158
11.223
15.100
11.224
11.807
10.676
13.260
10.613
12.058
9.061
11.167
10.530
11.058
11.221
10.924
8.191
10.725
11.663
4.916
6.777
9.265
9.797
5.610
6.455
7.871
8.959
6.908
5.170
7.691
9.749
5.205
7.767
11.000
6.496
8.228
6.268
6.396
7.400
7.414
5.184
5.227
8.669
6.772
7.774
6.972
6.303
5.342
7.327
10.132
10.900
9.672
4.627
5.300
6.351
12.300
6.990
6.741
6.113
9.427
5.480
8.332
5.184
7.348
6.026
6.396
7.536
6.067
4.399
6.245
6.553
3.217
5.806
7.503
7.662
4.271
5.004
5.568
6.471
5.862
2.909
5.852
7.878
3.577
6.806
8.600
4.610
6.237
3.939
4.967
5.600
5.510
4.166
3.832
6.685
4.967
6.311
4.215
4.006
3.155
6.238
6.238
8.700
7.746
3.242
2.441
3.673
10.700
4.917
5.024
4.857
7.168
4.166
6.783
4.265
5.962
4.191
4.561
6.615
3.624
3.041
3.587
4.893
22
Media Latitud
10.574
14.571
17.224
16.800
10.711
14.349
14.842
16.267
14.420
12.668
17.548
18.251
10.020
15.492
18.050
14.797
15.560
11.280
13.776
13.262
13.863
12.351
9.778
17.216
14.717
15.831
14.476
15.357
10.421
15.324
16.684
17.233
17.672
11.690
10.465
13.931
17.592
13.775
14.919
14.117
16.655
13.228
15.795
12.678
13.790
13.264
14.459
15.376
14.274
8.947
14.323
15.112
43
39
38
37
43
41
39
40
41
42
39
36
43
40
36
39
38
43
40
42
37
41
43
37
42
38
43
42
43
40
37
35
38
43
42
42
28
42
42
41
28
41
37
42
41
40
40
39
42
43
41
42
• Corrección de la Radiación Solar Media para el caso de una superficie plana, esta primera corrección varía en función de la calidad del aire. La calidad del aire se evalúa mediante datos aportados por el Instituto Nacional de Meteorología.
Hcorregida = 1,05 H (AIRE LIMPIO)
Hcorregida = 0,95 H (AIRE CON POLUCIÓN)
• Radiación Solar Efectiva o Energía Útil (Eu): Es la energía que verdaderamente llega al captador teniendo en cuenta la inclinación de éste sin tener en cuenta su rendimiento. El término 0.94 permite hablar de radiación efectiva debido a que a primera hora de la mañana y a última hora de la tarde la intensidad de radiación es menor que en el
mediodía solar y en ocasiones se compensaría la intensidad recibida por las pérdidas generadas.
Eu = 0.94 × K × Hcorregida
K: Factor correctivo que depende de la latitud del lugar donde se ubica la instalación y de la inclinación del captador.
Para una latitud de 28°, según inclinación, el factor K será:
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
60°
1,18
1,05
0,9
0,73
0,61
0,57
0,61
0,73
0,92
1,12
1,26
1,26
40°
1,24
1,15
1,04
0,92
0,84
0,8
0,84
0,93
1,06
1,21
1,3
1,3
30°
1,22
1,15
1,07
0,98
0,92
0,89
0,92
0,99
1,09
1,2
1,27
1,27
20°
1,17
1,13
1,08
1,02
0,97
0,95
0,97
1,02
1,09
1,16
1,21
1,21
Para una latitud de 36°, según inclinación, el factor K será:
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
60°
1,31
1,17
1,01
0,84
0,71
0,67
0,71
0,84
1,05
1,27
1,43
1,42
40°
1,33
1,24
1,12
1,0
0,91
0,88
0,91
1,01
1,16
1,32
1,43
1,41
30°
1,29
1,22
1,13
1,04
0,98
0,95
0,98
1,05
1,16
1,29
1,37
1,36
20°
1,22
1,18
1,12
1,06
1,01
0,99
1,01
1,06
1,14
1,22
1,28
1,27
Para una latitud de 38°:
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
60°
1,35
1,21
1,04
0,86
0,74
0,69
0,74
0,87
1,08
1,32
1,48
1,47
40°
1,36
1,26
1,14
1,02
0,93
0,9
0,93
1,03
1,18
1,35
1,46
1,45
30°
1,31
1,24
1,15
1,06
0,99
0,97
0,99
1,07
1,18
1,31
1,4
1,38
20°
1,24
1,19
1,13
1,07
1,02
1,01
1,02
1,07
1,15
1,24
1,3
1,29
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
60°
1,39
1,24
1,07
0,89
0,77
0,72
0,77
0,9
1,12
1,36
1,53
1,51
40°
1,39
1,29
1,16
1,04
0,95
0,92
0,95
1,05
1,21
1,39
1,52
1,48
30°
1,34
1,26
1,17
1,07
1,01
0,98
1,01
1,09
1,2
1,34
1,43
1,41
20°
1,25
1,2
1,14
1,08
1,03
1,02
1,03
1,09
1,17
1,26
1,32
1,3
23
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
60°
1,43
1,28
1,1
0,92
0,79
0,75
0,8
0,93
1,15
1,41
1,59
1,57
40°
1,42
1,31
1,19
1,06
0,97
0,94
0,97
1,08
1,24
1,42
1,54
1,52
30°
1,36
1,28
1,19
1,09
1,02
1
1,02
1,1
1,23
1,37
1,46
1,44
20°
1,27
1,21
1,15
1,09
1,04
1,03
1,05
1,1
1,18
1,28
1,34
1,32
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
60°
1,47
1,32
1,13
0,95
0,82
0,78
0,82
0,97
1,19
1,47
1,65
1,62
40°
1,45
1,34
1,21
1,08
0,99
0,96
1
1,1
1,26
1,46
1,59
1,56
30°
1,38
1,3
1,2
1,11
1,04
1,01
1,04
1,12
1,25
1,4
1,49
1,47
20°
1,28
1,23
1,17
1,1
1,05
1,04
1,06
1,11
1,2
1,3
1,36
1,34
No hay que olvidar el papel que juega una correcta orientación e inclinación del captador. Es conveniente seguir las siguientes recomendaciones y atender a las desviaciones que permite el CTE.
— Inclinación coincidente con la latitud del lugar, teniendo en cuenta que en función del uso podemos corregir para
conseguir la perpendicularidad de los rayos del sol sobre el captador en el mediodía solar.
Uso preferente en verano: LATITUD – 10°
Uso preferente en invierno: LATITUD + 10°
Como se observa en el dibujo, en verano la radiación solar es mayor que en invierno.
24
TABLA DE ALTITUDES, LATITUDES Y TEMPERATURA MÍNIMA HISTÓRICA *
Provincia
Altitud (de
la capital)
Latitud (de
T. mínima
la capital) histórica (°C)
Provincia
Altitud (de
la capital)
Latitud (de
T. mínima
la capital) histórica (°C)
Álava
542
42,9
–18
León
908
42,6
–18
Albacete
686
39,0
–23
Lérida
323
41,7
–11
Alicante
7
38,4
–5
Lugo
465
43,0
–8
Almería
65
36,9
–1
Madrid
667
40,4
–16
Asturias
Ávila
Badajoz
Balerares
Barcelona
232
43,4
–11
Málaga
40
36,7
–4
1.126
40,7
–21
Melilla
47
35,3
–1
186
38,9
–6
Murcia
42
38,0
–5
28
39,6
–4
Navarra
449
42,8
–16
95
41,4
–20
Orense
139
42,3
–8
Burgos
929
42,3
–18
Palencia
734
42,0
–14
Cáceres
–6
459
39,5
–6
Las Palmas
6
28,2
Cádiz
28
36,5
–2
Pontevedra
19
42,4
–4
Cantabria
69
43,5
–4
La Rioja
380
42,5
–12
803
41,0
–16
37
28,5
–13
1.002
41,0
–17
30
37,4
–6
1.063
41,8
–16
Castellón
27
40,0
–8
Salamanca
Ceuta
206
35,9
–1
Ciudad Real
628
39,0
–10
Córdoba
128
37,9
–6
Sevilla
54
43,4
–9
Soria
Cuenca
949
40,1
–21
Tarragona
60
41,1
–7
Gerona
95
42,0
–11
Teruel
915
40,4
–14
Granada
775
37,2
–13
Toledo
540
39,9
–9
Guadalajara
685
40,6
–14
Valencia
10
39,5
–8
Guipúzcoa
181
43,3
–12
Valladolid
694
41,7
–16
Huelva
4
37,3
–6
Vizcaya
32
43,3
–8
Huesca
488
42,1
–14
Zamora
649
41,5
–14
Jaén
586
37,8
–8
Zaragoza
200
41,7
–11
La Coruña
Segovia
* Fuente: CENSOLAR.
— Orientación hacia el sur geográfico que corresponde a un valor de 0º y se permiten desviaciones con respecto al
sur de -90º hacia el este y 90º el oeste.(siempre que estemos en el hemisferio norte, recordar que no coincide con
el sur magnético). En el caso de producirse desvíos con respecto al sur se consideran otros factores de orientación.
• Aporte de energía solar (Ep): Ahora debemos de contar con el rendimiento del captador, que depende de la temperatura ambiente y de la temperatura del fluido caloportador. Se ha estimado un 10% en pérdidas generadas en todos los elementos de la instalación, debidas fundamentalmente al aislamiento, de ahí el término 0,9.
Ep (kWh/m2) = 0,9 × η × Eu
• Número de captadores: Para definir el número de captadores que necesita la instalación hay que seguir el método
aportado por el CTE, en caso de instalaciones de a.c.s., aunque es conveniente saber que la superficie total de captación (Scap) se obtiene de la comparativa de la energía demandada anual y la energía anual aportada por el Sol por
unidad de superficie como se detalla a continuación:
Scapt =
Enec.anual (kWh)
× Cobertura deseada
Epanual (kWh / m2 )
Hasta ahora se han determinado valores de energía por m2 de superficie de captación, podemos hablar de términos absolutos de energía aportada incluyendo en la expresión anterior el término de superficie de captación (Scap).
Ep (kWh) = 0,9 × η × Eu × Scap
El rendimiento del captador, aparte de depender también de los elementos constructivos del propio captador, depende de la
Intensidad Radiante (I), como veremos en siguientes apartados. Esta Intensidad Radiante se obtiene dividiendo la Energía Útil
captada por el número de horas expuesto al sol.
25
En apartados siguientes se trata el cálculo de la superficie de captación según lo marcado por el CTE en función de un porcentaje de cobertura mínimo de la demanda media anual por la energía procedente del Sol.
• Energía Auxiliar: El siguiente paso del dimensionado consiste en evaluar el déficit energético, aporta los datos de
energía no cubierta por la radiación solar y que por lo tanto tendrá que ser aportada por un sistema de energía convencional.
Energía Auxiliar = Edemandada (kWh) − Ep(kWh)
• Cobertura Solar: Representa la fracción de consumo energético que satisface la radiación solar. Los resultados se
obtienen como:
% Cobertura = [Eaportada (kWh)/Enecesaria (kWh)] × 100
EJEMPLO: En este primer ejemplo se trata de evaluar la radiación solar efectiva del mes de abril en una instalación de energía solar para la obtención de a.c.s de una vivienda unifamiliar en la provincia de Zaragoza. En la vivienda residen
5 miembros que habitan en ella permanentemente los doce meses del año. La vivienda está orientada al sur y la
cubierta donde se ubicarán los captadores es plana
Se considera una temperatura de uso Tm de 45ºC y con esta temperatura se calcula la demanda por persona:
⎛ 60 – 12 ⎟⎞
⎟ = 43.6 l / pers día
D (45º C) = 30 × ⎜⎜⎜
⎜⎝ 45 – 12 ⎟⎟⎠
D = 43.6 l/pers día × 5 personas = 218 l/día
De la demanda se interpreta que el depósito de acumulación para esta vivienda será el modelo SO 200-1 cuyo volumen de
acumulación útil es de 192 l.
Con estos datos se calcula la necesidad energética para todos los meses del año. Como ejemplo se calcula la necesidad en
el mes de abril:
EAbril = D*Ce *(Tm − Tf)
D: 43.6 l/pers día × 5 personas = 218 l/día
Ce: El fluido caloportador considerado en este ejemplo es agua y por lo tanto tiene un valor de 1kcal/lºC.
Tf: La temperatura del agua de red en la provincia de Zaragoza para el mes de Abril recogida de la tabla es: 10ºC.
EnecesariaAbril = 218 l/día × 1kcal/lºC × (45ºC − 10ºC) = 7630 kcal/día
Para definir la energía en Kwh hay que tener en cuenta la conversión:
1kwh = 860 kcal = 3600 KJ
La energía necesaria en el mes de Abril corresponde a:
EnecesariaAbril = 7630 kcal/día × 1 kwh/860 kcal × 30 días = 266 kwh
Importante tener en cuenta que los días considerados corresponden al número de días en los cuales se realiza demanda de
energía.
Para conocer la energía aportada por el sol, el primer dato necesario es la radiación solar media evaluada por provincias y
aportado mediante tablas.
El valor correspondiente a la provincia de Zaragoza en el mes de abril es:
H = 17863 kJ/m2 = 4.962 kwh/m2
Se considera atmósfera limpia en Zaragoza, por lo tanto la corrección de la radiación supone:
Hcorregida = 1.05 × 4.962 kwh/m2 = 5.210 kwh/m2
26
Una vez definida la radiación solar emitida por el Sol sobre una superficie plana y tras la corrección pertinente, lo siguiente
es definir la Radicación Solar Efectiva que le llega al captador de la siguiente forma:
Eu = 0.94*K*Hcorregida
Con los datos de la latitud de Zaragoza, (41.7 ) y la inclinación del captador (40º) obtenemos el valor correctivo K de la tabla para el mes de abril:
Para una latitud de 42º, inclinación 40º:
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
60°
1,43
1,28
1,1
0,92
0,79
0,75
0,8
0,93
1,15
1,41
1,59
1,57
40°
1,42
1,31
1,19
1,06
0,97
0,94
0,97
1,08
1,24
1,42
1,54
1,52
30°
1,36
1,28
1,19
1,09
1,02
1
1,02
1,1
1,23
1,37
1,46
1,44
20°
1,27
1,21
1,15
1,09
1,04
1,03
1,05
1,1
1,18
1,28
1,34
1,32
Por lo tanto la radiación solar efectiva en el mes de abril es:
Eu = 0.94*1.06*5210 kwh/m2 × 30 días = 155.7 kwh/m2 mes
27
El sistema de captación
Es el elemento principal de cualquier sistema de energía solar térmico. Tiene como misión captar la energía solar incidente y
transmitirla al fluido que circula por él.
En cuanto al tipo de captadores que forman el sistema de captación para la producción de a.c.s., los hay de placa plana, tubos de vacío y podemos hablar de sistemas compactos. En el caso de captadores para piscinas destacar que son de aplicación válida los anteriores pero que existen captadores especiales que no poseen ni cubierta, ni aislante, ni carcasa.
