INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS
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INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS
INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS Predimensionado y Dimensionado GRUPO FORMADORES ANDALUCÍA INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA Para el diseño de la instalación se seguirán los siguientes puntos, los cuales deberán ir recogidos y justificados en la Memoria del Proyecto: Predimensionado: - Datos de Partida. - Esquema de Principio de la Instalación. - Cálculo de la carga de consumo. - Cálculo de la energía disponible. - Determinación de la superficie de captadores y del volumen de acumulación. INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS Dimensionado: - Selección de la configuración básica. - Selección del fluido de trabajo. - Diseño del sistema de captación. - Diseño del sistema de acumulación. - Dimensionado del sistema de intercambio. - Diseño del circuito hidráulico. - Diseño del sistema de energía auxiliar. - Diseño del sistema eléctrico y de control. - Características técnicas de los componentes. - Materiales y protecciones. - Diseño de la estructura soporte. - Recepción y pruebas funcionales de la instalación. - Mantenimiento de las instalaciones. INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 1. Datos de partida. 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda de referencia unitaria a 60ºC • Número de unidades de consumo (personas, usuarios,… • Demanda de referencia a 60ºC • Demanda a la temperatura elegida. 3. Contribución solar mínima 4. Demanda de energía térmica 5. Energía solar aportada (F-chart) 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación 7. Dimensionado del sistema de intercambio 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras 10.Balance energético anual INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 1. Datos de partida • • • • • • Bloque de 20 viviendas (10 viviendas de 3 dormitorios y 10 de 4 dormitorios) Tipo de combustible sistema auxiliar: gas natural. Temperatura del ACS: 45ºC Situación: SEVILLA. Latitud: 37ºN Temperaturas AFS localidad según meses: (Compañía suministradora o UNE 94002:2005) • Enero: 10ºC • Febrero: 11ºC • Marzo: 12ºC • Abril: 13ºC • Mayo: 14ºC • Junio: 15ºC • Julio: 16ºC • Agosto: 16ºC • Septiembre: 15ºC • Octubre: 13ºC • Noviembre: 11ºC • Diciembre: 10ºC INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 1. Datos de partida INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 1. Datos de partida. 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda de referencia unitaria a 60ºC • Número de unidades de consumo (personas, usuarios,… • Demanda de referencia a 60ºC • Demanda a la temperatura elegida. 3. Contribución solar mínima 4. Demanda de energía térmica 5. Energía solar aportada (F-chart) 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación 7. Dimensionado del sistema de intercambio 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras 10.Balance energético anual INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda de referencia a 60ºC (Tabla 3.1.) Viviendas multifamiliares: 22 litros/día·persona (60ºC) Criterio de demanda Litros ACS/día a 60º C Viviendas unifamiliares 30 por persona Viviendas multifamiliares 22 por persona Hospitales y clínicas 55 por cama Hotel **** 70 por cama Hotel *** 55 por cama Hotel/Hostal ** 40 por cama Camping 40 por emplazamiento Hostal/Pensión * 35 por cama Residencia (ancianos, estudiantes,… 55 por cama Vestuarios/Duchas colectivas 15 por servicio Escuelas 3 por alumno Cuarteles 20 por persona Fábricas y talleres 15 por persona Administrativos 3 por persona Gimnasios 20 a 25 por usuario Lavanderías 3 a 5 por kilo de ropa Restaurantes 5 a 10 por comida Cafeterías INSTALACIONES SOLARES TERMICAS 1 por almuerzo Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 2. Cálculo de la demanda de ACS • Número de unidades de consumo En este caso personas: Número de dormitorios: 10 x 3 + 10 x 4 = 70 dormitorios Simultaneidad según tabla apartado 3.1.1.4. (sólo viviendas) Más de 7 dormitorios » nº personas = nº dormitorios = 70 Nº de dormitorios 1 2 3 4 5 6 