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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

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Índice general

Índice general Introducción ...............................................................................................................................................

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Instalaciones solares térmicas .................................................................................................................

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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.

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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.

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Instalaciones y aplicaciones solares térmicas

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.

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Instalaciones y aplicaciones solares térmicas

•

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.

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Instalaciones y aplicaciones solares térmicas

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.

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Instalaciones y aplicaciones solares térmicas

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

Instalaciones y aplicaciones solares térmicas

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 9 11 13 14 5 6 8 10 11 5 7 9 11 12 5 6 8 10 11 8 9 11 13 14 8 9 11 13 14 6 7 9 11 12 5 6 8 10 11 8 9 11 13 14 4 5 7 9 10 8 9 11 13 14 4 5 7 9 10 6 7 9 11 12 4 5 7 9 10 6 7 9 11 12 8 9 11 13 14 5 6 8 10 11 6 7 9 11 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 15 16 15 14 13 13 14 13 12 11 11 12 11 10 9 13 14 13 12 11 15 16 15 14 13 15 16 15 14 13 11 12 11 10 9 13 14 13 12 11 15 16 15 14 13 15 16 15 14 13 15 16 15 14 13 13 14 13 13 12 12 13 12 11 10 13 14 13 12 11 15 16 15 14 13 11 12 11 10 9 13 14 13 12 11 13 14 13 12 11 13 14 13 12 11 15 16 15 14 13 15 16 15 14 13 12 13 12 11 10 15 16 15 14 13 11 12 11 10 9 12 13 12 11 10 13 14 13 12 11 13 14 13 12 11 15 16 15 14 13 15 16 15 14 13 15 16 15 14 13 12 13 12 11 10 13 14 13 12 11 12 13 12 11 10 15 16 15 14 13 15 16 15 14 13 13 14 13 12 11 12 13 12 11 10 15 16 15 14 13 11 12 11 10 9 15 16 15 14 13 11 12 11 10 9 13 14 13 12 11 11 12 11 10 9 13 14 13 12 11 15 16 15 14 13 12 13 12 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

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Instalaciones y aplicaciones solares térmicas

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.

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Instalaciones y aplicaciones solares térmicas

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)

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

Temperatura ambiente (°C) 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

Instalaciones y aplicaciones solares térmicas

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 Temperatura ambiente (°C)

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

Instalaciones y aplicaciones solares térmicas

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

Instalaciones y aplicaciones solares térmicas

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

Instalaciones y aplicaciones solares térmicas

– 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

Instalaciones y aplicaciones solares térmicas

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%

Instalaciones y aplicaciones solares térmicas

19

La energía procedente del sol

La energía procedente del sol

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

La energía procedente del sol

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 Santa Cruz de Tenerife 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

La energía procedente del sol

• 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

Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

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

Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

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

Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

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

Para una latitud de 40°: 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

23

La energía procedente del sol

Para una latitud de 42°: Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

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

Para una latitud de 44°: Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

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

La energía procedente del sol

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

Santa Cruz de Tenerife

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

La energía procedente del sol

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

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La energía procedente del sol

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

Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

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

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El sistema de captación

El sistema de captación

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.

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El sistema de captación

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.

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El sistema de captación

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

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El sistema de captación

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.

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El sistema de captación

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 Santa Cruz de Tenerife 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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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:

Consumo de agua (m3)

Incremento Ta. (°C)

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 sistema de captación

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

El sistema de captación

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:

Consumo de agua (m3)

Incremento Ta. (°C)

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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

El sistema de captación

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”

El sistema de captación

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°

35° (no ajustables) 15° - 40°

35° (no ajustables) 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

El sistema de captación

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

El sistema de acumulación

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

El sistema de acumulación

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

El sistema de acumulación

60

El sistema de acumulación

* Aislamiento equivalente a uno con conductividad térmica de 0,04 W/(m.K) a 20 °C

* Aislamiento equivalente a uno con conductividad térmica de 0,04 W/(m.K) a 20 °C

61

El sistema de acumulación

* Aislamiento equivalente a uno con conductividad térmica de 0,04 W/(m.K) a 20 °C

* Aislamiento equivalente a uno con conductividad térmica de 0,04 W/(m.K) a 20 °C

62

El sistema de acumulación

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

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El sistema de circulación y elementos del circuito primario

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

El sistema de circulación y elementos del circuito primario

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

El sistema de circulación y elementos del circuito primario

• 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

El sistema de circulación y elementos del circuito primario

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

El sistema de circulación y elementos del circuito primario

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

El sistema de circulación y elementos del circuito primario

• 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

El sistema de circulación y elementos del circuito primario

• 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

El sistema de control

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

El sistema de control

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

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El sistema de control

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

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El sistema de control

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

Sonda de temperatura contador calorimétrico WMZ retorno (opcional)

WMZ Contador calorimétrico (opcional)

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El sistema de control

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

Sonda de temperatura contador calorimétrico WMZ ida (opcional)

S8

Sonda de temperatura contador calorimétrico WMZ retorno (opcional)

WMZ Contador calorimétrico (opcional)

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El sistema de energía auxiliar

El sistema de energía auxiliar

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.

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El sistema de energía auxiliar

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

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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.

El sistema de energía auxiliar

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.

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El sistema de energía auxiliar

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.

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El sistema de energía auxiliar

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.

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El sistema de energía auxiliar

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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El sistema de energía auxiliar

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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El sistema de energía auxiliar

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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El sistema de energía auxiliar

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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El sistema de energía auxiliar

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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El sistema de energía auxiliar

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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El sistema de energía auxiliar

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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El sistema de energía auxiliar

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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El sistema de energía auxiliar

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

Glosario de términos

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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Glosario de términos

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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