Captador Plano
Ofrecen una gran selectividad, que es la propiedad de absorber radiación solar en zona activa y reflejar en zona de pérdidas.
Se componen básicamente de:
• Cubierta: Provoca el efecto invernadero y asegura la estanqueidad. Puede ser de vidrio o de plástico.
• Placa Absorbente: Recibe la radiación solar, la transforma en calor y la cede al fluido. Posee un recubrimiento que lo
convierte en cuerpo negro y por lo tanto consigue una alta absortancia.
• Aislante: Disminuye las fugas de calor internas. Debe ser un material resistente a temperaturas altas, inertes a la humedad y que no desprendan sustancias tóxicas.
• Carcasa: Contiene y soporta los elementos anteriores y los protege de la intemperie. Debe poseer alta resistencia a
las temperaturas, corrosión, degradación química y radiación ultravioleta.
Estos captadores se adaptan perfectamente a cualquier tipología de instalación debido a su modularidad pudiendo dimensionarse el sistema de captación según los sistemas de acumulación, de control y apoyo auxiliar.
Captador de tubos de vacío
De estos captadores de alto rendimiento, cabe destacar:
• Evitan pérdidas por convección entre tubos y vidrio.
• Garantiza alta absorción y mínima emisión.
• Cada tubo tiene integrado un absorbedor y en el tubo coaxial se produce el intercambio calorífico.
Su característica fundamental es un rendimiento óptimo, incluso para temperaturas ambiente bajas, por lo que son idóneas
para trabajar en aplicaciones de calefacción a alta temperatura y procesos industriales de alta temperatura o refrigeración.
Su mayor inconveniente es el alto coste.
29
Sistema Compacto
Formado por 1 ó 2 captadores solares, acumulador, kit de conexión
y soporte.
Las características de dicho sistema son:
• El coste de instalación es menor al integrar los sistemas de
captación y acumulación en el mismo equipo.
• Rebaja el gasto energético convencional.
• El sistema de circulación del fluido es por efecto termosifón
y no necesita bomba.
• Tener en cuenta la temperatura mínima ambiente para evitar la congelación del a.c.s. acumulada.
La circulación del agua de primario se produce por efecto termosifón. Debido a que el agua fría posee una densidad mayor, pesa más
y empuja al agua caliente.
Si la presión hidrostática de la columna de la ida al acumulador es
menor que la presión de retorno se produce una circulación correcta, si se produce lo contrario se denomina circulación inversa.
Durante el día la temperatura de ida al acumulador es grande y la
densidad pequeña favoreciendo el efecto termosifón directo. Si por
la noche no hay un buen aislamiento y la temperatura en el captador disminuye se puede producir el efector termosifón inverso, esto
se puede solucionar colocando una válvula anti-retorno de clapeta
vertical, puesto que genera muy poca pérdida de carga.
Para que el efecto termosifón se vea favorecido, tiene que ocurrrir:
— Que exista una buena relación de altura entre la parte superior del depósito y la parte superior del captador.
— Que la diferencia de temperaturas entre la ida y el retorno
del acumulador sean grandes.
— No colocar elementos en la instalación que puedan crear
pérdidas de carga importantes (reducciones, válvulas...). Si
por necesidades de la instalación tiene que colocarse alguna válvula anti-retorno, tiene que ser de clapeta vertical o
de bola.
— Hay que tener en cuenta la viscosidad del fluido caloportador.
— Los acumuladores de doble envolvente generan menor pérdida de carga que los acumuladores de serpentín.
— Para asegurarnos una buena circulación del fluido caloportador, el diámetro de la tubería se aconseja que sea mayor
de media pulgada.
— Hay que intentar evitar codos de 90° y la curvas tienen que tener un radio de giro mayor o igual al radio de la tubería de circulación.
— Colocar purgador, ya que la formación de bolsas de aire constituye un problema importante porque impide el flujo.
— El ángulo de inclinación del retorno se recomienda mayor del 5%.
La diferencia de temperatura entre la ida y el retorno en un sistema termosifón es aproximadamente el doble que en un sistema forzado, puesto que el caudal es aproximadamente la mitad.
Normalmente no se puede regular el calentamiento del depósito, pudiendo ocasionar corrosión, deposiciones de cal, etc.. Esto
se podría evitar haciendo que la relación volumen de acumulación y superficie de captación sea aproximadamente mayor de
80 l/m2.
30
1. Rendimiento del captador
La forma más sencilla de definir el rendimiento del captador es relacionar la Energía Útil aportada al fluido caloportador y la
Energía Solar incidente sobre la cubierta del mismo.
No toda la energía que incide sobre el captador es aprovechada, existen pérdidas por radiación, absorción, conducción y convección, como se detalla a continuación:
El parámetro que define al captador es la ecuación de rendimiento que aporta el fabricante cuyos términos vienen definidos
en función del material con el que está construido y su comportamiento frente a la radiación solar incidente:
η = A – U (Tm − Ta)/I
Factor de ganancia (A) = Llamado eficiencia óptica, es definido tras evaluar la transmitancia de la cubierta transparente y la
absortancia de la placa absorbedora. En la representación gráfica define a la ordenada en el origen.
Factor de pérdidas (U) = Son las pérdidas debidas a la superficie del captador y a la diferencia de temperaturas creadas entre la temperatura ambiente y temperatura media del captador. Representa el ángulo de inclinación en la gráfica de la curva
de rendimiento.
El salto térmico que afecta al rendimiento es el que se produce entre la temperatura media del fluido caloportador (Tm) y la
temperatura ambiente (Ta).
La intensidad radiante (I) es la cantidad de energía útil captada por unidad de tiempo y por unidad de superficie. La superficie tomada es de 1m2 y el tiempo corresponde al número de horas de sol útiles que son las aportadas en la siguiente tabla
en el supuesto de inexistencia de sombras proyectadas en los captadores:
I = Eútil / S T
Mes
Horas de Sol
Mes
Horas de Sol
Enero
6
Julio
9
Febrero
7
Agosto
9
Marzo
7,5
Abril
8
Mayo
Junio
Septiembre
8,5
Octubre
8
8,8
Noviembre
7
9
Diciembre
6
31
El siguiente gráfico muestra cómo el rendimiento es propio de cada captador, ya que podemos hablar de captador de vacío,
con cubierta de alto rendimiento o los que no llevan cubierta, que son los utilizados en la climatización de piscinas. En todos
los casos el rendimiento es sensible a la variación de temperatura producida entre la temperatura media del fluido caloportador (Tm) y la temperatura ambiente (Ta), de tal forma que con saltos térmicos pequeños el rendimiento siempre es más
alto, porque las pérdidas son menores; en cambio, cuanto más grande sea la diferencia, más pérdidas energéticas se generarán y será necesario un captador que sea menos sensible a esas variaciones.
En verano las temperaturas ambiente son altas, con lo cual la variación de temperaturas es pequeña, por ello un captador que
posea un material absorbedor sería suficiente para tener un rendimiento alto comparable a otro captador que posea una cubierta de vidrio.
En países del norte como Holanda y Alemania las horas de sol son menores y las temperaturas ambientes son bajas, de ahí
que el tipo de captador más instalado sea aquél que ofrezca un mayor rendimiento en condiciones extremas como es el captador de vacío. En España por las horas de sol y las temperaturas medias de las diferentes provincias hace que sea suficiente un captador con cubierta de alto rendimiento para la mayor parte de las aplicaciones.
32
La siguiente tabla aporta los valores de temperatura media ambiente por provincias:
TEMPERATURA AMBIENTE MEDIA DURANTE LAS HORAS DE SOL, EN °C. (Fuente: CENSOLAR)
Provincia
Ene.
Feb.
Mar.
Abr.
May.
Jun.
Jul.
Ago.
Sep.
Oct.
Nov.
Dic.
Álava
Albacete
Alicante
Almería
Asturias
Ávila
Badajoz
Baleares
Barcelona
Burgos
Cáceres
Cádiz
Cantabria
Castellón
Ceuta
Ciudad Real
Córdoba
La Coruña
Cuenca
Gerona
Granada
Guadalajara
Guipúzcoa
Huelva
Huesca
Jaén
León
Lérida
Lugo
Madrid
Málaga
Melilla
Murcia
Navarra
Orense
Palencia
Las Palmas
Pontevedra
La Rioja
Salamanca
Segovia
Sevilla
Soria
Tarragona
Teruel
Toledo
Valencia
Valladolid
Vizcaya
Zamora
Zaragoza
7
6
13
15
9
4
11
12
11
5
10
13
11
13
15
7
11
12
5
9
9
7
10
13
7
11
5
7
8
6
15
15
12
7
9
5
20
11
7
6
19
4
11
4
11
5
8
12
4
10
6
8
7
8
14
15
10
5
12
13
12
6
11
15
11
13
15
9
13
12
6
10
10
8
10
14
8
11
6
10
9
8
15
15
12
7
9
7
20
12
9
7
20
6
13
6
12
6
9
13
6
11
7
10
11
11
16
16
11
8
15
14
14
9
14
17
14
15
16
12
16
14
9
13
13
12
13
16
12
14
10
14
11
11
17
16
15
11
13
10
21
14
12
10
20
10
14
9
14
9
13
15
9
12
11
13
12
13
18
18
12
11
17
17
17
11
16
19
14
17
17
15
18
14
12
15
16
14
14
20
15
17
12
15
13
13
19
18
17
13
15
13
22
16
14
13
21
12
17
11
16
12
15
17
12
13
13
16
15
17
21
21
15
14
20
19
20
14
19
21
16
20
19
18
21
16
15
19
18
18
16
21
18
21
15
21
15
18
21
21
21
16
18
16
23
18
17
16
22
15
21
14
19
16
19
20
17
16
16
19
19
22
25
24
18
18
25
23
24
18
25
24
19
24
23
23
26
19
20
23
24
22
19
24
22
26
19
24
18
23
25
25
25
20
21
20
24
20
21
20
24
20
25
19
22
20
24
23
21
20
21
23
21
26
28
27
20
22
28
26
26
21
28
27
21
26
25
28
30
20
24
26
27
26
21
27
25
30
22
27
20
28
27
27
28
22
24
23
25
22
24
24
26
24
29
22
25
23
28
26
24
22
24
26
21
26
28
28
20
22
28
27
26
21
28
27
21
27
26
27
30
21
23
25
27
26
21
27
25
29
22
27
21
26
28
28
28
23
23
23
20
23
24
23
27
23
29
22
26
24
27
27
23
22
23
26
19
22
26
26
19
18
25
25
24
18
25
25
20
25
24
20
26
20
20
23
24
22
20
25
21
25
19
23
19
21
26
26
25
20
21
20
26
20
21
20
26
20
24
18
23
19
23
24
18
20
20
23
15
16
21
22
16
13
20
20
20
13
19
22
17
21
21
17
21
17
14
18
18
16
17
21
16
19
14
18
15
15
22
22
20
15
16
14
25
17
16
14
25
14
20
13
20
14
17
20
13
16
15
17
10
11
17
18
12
8
15
16
16
9
14
18
14
16
18
11
16
14
9
13
13
10
13
17
11
15
9
11
11
11
18
18
16
10
12
9
23
14
11
9
23
9
16
8
15
9
12
16
8
13
10
12
7
7
14
16
10
5
11
14
12
5
10
15
12
13
16
8
12
12
6
10
9
8
10
14
7
10
6
8
8
7
15
16
12
8
9
6
21
12
8
6
20
5
12
5
12
6
8
13
4
10
6
9
Año
13,7
15,4
20,1
20,5
14,3
12,3
18,9
18,8
18,5
12,5
18,3
20,3
15,8
19,2
19,6
16,3
20
15,9
13,6
17
17,3
15,8
15,3
19,9
15,6
19
13,3
17,1
14
15,6
20,7
20,6
19,3
14,3
15,8
13,8
22,5
16,6
15,3
14
22,8
13,5
19,3
12,6
17,9
13,6
16,9
18,8
13,3
15,4
14,3
16,8
33
2. Disposición de los captadores
El conexionado de los captadores es una de las piezas clave en el diseño de una instalación. Esta conexión puede realizarse
bien en serie, en paralelo o de forma mixta atendiendo a las necesidades de la instalación.
La conexión entre filas y entre captadores se realizará de tal forma que el circuito resulte equilibrado hidráulicamente. Se recomienda realizar retorno invertido o en su defecto colocar válvulas de equilibrado.
Las características de cada conexión se detallan a continuación:
Conexión en serie: El fluido caloportador entra en el primer captador por la parte inferior del mismo, dicho fluido es calentado mientras circula de forma ascendente por su interior y sale de este primer captador por la parte superior para volver a
introducirse en el segundo, y así sucesivamente en función del número de captadores conectados. Por todos los captadores
así conectados circula el mismo caudal, entregando una temperatura a la salida que corresponde al salto térmico del primer
captador multiplicado por el número de captadores conectados en serie, aproximadamente, pues, al ir incrementándose la diferencia de temperatura respecto al exterior, el rendimiento será menor en el último captador de la serie.
Se aplica cuando existe poca radiación solar o cuando se precisan temperaturas altas a la salida de los captadores.
Conexión en paralelo: Por cada captador circula de forma independiente el fluido caloportador, este fluido es calentado y llevado a un punto en común de todos los captadores. Con esta conexión el salto térmico que se genera en un captador es el
mismo que el de la conexión de captadores en paralelo y el caudal es el que circula por un captador multiplicado por el número de captadores así conectados.
34
Conexión mixta: Consiste en la conexión de varias baterías conectadas en paralelo con retorno invertido para equilibrar la
instalación y en cada una de las baterías los captadores se conectan en serie. Una combinación idónea si se pretende beneficiarse de las ventajas de las conexiones en serie y en paralelo.
Podemos definir como batería a los captadores conectados en serie o en paralelo.
Conseguir un funcionamiento óptimo de la instalación implica regular el caudal para que por cada batería circule la misma
cantidad de fluido caloportador con la mínima pérdida de carga, esto se consigue con retorno invertido.
Una vez definida la conexión entre captadores hay que tener en cuenta los siguientes criterios:
El número de captadores en paralelo lo marca el fabricante, y el número de captadores en serie si la aplicación es de a.c.s
variará en función de la zona climática marcada por el CTE.
35
2.1. Separación de los captadores
Hay que fijar una distancia mínima entre filas de captadores con el fin de que durante la exposición solar no se proyecten
sombras entre sí.
El procedimiento a seguir de cara a definir las sombras que se van a proyectar en el campo de captadores atiende a lo que
marca el CTE.
El siguiente diagrama muestra las trayectorias del Sol, de tal forma que cada sector representa el recorrido del Sol en un periodo de tiempo y con una irradiación solar anual. Conocido el perfil de obstáculos que puede generar sombra en el campo
de captación y comparándolo con el diagrama aportado se definirá un porcentaje de pérdidas. Cuando el perfil no se proyecte totalmente sobre un sector se le aplicará un factor de llenado que será: 0.25, 0.5,0.75 y 1 en función de cómo sea dicha ocupación.
