Diapositiva 1

INSTALACIONES-2DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIONES ARQUITECTÓNICAS

CUR

SO08-09

Profesor: Julián Domene García4º C

OBTENCIÓN Y CÁLCULO DE ACS MEDIANTE ENERGÍA SOLAR

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Diapositiva 2

2

El circuito básico se compone de un elemento de captación, generalmenteconstituido por colectores planos, y un intercambiador de calor a través delcual se cierra el circuito primario, circulando el fluido bien por termosifón opor medio de un circulador (bomba eléctrica)

El sistema se desarrolla en base a cuatro funciones:

-Captación de energía solar.

-Almacenamiento.

-Trasiego de energía.

-Sistema energético auxiliar.

OBTENCIÓN DE ACS POR MEDIO DE LA ENERGÍA SOLAR

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Diapositiva 3

CAPTADOR DE ENERGÍA SOLAR

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Tiene por objeto captar la energía incidente, principalmenteen forma de radiación solar, transformándola en energíacalorífica y aumentando de esta forma la temperatura delfluido termotransportador (generalmente una mezcla deagua y glicol), que circula a través del colector, llamado asíal elemento que realiza esta función.

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Diapositiva 4

OBTENCIÓN DE ACS POR MEDIO DE LA ENERGÍA SOLAR

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Diapositiva 5

CAPTADOR DE ENERGÍA SOLAR

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Los elementos principales de un colector plano son los siguientes:

o La cubierta transparente, formada por una o dos láminas de vidrio, o deplástico.

o La placa absorbente o superficie negra.

o Los elementos por los que circula el elemento caloportador (tubería oserpentines).

o El aislamiento que protege a la parte lateral y posterior del colector.

o La caja que contiene los elementos anteriores y los protege de laintemperie.

o El propio fluido caloportador.

1.-Cristal multiprismático

2.-Carcasa de aluminio pintada en negro

1

2

3

4

5

3.- Placa absorbente recubrimiento selectivo

4.- Aislamiento 30 mm de lana de roca

5.- Aislamiento de poliuretano de 20 mm

6.- Aislamiento lateral de tiras de lana de vidrio de 20 mm

7.- Parrilla de tubos de cobre

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Diapositiva 6

CAPTADOR DE ENERGÍA SOLAR - SECCIÓN

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Diapositiva 7

CAPTADOR DE ENERGÍA SOLAR - DIMENSIONES

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Diapositiva 8

ALMACENAMIENTO

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Normalmente las horas en que se produce la demanda deagua caliente sanitaria por parte del usuario no coincidencon las horas de insolación.Tampoco todo el tiempo en que podemos estar captando laenergía solar se está consumiendo agua caliente.Es preciso pues, disponer de algún elemento que almaceneenergía solar, de tal forma que acumulando la que seproduce en las horas en que no hay consumo de aguacaliente, pueda suministrar la que se demanda en las horaspunta.

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Diapositiva 9

ALMACENAMIENTO

9

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Diapositiva 10

ALMACENAMIENTO

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Intercambiador de calor

Vaso de expansión

Bomba

Sonda calefactora

Sistema de energía auxiliar

Tuberías aisladas

Cuadro eléctrico

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Diapositiva 11

11

TEMA 9

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Diapositiva 12

INTERCAMBIADOR

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Diapositiva 13

VASO DE EXPANSIÓN

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Diapositiva 14

BOMBA, SONDAS DE LOS EQUIPOS DE APOYO Y VARIOS ACCESORIOS

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Diapositiva 15

CONTROLADOR TÉRMICO ELECTRÓNICO

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Diapositiva 16

RED DE TUBERÍAS

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Diapositiva 17

DETALLE CONEXIÓN TUBERÍAS Y PURGADOR

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Diapositiva 18

DETALLE COLECTORES SUELO RADIANTE

18

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Diapositiva 19

DETALLE TERMOSTATO ELECTRÓNICO

19

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Diapositiva 20

MANÓMETRO

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Diapositiva 21

BOMBA Y BY PASS

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Diapositiva 22

RESISTENCIAS DE APOYO Y SONDAS

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Diapositiva 23

ESQUEMA GENERAL INSTALACIÓN ACS

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TEMA 9

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Diapositiva 24

ESQUEMA GENERAL INSTALACIÓN ACS

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Diapositiva 25

FUNDAMENTOS

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La energía total recibida del sol por unidad de superficie normal,se denomina constante solar, siendo su valor de unos 1.352 W/m²,en el exterior de la atmósfera terrestre, pero una pequeña parte esabsorbida al entrar en la atmósfera por el aire y sus gasescomponentes incluido el vapor de agua, estimándose que el flujode la radiación a nivel de la superficie terrestre, en una latitudpropicia (no muy alejada del ecuador) y en una hora adecuada(próxima al mediodía) es de 1 KW/m² equivalente a 860 Kcal./h m².

ÉPOCA DE UTILIZACIÓN ÁNGULO DE INCLINACIÓN

ACS todo el año Latitud del lugar

Calefacción los meses de invierno Latitud del lugar (+10, - 15ºC)

ACS meses de verano Latitud del lugar (-10, -15ºC)

La orientación de los colectores preferentemente es con la carafrontal al Sur, donde con desviaciones entre 15º Este ó 25ºOeste, no se altera sensiblemente la captación solar anual,adoptándose en la Península Ibérica, los ángulos de inclinaciónde la tabla siguiente:

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Diapositiva 26

DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE NECESARIA

26

El primer punto a considerar será fijar la fecha del año en la que seutilizará la superficie de captación. En general con esto seintentaría determinar la superficie de colectores más rentable a lasnecesidades de la instalación.

