Cálculo de contribución solar térmica en viviendas

CURSO DE REHABILITACION
ENERGETICA DE EDIFICIOS
Módulo 2. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA PARA
AGUA CALIENTE SANITARIA EN VIVIENDAS
UNIFAMILIARES
Apartado 1: Ejemplo de Instalación de Energía
Solar Térmica para Agua Caliente Sanitaria en
una vivienda unifamiliar.
Nombre del ponente y autor del Módulo de Energía
Solar Térmica: JAVIER SAN VICENTE NÚÑEZ
Puesto del ponente: ARQUITECTO TÉCNICO Y
TÉCNICO DE ENERGIAS RENOVABLES
ENSEÑA Formación
Avda del Perú, 28 - 06011 Badajoz
T. 924.240.055
F. 924.234.803
formacion@serviex.net
www.serviex.net
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1. DATOS DE LA INSTALACIÓN.
1.1 Datos del proyecto
• Tipo de estudio: Agua Caliente Sanitaria (ACS) mediante
colectores planos de energía solar.
• Población: Talaván
• Provincia: Cáceres
• Referencia:
• Fecha:
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Zonas Climáticas clasificadas en España.
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ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
Cálculo y diseño de la instalación
Vivienda unifamiliar entre
medianeras
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1.2 Datos climáticos de la localización
• Inclinación: 45.0º, es la mas eficiente aunque se puede rebajar a 30º
de inclinación cuando se quiera integrara las placas en la cubierta.
• Orientación: 0.0º, significa orientación Sur y es la orientación que se
debe poner excepto en casos de fuerza mayor.
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1.3 Consumo estimado de ACS de la instalación:
Tipo de Edificio
Vivienda Unifamiliar
Número de personas
6
Consumo de ACS (litros por
personas y día)
30.0
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2. SISTEMA DE CAPTACIÓN
2.1 Características del colector solar
• Dimensiones totales: 1730 x 1170 x 83 mm.
• Área total: 2,03 m2
• Área de apertura: 1,92 m2
• Área de absorbedor: 1,85 m2
• Peso en vacío: 33 kg
• Contenido de fluido: 1,52 l
• Presión máxima 10 bar
• Temperatura de estancamiento 234 °C
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Curva característica del colector solar:
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2.2 Superficie de captación
En la determinación de la superficie de captación se ha respetado lo
especificado en el apartado 3.3.3.1 - 2 del documento básico HE4 del
CTE, que establece los siguientes márgenes de superficie de captación:
Superficie de captación (m2)
3.70
Superficie de captación MÁXIMA (m2)
4.06
Número de captadores ROCA PS2.0
2
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2.3 Disposición de los colectores
Los colectores se dispondrán en filas según la siguiente distribución:
•
1 filas de 2 colectores
2.4 Orientación e inclinación de los colectores
La radiación solar que incide en la superficie útil del captador depende de su
situación respecto del Sol, por tanto conviene situar este de forma que a lo largo del
período de captación aproveche al máximo la radiación solar incidente.
Los colectores se orientarán hacia el sur geográfico con una desviación 0.0º
(E). En cuanto a la inclinación de los captadores estos se dispondrán con un ángulo de
inclinación de 45.0 º .
2.5 Separación entre filas de captadores y distancia a objetos cercanos
Se recomienda que la distancia de los captadores con objetos cercanos sea tal que
permita garantizar un máximo de 4 horas de sol entorno al mediodía del solsticio de
invierno. Por este motivo se recomienda mantener las distancias siguiendo las
especificaciones siguientes:
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Distancias mínimas, d y d´, entre los colectores solares y obstáculos:
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3. VOLUMEN DE ACUMULACIÓN
Se estima el consumo medio diario de ACS en 180.0 litros/día a
una temperatura de preparación de 60 º C.
El volumen de acumulación total de la instalación solar es de 200
litros:
Modelo y capacidad del depósito acumulador:
• 200-1E de 200litros.
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4. COBERTURA SOLAR Y PERDIDAS
4.1 Cobertura solar
Se detallan a continuación los resultados de cálculo de cobertura solar.
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• La contribución solar mínima según apartado
2.1 del documento básico HE4 del CTE es:
Población
Zona climática según HE4
CACERES
Zona 5
Caso general
Demanda ACS
Contribución solar mínima según
HE4
180.0 litros/día
70 %
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4.2 Pérdidas del captador
Se detallan a continuación las pérdidas calculadas, as í como los requisitos de
pérdidas límite incluidos en el apartado 2.1 del documento básico HE4 del CTE.