EJEMPLO: Se quiere valorar el porcentaje de pérdidas por sombreado sobre una instalación solar ubicada en Madrid. Los datos de instalación en cuanto a inclinación es de 30º y orientación de 10º hacia el Este. Y el perfil de sombras como
se indica:
β = 35°; ? = 0°
Tomando la tabla de referencia de inclinación y orientación que se
ajusta más a las características de la instalación se valora el porcentaje.
% pérdidas = 0.25*B4+0.5*A5+0.75*A6+B6+0.25*C6+A8+0.5*B6
+0.25*C6+A8+ 0.5*B8+0.25*A10 = 0.25*1.89+0.5*1.84+0.75*1.79
+1.51+0.25*1.65+0.98 + 0.5*0.99+0.25*0.11= 6.16% ~ 6%
36
A
B
C
D
13
0,00
0,00
0,00
0,00
11
0,00
0,01
0,12
0,44
9
0,13
0,41
0,62
1,49
7
1,00
0,95
1,27
2,76
5
1,84
1,50
1,83
3,87
3
2,70
1,88
2,21
4,67
1
3,17
2,12
2,43
5,04
2
3,17
2,12
2,33
4,99
4
2,70
1,89
2,01
4,46
6
1,79
1,51
1,65
3,63
8
0,98
0,99
1,08
2,55
10
0,11
0,42
0,52
1,33
12
0,00
0,02
0,10
0,40
14
0,00
0,00
0,00
0,02
β: ángulo de inclinación
?: ángulo de orientación
Del diagrama se interpreta que para una orientación hacia el sur (0º) y en el medio día solar la elevación máxima del sol corresponde aproximadamente a unos 28-29º (línea roja marcada en el diagrama):
En este caso la distancia entre filas de captadores corresponde a:
d = h/ (tan 61 − latitud)
Una instalación de energía solar debe tener en cuenta las normas urbanísticas de cara a integrar la instalación en el edificio
y que dicha integración no afecte al rendimiento de la instalación. En función del tipo de cubierta hay que seguir una serie de
recomendaciones:
1. Cubierta Inclinada: La solución más óptima de ubicación de captadores sería optar por integración en tejado sin conexiones visibles o en su defecto sobre cubierta en los faldones de la misma sin salirse del plano y con la misma inclinación.
2. Cubierta Plana: En este caso la ubicación de captadores es más fácil y a lo que hay que prestar especial cuidado es
que este tipo de cubiertas cuentan con un peto que puede provocar sombras.
3. Integración en Fachada: Cuando el espacio libre en cubierta no es suficiente se puede optar por ubicar los captadores en la fachada, con una cierta inclinación con respecto a la misma.
Para evitar las sombras que pueda producir un obstáculo sobre el sistema de captadores, hay que considerar que la distancia entre la primera fila de captadores y el obstáculo de altura “a” será como mínimo:
EJEMPLO: En un edificio de viviendas se pretende colocar una fila de 4 captadores en cubierta plana de 7 m de ancho la cual
cuenta con un peto de altura 1,5 m. Definir cual es la distancia mínima entre el peto y la fila con el fin de que no
se proyecten sombras sobre ella. La latitud de la instalación es 40° correspondiente a Madrid.
Conocida la altura del obstáculo y teniendo en cuenta la expresión anterior la distancia mínima es:
d =
a
1, 5
1, 5
=
=
= 3, 94 m
tg (61º − latitud)
tg (61º − 40º)
tg (21º)
37
3. Superficie de captadores para la instalación de a.c.s.
Para definir la superficie total de captadores necesaria para la instalación, es necesario conocer la energía demandada y relacionarla con la energía útil disponible por unidad de superficie evaluada en un año.
Para un correcto diseño el CTE marca la siguiente condición en cuanto la relación que se tiene que dar entre el volumen y el
área de captación de cara a cubrir las necesidades de a.c.s:
50 < V/A < 180
Definiendo como A, la superficie total de captadores en m2 y V, el volumen del depósito que ha de coincidir con el consumo
que se produce al día.
Si el aporte solar es bajo, disminuye la energía disponible por unidad de superficie y se reduce la relación con respecto a lo
que se obtendría de tener un aporte solar alto.
EJEMPLO: Retomando el ejemplo de la página 36 iniciado anteriormente y una vez definida la radiación solar efectiva, se evalúa el aporte de energía solar en función del rendimiento del captador y de la superficie de captación necesaria:
La curva de rendimiento del captador para realizar el cálculo será la del modelo FKC-1S
Ep (Kwh/m2) = 0.9* η* Eu
η = 0.748 − 3.567 (Tm − Ta) / I
Como ya se definió al principio del ejemplo, la temperatura de uso, Tm, es de 45 °C y la temperatura ambiente para el mes
de abril en Zaragoza es de 16 °C.
La intensidad radiante, I, definida en función de la energía solar efectiva en Wh y el número de horas de sol útiles recogidos
en la tabla aporta un valor:
I = Eu/S T = 155700 Wh/m2 mes/(8 h × 30 días) = 648,7 Wh/m2
Por lo tanto el rendimiento del captador Junkers en estas condiciones en el mes de abril es:
ηAbril = [0.748 − 3.567 (45 °C − 16 °C) / 648.7 Wh/m2] × 100 = 59 %
Con los resultados anteriores la aportación solar en el mes seleccionado es:
EpAbril (Kwh/m2) = 0,9* 0,59* 155,7 kwh/m2 = 82,67 kwh/m2
Sería conveniente expresar la energía anterior en función de la superficie de captación real requerida para cubrir la demanda
de energía, por lo tanto el primer paso es definir dicha superficie la cual viene expresada:
Scaptación = ⎡⎢⎣Enecesaria anual (Kwh)/ ⎡⎣ Σ Ep anual (Kwh)/Scaptador ⎤⎦ ⎤⎥⎦ × % Cobertura Solar
Para proseguir con el cálculo es necesario haber evaluado la energía necesaria anual, la cual vendrá dada de la suma individual de cada uno de los meses del año, así como conocer la energía anual aportada por el sol que se obtendrá mediante el
mismo procedimiento.
El porcentaje de cobertura solar es un dato medio anual que define, en función de la energía demandada la cantidad de energía cubierta con la energía del sol evaluada en tanto por ciento. En este caso se pretende cubrir un 60%, ya que es el mínimo exigido por el CTE.
De esta forma el resultado obtenido es:
Scaptación = ⎡⎢⎣Enecesaria anual (Kwh)/ ⎡⎣Epanual (Kwh)//Scaptador ⎤⎦ ⎤⎦⎥ × (% Cobertura Solar /100)
Scaptación = ⎡⎢⎣ 3309 Kwh / ⎡⎢⎣2063 Kwh /2.25 m2 ⎤⎦⎥ ⎤⎦⎥ × (60 /100) = 2.16 m2
Por lo tanto el número de captadores Junkers que requiere la instalación:
Nº Captadores = Scap / Sútil = 2.16 m2 / 2.25 m2 = 0.96
38
Es decir, en este caso con un captador se va a cubrir la cobertura mínima exigida, por lo que la situación más real implica una
superficie de captación de:
Número de Captadores reales = 1
Scaptación real = 2.25 m2
Conocida la superficie real de captación, la energía solar aportada expresada en kWh :
EpAbril (Kwh) = EpAbril (Kwh/m2) × Scaptación real = 80.88 kwh/m2 × 2,25 m2 = 182 Kwh
Para terminar, se define la cantidad de energía auxiliar que tendrá que aportar uno de los equipos auxiliares Junkers:
Energía AuxiliarAbril = Enecesaria Abril (Kwh) − EpAbril (Kwh) = 266 kwh − 182 Kwh = 84 kWh
Lo que implica que la energía necesaria demandada en el mes de abril es mayor que la energía aportada por el sol en dicho
mes, es decir que es necesario el apoyo de energía auxiliar en este mes.
Para terminar podemos definir con exactitud la cobertura solar ofrecida en este mes por el sol:
% CoberturaAbril = [EpAbril (Kwh)/EnecesariaAbril (Kwh)] × 100 = [182/266] = 68,4%
En los meses en los que la aportación solar sea mayor que la energía demandada el porcentaje de cobertura será mayor al
100%. Para normalizar y que al año la aportación solar anual coincida con el consumo anual se fijará un 100% en los meses
en los que se supere dicha cifra.
Para terminar podríamos comprobar que los resultados se ajustan a los establecido en el en el CTE y que implica un correcto dimensionado:
La condición a cumplir para la obtención de a.c.s. es:
50 < V/A < 180
2
A, la superficie total de captadores es de 2,25 m
V, el volumen del depósito que ha de coincidir con el consumo que se produce al día y que equivale a 200 l/día.
El resultado de la relación es:
V/A = 200/2,25 = 88,8
Lo que indica que los resultados obtenidos cumplen el criterio adoptado por el CTE.
Consumo de
agua (m3)
Incremento
Ta (°C)
Energía
Necesaria
(Termias)
Energía
Necesaria
(kWh)
Aporte Solar
(kWh)
Real
Teórico
Enero
6,76
40,
271
315
118
37,5
37,5
Febrero
6,11
39,0
238
277
142
51,1
51,1
Marzo
6,76
37,0
250
291
196
67,4
67,4
Abril
6,55
35,0
229
266
182
68,5
68,5
Mayo
6,76
34,0
230
267
195
73,0
73,0
Junio
6,55
33,0
216
251
196
77,9
77,9
Julio
6,76
32,0
216
252
211
83,9
83,9
Agosto
6,76
33,0
223
260
222
85,5
85,5
Septiembre
6,55
34,0
223
259
206
79,8
79,8
Octubre
6,76
35,0
237
275
152
55,2
55,2
Noviembre
6,55
37,0
242
282
128
45,5
45,5
Diciembre
6,76
40,0
271
315
114
36,2
36,2
2.846
3.309
2.063
62,3
62,3
Anual
79,64
Cobertura Solar
* Los resultados aquí mostrados son el resultado del programa de cálculo. Por lo que puede existir alguna variación con respecto a los resultados anteriormente calculados.
39
Se pretendía cubrir la demanda de una vivienda unifamiliar cumpliendo la normativa existente. Con la colocación de un panel
modelo FKC-1S se consigue un 62.3% de cobertura anual, llegando a un pico máximo en los meses de Julio y Agosto por encima del 80%. El aporte de energía auxiliar se hace imprescindible pero en la mayor parte de los meses el aporte de energía
convencional se habrá reducido en más del 50%.
EJEMPLO 2: Se pretende llevar a cabo una instalación de energía solar apara la obtención de a.c.s en un edificio que consta de 16 viviendas en la provincia de Valencia. De las 16 viviendas, 10 son de 2 dormitorios y 6 de 3. La cubierta
del edificio donde se ubicarán los captadores es inclinada a 30º y tiene una orientación sureste.
Se considera una temperatura de uso de 60ºC, por lo que la demanda en viviendas colectivas a esa temperatura es como mínimo de 22 l/día pers. En este caso particular se considera una demanda de 30 l/pers día
Debido a que el edificio cuenta con viviendas de distinto número de dormitorios, el mínimo de personas se estimarán según
la siguiente tabla:
Número de
dormitorios
1
2
3
4
5
6
7
Más de 7
Número de
personas
1,5
3
4
6
7
8
9
Número de
dormitorios
Por lo que:
10 viviendas de 2 dormitorios: 30 personas
6 viviendas de 3 dormitorios: 24 personas
Total personas edificio: 54 personas
D = 30 l/pers día × 54 personas = 1620 l/día
40
Con estos datos de partida, la demanda energética del edificio es:
Consumo de agua (m3)
Incremento Ta. (°C)
Energía Necesaria
(Termias)
Energía Necesaria
(kWh)
Enero
36,79
52,0
1.913
2.225
Febrero
33,23
51,0
1.695
1.971
Marzo
36,79
49,0
1.803
2.096
Abril
35,60
47,0
1.673
1.946
Mayo
36,79
46,0
1.692
1.968
Junio
35,60
45,0
1.602
1.863
Julio
36,79
44,0
1.619
1.882
Agosto
36,79
45,0
1.656
1.925
Septiembre
35,60
46,0
1.638
1.904
Octubre
36,79
47,0
1.729
2.011
Noviembre
35,60
49,0
1.745
2.029
Diciembre
36,79
52,0
1.913
2.225
20.678
24.044
Anual
433,19
El volumen demandado será cubierto con depósitos de acumulación individuales por vivienda de la siguiente forma:
– Viviendas de 2 dormitorios: depósitos ST 90 cuyo volumen útil es de de 86 l.
– Viviendas de 3 dormitorios: depósitos SO120-1 cuyo volumen útil es de 114 l.
El volumen de acumulación total distribuida es de: 1547 l.
El cálculo del aporte solar se realiza teniendo en cuenta que el modelo de captador que se va a instalar es el FKB-1S, cuya
curva de rendimiento es:
η = 0,717 − 5,773 (Tm-Ta) / I
Considerando las condiciones del edificio en cuanto a orientación e inclinación de los paneles y estimando un número de paneles tal que se cubra el 60 % de la energía exigido por CTE, los resultados son:
Nº captadores = 16
S útil (m2) = 30 m2
La cobertura solar aportada por los 16 captadores es:
Cobertura Solar
Energía Necesaria
(Termias)
Energía Necesaria
(kWh)
Real
Teórico
Enero
3.036
1.196
39,4
39,4
Febrero
2.690
1.356
50,4
50,4
Marzo
2.861
1.805
63,1
63,1
Abril
2.656
1.767
66,6
66,6
Mayo
2.686
1.892
70,4
70,4
Junio
2.543
1.931
75,9
75,9
Julio
2.569
2.098
81,7
81,7
Agosto
2.628
2.070
78,8
78,8
Septiembre
2.599
1.860
71,5
71,5
Octubre
2.744
1.378
50,2
50,2
Noviembre
2.769
1.290
46,6
46,6
3.036
1.045
34,4
34,4
32.817
19.687
60,0
60,0
Diciembre
Anual
41
Los resultados obtenidos con los 16 paneles del modelo Basic ajustan la cobertura anual según la normativa al 60%. Con el
modelo de captador seleccionado no hay previsión de problemas de sobretemperatura, ya que el pico máximo de producción
de energía se produce en el mes de julio con un porcentaje del 81.7%.
El modelo de captador define completamente la instalación. Si los resultados se valorasen con el modelo FKC-1S los resultados variarían significativamente.