Para hacer estas evaluaciones con exactitud deberíamos teneren cuenta además de las consideraciones técnicas, laspuramente económicas.

Estos cálculos son difíciles, ya que las variables económicasson imprevisibles, por tanto se debe optar en todo cálculo, porhacer tres hipótesis:

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Diapositiva 27

27

1.- Determinación de las superficies necesarias cuando laradiación solar sea mínima (más desfavorable) con la menorutilización en este caso de energía de apoyo.

2.- Determinación de esta misma superficie cuando la radiaciónsolar sea máxima (mes más favorable). Con esta solución elaprovechamiento de la superficie de captación es total, pero, encambio, a excepción de este mes el resto necesitaría de apoyo.

3.- Realizar los cálculos para que durante el mes de Abril secubran las necesidades totales. De esta forma garantizamos lacaptación total (teóricamente), durante seis meses, coincidiendoéstos con la temporada de verano.

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Diapositiva 28

DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE NECESARIA

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En cualquier caso estas consideraciones se ven alteradas, pues sehacen independientemente de las disponibilidades de superficie ysin contar la proyección de sombra para instalar los colectores,que en una gran mayoría de casos, esto es, lo que condiciona elnúmero de paneles.

La demanda de agua caliente necesaria es otra consideración devital importancia, a la hora de determinar las superficies depaneles precisos para la instalación, siendo este dato el quemarca la magnitud de la propia instalación.

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Diapositiva 29

DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE NECESARIA

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La superficie de colectores necesaria se obtiene porla siguiente fórmula:

Siendo:

S = Superficie de paneles necesarios (m²)

C = Consumo de agua caliente (l/día).

Tm = Temperatura media del panel (ºC).

Ta = Temperatura ambiental (ºC).

Ih = Radiación horizontal incidente (Kcal. /Día m2).

K = Factor de corrección.

n = Rendimiento del colector solar.

� �nKI

TTCSh

am

���

�

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Diapositiva 30

EJEMPLO DE CÁLCULO

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Determinar el número de paneles necesarios de 1,5 m² desuperficie, para utilizar en una instalación de ACS en Madrid, conuna temperatura media del panel de 50 ºC, suponiendo que éstetiene un rendimiento de 0,55 y que la instalación demanda unos2.000 litros diarios.

� Consideramos los meses de utilización de Abril a Septiembre

� La inclinación de los paneles podría ser: 40 + 10 = 50º.

La radiación incidente (tablas) sería:

Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre

4.672 5.063 5.623 6.183 5.493 3.852

Tomaremos la del mes más desfavorable, en nuestro caso Abril ya quetiene la menor temperatura exterior media (12,7 ºC).

Ih = 4.672 Kcal/día m² (temperatura exterior media 12,7 = 13 ºC)

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Diapositiva 31

EJEMPLO DE CÁLCULO

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Factor de corrección debido a la inclinación del colector (K = 1,05).

Radiación corregida: 4.672 x 1,05 = 4.906 Kcal/día m².

Nº de horas de sol diarias: 232/30 = 8 horas/día.

Promedio de radiación horaria sobre el colector inclinado:

6138

4906��

��

NKI

I h Kcal/m²

Superficie de paneles necesaria:

� � 24,2755,005,14672

13502000 mS �����

Nº de paneles precisos: N = 27,4 / 1,5 = 18 paneles.

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Diapositiva 32

MÉTODO DE CÁLCULO - 2

32

Otro procedimiento de cálculo, lo proporcionan los fabricantes depaneles solares, como por ejemplo “Roca”, el cual divide España enlas siguientes zonas:

Valores promedio de la radiación total anual

Zona 1

Zona 2

Zona 3

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Diapositiva 33

MÉTODO DE CÁLCULO - 2

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El número de colectores necesarios para obtener un ahorro sobre elcoste anual total para el calentamiento del agua sanitaria es:

Zona 1 Zona 2 Zona 3

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Diapositiva 34

EJEMPLO DE CÁLCULO - 2

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Cuantos colectores harán falta para ahorrar el 50 % del coste anualpara la producción de ACS, en una vivienda en Granada, con consumodiario de 200 litros a 45º C.

Valores promedio de la radiación total anual

Zona 1

Zona 2

Zona 3

Granada- Zona 3

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Diapositiva 35

EJEMPLO DE CÁLCULO - 2

35

Zona 1 Zona 2 Zona 3

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Diapositiva 36

MÉTODO DE CÁLCULO - 3

36

En función del tipo de instalación elegida, se establece un criterio dedimensionado diferente.

Básicamente, podemos distinguir entre los métodos de cálculotradicionales, como los vistos anteriormente, y los métodos basadosen elementos finitos.

Para el dimensionado de instalaciones de ACS, la normativaactual recomienda el empleo del método F-Chart,desarrollado en la década de los setenta , en base aformulaciones empíricas.

Los datos de partida, serán:

� Los geográficos: Latitud. Altitud. Temperatura mensual media enhoras de sol. Humedad relativa.

� Los climatológicos: Temperatura media mensual ambiente y delagua de red.

�Los de consumo: Consumo máximo diario. Porcentaje de ocupaciónmensual

� Los de la instalación: Curva del colector. Caudal unitario en circuitoprimario. Caudal unitario en circuito secundario. Calor específico delfluido del circuito primario. Calor específico del fluido del circuitosecundario. Eficiencia del intercambiador

Todos estos datos, se encontrarán en el DB-HE4 del CTE

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Diapositiva 37

APLICACIÓN PRÁCTICA - 1

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Diapositiva 38

APLICACIÓN PRÁCTICA - 2

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Diapositiva 39

APLICACIÓN PRÁCTICA - 2

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Diapositiva 40

APLICACIÓN PRÁCTICA - 2

40

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