indice

INDICE
1.
Documento 1 ..................................................................................................... 11
1.1
Memoria ........................................................................................................... 11
1.1.1
Objeto y justificación del proyecto .....................................................................11
1.1.2
Objetivos del Proyecto........................................................................................12
1.1.4
Normativa ...........................................................................................................19
1.1.5
Tecnología solar ..................................................................................................20
1.1.6
Radiación solar ....................................................................................................22
1.1.7
Coordenadas solares. Trayectoria aparente del sol ...........................................23
1.1.8
Recogida directa de energía solar.......................................................................26
1.1.9
Colector de placa plana ......................................................................................27
1.1.9.1
Carcasa ............................................................................................................28
1.1.9.2
Absorvedor. Placa captadora ..........................................................................30
1.1.9.2.1
1.1.9.3
Cubierta ..........................................................................................................33
1.1.9.3.1
1.1.9.4
1.1.10
Características de la placa captadora ..................................................... 31
Tratamientos especiales de la cubierta: .................................................35
Aislamiento térmico........................................................................................36
Colector de tubos de vacío .................................................................................37
1.1.10.1
Tubos de vacío simples ...............................................................................40
1.1.10.2
Tubo de vacío de flujo directo ....................................................................42
1.1.10.3
Tubo de vacio de Heat pipe ........................................................................43
1.1.11
Aplicaciones de los tubos de vacio .................................................................45
1.1.12
Colectores de tubo de vacio vs colectores de placa plana .............................45
1.1.13
Criterios de selección ......................................................................................48
1.1.14
Instalación solar térmica. Elementos .................................................................49
1.1.14.1
Condiciones generales ................................................................................50
1.1.14.2
Clasificación ................................................................................................51
1.1.14.3
Criterio de selección de componentes ....................................................... 59
Antonio Díaz Fernández
Página 1
1.1.15
Geotermia ...........................................................................................................61
1.1.15.1
El Calor de la Tierra .....................................................................................62
1.1.15.2
Aplicaciones y tipos de energía geotérmica ...............................................63
1.1.15.3
Investigación de recursos de muy baja temperatura .................................70
1.1.15.3.1 Colectores horizontales enterrados ....................................................... 71
1.1.15.3.2 Sondas geotérmicas ................................................................................73
1.1.15.3.3 Sondeos de captación de agua someras ................................................76
1.1.15.3.4 Cimientos geotérmicos ...........................................................................76
1.1.15.4
Aprovechamiento de la energía geotérmica de muy baja temperatura ....81
1.1.15.5
Bombas de calor convencionales................................................................84
1.1.15.6
Bomba de calor geotérmica ........................................................................87
1.1.15.6.1 Rendimiento de una bomba de calor geotérmica ..................................91
1.1.15.7
Calefacción de edificios y producción de ACS ............................................95
1.1.15.8
La energía geotérmica en España ...............................................................97
1.1.15.8.1 Energía geotérmica de muy baja temperatura ......................................98
1.1.16
Climatología de la Zona ....................................................................................103
1.1.17
Características del terreno................................................................................105
1.1.17.1
Nivel freático.............................................................................................105
1.1.18
Localización geográfica .....................................................................................106
1.1.19
Características del edificio objeto del Proyecto ..............................................107
1.1.19.1
1.1.20
1.2
Descripción de las plantas de habitaciones ..............................................110
Instalación Actual..............................................................................................111
Cálculo de Transmitancias ................................................................................ 113
1.2.1
Datos previos ....................................................................................................116
1.2.1.1
Clasificación por severidad climática. ...........................................................116
1.2.1.2
Clasificación de los espacios .........................................................................116
1.2.1.3
Cálculo de los coeficientes de transmisión ................................................... 119
1.2.2
Comparativa de los parámetros característicos de los cerramientos con los
valores máximos establecidos por el CTE-Sección HE1. ...................................................124
Antonio Díaz Fernández
Página 2
1.2.3
1.2.3.1
Demanda térmica de la instalación ..................................................................127
Demanda térmica de calefacción en invierno ..............................................128
1.2.3.1.1
Introducción teórica .............................................................................128
1.2.3.1.2
Condiciones exteriores de cálculo ........................................................130
1.2.3.1.3
Condiciones interiores de cálculo ......................................................... 131