η = 0,748 − 3,567(Tm − Ta)/I
Y los resultados en cuanto a demanda energética son:
Energía Necesaria
(Termias)
Energía Necesaria
(kWh)
Enero
50,21
52,0
2.611
3.036
Febrero
45,36
51,0
2.313
2.690
Marzo
50,21
49,0
2.461
2.861
Abril
48,60
47,0
2.284
2.656
Mayo
50,21
46,0
2.310
2.686
Junio
48,60
45,0
2.187
2.543
Julio
50,21
44,0
2.209
2.569
Agosto
50,21
45,0
2.260
2.628
Septiembre
48,60
46,0
2.235
2.599
Octubre
50,21
47,0
2.360
2.744
Noviembre
48,60
49,0
2.381
2.769
Diciembre
50,21
52,0
2.611
3.036
28.222
32.817
Anual
42
591,24
El número de paneles para cubrir la demanda son:
Nº captadores = 12
S útil (m2) = 27 m2
Y la cobertura solar que aportan:
Cobertura Solar
Energía Necesaria
(Termias)
Energía Necesaria
(kWh)
Real
Teórico
Enero
3.036
1.277
42,1
42,1
Febrero
2.690
1.400
52,0
52,0
Marzo
2.861
1.837
64,2
64,2
Abril
2.656
1.811
68,2
68,2
Mayo
2.686
1.926
71,7
71,7
Junio
2.543
1.955
76,9
76,9
Julio
2.569
2.117
82,4
82,4
Agosto
2.628
2.062
78,5
78,5
Septiembre
2.599
1.863
71,7
71,7
Octubre
2.744
1.440
52,5
52,5
Noviembre
2.769
1.358
49,1
49,1
Diciembre
3.036
1.140
37,5
37,5
32.817
20.186
61,5
61,5
Anual
En este caso para llegar al mismo porcentaje de cobertura se necesitan 4 captadores menos, de ahí la importancia de tener
definido el modelo de captador con el que se va a realizar el cálculo.
43
EJEMPLO 3: Se va a llevar acabo la ampliación de un hotel en el término municipal de Madrid de tal forma que se convierta
en un hotel de 3 estrellas con 200 camas. El porcentaje de ocupación no es igual en todos los meses del año
sino que de Junio a Septiembre es del 100% y el resto del año está al 80%. Debido a la regulación por ordenanza solar se ve obligado a incorporar captadores solares para obtener a.c.s.. La orientación del edificio es Suroeste y la cubierta es plana. Evaluar los captadores que necesita y el aporte de energía convencional.
En este caso hay que prestar especial atención debido a que se trata de un municipio regulado por ordenanza solar y por lo
tanto tiene fijados determinados parámetros.
Los consumos mínimos para una temperatura de 60ºC en un hotel de 3 estrellas, aparecen en la tabla correspondiente de la
ordenanza municipal y en este caso corresponde a 55 l/cama día.
La demanda del hotel es:
D (60ºC) = 55 l/pers cama × 200 camas = 11000 l
Esta demanda será cubierta con dos depósitos de 5000 l.
Los resultados para todo el año en cuanto a la energía necesaria:
Energía Necesaria
(Termias)
Energía Necesaria
(kWh)
Enero
272,80
54,0
14.731
17.129
Febrero
246,40
53,0
13.059
15.185
Marzo
272,80
51,0
13.913
16.178
Abril
264,00
49,0
12.936
15.042
Mayo
272,80
48,0
13.094
15.226
Junio
330,00
47,0
15.510
18.035
Julio
341,00
46,0
15.686
18.240
Agosto
341,00
47,0
16.027
18.636
Septiembre
330,00
48,0
15.840
18.419
Octubre
272,80
49,0
13.367
15.543
Noviembre
264,00
51,0
13.464
15.656
Diciembre
272,80
54,0
14.731
17.129
172.359
200.417
Anual
3480,40
Los captadores solares Junkers se adaptan a todas las cubiertas, permitiendo que la energía del sol entre en cualquier casa.
Sobre cubierta plana, cubierta inclinada o integrados en un tejado inclinado, los sistemas de montaje son la solución ideal
para cada tipo de instalación. Además, los captadores solares de
Junkers también se pueden instalar directamente en la fachada,
utilizando para ello las estructuras de soporte adecuadas.
44
Con esta necesidad energética y considerando que los porcentajes de ocupación difieren de unos meses a otros, los resultados obtenidos con el modelo de captador FKC-1S de cara a cumplir el 75% de cobertura exigido en la ordenanza son:
Cobertura Solar
Energía Necesaria
(kWh)
Aporte Solar
(kWh)
Real
Teórico
Enero
17.129
8.934
52,2
52,2
Febrero
15.185
11.016
72,5
72,5
Marzo
16.178
12.427
76,8
76,8
Abril
15.042
13.115
87,2
87,2
Mayo
15.226
13.437
88,2
88,2
Junio
18.035
15.136
83,9
83,9
Julio
18.240
17.254
94,6
94,6
Agosto
18.636
17.350
93,1
93,1
Septiembre
18.419
14.971
81,3
81,3
Octubre
15.543
10.167
65,4
65,4
Noviembre
15.656
9.154
58,5
58,5
Diciembre
17.129
8.233
48,1
48,1
200.417
151.193
75,4
75,4
Anual
El número de paneles necesario es:
Nº captadores = 102
S útil (m2) = 229.50 m2
El campo de captadores será dispuesto en la cubierta plana de complejo hotelero con una inclinación de 40º y una orientación suroeste.
45
4. Superficie de captadores para la instalación de calefacción
Para dimensionar la instalación solar en caso de aplicaciones de calefacción de viviendas se atenderá a lo establecido en puntos anteriores sobre suministro de a.c.s., éste último servicio es siempre prioritario y es está regulado por medio de normativa nacional.
En el caso de instalaciones de calefacción, el acumulador debe de cubrir la demanda en al menos una hora de forma autónoma. La relación entre volúmenes de acumulación (V) y la superficie de captación (A) se recomienda que sea:
25 < V/A < 50
Una vez determinado el número de captadores y el volumen de acumulación para el servicio de a.c.s., se evaluará el aporte
solar a la hora de calefactar la vivienda. Para esto es necesario conocer la distribución de temperaturas medias de la instalación a lo largo de todos los meses del año, también la potencia instalada en la vivienda o potencia de proyecto, y con estos
datos determinamos la demanda energética en servicio de calefacción por mes para la superficie de captadores establecidos.
Si pretendemos cubrir con la energía solar mayor porcentaje energético aumentaremos el número de captadores.
5. Los captadores Junkers
La nueva generación de captadores Junkers tiene el objeto de reducir el gasto energético convencional, hacer instalaciones
rápidas y sencillas y apostar por una integración armónica con el edificio.
Para ello se cuenta con una serie de captadores Top con 3 tipos de captadores, Classic, Comfort y Excellence cuya aplicación
es para sistemas domésticos a baja temperatura. Además la serie de captadores Smart con dos gamas: Classic y Comfort.
Como características generales de los 3 captadores Top destacar que son captadores planos de 2.25 de superficie de apertura y 2.37 de superficie total. En función del modelo hay disponibilidad de contar con captador vertical (S) u horizontal (W).
GAMA DE CAPTADORES TOP JUNKERS
EXCELLENCE FKT
46
COMFORT FKC
CLASSIC FKB
GAMA DE CAPTADORES SMART JUNKERS
COMFORT FCC
CLASSIC FCB
5.1. Estructura del captador
El revestimiento de los captadores Top presenta gran robustez y resistencia a la corrosión. El marco es de fibra de vidrio, resistente a los rayos UV y panel trasero es de Acero con recubrimiento de 0.6 mm de Al-Zn. Lo que le aporta una gran estabilidad.
5.2. Ventilación en el captador
Es importante una buena ventilación y renovación de aire dentro del captador. Los captadores Top cuentan con unas aberturas traseras que consisten en unos orificios de ventilación, dichos orificios permiten la circulación interna del aire evitando la
generación de humedad. En cada captador aparecen 4 orificios, 2 en la parte inferior y otros 2 en la parte superior.
Absorbedor
Orificios de
ventilación
47
5.3. Características técnicas
Los modelos de captadores cuentan con unas características constructivas que los hacen marcar diferencias en cuanto a los
rendimientos y condiciones de trabajo de cada captador.
Como resumen la siguiente tabla destaca las diferencias más características de cada uno de ellos.
GAMA TOP
Excellence
48
Comfort
GAMA SMART
Classic
Comfort
Classic
5.4. Absorbedor
Es el elemento principal del captador, es de cobre y está soldado a los tubos de distribución mediante soldadura por ultrasonidos.
Se puede hablar de dos tipos de absorbedor:
Absorbedor en parrilla: Es el tipo de absorbedor de los modelos FKB, FKC, FCC y FCB, consiste en una parilla de nueve tubos por los cuales circula el fluido caloportador.
Absorbedor en serpentín: Es el tipo de absorbedor del modelo FKT. En este caso el captador monta dos serpentines por los
cuales circula el fluido caloportador. La ventaja que ofrece este sistema es que el tiempo en el cual el fluido permanece en el
interior del captador es mayor y por lo tanto aumenta el rendimiento.
El tratamiento que recibe el absorbedor difiere de unos modelos a otros, eso hace que los coeficientes de pérdidas aumenten o disminuyan en función del tratamiento. Los tres tipos de tratamiento que reciben los captadores de Junkers son:
Recubrimiento Semi-Selectivo o laca solar: Es un tratamiento a base de una pintura especial, resistente a rayos UV y
que ofrece al captador FKB una buena relación precio/rendimiento.
Recubrimiento Altamente Selectivo: El tratamiento es una lámina de Cr negro que reduce el porcentaje de emisiones y
hace al captador FKC, FCC y FCB tener un buen rendimiento.
Recubrimiento Selectivo-PVD: Es uno de los mejores tratamientos del mercado, consiste en una base de láminas de TINOX y en este caso el modelo FKT prácticamente no tienen pérdidas por emisión, lo que le hace comportarse como el captador de más alto rendimiento de los 3 modelos de Junkers.
49
5.5. Conexiones hidráulicas
El sistema de conexión entre captadores es pieza clave para la correcta ejecución de la instalación. Las características técnicas de los sistemas de conexión marcarán las condiciones de trabajo de la instalación.
Es sistema de accesorios está formado por un tubo corrugado y abrazaderas de acero inoxidable lo que permite alcanzar y
aguantar altas temperaturas de estancamiento.
La presión de trabajo es de hasta 6 bar y es destacable la robustez en la conexión así como la facilidad y rapidez del montaje.
6. Instalación
Una vez realizado el cálculo estimado de captadores, se procederá a la instalación de los mismos. Sabemos que podemos disponer de varias posibles instalaciones del captador; de forma horizontal, de forma vertical, sobre tejado plano o sobre tejado inclinado.
Como punto muy importante hay que tener en cuenta las normas y directrices marcadas de cara a un correcto montaje.
Espacio necesario para la instalación
Antes de realizar la instalación tenemos que tener en
cuenta el espacio de que se dispone. Hay establecidas
unas tablas que indican la anchura real para el campo
de colectores. También se preveerá que el paso de tubería sea de al menos 0,5 m a la derecha y a la izquierda
del campo de colectores. Como precaución se debería
preveer antes del montaje un espacio mínimo de un metro entre los soportes y el borde del tejado plano.
50
Independientemente del espacio necesario por el captador y solamente sobre superficie plana, otro factor importante sería
la separación entre filas de colectores, este factor depende del ángulo de inclinación y tendría que ser lo suficientemente grande para que no se vean afectados por las sombras. Los ángulos de inclinación que se barajan oscilan entre los 25 y 60°. El
cálculo de la distancia entre filas para una latitud de 40º y distintos ángulos de inclinación se desarrolla mediante una fórmula que para su mayor sencillez, se ha resumido en la siguiente tabla:
Espacio libre x
Ángulo
de inclinación
del captador
Instalación
vertical
Instalación
horizontal
25°
2,28 m
1,26 m
30°
2,70 m
1,49 m
35°
3,09 m
1,71 m
40°
3,47 m
1,92 m
45°
3,81 m
2,11 m
50°
4,13 m
2,28 m
55°
4,42 m
2,44 m
60°
4,67 m
2,58 m
Los espacios necesarios para modelos verticales y horizontales se observan en las siguientes tablas:
Número
de captadores
Medida A
2
2,34 m
3
3,51 m
4
4,68 m
5
5,85 m
6
7,02 m
7
8,19 m
8
9,36 m
9
10,53 m
10
11,70 m
Número
de captadores
Medida A
2
4,18 m
3
6,28 m
4
8,38 m
5
10,48 m
6
12,58 m
7
14,68 m
8
16,78 m
9
18,88 m
10
20,98 m
51
Disposición horizontal
DISTANCIAS MÍNIMAS EN TEJADO INCLINADO
Número de
colectores
Medida A
Madida B
2
4,17 m
1,15 m
3
6,26 m
1,15 m
4
8,36 m
1,15 m
5
10,45 m
1,15 m
6
12,55 m
1,15 m
7
14,64 m
1,15 m
8
16,74 m
1,15 m
9
18,61 m
1,15 m
10
20,93 m
1,15 m
Disposición vertical
Número de
colectores
Medida A
Madida B
2
2,32 m
2,07 m
3
3,49 m
2,07 m
4
4,66 m
2,07 m
5
5,83 m
2,07 m
6
7,06 m
2,07 m
7
8,17 m
2,07 m
8
9,34 m
2,07 m
9
10,51 m
2,07 m
10
11,68 m
2,07 m
Sistemas de Montaje Junkers
Las variantes de instalación van desde definir la disposición del
captador, ya sea vertical u horizontal hasta ubicar dichos captadores o bien en cubierta plana o en cubierta inclinada.
Instalación en cubierta inclinada: La estructura de montaje de
captadores en cubierta inclinada consiste en un perfil superior
e inferior sobre los cuales apoyan los captadores. Dichos perfiles descansan sobre los sistemas de anclaje fijados a la cubierta, que consisten en una serie de ganchos los cuales varían en función del tipo de teja existente. El material de la
estructura es aluminio cuya ligereza favorece el montaje.
52
Integración en tejado: Es la solución más optima estéticamente, ya que tiene la ventaja de no dejar visible ningún elemento
de conexión. La estructuras son de aluminio color antracita y se puede realizar integración tanto de captadores verticales como
horizontales.
Instalación en cubierta plana: El montaje en cubierta plana destaca por su sencillez y facilidad de montaje. La estructura permite definir la inclinación de los captadores, de tal forma que el rango de ajuste para la estructura de captadores verticales
va desde 30º a 60º con variaciones de 5º en 5º y en el caso de la estructura para captadores horizontales va de 30º a 45º.
Entre las distintas formas de fijar la estructura a la cubierta, se plantea colocar bandejas de carga. Sobre las bandejas se echará una carga de hormigón que genere el peso suficiente para que, en función de la altura del edificio, no existan riegos de
desplazamiento de la estructura.
Instalación en fachada: En el caso de no disponer de espacio libre en cubierta, se puede optar por ubicar los captadores en
fachada, siempre y cuando se respeten las normas urbanísticas de la zona. Los captadores permitidos para este tipo de montaje son de disposición horizontal y en cualquier caso hay que considerar la limitación en cuanto al ángulo máximo de inclinación.
El ángulo de ajuste con respecto a la fachada varía de 45º a 60º y está permitido para una altura de edificio máxima de 20 m.