7 más de 7 Número de personas 1.5 3 4 6 7 8 9 nº dormitorios INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda de referencia a 60ºC nº personas = 70 22 litros/día·persona x 70 personas = Di(60ºC)=1540 litros/día (Valores constantes durante todos los meses del año) Demanda anual de ACS: D(60ºC) = 1540 l/d x 365 días » D(60ºC) = 562.100 litros INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda a la temperatura elegida (45ºC) 12 D(T ) = ∑ Di (T ) 1 ⎛ 60 − Ti ⎞ ⎟⎟ Di (T ) = Di (60°C )x⎜⎜ ⎝ T − Ti ⎠ donde: D(T) = demanda de ACS a la temperatura T Di(T)= demanda de ACS para el mes “i” a la temperatura T Di(60ºC)= demanda de ACS para el mes “I” a la temperatura de 60ºC T = temperatura del acumulador final. Ti = Temperatura media del AFS en el mes “I”. INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda a la temperatura elegida (45ºC) 60 − 10 (Enero ) Di = 22 ⋅ = 31.43 l / d ⋅ per 45 − 10 31.43 l / d ⋅ per x 70 per = 2200 l / d • Temperaturas AFS localidad según meses: • • • • • • • • • • • • Enero: Febrero: Marzo: Abril: Mayo: Junio: Julio: Agosto: Septiembre: Octubre: Noviembre: Diciembre: INSTALACIONES SOLARES TERMICAS 10ºC 11ºC 12ºC 13ºC 14ºC 15ºC 16ºC 16ºC 15ºC 13ºC 11ºC 10ºC Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda a la temperatura elegida (45ºC) MES Demanda diaria (l/d) Personas Demanda mensual Di (l/d) nº días mes Total (litros) Enero 31.43 70 2200.0 31 68200 Febrero 31.71 70 2219.4 28 62143 Marzo 32.00 70 2240.0 31 69440 Abril 32.31 70 2261.9 30 67857 Mayo 32.65 70 2285.2 31 70841 Junio 33.00 70 2310.0 30 69300 Julio 33.37 70 2336.6 31 72435 Agosto 33.37 70 2336.6 31 72435 Septiembre 33.00 70 2310.0 30 69300 Octubre 32.31 70 2261.9 31 70119 Noviembre 31.71 70 2219.4 30 66582 Diciembre 31.43 70 2200.0 31 68200 DT = 826852 INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda a la temperatura elegida (45ºC) Como la demanda total anual D(45ºC) = 862852 litros la demanda diaria será: 862852 litros / 365 días = 2364 litros/días Esta demanda supone un consumo por persona de: 2364 litros / día = 33,77 litros / día ⋅ persona 70 personas frente a los 22 litros/día·persona a la temperatura de 60ºC INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 1. Datos de partida. 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda de referencia unitaria a 60ºC • Número de unidades de consumo (personas, usuarios,… • Demanda de referencia a 60ºC • Demanda a la temperatura elegida. 3. Contribución solar mínima 4. Demanda de energía térmica 5. Energía solar aportada (F-chart) 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación 7. Dimensionado del sistema de intercambio 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras 10.Balance energético anual INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 3. Contribución solar mínima Datos necesarios: • Demanda ACS = 2364 litros/día • Localidad: SEVILLA • Zona climática: (según Fig. 3.1. o tabla 3.3.) ZONA V • Energía auxiliar: Gás natural (Tabla 2.1.) INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 3. Contribución solar mínima INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 3. Contribución solar mínima INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 3. Contribución solar mínima Datos necesarios: • Demanda ACS = 2364 litros/día • Localidad: SEVILLA • Zona climática: (según Fig. 3.1. o tabla 3.3.) ZONA V • Energía auxiliar: Gás natural (Tabla 2.1.) CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA INSTALACIONES SOLARES TERMICAS 70% Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 1. Datos de partida. 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda de referencia unitaria a 60ºC • Número de unidades de consumo (personas, usuarios,… • Demanda de referencia a 60ºC • Demanda a la temperatura elegida. 