1.2.3.1.4 Demanda térmica de calefacción por transmisión en una planta
tipo...........................................................................................................................132
1.2.3.1.5
Demanda térmica por transmisión en la planta tercera......................135
1.2.3.1.6
Demanda térmica de calefacción por ventilación planta tipo…………..138
1.2.3.1.7 Demanda térmica de calefacción por ventilación de la planta
tercera……………………………………………………………………………………….…………………….....138
1.2.3.1.8
1.2.3.2
Demanda térmica de refrigeración en verano .............................................139
1.2.3.2.1
Introducción teórica .............................................................................139
1.2.3.2.2
Condiciones exteriores de cálculo ........................................................150
1.2.3.2.3
Condiciones interiores de cálculo ......................................................... 151
1.2.3.2.4
Demanda térmica de refrigeración de planta tipo ...............................152
1.2.3.2.5
Demanda de refrigeración de la planta tercera....................................164
1.2.3.2.6
Total demanda térmica de refrigeración. Carga térmica efectiva
……………………………………….....................................................................166
1.2.3.3
1.3
Total carga térmica de calefacción ......................................................139
Demanda Térmica de A.C.S...........................................................................168
Dimensionamiento técnico de la instalación solar térmica ................................ 171
1.3.1
1.3.1.1
1.3.1.2
Colectores Solares............................................................................................171
Colectores de tubo de vacío VITOSOL 200-T de Viessmann .........................172
Colectores solares de placa plana VITOSOL 300-F de Viessmann……………..175
1.3.1.3
Contribución solar mínima ...........................................................................179
1.3.1.3.1
Zonas climáticas ....................................................................................180
Contribución solar mínima anual exigida de A.C.S. ..................................................181
1.3.1.3.2
Cálculo de la Contribución Solar Mínima..............................................181
Antonio Díaz Fernández
Página 3
1.3.1.4
Cobertura de A.C.S. por captación solar térmica. Decisión técnica………….197
1.3.1.5
Orientación e Inclinación de captadores ...................................................... 199
1.3.1.6
Superficie real ocupada ................................................................................199
1.3.1.7
Distancia mínima entre colectores ...............................................................200
1.3.1.8
Conexión de los colectores ...........................................................................201
1.3.1.8.1
Configuración del campo de colectores de tubos de vacío ..................202
1.3.1.8.2
Configuración del campo de colectores de placa plana .......................204
1.3.1.9
Fluido caloportador ......................................................................................205
1.3.1.10
Acumulador. Sistema Auxiliar ...................................................................206
1.3.1.11
Bombas de circulación ..............................................................................215
1.3.1.12
Vaso de expansión ....................................................................................216
1.3.1.13
Equipos de medida ...................................................................................218
1.3.1.14
Sistema de regulación y control ...............................................................218
1.4
Dimensionamiento técnico de la instalación de calefacción, refrigeración y A.C.S.
por energía geotérmica ............................................................................................... 221
1.4.1
Potencia teórica de la instalación ....................................................................221
1.4.2
Potencia real de la instalación. .........................................................................222
1.4.3
Elección del sistema de intercambio de calor con el subsuelo. .......................223
1.4.4
Características técnicas del sistema de intercambio elegido ...........................226
1.4.5
Perforación del pozo .........................................................................................229
1.4.6
Sistema de climatización y calentamiento ....................................................... 231
1.5
1.4.6.1
Bomba de calor geotérmica. Bomba agua-agua...........................................231
1.4.6.2
Bomba de aspiración/infiltración de agua .................................................... 233
1.4.6.3
Unidad de control .........................................................................................235
1.4.6.4
Radiadores ....................................................................................................235
1.4.6.5
Refrigeración.................................................................................................236
1.4.6.6
Acumuladores ...............................................................................................238
Estudio de viabilidad económica ...................................................................... 242
1.5.1
Subvenciones ....................................................................................................243
Antonio Díaz Fernández
Página 4
1.5.2
Variables económicas .......................................................................................244
1.5.3
Instalación Solar con tubos de vacío. Estudio de viabilidad económica .... ……247
1.5.3.1
Vida útil de la instalación ..............................................................................247
1.5.3.2
Coste de inversión. .......................................................................................248
1.5.3.3
Cuantía de la subvención ..............................................................................248
1.5.3.4
Factura de gasóleo sin captación solar .........................................................249
1.5.3.5
Factura de gasóleo con captación solar .......................................................250
1.5.3.6
Ahorro económico ........................................................................................251
1.5.3.7
Coste anual de mantenimiento ....................................................................252
1.5.3.8
VAN sin subvención ......................................................................................252
1.5.3.9
VAN con subvención .....................................................................................254
1.5.4
Colector de placa plana. Estudio de viabilidad económica ..............................256