53
7. Sistemas compactos por termosifón
Los equipos compactos son los sistemas utilizados normalmente en viviendas unifamiliares o en instalaciones donde se requiere una superficie captadora pequeña.
Está constituido por uno o dos captadores y un acumulador y pueden ser colocados tanto en cubierta plana como en cubierta
inclinada, sólo hay que tener en cuenta las condiciones de instalación.
Estos equipos utilizan un sistema de calentamiento indirecto a fin de evitar la congelación del agua que circula por los captadores. De cualquier manera habrá que prestar especial atención a las latitudes donde se vaya a colocar el equipo ya que se
puede producir la congelación del agua del circuito de secundario.
Junkers cuenta con una amplia gama de termosifones que cubren las necesidades de los distintos tipos de viviendas y las distintas zonas geográficas en donde se vayan a colocar.
En función del volumen del sistema termosifón se le ha adaptado un tipo de captador para que consiga un alto rendimiento
en cuanto al calentamiento del agua de consumo:
Termosifón
150 L
200 L
300 L
1
1
2
Basic
(FKB-1/S)
Comfort
(FKC-1/S)
Basic
(FKB-1/S)
Captador
Número de captadores
Modelo
1.150 × 2.070 × 90 mm
Dimensiones
Peso (vacío)
42 kg
Absorbedor
Parrilla de Cu.
Volumen absorbedor
Recubrimiento absorbedor
0,86 l
Laca solar
Cr. negro
Laca solar
Absorción
92% ± 2
95% ± 2
92% ± 2
Emisión
30% ± 2
12% ± 2
30% ± 2
El sistema de almacenamiento consiste en un depósito horizontal ubicado detrás del captador, cuyo sistema de intercambio
se produce por doble envolvente hasta presiones de 10 bar.
La protección contra la corrosión se realiza mediante ánodo de magnesio y la cubierta exterior es de acero esmaltado:
Termosifón
150 L
200 L
300 L
Acumulador
Tipo
Volumen útil
Volumen serpentín
Diámetro
Altura
Peso (vacío)
Presión máxima
Lado solar
Lado a.c.s.
Protección corrosión
Recubrimiento acumulador
Aislamiento
Mantenimiento
Conexión resistencia eléctrica
54
Doble envolvente hecho en acero para instalación horizontal
145 L
195 L
13 l
13 l
280 L
20 l
580 mm
580 mm
580 mm
1.120 mm
1.320 mm
1.380 mm
71 kg
78 kg
95 kg
2,5 bar
10 bar
Ánodo de magnesio
Acero galvanizado
50 mm de espuma de poliuretano libre de hidrocarburos
Ø 95 mm
1 1/2”
En cuanto a la estructura, tanto para cubierta inclinada como para plana el material utilizado es aluminio y en la siguiente tabla se pueden ver las características técnicas de cada sistema de montaje:
Termosifón
150 L
200 L
300 L
Acumulador
Estructura
Aluminio
1kN/m2
Carga máxima nieve
Altura máxima edificio/velocidad viento
Peso (lleno)
Inclinación del captador
Tejado plano
Tejado inclinado
Hasta 100m*/152 km/h
580 mm
580 mm
580 mm
35° (no ajustables)
15° - 40°
15° - 40°
15° - 40°
* Para montaje en tejado plano es necesario un accesorio adicional para edificios con una altura entre 20 y 100 m
Cubierta plana:
Cubierta inclinada:
55
EJEMPLO: Suponemos una vivienda unifamiliar de 4 personas en Sevilla. La temperatura de uso será de 45 °C.
El volumen de acumulación será de: 4 pers. × 40 l (tablas) = 160 litros
DEMANDA DE A.C.S.
Tra. Ent
Nº
Energía necesaria
Temperatura
Ambiente
Rdto.
kWh/día kWh/mes
°C
%
kWh/m2 día
Meses
°C
Enero
Febrero
días/mes
Radiación
Radiación Aportación
horiz. cor. (H) efectiva (E)
solar
kWh/m2 mes kWh/mes
Energía
auxiliar
%
kWh/mes
74.0
8
31
7
213
11
0,44
2,088
82,081
68,6
144,8
32,2
9
28
7
188
13
0,52
3,261
107,495
105,0
82,5
56,0
Marzo
11
31
6
196
14
0,55
4,506
146,272
152,9
43,1
78,0
Abril
13
30
6
179
17
0,51
5,752
109,807
104,9
73,7
58,8
Mayo
14
31
6
179
21
0,60
6,533
175,514
199,4
0,0
100,0
Junio
15
30
6
167
25
0,62
6,851
171,223
202,0
0,0
100,0
Julio
16
31
5
167
29
0,65
6,936
186,475
230,6
0,0
100,0
Agosto
15
31
6
173
29
0,66
6,313
189,547
235,0
0,0
100,0
Septiembre
14
30
6
173
24
0,62
5,117
169,181
199,4
0,0
100,0
Octubre
13
31
6
185
20
0,57
3,517
137,481
148,1
36,5
80,2
Noviembre
11
30
6
190
16
0,51
2,430
99,301
94,8
95,0
50,0
Diciembre
8
31
7
213
12
0,45
1,978
82,670
70,9
142,5
33,2
Promedio
12
6
185
19
0,56
5
138
145,8
52
1.812
618
2.223
El nº de captadores será: Energía necesaria/Aporte solar captador = 2.223/1.812 = 1,22
En este caso se recomienda un sistema termosifón, ya que es una zona climática en la que la radiación horizontal es alta y
las temperaturas nocturnas también.
56
El sistema de acumulación
Una vez evaluada la necesidad energética anual y conocida la aportación solar anual, se puede hacer una comparativa para
conocer la cobertura solar.
La necesidad de energía no siempre coincide en el tiempo con la captación que se obtiene del sol, por lo que es necesario
disponer de un sistema de acumulación que haga frente a la demanda en momentos de poca o nula radiación solar, así como
a la acumulación energética producida en los momentos de poco o nulo consumo.
1. Volumen de acumulación
El acumulador es el sistema de almacenamiento de energía.
Lo ideal sería hacer coincidir el consumo diario con el volumen del depósito ya que la radiación solar y el aporte de energía
no coincide con la demanda. Como ya se adelantó para aplicaciones de a.c.s el CTE marca que la relación de ajuste para definir el depósito de acumulación está relacionado con el número de captadores que
producirán energía en la instalación:
50 < V/A < 180
Cuando existen demandas grandes podemos disponer dos depósitos bien en serie o en paralelo. Preferentemente se hará en serie aunque en caso de conectarlos en paralelo, hacerlo en retorno
invertido para así equilibrar la pérdida de carga a lo largo de las
tuberías.
La mejor disposición del acumulador es vertical, ya que de esta forma se favorece la estratificación, que no es más que una división
del depósito en niveles diferenciados de temperatura, consiguiendo así enviar el a.c.s más caliente y el retorno a captadores lo más
frío posible aumentando el rendimiento de la instalación. Es conveniente mantener una relación entre la altura y el diámetro del depósito mayor a 2 y ubicarlo preferentemente en interiores.
La entrada de agua fría se hará por la parte inferior y la salida por
la superior, ya que el agua fría pesa más y se queda en la parte baja
y el agua caliente sube. Es conveniente que la entrada de agua de
primario al acumulador se realice a una altura del 50% al 75% de
la altura total del depósito.
58
2. Acumuladores Junkers
Los acumuladores destinados a a.c.s. deben cumplir la norma UNE EN 12897 en cuanto a su ejecución.
Para evitar la legionelosis en acumuladores destinados a usos colectivos, debe alcanzar 60 °C y llegar eventualmente hasta
los 70 °C, con el fin de asegurar una desinfección eficaz en el caso de instalaciones colectivas según el RD 865/2003 del 4
de Julio.
En la entrada de agua fría se dispondrá de una chapa deflectora que no genere turbulencias y mantenga la estratificación en
el acumulador.
Los sistemas de acumulación de Junkers están previstos para funcionar con una instalación de captadores solares, de tal forma que si las placas no son capaces de calentar el a.c.s prevista para consumo, será un sistema de apoyo colocado en serie
el que aporte de forma instantánea la cantidad de energía que sea necesaria.
59
60
* Aislamiento equivalente a uno con conductividad térmica de 0,04 W/(m.K) a 20 °C
61
62
3. Intercambiadores de calor
En todas las instalaciones, salvo en las de calentamiento de piscinas al aire libre, se ha de incorporar un intercambiador que
permita tener dos circuitos independientes. Uno de ellos es el de captadores que transporta fluido caloportador con anticongelante y que actuará de transmisor de la energía calorífica producida, el otro es el de consumo y será el receptor de dicha energía.
Los intercambiadores pueden ser de dos tipos externos e internos:
Intercambiadores Internos: Nos referimos a los interacumuladores, aquellos que llevan un serpentín de intercambio en la parte baja del acumulador. Minimizan las pérdidas energéticas por transferencia de energía.
Intercambiadores Externos: Formados por placas de acero inoxidable que deben ser capaces de soportar altas temperaturas
y la presión de la instalación.
Hay que tener en cuenta las siguientes recomendaciones en el caso de intercambiadores externos:
• Se recomienda instalarlo cuando contamos con más de 50 m2 de superficie de captación, que vendría a ser el equivalente al suministro de a.c.s a más de 30 viviendas.
• La potencia mínima de diseño será de 500 W por m2 de superficie de captación.
• La superficie de intercambio será mayor al 15% de la superficie de captación.
• A la salida y entrada del intercambiador se colocaran llaves de corte, para facilitar su mantenimiento.
• Estos intercambiadores pueden ir en el circuito secundario/terciario.
Para dimensionar los intercambiadores se recomienda ajustarse a los siguientes valores:
Temperatura
entrada 1.º
Temperatura
salida 2.º
Temperatura
entrada 2.º
Piscinas
50 °C
28 °C
24 °C
A.C.S.
60 °C
50 °C
45 °C
Calefacción a baja temperatura
60 °C
50 °C
45 °C
T. entrada 1.º
T. salida 2.º
T. entrada 2.º
63
El sistema de circulación
y elementos del circuito primario
El sistema de circulación y elementos del circuito primario
En un sistema solar térmico se pueden diferenciar dos circuitos:
Circuito Primario: Está formado por el sistema de captación, el intercambiador de energía y el grupo de bombeo.
Circuito Secundario: Es el sistema al que se transfiere la energía para distribuirla a los puntos de consumo, está formado por la instalación de suministro a éstos y el sistema de acumulación que puede ser, un intercambiador de calor
dentro de un acumulador, o un segundo grupo de bombeo con el correspondiente acumulador-intercambiador.
En el trazado de las conducciones del fluido caloportador, se tendrá en cuenta:
• Utilizar componentes metálicos como el cobre y el acero inoxidable.
• Colocar válvulas antirretorno para preveer el flujo inverso.
• Montar el mínimo número de codos.
• Considerar la dilatación de las tuberías y el aislamiento de las mismas, debido a que por ellas circulará un fluido caloportador con un contenido de glicol disuelto en agua que podrá alcanzar altas temperaturas.
1. El vaso de expansión
Todos los circuitos cerrados necesitan un vaso de expansión que absorba las dilataciones del fluido caloportador provocadas
por el aumento de temperatura.
Hay que tener especial cuidado en el diseño ya que éste debe ser suficiente para soportar la expansión del fluido, es por ello
por lo que es conveniente seguir las siguientes recomendaciones:
• Conocer el volumen de la instalación en litros.
• En el caso de que el fluido pueda evaporarse hay que realizar un dimensionado especial del volumen. El vaso deberá ser capaz de absorber el volumen de toda la instalación más un 10%.
• Temperatura mínima y máxima que pueda alcanzar el agua durante el funcionamiento de la instalación.
• Presión mínima y máxima de servicio medida en bar.
• La presión máxima en frío será superior a 1,5 Kg/cm2 y en caliente inferior al tarado de los componentes.
• El CTE recomienda colocarlo en la aspiración de la bomba.
Una vez evaluados los diferentes parámetros de los que depende, obtendremos el volumen total del vaso de expansión y la
presión nominal. En el caso de que el fluido caloportador pueda evaporarse hay que hacer un dimensionado especial y siempre tener en cuenta que ha de cumplir el Reglamento de Recipientes a Presión.
El volumen del vaso de expansión será:
Vf =
Pf
Pf
× ΔV =
× ξ × Vi
Pf − Pi
Pf − Pi
Temperatura
media (°C)
ξ (%)
10
0,04
20
0,18
30
0,14
40
0,79
50
1,21
60
1,71
70
2,28
80
2,9
90
3,24
100
4,35
Donde:
Vi: volumen del contenido en agua del circuito.
ξ: incremento de volumen dependiente de la temperatura media.
Pf: presión absoluta de tarado de la válvula de seguridad.
Pi: presión absoluta a la temperatura de llenado en frío.
65
Junkers posee 5 modelos de vaso de expansión con distintas capacidades y preparados para trabajar en instalaciones solares con fluido caloportador:
Capacidad
(l)
Presión membrana
(bar)
Presión máxima
(bar)
Medidas
Alto (mm) / Ø
SAG 18
18
1.9
8
370/280
SAG 25
25
1.9
8
490/280
SAG 35
35
1.9
8
460/354
SAG 50
50
3.0
10
505/409
SAG 80
80
3.0
10
570/480
Modelo
Además existe un kit de conexionado del vaso de expansión modelo AAS1.
2. El fluido caloportador
El fluido de trabajo puede ser agua y agua con aditivos, pero siempre hay que atender a las especificaciones del fabricante
de captadores. En todos los casos se recomienda utilizar agua mezclada con glicoles, este aditivo baja el punto de congelación del agua y eleva su punto de ebullición.
Cuando el fluido es agua con anticongelante hay que tener en cuenta:
• Toxicidad: El anticongelante puede ser tóxico, por lo tanto evitar que se mezcle con el agua de consumo. Actualmente
se utilizan productos de baja toxicidad o ninguna, como propilenglicoles.
• Viscosidad: El anticongelante tiene mayor viscosidad que el agua, por lo tanto habrá que tenerlo en cuenta de cara
al cálculo de la pérdida de carga que genera y a la potencia de la bomba.
• Dilatación: El anticongelante posee mayor dilatación que el agua, por lo tanto hay que considerarlo a la hora de dimensionar el vaso de expansión.
66
• Corrosión: A temperaturas altas los anticongelantes se degradan y pueden provocar corrosión al circuito.
• Calor Específico: El fluido caloportador con anticongelante tiene un calor específico inferior al del agua. Es importante tenerlo en cuenta para el cálculo del caudal, tuberías y bomba.
• T° Congelación y pH: Hay que proteger la instalación ante riesgo de heladas.
El fluido caloportador está constituido por el líquido que pasa a través del captador y tiene como función el intercambio de
energía del agua al acumulador intercambiador. Este fluido puede ser de varios tipos dependiendo del lugar donde sea instalado el captador (agua, etilenglicol y propilenglicol).