Pérdidas límite según HE4 (%)
Pérdidas (%)
General
Superposición
Integración
arquitectónica
Orientación e
inclinación
3.37
10
20
40
Sombras
0.0
10
15
20
Totales
3.37
15
30
50
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5. OTROS COMPONENTES DE LA INSTALACIÓN
5.1 Diámetro de la tubería del circuito primario de la
instalación solar.
El cálculo del diámetro del circuito solar se realiza
aplicando el ábaco de pérdida de carga correspondiente para
tubos de cobre.
En la tabla se presentan los resultados del cálculo:
Caudal a impulsar
litros/hora
Longitud tubo
supuesta m
DN
204.0
24.0
12/14
Nota: Las dimensiones son a título orientativo. Deben ser revisadas por el
instalador y el técnico de la instalación.
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5.3 Vaso de expansión
El vaso de expansión del circuito solar se selecciona en
base a los datos del volumen de líquido solar contenido en la
instalación, la presión de llenado, la presión máxima y las
características del líquido solar.
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6. ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN
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El circuito primario consta de:
– Tubería de ida (agua caliente) desde el campo de captadores hasta el
intercambiador de placas 1.
– Tubería de retorno (agua fría) desde el intercambiador de placas 1 hasta el
campo de captadores.
– Sistema de llenado y vaciado del circuito cerrado.
– Valvulería: válvulas de corte de esfera, de equilibrado, de seguridad con
dispositivo de vaciado, antirretorno, motorizadas, y filtros.
– Vaso de expansión.
– Purgadores.
– Elementos de medida (termómetros, manómetros, contadores de calorías,
contadores de agua, etc), sondas y actuadores.
– Circulador.
– Intercambiador.
– Sistema de comando y control.
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1.- Cálculo de pérdidas:
1.1. Pérdidas por inclinación.
La inclinación de diseño de los captadores solares es de β=45 º. El azimut de los
colectores de 0º, es decir orientación sur, para dichos valores el porcentaje de energía respecto al
máximo se encuentra entre el 95% y el 100 %, próximo al 100%.
10º
30º
50º
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1.2. Pérdidas por sombras
Según la carta cilíndrica de la trayectoria solar (Diagrama de
trayectorias del sol), las sombras procedentes de de los obstáculos que estén
situados en torno a los colectores son las que producirá el antepecho de altura
de 1.3 metros. Se han colocado los colectores solares sobre una estructura que
los eleva 0,10 cm sobre el nivel de la azotea, y con un retranqueo de 1.5 metros
respecto al antepecho situado en la fachada SE.
Para dicha disposición se
estudia los dos puntos límite desde los que se podrían producir sombras sobre el
campo de colectores.
El primer de ellos es considerando la defensa de azotea como obstáculo
en el punto situado con un azimut 90º, dirección este (orto equinoccial) y el
segundo punto tomando un azimut de 0 º.
Para el caso del acimut de 90º la elevación límite es de 17,41º, siempre
referido al centro de gravedad del campo de colectores solares, considerando
una altura efectiva del murete de defensa de azotea de 1 metro. Para el punto
con azimut 0º, sur, el ángulo de elevación es de 8,37º.
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• En cuanto a la sombra arrojada por el murete de defensa del patio de
luces, los punto para confección de la mascara de sombras vienen
determinados por una elevación de 9,58º y un azimut de 58,20ºC.
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Realizada la mascara de sombras que producen las defensas de la azotea respecto al
centro del campo de colectores, el resultado es el que se muestra sobre la carta
cilíndrica rectificada (diagrama de la trayectoria solar).
En función de la mascara y considerando los valores de la tabla de referencia C.1, del
Apéndice B se obtiene:
Azimut de 0º a 90º:
A10 = 0,75x0.11 = 0,08
B10 = 0,25x0.42 = 0,105
B12 = 1x 0.02 = 0,02
C12 = 0,50x0.1 = 0,05
Azimut de 0º a –120º:
B1 = 0,25 x2.12 = 0,53
D13 = 0,50x0.0 = 0,00
Sumatorio de todos los resultado anteriores = 0,785
El sumatorio de porcentajes de perdidas por sombreamiento, a lo largo de
todo el año resulta ser de 0,785%.
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Total de pérdidas
Según la tabla 2.4 Pérdidas limites para el caso general:
• Por orientación la instalación posee un valor menor al 5%
• Por sombras de un 0,785%
• Obteniendo un total inferior al 5,80%, por debajo de los límites
establecidos, 15%, para nuestro tipo de instalación.
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