1.5.4.1
Vida útil de la instalación ..............................................................................256
1.5.4.2
Coste de la inversión.....................................................................................256
1.5.4.3
Cuantía de la subvención ..............................................................................257
1.5.4.4
Factura de gasóleo con captación solar .......................................................258
1.5.4.5
Ahorro económico ........................................................................................259
1.5.4.6
Otros gastos ..................................................................................................260
1.5.4.7
VAN sin subvención ......................................................................................261
1.5.4.8
VAN con subvención .....................................................................................262
1.5.4.9
TIR sin subvención ........................................................................................263
1.5.4.10
TIR con subvención ...................................................................................263
1.5.4.11
Pay-back ....................................................................................................264
1.5.4.12
Pay-back con subvención .........................................................................266
1.5.4.13
Ratio VAN/Inversión .................................................................................267
1.5.5
Comparativa de la viabilidad del proyecto con y sin subvención………………….268
1.5.5.1
VAN ...............................................................................................................269
1.5.5.2
TIR .................................................................................................................270
1.5.5.3
Pay-back ........................................................................................................270
Antonio Díaz Fernández
Página 5
1.5.6
Estudio de viabilidad económica de la instalación geotérmica ........................271
1.5.6.1
Vida útil de la instalación ..............................................................................271
1.5.6.2
Coste de la inversión.....................................................................................272
1.5.6.3
Cuantía de la subvención ..............................................................................272
1.5.6.4
Factura de gasoil sin energía renovable .......................................................273
1.5.6.5
Factura eléctrica sin energía renovable ........................................................274
1.5.6.6
Factura sin energía renovable ......................................................................275
1.5.6.7
Factura de gasoil con energía renovable ...................................................... 276
1.5.6.8
Factura eléctrica con energía renovable ...................................................... 276
1.5.6.9
Factura con energía renovable .....................................................................278
1.5.6.10
Ahorro económico ....................................................................................278
1.5.6.11
Otros gastos ..............................................................................................279
1.5.6.12
VAN sin subvención ..................................................................................279
1.5.6.13
VAN con subvención .................................................................................281
1.5.6.14
TIR sin subvención ....................................................................................282
1.5.6.15
TIR con subvención ...................................................................................282
1.5.6.16
Pay-back sin subvención ...........................................................................283
1.5.6.17
Pay-back con subvención..........................................................................285
1.5.6.18
Ratio VAN/Inversión sin subvención.........................................................286
1.5.6.19
Ratio VAN/Inversión con subvención .......................................................287
1.5.7
Comparativa de la rentabilidad del proyecto geotérmico con y sin
subvención………………………………………………….………………………………….…………………………. 287
1.6
1.5.7.1
VAN ...............................................................................................................288
1.5.7.2
TIR .................................................................................................................289
1.5.8
Pay-back ........................................................................................................290
Comparativa .................................................................................................... 291
1.6.1.1
VAN ...........................................................................................................291
1.6.1.2
TIR .............................................................................................................292
1.6.1.3
Payback .....................................................................................................293
Antonio Díaz Fernández
Página 6
1.7
Comparativa de costes anuales de operación entre el sistema actual de
combustibles fósiles, los propuestos por el presente proyecto y otros sistemas........ .... 295
1.7.1
Comparativa de costes de operación entre la instalación solar térmica y la
geotérmica ........................................................................................................................298
1.8
Impacto ambiental .......................................................................................... 299
1.8.1
Emisiones de CO2 a la atmósfera ......................................................................299
1.9
Conclusiones ................................................................................................... 302
1.10
Importe Fecha y Firma ..................................................................................... 307
1.11
Anejos ............................................................................................................. 308
1.11.1
Catálogo Colector Vitosol 200-T .......................................................................308
1.11.2
Catálogo colector Vitosol 300-F ........................................................................312
1.11.3
Catálogo acumulador Vitocell 100-V ................................................................315
1.11.4
BCG Waterkotte Serie DS 5240.........................................................................323
1.11.5
Catálogo Fancoils Ciat serie Major 2.................................................................325
2.