Las opciones válidas sería utilizar disoluciones de etilenglicol o propilenglicol, el utilizar uno u otro dependería de la temperatura de congelación y de la temperatura de ebullición, que a su vez también depende de la concentración de las diferentes
disoluciones. A iguales concentraciones, la disolución de etilenglicol tiene un mayor punto de congelación y el propilenglicol
un mayor punto de ebullición. Además, y al contrario que el etilenglicol, el propilenglicol no es tóxico.
Junkers dentro de su gama de producto incluye el fluido caloportador que en este caso es una disolución de propilenglicol al
30% (Tyfocor L). Éste está contenido en diferentes bidones de diferentes volúmenes. El bidón de 10 litros es el modelo
WTF10S y el bidón de 20 litros es el modelo WTF20S.
El fluido caloportador tanto a altas como a bajas temperaturas comienza a degradarse. El gráfico siguiente muestra que el
fluido caloportador Junkers (Tyfocor L) tiene un comportamiento normal marcado en azul entre –14 °C y 170 °C y si la temperatura es excesivamente baja entre –40 °C y –20 °C o excesivamente alta entre 170 °C y 200 °C el fluido se degrada. Por
otro lado la tabla aporta datos sobre la densidad a una temperatura de 20 °C, la concentración en % y el punto de congelación del fluido.
67
Además y para comprobar que este fluido se mantiene en perfectas condiciones, Junkers suministra un indicador de pH modelo WTI y un test de líquido anticongelante modelo WTP.
Si se comprueba a través de pHmetro el pH variará entre 5 y 12, y con el test anticongelante desde 0 a –21 °C.
3. El grupo de bombeo
Un grupo de bombeo sirve para permitir un funcionamiento equilibrado de una instalación solar. Entre sus componentes principales hay que destacar:
• Termómetros integrados.
• Grupo de seguridad compuesto por válvula de seguridad y manómetro.
• Antirretorno tanto en impulsión como en retorno para evitar la circulación por termosifón.
• Bomba de circulación para transportar el fluido caloportador desde el sistema de captadores hasta el acumulador o
puntos de consumo.
• Limitador de caudal con llave de cierre.
En cuanto a las recomendaciones a tener en cuenta con respecto a la instalación solar:
• Las tuberías situadas entre el campo de captadores y el acumulador deben conectarse a tierra para evitar diferencias
de potencial.
• Si la instalación es de más de 50 m2 de captación el CTE fija que se monten dos bombas iguales en paralelo quedando una en reserva tanto en primario como en secundario.
• El dimensionado de la bomba depende de:
• Caudal: El fluido caloportador se calcula en función de la superficie total de los captadores instalados. El CTE define que el caudal debe oscilar entre 1,2 l/s y 2 l/s por cada 100 m2 de área de captador. Podemos hablar de unos
50 l/h por m2 de captador como cálculo aproximado.
• El ajuste de caudal se realiza en función de las diferentes velocidades de la bomba y los mandos reguladores de caudal, dicho caudal es medible con un caudalímetro.
EJEMPLO: Suponiendo que se va a hacer la puesta en marcha de la instalación y que dicha instalación consta de 7 captadores, se necesita evaluar la velocidad de la bomba para mover dicho caudal.
EJEMPLO: Procedimiento: Una vez definido el número de captadores de los que consta la instalación y remitiéndose a la tabla que define el caudal en estado frío en función del número de captadores, se evalúan los l/min. que ha de mover la bomba.
68
EJEMPLO: Mediante la curva característica de la bomba se fija la velocidad en la cual se aporta un caudal inmediatamente
superior al que se necesita para después reducir con la válvula del caudalímetro hasta los l/min. previamente definidos.
EJEMPLO: Suponiendo una pérdida de carga de 4 m.c.a. y un caudal de 780 l/h =0.78 m3/h se tendría que colocar la bomba en la 2ª velocidad y reducir el caudal con la válvula que incorpora el grupo de bombeo.
El siguiente esquema permite tener una visión de conjunto de la instalación:
3.1. Funcionamiento de grupos de bombeo AGS
El líquido portador circula a través de la bomba de circulación integrada en la estación de bombeo. La estación de bombeo
está diseñada para funcionar junto con un sistema de regulación, bien incorporado en el propio grupo o externo.
Los grupos de bombeo pueden ser de 1 o de 2 líneas y las características generales son:
• Llaves esféricas con termómetro integrado y antiretorno.
• Conjunto de seguridad formado por manómetro, válvula de seguridad tardada a 6 bar, conexión para vaso de expansión.
• Llave de llenado y vaciado.
• Bomba de primario y medidor de caudal.
• Separador de aire en el caso del grupo de 2 líneas. Facilita eliminación del aire de la instalación a través del purgador de la parte superior de la instalación.
69
• En función del número de captadores y del tipo de conexión debe de respetarse un caudal máximo. El ajuste puede
realizarse de dos formas, de forma automática mediante la centralita de control o de forma manual a través del tornillo de ajuste de regulador de caudal y fijando la velocidad de la bomba.
3.2. Montaje
Debido al montaje del vaso de expansión resulta recomendable montar el grupo de bombeo a la derecha del acumulador solar, también se recomienda montar el soporte superior para pared a una altura de aproximadamente entre 1,6 y 1,7 metros.
Si se desea instalar el grupo de bombeo en la parte derecha junto al acumulador solar, la distancia entre el grupo de bombeo y
el acumulador deberá de ser de aproximadamente 0,3 – 0,6 metros debido a la longitud del cable de la sonda del acumulador.
Una vez tenidas en cuenta la distancias, se pasará a montar el soporte mural, el grupo de bombeo, el grupo de seguridad, el
vaso de expansión y la llave de paso FE (dispositivo para el llenado y el vaciado del equipo solar).
3.3. Lavado y llenado de las tuberías
Antes de la puesta en marcha es necesario limpiar las tuberías con agua o con líquido caloportador a fin de eliminar los posibles restos de suciedad.
• Acoplar la tubería de relleno a la llave de paso del grupo de seguridad o a la llave de paso del limitador de caudal y abrir.
• Abrir las válvulas antirretorno de la ida y el retorno, abriendo las válvulas esféricas con termómetro integrado.
70
• Abrir el limitador de caudal en el tornillo frontal.
• Lavar las tuberías con líquido caloportador (con bombas manuales, eléctricas….).
• Cerrar las llaves anteriormente abiertas.
Una vez realizada la limpieza de la instalación se procederá al llenado de la instalación a una presión de servicio de 1.5-2 bar.
El llenado se realizará con una bomba manual o eléctrica a través de la llave específica del grupo de seguridad. El procedimiento es:
• Poner las llaves esféricas a 45º, abrir todos los dispositivos de cierre y abrir el limitador de caudal.
• Llenar lentamente para que no se formen burbujas hasta la presión indicada.
• Una vez realizado el llenado, poner los grifos esféricos de tal forma que se encuentren operativos.
3.4. Comprobación y ajuste del caudal
Para que la transferencia de calor sea la adecuada tenemos que tener en cuenta el caudal de líquido caloportador que pasa
a través del sistema solar. El ajuste del caudal se realiza con la instalación en estado frío, es decir a 30º-40º, y puede realizarse de forma automática a través del aparato de regulación o de forma manual a través del regulador integrado. Si es de
forma manual el procedimiento a seguir es:
• Colocar los grifos esféricos a 0º de tal forma que estén operativos los grifos esféricos.
• Abrir completamente el limitador de caudal y seleccionar el modo manual de la bomba.
• Con la tuerca de ajuste próxima al limitador realizar el ajuste de tal forma que en la menor velocidad de la bomba se
alcance el caudal necesario.
71
El sistema de control
Una correcta regulación de la instalación implica obtener un rendimiento óptimo y evitar situaciones adversas que afectarían
al funcionamiento normal de la instalación.
Hay dos parámetros a tener en cuenta de cara a la correcta regulación que determinan el funcionamiento de la bomba de primario:
• Temperatura media del captador.
• Caudal del fluido que circula por el captador.
Si la diferencia entre la temperatura media del captador y la temperatura ambiente es muy grande, el rendimiento del captador y por lo tanto de la instalación disminuirá. Es conveniente por lo tanto tener en cuenta que, la temperatura de salida de
los captadores debe ser lo más cercana posible a la de consumo y la temperatura de retorno hacia el sistema de captadores
lo más baja posible, así aumentamos el rendimiento de la transmisión de calor.
El CTE dispone que el funcionamiento de las bombas se regula mediante un control de tipo diferencial. Este sistema actúa
mediante la comparativa de temperaturas medidas en salida del sistema de captadores y en la parte baja del depósito de acumulación, es decir entre el punto teórico más caliente y el más frío de la instalación.
Bomba off: Si la diferencia de temperaturas es menor de 2 °C.
Bomba on: Si la diferencia de temperaturas es mayor de 7 °C.
INSTALACIÓN TIPO INDIVIDUAL
La medición de la temperatura se realiza mediante sondas. Estas sondas poseen un valor de resistencia que varía de forma
directa con la temperatura (a medida que aumenta la temperatura aumenta la resistencia). La medición puede realizarse con
sondas inmersas en el fluido (es el dato más fiable) y con sondas de contacto ubicadas en la tubería.
73
1. Centralitas de Regulación
Las centralitas de una instalación de energía solar se encargan de controlar y supervisar el correcto funcionamiento de la instalación de cara a obtener un óptimo rendimiento de la instalación.
Junkers cuenta con una gama de centralitas por control diferencial que gestionan las instalaciones más comunes. El control
se realiza mediante el registro de temperaturas con sondas NTC de inmersión.
CONTROLADOR
TDS 050 / TDS 050R
TDS 100
TDS 300
1
1
3
Entradas
2 sondas NTC
3 sondas NTC
8 sondas NTC
1 para caudalímetro
Salidas
1 230V/50Hz
1 triac (velocidad variable)
2 triac
3 230V/50Hz
1 interface PC
Ajuste diferencial
de temperatura
–
Velocidad de la bomba
–
Antihielo electrónico
–
Características generales
Modelo TDS 050R
incluye v3v DWU20
Controlador por diferencial
de temperatura
27 circuitos pre-configurados
Modo vacaciones reduce
el estancamiento
Dimensiones
134 x 137 x 30 mm
190 x 170 x 50 mm
190 x 170 x 50 mm
Aplicaciones
Modelo TDS 50: Se trata una centralita de control diferencial que consta de dos sondas de temperaturas y una salida para
dar orden a una bomba o válvula de 3 vías, ya que las aplicaciones más comunes serán la regulación de instalación de a.c.s
o el control diferencial del retorno de un circuito de calefacción por suelo radiante. Los parámetros configurables son el salto térmico de arranque y la temperatura máxima de almacenamiento.
1. Sonda de temperatura en el acumulador
(sonda de temperatura del captador)
1. Captador solar
3. Acumulador solar
2. Regulador
2. Estación solar
4. Regulador
3. Sonda de temperatura en el retorno de la
calefacción (sonda de temperatura del acumulador)
4. Válvula de 3 vías
74
Conexionado:
1. Fusible 1,6 AT
2. Sonda de temperatura T2
3. Sonda de temperatura T1
4. Bomba (máx. 1,1 A)
Modelo TDS 100: Centralita para montaje en pared de forma independiente o bien ensamblada en el grupo de bombeo modelo AGS 5, para controlar instalaciones convencionales. Se trata de una centralita que cuenta con tres sondas de temperatura y salida de bomba/válvula de 3 vías con velocidad variable lo que permite una regulación optimizada de la instalación a
través de la radiación solar captada por las sondas. Entre los ajustes a realizar destacar la definición del rango de trabajo a
través de los saltos térmicos de arranque y parada de las bombas, los máximos y mínimos en captación y acumulación, así
como un sistema antiheladas y la posibilidad de trabajar mediante revoluciones de la bomba ajustando la zona de modulación
de la misma.
Diferencia de
temperatura de conexión
Si la diferencia ajustada se
alcanza la bomba se pone
en marcha
7-20 K (8K)
Temperatura max.
acumulador
Temperatura ajustable
acumulador
20-90ºC(60ºC)
Regulación nº de
revoluciones Zona
modulación bomba
Intenta mantener el salto
térmico cercano a la
temperatura de conexión
Ajuste velocidad mínima de
bomba
On/Off(Off)
30-100(50%)
Temperatura máx/min
captador
Si se alcanza la Tª máx o no
se llega a la mínima la
bomba se desconecta
On/Off (Off)
Función Antiheladas
Circulación del fluido si la
temperatura desciende por
debajo de 5ºC y desconecta
si se alcanzan los 7ºC
On/Off (Off)
Info
Muestra la versión del
programa
Modo manual
on (activado)
Controla la bomba durante
un max de 12h. Pasado este
tiempo el regulador cambia
a modo auto
Modo manual off
(desactivado)
La bomba se desactiva y el
líquido no circula
–
Modo manual Auto
La bomba arranca o para en
función del ajuste realizado
–
Reset
Todas las funciones se
restauran,excepto las horas
de servicio
75
Conexionado:
1. Fusible 1,6 AT
2. Sonda de temperatura T3 para la indicación de temperatura de la parte central/superior del acumulador
(accesorio no suministrado con el regulador)
3. Sonda de temperatura T2 para la indicación de temperatura y valor de regulación en la parte inferior del
acumulador
4. Sonda de temperatura T1 para la indicación de temperatura y valor de regulación del captador solar
5. Bomba (máx. 1,1 A)
Modelo TDS 300: Centralita capaz de controlar las instalaciones más comunes entre las que cuentan el control de varias aplicaciones. Para ello consta de ocho sondas de temperatura y cinco salidas para el control de bombas/válvulas de vías, dos de
ellas son salidas triac para trabajar con velocidad variables, además cuenta con la posibilidad de conectar a un PC para hacer un registro de datos y control de la instalación. De cara a una configuración y ajuste sencillo la centralita cuenta con 27
esquemas pre-configurados.
Conexionado a.c.s + piscina
R1
Bomba SP circuito solar
R2
Bomba PD intercambiador
R3
Válvula DWUD protección anticongelación
(opcional)
R4
Válvula DWUC selección de acumulador 1
R5
Válvula DWU3 selección de acumulador 2
S1
Sonda de temperatura (T1) captador
S2
Sonda de temperatura (T2) acumulador solar abajo
S3
Sonda de temperatura (TC) acumulador C abajo
S4
Sonda de temperatura acumulador solar arriba
(opcional)
S5
Sonda de temperatura piscina
S6
Sonda de temperatura (TD) intercambiador externo
S7
Sonda de temperatura contador calorimétrico WMZ
ida (opcional)
S8
retorno (opcional)
WMZ Contador calorimétrico (opcional)
76
Conexionado a.c.s + piscina + suelo radiante
R1
Bomba SP circuito solar
R2
Bomba PD intercambiador
R3
Válvula DWUD protección anticongelación (opcional)
R4
Válvula DWUC selección de acumulador 1
R5
Válvula DWU3 selección de acumulador 2
S1
Sonda de temperatura (T1) captador
S2
Sonda de temperatura (T2) acumulador solar abajo
S3
Sonda de temperatura (TC) acumulador C abajo
S4
Sonda de temperatura acumulador solar arriba
(opcional)
S5
Sonda de temperatura piscina
S6
Sonda de temperatura (TD) intercambiador externo
S7
ida (opcional)
S8
retorno (opcional)
WMZ Contador calorimétrico (opcional)
77
El sistema de energía auxiliar
Es imprescindible disponer de un sistema de energía auxiliar ya que el sol no puede cubrir completamente la demanda energética que se produce a lo largo del año. El objetivo es que el sistema sólo entre en funcionamiento cuando sea de suma necesidad y que por lo tanto siempre sea prioritaria la aportación solar.