3. Contribución solar mínima 4. Demanda de energía térmica 5. Energía solar aportada (F-chart) 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación 7. Dimensionado del sistema de intercambio 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras 10.Balance energético anual INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 4. Demanda de energía térmica DACS = D(T ) ⋅ ρ ⋅ C p ⋅ (Tuso − TAF ) donde: DACS = D(T) = r= Cp = Tuso = TAF = demanda de energía térmica para ACS (kW/día) consumo de ACS en cada mes (litros/día) densidad del agua (1 Kg/litro) calor específico del agua (0.00116 kW/KgºC) temperatura de uso (ºC) temperatura del agua fría (ºC) Temperaturas agua distribución en Sevilla Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio 10ºC 11ºC 12ºC 13ºC 14ºC 15ºC INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre 16ºC 16ºC 15ºC 13ºC 11ºC 10ºC Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 4. Demanda de energía térmica DACS = D(T ) ⋅ ρ ⋅ C p ⋅ (Tuso − TAF ) En nuestro caso: tomando una temperatura media del agua de 13ºC DACS = 32029.36 kW/h Temperaturas agua distribución en Sevilla Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio 10ºC 11ºC 12ºC 13ºC 14ºC 15ºC INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre 16ºC 16ºC 15ºC 13ºC 11ºC 10ºC Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 1. Datos de partida. 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda de referencia unitaria a 60ºC • Número de unidades de consumo (personas, usuarios,… • Demanda de referencia a 60ºC • Demanda a la temperatura elegida. 3. Contribución solar mínima 4. Demanda de energía térmica 5. Energía solar aportada (F-chart) 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación 7. Dimensionado del sistema de intercambio 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras 10.Balance energético anual INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 5. Energía solar aportada (F-chart) INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 5. Energía solar aportada (F-chart) INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 5. Energía solar aportada (F-chart) INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 1. Datos de partida. 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda de referencia unitaria a 60ºC • Número de unidades de consumo (personas, usuarios,… • Demanda de referencia a 60ºC • Demanda a la temperatura elegida. 3. Contribución solar mínima 4. Demanda de energía térmica 5. Energía solar aportada (F-chart) 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación 7. Dimensionado del sistema de intercambio 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras 10.Balance energético anual INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación El área total de los captadores tendrá un valor tal que se cumpla la siguiente condición: V 50 ≤ < 180 A donde: V= volumen del depósito de acumulación solar (litros) A= la suma de las áreas de los captadores 50: 80: Relación de consumo en horas de captación Relación de consumo en horario nocturno INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación El volumen de acumulación debe ser acorde con la demanda a lo largo del día, luego: V ≈ Demanda (litros/día) En nuestro caso: Demanda = 2364 litros/día luego: INSTALACIONES SOLARES TERMICAS V = 2500 litros Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación Otras recondaciones (no establecidas en el HE-4): 60 ≤ M/A ≤ 100 0,8 ≤ V/M ≤ 1,2 1,25 ≤ 100A/M ≤ 2 donde: V= volumen del depósito de acumulación solar (litros) A= la suma de las áreas de los captadores (m2) M= demanda diaria (litros/día) INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 1. Datos de partida. 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda de referencia unitaria a 60ºC • Número de unidades de consumo (personas, usuarios,… • Demanda de referencia a 60ºC • Demanda a la temperatura elegida. 3. Contribución solar mínima 4. Demanda de energía térmica 5. Energía solar aportada (F-chart) 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación 7. Dimensionado del sistema de intercambio 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras 10.Balance energético anual INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 7. Dimensionado del sistema de intercambio INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 7. Dimensionado del sistema de intercambio En nuestro caso: P ≥ 500 ⋅ A donde A = 36.96 m2 luego: P = 18480 W INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 1. Datos de partida. 