Documento 2 ................................................................................................... 327
2.1
Listado de planos ..................................................................................................327
4. Documento 4 .......................................................................................................... 328
4.1
Presupuesto .................................................................................................... 328
4.1.1
Mediciones........................................................................................................328
4.1.1.1
Mediciones instalación solar con colectores de placa plana ........................329
4.1.1.2
Mediciones instalación solar con tubos de vacío .........................................331
4.1.1.3
Mediciones instalación geotérmica ..............................................................333
4.1.2
Precios unitarios ...............................................................................................335
4.1.2.1
Precios unitarios instalación solar con paneles de placa plana ....................335
4.1.2.2
Precios unitarios instalación solar con colectores de tubos de vacío………. .338
4.1.2.3
Precios unitarios instalación geotérmica ......................................................340
4.1.3
Sumas parciales ................................................................................................342
4.1.3.1
Sumas parciales instalación solar con colectores de placa plana ............ …..342
4.1.3.2
Sumas parciales instalación solar con colectores de tubos de vacío……….. .344
Antonio Díaz Fernández
Página 7
4.1.3.3
4.1.4
4.1.4.1
Sumas parciales instalación geotérmica ....................................................... 346
Presupuesto general .........................................................................................349
Presupuesto instalación solar con colectores de placa plana ......................349
4.1.4.2 Presupuesto instalación solar con colectores de tubos de
vacío…………………………………….………………......................................................................349
4.1.4.3
Presupuesto instalación geotérmica ............................................................350
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Irradiancia Solar.. ..................................................................................................... 21
Figura 2 Ángulos de posición del Sol. .....................................................................................24
Figura 3 Paso aparente del Sol. ..............................................................................................24
Figura 4. Variación del día a lo largo del año en función de latitud geográfica. ....................26
Figura 5. Componentes básicos de un colector de placa plana .............................................28
Figura 6. Esquema de Tubos de vacío.....................................................................................39
Figura 7. Esquema de captación de un sistema de CPC . .......................................................40
Figura 8. Tubo de vacío simple. ..............................................................................................41
Figura 9. Tubo de vacío de flujo directo .. ..............................................................................43
Figura 10 Ilustración 6. Esquema de funcionamiento de un tubo de calor............................44
Figura 11. Imagen ilustrativa de la integración arquitectónica de los colectores de tubos de
vacío. .......................................................................................................................................46
Figura 12. Sistema de Termofisión.. .......................................................................................53
Figura 13. Sistema de circulación forzada . ............................................................................54
Figura 14. Sistema de intercambio interno con serpentín . ...................................................55
Figura 15. Sistema de intercambio interno de doble envolvente .. ......................................56
Figura 16 Esquema Circulación Directa… ...............................................................................58
Figura 17. Esquema circuitos primario y secundario ..............................................................59
Antonio Díaz Fernández
Página 8
Figura 18 Principales usos de la energía geotérmica en función de la temperatura. ............65
Figura 19. Diferentes tipos de energía geotérmica . ..............................................................67
Figura 20. La radiación solar y las condiciones climáticas influyen sobre la temperatura del
subsuelo sólo hasta cierta profundidad.. ...............................................................................69
Figura 21… ..............................................................................................................................72
Figura 22. Esquema sonda geotérmica...................................................................................75
Figura 23 Esquema de calefacción de una vivienda utilizando sondeos de captación de agua
de la capa freática… ................................................................................................................76
Figura 24. Variación de tres caracterísiticas del terreno .. .....................................................79
Figura 25.Colectores horizontales, sondas y pilotes geotérmicos. .........................................80
Figura 26. Distribución del gasto energético doméstico. Vivienda de tipo medio.. ...............81
Figura 27. Dibujo ilustrativo de la misión de la Bomba de Calor. ...........................................84
Figura 28. Funcionamiento de la bomba de calor reversible. Ciclos verano e invierno .........86
Figura 29. Principales países con bombas de calor geotérmicas ...........................................90
Figura 30. Agua geotérmica bombeada desde dos pozos de alimentación a una planta de
intercambio de calor. Desde ésta, el circuito secundario abastece a un grupo de edificios. 96
Figura 31. Gráfica de Temperaturas-Precipitaciones en Madrid..........................................104
Figura 32. Fotografía del edificio -1959- ...............................................................................108
Figura 33. Hoja de datos técnicos colectores VITOSOL 200-T (Viessmann). ........................174
Figura 34. Esquema técnico VITOSOL 200-T (Viessmann). ...................................................175
Figura 35. Esquema de componentes del colector VITOSOL 200-T (Viessmann). ................176
Figura 36. Hoja de datos técnicos del colector de placa plana VITOSOL 300-F (Viessmann).