Para su diseño hay que tener en cuenta las siguientes consideraciones:
• En el circuito primario se prohibe el sistema de apoyo convencional.
• Los sistemas de apoyo sólo entrarán en funcionamiento cuando sea estrictamente necesario.
• En aquellos casos en los que el aparato sea una fuente instantánea, el equipo de apoyo será modulante capaz de ajustar la temperatura de salida en función de la temperatura de entrada.
Se introduce un nuevo concepto de energía auxiliar mediante la incorporación de calderas de condensación, con este tipo de
aparatos la eficiencia energética está asegurada. La tipología de energía auxiliar depende en gran medida del confort que se
requiera en la vivienda. Se puede clasificar en 3 grupos:
Aparatos modulantes hidráulicamente: Es decir aquellos en los que la modulación del consumo de gas no la realizan
por temperatura sino por caudal. Son aparatos compatibles con sistemas de energía solar y están pensados para trabajar en serie junto con un kit solar que adecua el correcto funcionamiento de la instalación. En general estamos hablando de aparatos de producción de a.c.s.
Aparatos modulantes termostáticamente: Son todos aquellos aparatos que ajustan el consumo por la comparativa de
la temperatura de entrada con respecto a la de consigna. Son aparatos que trabajan directamente con el agua proveniente de una instalación solar. En este caso los aparatos más comunes son de producción mixta de a.c.s y calefacción.
Aparatos de acumulación: Son aparatos que están pensados para trabajar en serie con un sistema solar. No necesitan
de ninguna adaptación para hacerlos compatibles con un sistema de este tipo, ya que la forma de trabajar sería como
tener en la instalación dos acumuladores en serie.
Características Kit Solar
Kit hidráulico preparado para colocarlo en serie con una instalación de a.c.s proveniente de un sistema solar. El kit es compatible con cualquier aparato de Junkers, ya sea un calentador o una caldera.
Está formado por dos válvulas termostáticas taradas a 45ºC, la primera desviadora y la segunda mezcladora de tal forma que
amortigua los picos de temperatura y aumenta el confort del usuario, ya que garantiza el suministro de a.c.s a dicha temperatura. El kit provoca que el calentador/caldera funcione sólo cuando sea estrictamente necesario, lo cual implica un ahorro
significativo de gas.
Descripción de funcionamiento:
Temperatura igual o superior a 45ºC: Si a la salida del sistema solar la temperatura es igual o superior a 45ºC, el kit
suministra directamente el a.c.s a los puntos de consumos, por lo que el sistema de apoyo no llega a arrancar.
Temperatura inferior a 45ºC: Si a la salida del sistema solar la temperatura es inferior a 45ºC, la válvula desviadora del
kit solar provocará que el a.c.s entre al sistema de energía auxiliar para elevar la temperatura, a la salida del aparato
estará la válvula mezcladora que limitará la temperatura de distribución a 45ºC.
79
Aparatos de producción de a.c.s instantánea
Se trata de calentadores, pensados para zonas o viviendas en las que las necesidades de calefacción o no son necesarias o
se cubren mediante otros sistemas. La tipología de estos aparatos es bastante amplia ya que un calentador se define por su
modulación, por su encendido y por su tipo de evacuación, la otra característica que lo completa es que sea compatible con
instalaciones de energía solar.
Minimaxx WRD
Aparatos de producción de a.c.s
mediante modulación hidráulica,
con piloto y sin piloto y hasta 18
l/min de suministro, sistemas de
encendido por torrente de chispas,
por baterías y por turbina. Todos
los modelos son atmosféricos. Para
poder trabajar en serie con un sistema de energía solar es necesario
colocar el kit solar.
HydroPower-Plus, HydroBattery-Plus
y Minimaxx Excellence WTD
El modelo HydroPower-Plus
WTD es un aparato termostático especialmente diseñado para colocar en serie en
una instalación de energía
solar. Encendido automático,
tiro natural y también versión
Minimax Excellence de tiro
forzado. Tiene una temperatura de salida tarada de 35 a
60 °C. Si la temperatura de
entrada es igual o mayor a la
temperatura de tarado el
aparato no enciende.
Ahora, también en versión con
batería HydroBattery-Plus
80
Celsius WT y WTD
Aparato de producción de
a.c.s de 14 y 17 l/min que
realiza modulación termostática, encendido electrónico y
seguridad de llama por ionización, estanco por lo que
garantiza la evacuación incluso en lugares con ventilación limitada. La modulación
es electrónica de cara a garantizar la máxima estabilidad en cuanto al suministro
de temperatura.
También en versión de 24 l/min
Celsius Next y de condensación de 27 l/min Celsius Pur.
Aparatos de producción mixta a.c.s y calefacción:
Calderas de Condensación: A diferencia de las calderas convencionales que permiten que los humos de evacuación puedan
salir libremente a la atmósfera cargados de calor y emisiones de gases contaminantes, las calderas de condensación utilizan
este calor para su aprovechamiento transmitiéndolo al circuito de agua caliente sanitaria o calefacción. Esto no sólo aumenta la eficiencia de la caldera, sino que reduce las emisiones de gases contaminantes.
Una caldera de condensación de alta eficiencia energética es una excelente inversión a la hora de elegir un nuevo sistema de
calefacción a baja temperatura y agua caliente sanitaria, estas calderas son idóneas para complementar a una instalación de
energía solar ya que la combinación genera un alto ahorro de energía.
Cerapur Acu
El modelo CerapurAcu está disponible en una versión de 24
kW para calefacción y 28 kW
para agua caliente. Permite
abastecer varios puntos de
consumo simultáneamente.
Lo más innovador está en la
producción de a.c.s ya que estos modelos incluyen un nuevo
concepto de acumulación dinámica con tres acumuladores integrados de 42 litros en total.
Una vez agotado los acumula-
Cerastar
La caldera Cerastar es un
modelo de bajas emisiones
de NOx que mantiene las características principales de
los modelos Cerastar, es decir microacumulación con intercambiador de 30kW y sistema Quick Tap.
Son aparatos compatibles
con energía solar mediante
la configuración electrónica
de la misma.
dores y hasta recuperar la temperatura en ellos la caldera es
capaz de suministrar un caudal
constante de 16 l/min, lo que
nos permite abastecer varios
puntos de consumo simultáneamente.
La compatibilidad con energía
solar permite tener una disponibilidad de a.c.s bastante elevada gracias al confort que se
generara debido a la doble acumulación.
Cerapur
Aparatos de producción mixta de potencias desde 25 a
42kW. Existen 3 modelos,
Cerapur, Cerapur Comfort y
Cerapur Excellence, todos
los modelos tienen sistema
Quick Tap es decir preaviso
de demanda de a.c.s, y los
modelos Comfort y Excellence cuentan con microacumulación, lo que permite tener
un alto confort incluso en la
simultaneidad de varios puntos de consumo. Son aparatos compatibles con energía
solar mediante la configuración electrónica de la misma.
81
Calderas Convencionales:
Aunque
calderas
de condensación se perfilen como los aparatos más óptimos de cara a ajustar
Aparatos
de producción
mixtalas
a.c.s
y calefacción:
el consumo frente a la demanda producida, las calderas convencionales siguen siendo una alternativa de energía auxiliar a cualquier tipo de instalación. Todos los modelos son compatibles con este tipo de instalaciones.
Euroline
Ceraclass Midi
Existen dos modelos, Ceraclass
Midi con potencia de 24kW.
Cuenta con sistema Quick Tap.
Caldera destinada al mercado
de la construcción.
La potencias de a.c.s llegan
hasta 30kW y son modulantes
tanto en a.c.s como en calefacción.
Son calderas que admiten agua
precalentada y para que trabajen correctamente es necesario realizar la configuración
electrónica.
Para trabajar con agua preca
lentada es necesario quitar el
puente destinado a tal fin.
Ceraclass Excellence
Modelo modulante electrónicamente y con independencia de potencia para a.c.s y
calefacción.
Los modelos van desde
24/28KW hasta los 35/35kW,
este último modelo es capaz
de suministrar un caudal de
aproximadamente 18l/min.
Son aparatos compatibles
con energía solar mediante la
configuración electrónica de
la misma.
Ceraline Acu/Ceraclass Acu Comfort
Son 2 modelos de caldera
convencional con depósito
de acumulación incorporado de 50 l salvo el modelo Ceraclass Acu Comfort que cuenta con 42 l de
acumulación dinámica.
Al igual que los modelos de
condensación la compatibilidad con instalaciones
de energía solar es totalmente directa ya que el depósito de la caldera está
conectado en serie con el
de energía solar.
Los modelos son:
Ceraclass Acu Comfort
ZWSE 28-6 MFK (atmosférico) y ZWSE 28-6 MFA y
ZWSE 35- 6 MFA (aparatos
estancos) Ceraline Acu
ZWSE 28-5 con cámara estanca y cámara abierta.
82
Aparatos de producción mixta a.c.s y calefacción:
Aparatos de acumulación: En este caso estamos hablando de acumuladores de agua a gas y termos eléctricos, los primeros
trabajando con energía convencional y en los segundos el calentamiento se produce mediante resistencia eléctrica. La conexión entre la instalación de solar y el sistema de energía auxiliar es directa.
Acumuladores a gas
Aparatos destinados tanto al
uso doméstico como al industrial. En cuanto al consumo es
similar al de un calentador, la
ventaja que ofrece es la disponibilidad de a.c.s ya que los volúmenes de acumulación son:
120, 160, 190, 290 l y cuenta
con tiempos de recuperación
reducidos con respecto al volumen a calentar.
Termos eléctricos
Aparatos de a.c.s acumulada
con volúmenes de acumulación
de 15, 150 y 200 l, en los modelos HS, y desde 35 hasta
100 en los modelos Elacell y
Elacell Smart.
Estos últimos cuentan con una
resistencia envainada que reduce los tiempos de calentamiento.
1. Instalaciones tipo
Después de definir de forma individual los elementos de los que consta una instalación de energía solar, el esquema de instalación permite unificar dichos elementos y entender el funcionamiento hidráulico previamente diseñado.
Los Tipos de Instalación se pueden englobar en función de la tipología del edificio en 3 bloques:
1. Instalaciones individuales: Llamando instalaciones individuales a aquellas que hay que definir para viviendas unifamiliares.
2. Instalaciones Colectivas: Son aquellas que se proyectan para dar cobertura a un edificio colectivo de viviendas.
3. Instalaciones Sector Terciario: Todas aquellas instalaciones que no son consideradas de uso residencial.
Partiendo de los 3 bloques y en función de que la aplicación sea para a.c.s, suelo radiante o piscina en cada uno ellos existirá una variante de instalación.
1.1. Instalaciones Individuales
Sistema Termosifón
Es el sistema de instalación más sencillo para una vivienda unifamiliar. Las condiciones climatológicas externas condicionan
su correcto funcionamiento, ya que como se mencionó anteriormente el calentamiento del fluido se produce por circulación
natural.
Se trata de un equipo compacto indirecto para la producción de a.c.s cuyo sistema de apoyo se coloca en serie y puede tratarse por ejemplo, de una caldera o calentador.
Si el aparato de energía auxiliar no realiza modulación termostática, es necesario de cara a controlar que el calentador arranque sólo cuando sea realmente necesario, incorporar a la entrada del calentador el Kit Solar que protege y a su vez asegura
una temperatura de suministro de 45ºC en el punto de consumo.
Debido a que se darán situaciones en las que el sistema de energía auxiliar no entrará en funcionamiento y que no existe control de la temperatura en el termosifón, en aquellos casos en los que la instalación no requiera de Kit Solar, habría que colocar una válvula termostática antes de los puntos que limite la temperatura.
83
Sistema termosifón con apoyo de calentador hidráulico + kit Solar
Sistema forzado para producir a.c.s
En aquellos casos en los que un sistema termosifón no sea viable, la instalación tendrá que ser forzada mediante dos circuitos independientes, un primario con fluido caloportador que será el formado por el campo de captadores y el serpentín del
sistema de acumulación y un secundario o de distribución de a.c.s a consumo.
El control de la instalación de a.c.s es sencillo, se realiza mediante centralita de control diferencial con ubicación de sondas
en la parte superior del último captador y en la parte inferior del acumulador, en los alojamientos destinados a tal fin. Con el
control diferencial ajustado, se comanda el arranque y la parada de la bomba de primario.
La salida de a.c.s del depósito se conectará con la entrada convencional de agua fría de la caldera que en ese caso se convertirá en agua precalentada.
La caldera deberá ser mixta, de tal forma que en a.c.s sea capaz de medir la temperatura a la entrada, compararla con la del
mando y modular para aportar la cantidad de energía que sea estrictamente necesaria. Si por el contrario la temperatura que
viene del sistema solar está por encima de la demandada por el usuario la caldera no encenderá.
El sistema de calefacción en este caso se realizará de forma convencional por radiadores sin aporte de energía por parte de
la instalación de energía solar.
Sistema individual forzado para producir a.c.s y calefacción por energía convencional
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Sistema forzado con doble campo de captación para producir a.c.s
Existen situaciones en las que por la configuración del edificio o por cuestiones de rendimiento, el campo de paneles de la
instalación tiene distinta orientación.
En este caso y porque necesariamente se crean dos circuitos uno para cada campo de captación, en el circuito de primario
habrá dos grupos de bombeo de una sola línea.
El sistema de acumulación será calentado por el campo de captación que reciba más energía ya que a la salida del campo hay
una sonda que junto con la del depósito de acumulación gestiona el arranque y la parada de cada circuito.
El circuito de distribución será igual que el del esquema anterior, con un aparato de energía auxiliar y un sistema de mezcla
antes de los puntos de consumo.
Sistema individual forzado para producir a.c.s y calefacción por energía convencional
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Sistema forzado para producir a.c.s y climatización de piscina
Instalación para dos aplicaciones y un único circuito de primario, considerando que la prioridad la marca el depósito de a.c.s.
El circuito de primario cuenta con una válvula de tres vías motorizada que conmutará cuando el depósito alcance la temperatura de almacenamiento que se había fijado inicialmente.
En condiciones normales el circuito de primario mantendrá la válvula en reposo y cederá el calor al serpentín del interacumulador. Cuando exista una demanda, el a.c.s del depósito pasará directamente al consumo si la temperatura proveniente del
depósito está por encima de la demandada por el usuario y en el caso de estar por debajo arrancará la caldera para aportar
el resto de energía.