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda de referencia unitaria a 60ºC • Número de unidades de consumo (personas, usuarios,… • Demanda de referencia a 60ºC • Demanda a la temperatura elegida. 3. Contribución solar mínima 4. Demanda de energía térmica 5. Energía solar aportada (F-chart) 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación 7. Dimensionado del sistema de intercambio 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras 10.Balance energético anual INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación Orientación e inclinación Sombras Total General 10 % 10 % 15 % Superposición 20 % 15 % 30 % Integración arquitectónica 40 % 20 % 50 % Caso Tabla 2.4 Pérdidas límite INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación Objetivo es determinar los límites en la orientación e inclinación de los módulos de acuerdo con las perdidas máximas permisibles. Las perdidas se calcularan en función del: Angulo de inclinación ß y del ángulo de acimut α ORIENTACIÓN ÓPTIMA: Sur INCLINACIÓN ÓPTIMA: Demanda constante anual: la latitud geográfica. Demanda preferente en invierno: +10º Demanda preferente en verano: - 10º INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación Objetivo es determinar los límites en la orientación e inclinación de los módulos de acuerdo con las perdidas máximas permisibles. Las perdidas se calcularan en función del: Angulo de inclinación ß y del ángulo de acimut α INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación Dimensionado gráfico en el que se obtienen directamente las ganancias para 41ºN de latitud. Para otras latitudes se aumentan o disminuyen los ángulos de inclinación INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 1. Datos de partida. 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda de referencia unitaria a 60ºC • Número de unidades de consumo (personas, usuarios,… • Demanda de referencia a 60ºC • Demanda a la temperatura elegida. 3. Contribución solar mínima 4. Demanda de energía térmica 5. Energía solar aportada (F-chart) 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación 7. Dimensionado del sistema de intercambio 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras 10.Balance energético anual INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras 80 E lev ació n (º) 0h -1 h 1h D2 D1 -2 h 60 40 -5 h 20 -6 h D 11 -7 h D 1 3 0 -1 2 0 C9 C11 B11 -9 0 A5 A6 B8 A8 A9 -6 0 C8 A4 A7 B9 D8 B6 A2 A1 A3 0 30 4h D 10 C10 60 5h D 12 B10 A 10 -3 0 3h C6 B4 B3 B7 D6 B2 B1 B5 C7 D9 C4 C3 C5 D7 -4 h C2 C1 D5 -3 h Sobre la carta solar se perfila el obstáculo y con él se obtienen las porciones afectadas por sombra. 2h D4 D3 C12 B12 90 D14 6h 7h Se confecciona una expresión con la que se obtiene el porcentaje de pérdidas 120 A cim u t (º) INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras 80 E lev ació n (º) 0h -1 h 1h D2 D1 -2 h 60 40 -5 h 20 -6 h D 11 -7 h D 1 3 0 -1 2 0 C9 C11 B11 -9 0 A5 A6 B8 A8 A9 -6 0 C8 A4 A7 B9 D8 B6 A2 A1 A3 0 30 4h D 10 C10 C12 B12 60 5h D 12 B10 A 10 -3 0 3h C6 B4 B3 B7 D6 B2 B1 B5 C7 D9 C4 C3 C5 D7 -4 h C2 C1 D5 -3 h Sobre la carta solar se perfila el obstáculo y con él se obtienen las porciones afectadas por sombra. 2h D4 D3 90 D14 6h 7h Se confecciona una expresión con la que se obtiene el porcentaje de pérdidas 120 A cim u t (º) INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Porción: A10: 0.75 Porción: B10: 0.75 Porción: B12: 0.25 Porción: B8: 0.25 Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras Luego las pérdidas por sombra serán: Porción: A10: 0.75 Porción: B10: 0.75 Porción: B12: 0.25 Porción: B8: 0.25 P (%) = 0.75 x 0.11 + 0.75 x 0.42 + 0.25 x 0.02 + 0.25 x 0.99 P (%) = 0.65 % Orientación e inclinación Sombras Total General 10 % 10 % 15 % Superposición 20 % 15 % 30 % Integración arquitectónica 40 % 20 % 50 % Caso INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 1. Datos de partida. 2. Cálculo de la demanda de ACS • Demanda de referencia unitaria a 60ºC • Número de unidades de consumo (personas, usuarios,… • Demanda de referencia a 60ºC • Demanda a la temperatura elegida. 3. Contribución solar mínima 4. Demanda de energía térmica 5. Energía solar aportada (F-chart) 6. Superficie de captadores y volumen de acumulación 7. Dimensionado del sistema de intercambio 8. Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación 9. Cálculo de pérdidas de radiación por sombras 10.Balance energético anual INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS 10. Balance energético anual BALANCE ENERGÉTICO ANUAL 5.000 4.500 4.000 Kw*h 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 0 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Meses Demanda Energética INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Aporte Solar Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS SEPARACIÓN ENTRE CAPTADORES d k= h INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS CIRCUITO HIDRÁULICO Y SISTEMA AUXILIAR Dimensionado del circuito hidráulico Igual que en una red de fontanería. Dimensionado del sistema auxiliar Calculado para el 100% de la demanda. INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS Tabla 1. Datos Climáticos Mensuales Radiación Horizontal Radiación Inclinada (45º) (MJ/m2) (Kwh /m2) (MJ/m2) (Kwh /m2) 10 221,96 61,66 496,62 137,91 8,0 11 312,98 86,94 517,94 143,47 14,6 8,0 12 478,83 133,01 685,10 190,25 Abril 17,2 9,0 13 591,60 164,33 632,40 175,72 Mayo 19,9 9,0 14 694,40 192,89 672,70 186,34 Junio 24,8 9,5 15 704,70 195,75 648,90 179,75 Julio 27,9 9,5 16 737,24 204,79 702,15 194,50 Agosto 27,8 9,0 16 671,09 186,41 713,31 197,58 Septiembre 24,8 9,0 15 526,32 146,20 686,40 190,13 Octubre 19,8 8,0 13 373,86 103,85 621,24 172,08 Noviembre 15,0 7,5 11 249,90 69,42 539,10 149,33 Diciembre 11,4 7,5 10 210,30 58,42 448,88 124,34 Tª ambiente (ºC) Horas diarias Tª agua fría (ºC) Enero 10,5 7,5 Febrero 12,3 Marzo Mes Datos obtenidos de la Tabla II del punto 6 del “Texto Refundido de las especificaciones Técnicas de Diseño y Montaje de las Instalaciones Solares Térmicas para producción de Agua Caliente y las modificaciones de aplicación en el Programa Prosol”. INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS DATOS DE PARTIDA. DEMANDA: ESCALERA 1: Nº de unidades de consumo: 94 Uds. Consumo unitario: 40 litros/día Consumo total máximo: 94x40=3760 litros En la siguiente tabla se muestran los consumos Consumo Número de A.C.S. Energía Final Útil Litros de Ocupación % Uds consumo (l/día) Agua Caliente (kW·h) Agua Caliente Enero 100,00 2914 3760 4.737 116.560 Febrero 100,00 2632 3760 4.156 105.280 Marzo 100,00 2914 3760 4.466 116.560 Abril 100,00 2820 3760 4.191 112.800 Mayo 100,00 2914 3760 4.196 116.560 Junio 100,00 2820 3760 3.929 112.800 Julio 100,00 2914 3760 3.925 116.560 Agosto 100,00 2914 3760 3.925 116.560 Septiembre 100,00 2820 3760 3.929 112.800 Octubre 100,00 2914 3760 4.331 116.560 Noviembre 100,00 2820 3760 4.453 112.800 Diciembre 100,00 2914 3760 4.737 116.560 TOTAL AÑO 100,00 34.310 45.120 50.975 1.372.400 INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS CÁLCULO DE LA CARGA DE CONSUMO ESCALERA 1 Consumo diario máximo 3.760 litros Consumo medio anual 1.372.400 litros Consumo medio en temporada estival 3.760 litros/día Variación mensual Ver tabla de dimensionado INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS SUPERFICIE DE COLECTORES Y VOLUMEN DE ACUMULACIÓN El dimensionado de la instalación deberá realizarse de forma que en ningún mes del año la energía producida por la instalación solar supere el 110 % de la demanda de consumo y no más de tres meses seguidos el 100 %. Para el cálculo hemos utilizado tablas de cálculo de SODEAN basado en el método de las curvas F-Chart. En instalaciones solares térmicas para ACS, el área total de captadores “A”, el volumen de acumulación solar “V” y la carga de consumo diaria “M” deben cumplir ciertas condiciones: 50 < V/A < 120 (V en litros y A en m2). 60 < M/A < 100 (M en litros y A en m2). 