..............................................................................................................................................178
Figura 37. Esquema de montaje colectpor VITOSOL 300-F (Viessmann). ............................179
Figura 38.Mapa de zonas climáticas para el cálculo de la contribución solar mínima de A.C.S.
..............................................................................................................................................181
Figura 39. Distancia mínima entre filas de colectores . ........................................................200
Figura 40. Configuración del campo de colectores. .............................................................202
Figura 41. Caudal que circula por cada batería de colectores ..............................................203
Antonio Díaz Fernández
Página 9
Figura 42. Esquema principio de funcionamiento de un sistema solar térmico con
acumulador y sistema auxiliar de caldera. ...........................................................................208
Figura 43. Acumulador VITOCELL 100-V (Viessmann). .........................................................210
Figura 44. Hoja de datos técnicos del acumulador VITOCELL 100-V (Viessmann) ...............213
Figura 45. Conexión de los acumuladores en serie invertida . ............................................215
Figura 46. Sondeo número 5682 realizado en la Ciudad Universitaria de Madrid...............225
Figura 47. Esquema de calefacción seleccionado utilizando sondeos de captación de agua
de la capa freática.................................................................................................................226
Figura 48. Esquema de captación Invierno-Verano..............................................................228
Figura 49. Sección de sondas geotérmicas en doble "U" . ..................................................229
Figura 50. Esquema de sondeos de captación de la instalación geotérmica. ......................230
Figura 51.Bomba de Calor Geotérmica Waterkotte DS 5240,3 (Waterkotte). .....................232
Figura 52. Hoja de datos técnicos de la Bomba de Calor Geotérmica.................................233
Figura 53. Bomba sumergible GRUNDFUS, SP-70.................................................................234
Figura 54. Vista parcial de uno de los 3 acumuladores instalados en la sala de calderas del
C.M.U. Jorge Juan. ................................................................................................................239
Figura 55. Circuito de impulsión actual. ...............................................................................240
Figura 56. Circuito de retorno actual ...................................................................................241
Figura 57. Pay-back del proyecto sin subvención .................................................................286
Figura 58. Comparativa entre costes anuales de operación ................................................297
Antonio Díaz Fernández
Página 10
1. Documento 1
1.1 Memoria
1.1.1 Objeto y justificación del proyecto
España mantiene desde hace poco más de una década un notorio
crecimiento de la intensidad energética. Nuestra creciente y excesiva
dependencia energética exterior (alrededor del 80% en los últimos años) y la
necesidad de preservar el medio ambiente, reduciendo el uso de
combustibles fósiles, obligan al fomento de fórmulas eficaces para un uso
eficiente de la energía y la utilización de fuentes limpias. En este contexto, el
objeto del presente documento es estudiar y valorar de manera técnica y
económica una instalación de calefacción que satisfaga, total o parcialmente,
la demanda de calefacción del Colegio Mayor Universitario Jorge Juan de
Madrid a través de la energía solar térmica, por un lado, y por otro lado, de
la energía geotérmica de baja temperatura. Nos encontramos ante dos
fuentes de energía limpias emergentes en los últimos tiempos y cada vez más
contempladas en el marco de la eficiencia energética de los edificios.
Las aplicaciones térmicas conllevan una inversión inicial mayor que
un sistema térmico convencional. No obstante, una vez llevada a cabo la
instalación del sistema solar térmico o del sistema geotérmico, los gastos de
funcionamiento se verán notoriamente reducidos.
Antonio Díaz Fernández
Página 11
1.1.2 Objetivos del Proyecto
A continuación se enuncian de manera resumida los objetivos
perseguidos por el presente proyecto:
-
El
dimensionamiento
técnico
de
una
instalación
de
calefacción/refrigeración que utilice como energía la solar térmica
o la geotérmica de baja entalpía.