Una vez que se alcanza la temperatura fijada en el depósito la válvula recibe tensión a través del sistema de control y la válvula conmuta produciéndose cesión de calor al circuito de piscina a través del intercambiador placas externo. Entre el intercambiador de placas y la piscina se incorporará una bomba que permita superar la pérdida de carga que se pueda producir
en ese parte del circuito y cuyo arranque vendrá condicionado por el salto térmico creado entre la temperatura de entrada al
intercambiador y de la parte superior de la piscina.
Como sistema de protección, se colocará una válvula temostática que limite la temperatura antes de los puntos de consumo.
Sistema individual forzado para producir a.c.s y calentamiento de piscina
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Sistema forzado para producir a.c.s y suelo radiante
Instalación similar a la del circuito anterior, en el que la prioridad sigue siendo para el depósito de a.c.s y la válvula de tres
vías motorizada conmutará cuando deje de existir esa prioridad.
En este caso la demanda la realiza el circuito de suelo radiante y la bomba de primario funcionará siempre que se de el salto térmico necesario entre el depósito solar de suelo radiante y la salida del campo de captación. El sistema de apoyo a través de la caldera es imprescindible ya que en los meses de invierno los captadores no son capaces de generar suficiente energía como para almacenar agua a 40ºC - 45ºC.
Durante el funcionamiento, el retorno del suelo radiante es muy importante, ya que dependiendo de si el retorno está más caliente que el volumen del depósito de solar, la válvula de tres vías motorizada que está en reposo permitirá la entrada de esa
agua caliente a la caldera, si por el contrario el retorno está más frío que el depósito. La válvula conmuta para aprovechar esa
agua y que se genere menos gasto de energía convencional.
Las calderas que pueden trabajar directamente con un circuito de suelo radiante son calderas de baja temperatura como lo
son las calderas de condensación, de no ser así cualquier caldera convencional que trabaja a alta temperatura necesitará una
válvula termostática previa a la entrada del suelo que limite la temperatura a la entrada.
Sistema forzado para producir a.c.s y suelo radiante
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Sistema forzado para producir a.c.s, suelo radiante y climatización de piscina
Se trata de la instalación individual más completa que sería diseñada para dar cobertura a los 3 usos de una instalación doméstica.
En este caso la distribución de calor a los distintos circuitos se realizará mediante válvulas de tres vías colocadas en el circuito de primario.
La primera válvula de 3 vías motorizada V1 conmutará si la centralita de control detecta que la temperatura del depósito ya se
ha alcanzado. En ese caso se produce la distribución de calor a alguno de los otros dos circuitos bien al de suelo radiante o
bien al de piscina ya que la válvula del suelo radiante V2 en estado de reposo distribuye calor al serpentín y con tensión al circuito de piscina.
En el caso del suelo radiante se hace imprescindible contar con un sistema de acumulación que almacene la energía que se
necesita para impulsar al circuito de calefacción. Como ocurre en a.c.s, si la temperatura del depósito no es suficiente la caldera aporta el resto de energía que sea necesaria, siendo limitada la temperatura de entrada al suelo radiante a través de una
válvula termostática.
La válvula V3 se controla de forma independiente de tal forma que por la comparativa de temperaturas entre el retorno del
suelo radiante y la temperatura de almacenamiento del depósito de solar la vávula estará en reposo o conmutará de cara a
aprovechar la energía del fluido que este más caliente.
Sistema forzado para producir a.c.s, suelo radiante y piscina
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1.2. Instalaciones Colectivas
Acumulación Centralizada y apoyo individual
Sistema de acumulación centralizada para producir a.c.s en un edificio colectivo de viviendas.
El sistema consta de un circuito de primario formado por el campo de captadores que será instalado en la cubierta del edificio y el sistema de intercambio, que debido al volumen de acumulación será externo mediante intercambiador de placas.
Entre el intercambiador de placas y el depósito de acumulación se genera un nuevo circuito hidráulico que tendrá que incorporar una bomba de impulsión para poder aprovechar el calor proveniente del circuito de primario y cuyo funcionamiento será
simultáneo al de la bomba del circuito de primario.
La salida de a.c.s del depósito centralizado se distribuye a cada una de las viviendas de las que consta el edificio, y en cada
una de las viviendas se coloca una caldera preparada para trabajar con agua precalentada.
Para que el circuito de distribución esté equilibrado habría que realizar retorno invertido o en su defecto colocar válvulas de equilibrado. Y para realizar el control de consumos se coloca un contador de energía a la entrada de cada una de las viviendas.
Sistema de acumulación centralizada y apoyo individual por vivienda
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Acumulación Centralizada e intercambiador de placas por vivienda
Se trata de una variante del esquema anterior, la parte del circuito de primario con intercambiador de placas externo y depósito centralizado se mantiene.
La diferencia viene porque en el circuito de secundario se coloca un intercambiador de placas por vivienda, cuyo objetivo es
que no se consuma directamente el a.c.s del volumen del depósito de primario.
La pérdida de carga en el circuito se incrementa y se complica el diseño del intercambiador de placas de secundario ya que
la temperatura proveniente del acumulador centralizado es muy variable por lo que no se asegura un alto rendimiento a la salida del intercambuador de placas de secundario que en este caso sería la temperatura de entrada a la caldera.
Sistema de acumulación centralizada e intercambiador de placas por vivienda
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Acumulación distribuida y apoyo individual
Es el sistema de energía solar más sencillo y simplificado.
El volumen demandado por el edificio será distribuido en depósitos individuales en función del número de personas que se
estime en cada vivienda.
El sistema se compone de un único circuito de primario, formado por el campo de captadores y los serpentines de cada uno
de los acumuladores que se colocaran en las viviendas. El control de este circuito es sencillo, sólo consta de dos sondas de
temperatura, ubicadas en la impulsión y retorno de circuito de captadores y una señal a la bomba del primario.
En la parte de distribución el control de la temperatura de los acumuladores se realizada mediante termostatos diferenciales,
de tal forma que midiendo la temperatura de impulsión y la de almacenamiento se genera un salto térmico que generará una
tensión en la válvula de tres vías ubicada antes de los serpentines de los acumuladores, y que actuará siempre que se detecte que se ha alcanzado la temperatura del depósito, enviando en ese caso el fluido al retorno.
Sistema de acumulación distribuida y apoyo individual por vivienda
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1.3. Instalaciones Sector terciario
Un sistema que almacena y aporta calor de forma central puede darse en un edificio de viviendas y cualquier instalación destinada al sector terciario. En este caso lo que es realmente necesario es el espacio.
El circuito de primario y el de almacemamiento no difiere de cualquier otro sistema central ya que consta de dos circuitos separados por un intercambiador de placas y con dos bombas que trabajan simultáneamente. A la salida del depósito de solar
y en serie se coloca un segundo depósito, de menor volumen que será un depósito de inercia, este recibirá el apoyo de una
caldera central de cara a cubrir la demanda.
El circuito de distribución partirá del depósito de inercia que será calentado indirectamente con la contribución solar del depósito de solar y directamente con la energía auxiliar.
En el caso de tratarse del circuito de un edificio colectivo de viviendas será necesario colocar contadores para conocer el consumo individual.
Sector terciario
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Glosario de términos
Parámetros ambientales
Radiación solar: Energía procedente del Sol en forma de ondas electromagnéticas.
Radiación solar directa: Radiación solar incidente sobre un plano dado, procedente de un pequeño ángulo sólido centrado
en el disco solar.
Radiación solar hemisférica: Radiación solar incidente en una superficie plana dada, recibida desde un ángulo sólido de 2B
sr (del hemisferio situado por encima de la superficie). Hay que especificar la inclinación y azimut de la superficie receptora.
Radiación solar difusa: Radiación solar hemisférica menos la radiación solar directa.
Radiación solar global: Radiación solar hemisférica recibida en un plano horizontal.
Irradiancia solar: Potencia radiante incidente por unidad de superficie sobre un plano dado. Se expresa en W/m2.
Irradiancia solar directa: Cociente entre el flujo radiante recibido en una superficie plana dada, procedente de un pequeño
ángulo sólido centrado en el disco solar, y el área de dicha superficie. Si el plano es perpendicular al eje del ángulo sólido,
la irradiancia solar recibida se llama directa normal. Se expresa en W/m2.
Irradiancia solar difusa: Irradiancia de la radiación solar difusa sobre una superficie receptora plana. Hay que especificar la
inclinación y el azimut de la superficie receptora.
Irradiancia solar reflejada: La radiación por unidad de tiempo y unidad de área que, procedente de la reflexión de la radiación solar en el suelo y otros objetos, incide sobre una superficie.
Irradiación: Energía incidente por unidad de superficie sobre un plano dado, obtenida por integración de la irradiancia durante un intervalo de tiempo dado, normalmente una hora o un día. Se expresa en MJ/m2 o kWh/m2.
Aire ambiente: Aire (tanto interior como exterior) que envuelve a un acumulador de energía térmica, a un captador solar o a
cualquier objeto que se esté considerando.
Instalación
Instalaciones abiertas: Instalaciones en las que el circuito primario está comunicado de forma permanente con la atmósfera.
Instalaciones cerradas: Instalaciones en las que el circuito primario no tiene comunicación directa con la atmósfera.
Instalaciones de sistema directo: Instalaciones en las que el fluido de trabajo es el propio agua de consumo que pasa por
los captadores.
Instalaciones de sistema indirecto: Instalaciones en las que el fluido de trabajo se mantiene en un circuito separado, sin posibilidad de comunicarse con el circuito de consumo.
Instalaciones por termosifón: Instalaciones en las que el fluido de trabajo circula por convección libre.
Instalación con circulación forzada: Instalación equipada con dispositivos que provocan la circulación forzada del fluido de
trabajo.
Circuito primario: Circuito del que forman parte los captadores y las tuberías que los unen, en el cual el fluido recoge la energía solar y la transmite.
Circuito secundario: Circuito en el que se recoge la energía transferida del circuito primario para ser distribuida a los puntos
de consumo.
Circuito de consumo: Circuito por el que circula agua de consumo.
Sistema solar prefabricado: Sistema de energía solar para los fines de preparación sólo de agua caliente, ya sea como un sistema compacto o como un sistema partido. Consiste bien en un sistema integrado o bien un conjunto y configuración uniformes de componentes. Se produce bajo condiciones que se presumen uniformes y ofrecidas a la venta bajo un solo nombre
comercial. Un solo sistema puede ser ensayado como un todo en un laboratorio, dando lugar a resultados que representan
sistemas con la misma marca comercial, configuración, componentes y dimensiones. Sistemas de energía auxiliar conectados
en serie con el sistema solar prefabricado no se consideran partes del mismo.
Sistema compacto: Equipo solar prefabricado cuyos elementos se encuentran montados en una sola unidad, aunque físicamente pueden estar diferenciados.
Sistema partido: Equipo solar prefabricado cuyos elementos principales (captación y acumulación) se pueden encontrar a una
distancia física relevante.
Sistema integrado: Equipo solar prefabricado cuyos elementos principales (captación y acumulación) constituyen un único componente y no es posible diferenciarlos físicamente.
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Captadores
Captador solar térmico: Dispositivo diseñado para absorber la radiación solar y transmitir la energía térmica así producida a
un fluido de trabajo que circula por su interior.
Captador solar de líquido: Captador solar que utiliza un líquido como fluido de trabajo.
Captador solar de aire: Captador solar que utiliza aire como fluido de trabajo.
Captador solar plano: Captador solar sin concentración cuya superficie absorbedora es sensiblemente plana.
Captador sin cubierta: Captador solar sin cubierta sobre el absorbedor.
Captador de concentración: Captador solar que utiliza reflectores, lentes u otros elementos ópticos para redireccionar y concentrar sobre el absorbedor la radiación solar que atraviesala apertura.
Captador de vacío: Captador en el que se ha realizado el vacío en el espacio entre absorbedor y cubierta.
Captador de tubos de vacío: Captador de vacío que utiliza un tubo transparente (normalmente de cristal) donde se ha realizado el vacío entre la pared del tubo y el absorbedor.
Cubierta: Elemento o elementos transparentes (o translúcidos) que cubren el absorbedor para reducir las pérdidas de calor
y protegerlo de la intemperie.
Absorbedor: Componente de un captador solar cuya función es absorber la energía radiante y transferirla en forma de calor
a un fluido.
Placa absorbente: Absorbedor cuya superficie es sensiblemente plana.
Apertura: Superficie a través de la cual la radiación solar no concentrada es admitida en el captador.
Área de apertura: Es la máxima proyección plana de la superficie del captador transparente expuesta a la radiación solar incidente no concentrada.
Área total: Área máxima proyectada por el captador completo, excluyendo cualquier medio de soporte y acoplamiento de los
tubos expuesta.
Fluido de transferencia de calor o fluido de trabajo: Es el fluido encargado de recoger y transmitir la energía captada por el
absorbedor.
Carcasa: Es el componente del captador que conforma su superficie exterior, fija la cubierta, contiene y protege a los restantes componentes del captador y soporta los anclajes del mismo.
Materiales aislantes: Son aquellos materiales de bajo coeficiente de conductividad térmica cuyo empleo en el captador solar
tiene por objeto reducir las pérdidas de calor por la parte posterior y laterales.
Junta de cubierta: Es un elemento cuya función es asegurar la estanquidad de la unión cubierta-carcasa.
Temperatura de estancamiento del captador: Corresponde a la máxima temperatura del fluido que se obtiene cuando, sometido el captador a altos niveles de radiación y temperatura ambiente y siendo la velocidad del viento despreciable, no existe circulación en el captador y se alcanzan condiciones cuasi-estacionarias.
Componentes
Intercambiador de calor: Dispositivo en el que se produce la transferencia de energía del circuito primario al circuito secundario.
Acumulador solar o depósito solar: Depósito en el que se acumula el agua calentada por energía solar.
Depósito de expansión: Dispositivo que permite absorber las variaciones de volumen y presión en un circuito cerrado producidas por las variaciones de temperatura del fluido circulante. Puede ser abierto o cerrado, según esté o no en comunicación con la atmósfera.
Bomba de circulación: Dispositivo electromecánico que produce la circulación forzada del fluido a través de un circuito.
Purgador de aire: Dispositivo que permite la salida del aire acumulado en el circuito. Puede ser manual o automático.
Válvula de seguridad: Dispositivo que limita la presión máxima del circuito.
Válvula anti-retorno: Dispositivo que evita el paso de fluido en un sentido.
Controlador diferencial de temperaturas: Dispositivo electrónico que comanda distintos elementos eléctricos de la instalación (bombas, electroválvulas, etc.) en función, principalmente, de las temperaturas en distintos puntos de dicha instalación.
Termostato de seguridad: Dispositivo utilizado para detectar la temperatura máxima admisible del fluido de trabajo en el algún punto de la instalación.
Controlador anti-hielo: Dispositivo que impide la congelación del fluido de trabajo.
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Guía sistemas de energía solar Junkers

Transcripción

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