0.8 < V/M < 1.2 Adimensional. ESCALERA 1 Método de cálculo utilizado: Curvas de F. Chart Demanda anual de energía: 50.975 kW*h Aporte solar anual: 35.225 kW*h Fracción solar: 69,10% Superficie total de captación (A): 38,40 m2 Volumen total de acumulación solar (V): 3.500 litros Relaciones: 100*A/M: 1,02 V/M 0,93 V/A: 91,15 M/A: 97,92 INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS BALANCE ENERGÉTICO ANUAL 5.000 4.500 4.000 Kw*h 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 0 Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Meses Demanda Energética INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Aporte Solar Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN BÁSICA El sistema elegido para el calentamiento de ACS mediante energía solar térmica consistirá en un sistema de captación para calentar un depósito acumulador centralizado mediante un intercambiador exterior de placas por bloque. De este acumulador partirá un circuito de agua caliente cerrado que servirá a interacumuladores individuales por vivienda. Configuración elegida: Centralizada por campos Circuito primario: Sistema de circulación forzada con intercambiador de calor de placas independiente. Sistema de energía auxiliar: Termo de gas natural modulante por vivienda. INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS SELECCIÓN DEL FLUIDO DE TRABAJO Riesgo de heladas: Si Fluido seleccionado: Etilen-glicol 30% Protección contra heladas: Anticongelante A continuación se presentan las características de del fluido de resultante de trabajo. Agua glicolada (concentración del 30%), según RITE: Tª de congelación: Densidad: Calor específico: Conductividad térmica Viscosidad dinámica -14.1ºC 1,05 kg/m3 3,642 kJ/(kg K) 0,447 W/(m K) INSTALACIONES SOLARES TERMICAS 2,99 mPa s Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS ESCALERA 1 Número de depósitos: 2 Volumen de cada depósito: 1.500 + 2.000 = 3.500 litros Datos técnicos de los acumuladores Tipo: Acumulador directo Modelo: MV-1500-RB de Lapesa Capacidad: 1.500 litros Longitud: 1.850 mm Diámetro: 1.360 mm Peso vacío: 373 kg Peso en servicio: 1.873 kg Tipo: Acumulador directo Modelo: MV-2000-RB de Lapesa Capacidad: 2.000 litros Longitud: 2.300 mm Diámetro: 1.360 mm Peso vacío: 446 kg Peso en servicio: 2.446 kg INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS DIMENSIONADO DEL SISTEMA DE INTERCAMBIO La potencia mínima de diseño del intercambiador independiente P, en W, en función del área de captadores A, en m2, cumplirá la condición: P ≥ 500 A (W) Tipo: Intercambiador de placas Potencia escalera 1: 500 x 38.40 = 19.200 W =19,20 Kw ESCALERAS 1 (Intercambiador 1) Potencia: 26,45 Kw Rendimiento: 75% Aislamiento: poliuretano Espesor de aislamiento: 5 cm Nº de placas: 20 Pérdida de carga: 1,89 mca < 3 mca Superficie de intercambio: INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS DISEÑO DEL CIRCUITO HIDRÁULICO El sistema hidráulico de la instalación comprende varios circuitos: 1.• Circuito primario: captador – intercambiador de placas. 2.• Circuito secundario: intercambiador de placas – acumulador. 3.• Circuito de consumo: acumulador – interacumuladores individuales en viviendas. El caudal de circulación en el circuito primario se determinará en función de la superficie del captador instalado. Para aplicaciones de ACS se aconseja un parámetro de diseño de 55 l/h por cada m2 de captador. La velocidad de circulación del fluido será inferior a 2 m/s. Las pérdidas de carga por metro de tubería han de ser en todos los tramos menores que 40 mmca/m. INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS DISEÑO DEL SISTEMA ELÉCTRICO Y DE CONTROL Control diferencial: Sí (El sistema de control actuará y estará ajustado de manera que las bombas no estén en marcha cuando la diferencia de temperatura sea menor de 2ºC y no estén paradas cuando la diferencia sea mayor de 7ºC. La diferencia de arranque y de parada del termostato diferencial no será mayor que 2ºC.) Limitación de temperatura máxima: Sí (60ºC) Actuación temperatura máxima: Sí Limitación de temperatura mínima: Sí (35ºC) Actuación temperatura mínima: Sí INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS AISLAMIENTO Fluido interior caliente Diámetro exterior Temperatura del fluido (ºC) (**) (mm) (*) 40 a 65 66 a 100 101 a 150 151 a 200 D ≤ 35 20 20 30 40 35 < D ≤ 60 20 30 40 40 60 < D ≤ 90 30 30 40 50 90 < D ≤ 140 30 40 50 50 140 < D 30 40 50 60 (*) Diámetro exterior de la tubería sin aislar (**) Se escoge la temperatura máxima de red INSTALACIONES SOLARES TERMICAS Grupo Formadores Andalucía Plan de Formación del CTE – CSCAE