-
El diseño de una instalación de calentamiento del A.C.S en el
Colegio Mayor Jorge Juan utilizando una u otra de las anteriores
fuentes de energía.
-
Realizar un estudio de viabilidad económica para cada una de las
instalaciones dimensionadas.
-
Tras el estudio económico, comparar entre sí cada una de las dos
instalaciones
propuestas
y,
por
último,
compararlas
individualmente con la instalación actual.
-
Establecer unas conclusiones en base al análisis de resultados y
decidir entre las dos instalaciones y entre una de ellas o la actual.
Además de lo anterior, existen una serie de objetivos por parte de la
organización del Colegio Mayor, como son:
Antonio Díaz Fernández
Página 12
-
Buscar una alternativa al sistema actual de calefacción por gasoil, poco
eficiente desde un punto de vista energético en la climatización del
edificio.
-
Reducir el consumo directo del combustible fósil, lo cual supondrá un
ahorro en el coste de la instalación y una reducción de las emisiones
de dióxido de carbono, nocivas para la atmósfera. Existe una intención
comprometida por parte de la dirección del centro y del Ministerio de
Defensa, al cual pertenece el centro, de adaptar el Colegio a las
exigencias de los tiempos actuales, no solamente en materia educativa,
humana y cultural, sino que también en lo referido al confort de sus
colegiales y a la eficiencia y sostenibilidad energética. La dirección del
centro, a través de los órganos colegiales y con ocasión de la
implantación de esta nueva instalación , promoverá una serie de
iniciativas que ayuden a extender y difundir entre los colegiales los
beneficios, ventajas e idoneidad de estas tecnologías, tanto a nivel
técnico y económico como de contribución a la preservación del medio
ambiente y el desarrollo sostenible. Estas iniciativas podrán ser
llevadas a cabo en forma de conferencias, proyección de vídeos o la
distribución de circulares y trípticos informativos.
1.1.3 Metodología de trabajo
La elaboración del presente proyecto contemplará el desarrollo de un
conjunto secuencial de atapas, que se sucederán de manera que los
Antonio Díaz Fernández
Página 13
resultados obtenidos en cada una de ellas serán las entradas de datos de la
que le suceden.
En una primera fase se procederá a la búsqueda de documentación e
información relativas a los dos sistemas de climatización, termosolar y
geotérmico, con la finalidad de adquirir los conocimientos generales y
específicos necesarios para planificar el desarrollo del Proyecto y alimentar
las fases posteriores que compondrán el mismo. Esta fase se compondrá de
de información sobre:
•
Principios de la energía solar térmica: el sol como fuente de
energía, la radiación solar, la transformación de la energía
solar, etc.
•
El captador solar, fundamentos y tipos: colector de placa
plana y te tubos de vacío. Criterios de selección.
•
Tipos
de
instalaciones:
clasificación,
componentes
y
equipos.
•
Funcionamiento de las instalaciones.
•
Aplicaciones
de
los
sistemas
termosolares
de
baja
temperatura.
•
Marco regulatorio.
Antonio Díaz Fernández
Página 14
•
Principios de la energía geotérmica: el calor de la tierra, el
gradiente geotérmico y la conductividad térmica, etc.
•
Aplicaciones y tipos de energía geotérmica.
•
Energía geotérmica y desarrollo sostenible.
•
Investigación de recursos geotérmicos.
•
Tipos de colectores: horizontales, sondas y cimientos
geotérmicos, sondeos de captación de aguas someras.
•
Bombas de calor convencionales.
•
Bomba de calor Geotérmica: principio de funcionamiento,
parámetros característicos, etc.
•
Aplicaciones geotérmicas.
•
Marco regulatorio.
Una vez recopilada y leída esta información teórica acerca de las energías
objeto de estudio se procederá al desarrollo concreto del Proyecto, el cual se
estructurará de forma general en las siguientes fases:
-
Documentación relativa al edificio. A partir de la recopilación de
información acerca de las características estructurales y físicas del
Antonio Díaz Fernández
Página 15
edificio se constituirá la base de cálculo y de dimensionamiento de las
instalaciones de climatización. Ésta información se compondrá de:
• Situación geográfica del edificio: ubicación, latitud, altura y
condiciones exteriores de cálculo (temperaturas y radiaciones
medias, etc.).
• Características constructivas del edificio: Planos de las
diferentes plantas del edificio, cerramientos que conforman la
envolvente térmica y parámetros característicos de los mismos.
• Sistema de calefacción actual y consumo histórico de
combustible fósil por parte de la instalación. En fases
posteriores será requerida esta documentación tanto para el
dimensionamiento de la instalación y el sistema auxiliar de
energía, como para la elaboración del estudio económico y de
viabilidad de las instalaciones de estudios y su comparativa con
la instalación actual.
• Documentación relativa a las características del terreno en el
que se ubica el edificio: sondeos realizados, recursos
geotérmicos en la zona de estudio y propiedades del subsuelo.
-
Cálculo de los parámetros característicos de cada uno de los
cerramientos que conforman la envolvente térmica del edificio,
previamente definidos conforme a las pautas establecidas por el
Antonio Díaz Fernández
Página 16
Código Técnico de la Edificación (cubierta, fachada, huecos y
ventanas, puertas, paredes y forjados de entreplantas). Estos
parámetros serán introducidos posteriormente en la programación
definida para el cálculo de la Carga térmica.
-
Cálculo de las cargas térmicas y la demanda de calefacción y A.C.S.
Como se ha citado al comienzo de este apartado, parte de los datos
recabados en el punto anterior, más concretamente los referidos a las
características constructivas y datos ambientales y geográficos de la
zona, serán utilizados como variables de entrada de los métodos de
cálculo de cargas térmicas de calefacción y refrigeración del edificio en
los dos principales períodos estaciones (invierno y verano). Estos
métodos son proporcionados y debidamente explicados en los
documentos normativos existentes al respecto, que se citarán más
adelante. Como herramienta de cálculo se utilizará el programa
Microsoft Excel, realizándose éste para cada uno de los recintos a
climatizar. Los resultados obtenidos serán introducidos en una hoja de
cálculo que proporcionará las necesidades de calor y frío para el
conjunto del edificio a lo largo del año. Por otro lado, y en función del
número de ocupantes del edificio y su consumo medio según indica la
norma, se determinará la demanda de A.C.S. del edificio, que será
añadida a la potencia requerida para la instalación termosolar y
geotérmica.
-
Una vez obtenidas las necesidades de calor y frío de los espacios a
climatizar, se podrá proceder al dimensionado de cada una de las
Antonio Díaz Fernández
Página 17
instalaciones térmicas. En el caso de la solar se estudiará la cobertura o
aporte calorífico mínimo de calentamiento del A.C.S, y se
determinará, en función de ello y de las características de la cubierta,
el
tipo
y
número
de
colectores
a
instalar.
En
cuanto
al
dimensionamiento de la geotermia, se determinará la potencia a
instalar y se elegirá un modelo y número de bombas de calor entre las
que ofrece el mercado.
-
Finalizado el dimensionamiento técnico de la instalación solar y
geotérmica, se podrá emprender el estudio de viabilidad económica
aplicado a cada una de las dos instalaciones, obteniendo los
parámetros característicos de cualquier estudio de este tipo (Inversión
inicial, VAN, TIR, Período de retorno).Se utilizará asimismo la
programación de Microsoft Excel.
-
Las magnitudes obtenidas del estudio de viabilidad previo permitirán
realizar un estudio comparativo entre cada una de las dos
instalaciones propuestas, así como entre cada una de ellas
individualmente con respecto a la instalación con la que cuenta
actualmente el Colegio Mayor.
-
El análisis comparativo y los resultados extraídos del mismo
configurarán las conclusiones finales, permitiendo dilucidar qué tipo
de instalación es más viable y reportará una mayor grado de
satisfacción de los objetivos del presente Proyecto.
Antonio Díaz Fernández
Página 18
1.1.4 Normativa
Para la realización del presente proyecto se aplicará la normativa
específica del:
• Código Técnico de Edificación (CTE), aprobado por el Real Decreto
314/2006
• Reglamento de Instalaciones térmicas de los Edificios (RITE),
aprobado por el Real Decreto 1027/2007 del 20 de julio del 2007.
• Pliego de condiciones de instalaciones térmicas de edificios del IDEA,
aprobado en el mes de enero de 2009.
Antonio Díaz Fernández
Página 19
1.1.5 Tecnología solar
El Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el
hombre ha utilizado desde los albores de la historia, puede satisfacer todas
nuestras necesidades, si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la
luz que continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo
desde hace unos cinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha
llegado ni a la mitad de su existencia.
Durante el presente año, el Sol arrojará sobre la Tierra cuatro mil veces
más energía que la que vamos a consumir.
La mayor parte de los fotones emitidos por el Sol tienen una longitud de
onda comprendida entre 0.3 µm y 3 µm, aunque solo las que van desde 0.4 y
0.7 µm son susceptibles de ser captadas por el ojo humano, formando lo que
se conoce como radiación visible. El resto, esto es la “no visible” emitida por
el Sol, transporta también una considerable energía que es preciso tener en
cuenta.
Antonio Díaz Fernández
Página 20
Figura 1. Irradiancia Solar (Fuente: Energía Solar. Nousol).
España,
por
su
privilegiada
situación
y
climatología,
se
ve
particularmente favorecida respecto al resto de los países de Europa, ya que
sobre cada metro cuadrado de su suelo inciden al año unos 1.500 kilovatioshora de energía, cifra similar a la de muchas regiones de América Central y
del Sur. Esta energía puede aprovecharse directamente, o bien ser convertida
en otras formas útiles como, por ejemplo, en electricidad.
Sería poco racional no intentar aprovechar, por todos los medios
técnicamente posibles, esta fuente energética gratuita, limpia e inagotable,
que puede liberar definitivamente al mundo de la dependencia del petróleo o
de otras alternativas poco seguras, contaminantes o, simplemente, agotables.
Es preciso, no obstante, señalar que existen algunos problemas que
debemos afrontar y superar. Aparte de las dificultades que una política
energética solar avanzada conllevaría por sí misma, hay que tener en cuenta
que esta energía está sometida a continuas fluctuaciones y a variaciones más
Antonio Díaz Fernández
Página 21
o menos bruscas. Así, por ejemplo, la radiación solar es menor en invierno,
precisamente cuando más se suele necesitar.
Es de vital importancia proseguir con el desarrollo de la todavía
incipiente tecnología de captación, acumulación y distribución de la energía
solar, para conseguir las condiciones que la hagan definitivamente
competitiva, a escala planetaria.
En el caso de la energía solar térmica, el calor recogido en los colectores
puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Por ejemplo, se puede
obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para dar
calefacción a nuestros hogares, hoteles, colegios, fábricas, etc. Incluso se
pueden climatizar las piscinas y permitir el baño durante gran parte del año.
También, y aunque pueda parecer extraño, otra de las más prometedoras
aplicaciones del calor solar será la refrigeración durante las épocas cálidas ,
precisamente cuando más soleamiento hay. En efecto, para obtener frío hace
falta disponer de una fuente cálida, la cual puede perfectamente tener su
origen en unos colectores solares instalados en el tejado o azotea. En los
países árabes ya funcionan a pleno rendimiento acondicionadores de aire que
utilizan eficazmente la energía solar.
1.1.6 Radiación solar
La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz
y el calor emitidos por el Sol.
Antonio Díaz Fernández
Página 22
La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por
medio del calor que produce, como también a través de la absorción de la
radiación, por ejemplo en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las
llamadas energías renovables, particularmente del grupo no contaminante,
conocido como energía limpia o energía verde. Si bien, al final de su vida
útil, los paneles fotovoltaicos pueden suponer un residuo contaminante
difícilmente reciclable a día de hoy.
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las
condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que
en buenas condiciones de irradiación el valor es de aproximadamente 1000
W/m² en la superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como
irradiancia.
1.1.7 Coordenadas solares. Trayectoria aparente del sol
Existen dos sistemas para determinar las coordenadas angulares que
determinan el posicionamiento del sol: el sistema Ecuatorial (declinación y
ángulo horario) y el horizontal (azimut y altitud solar). Este apartado se
centrará en el segundo.
Se toma como convención que la Tierra está estacionaria, que un
observador hipotético inmóvil en algún lugar de su superficie viendo la
Tierra a su alrededor como un plano circular de radio infinito limitado por el
horizonte. Si también se considera al cielo como una semibóveda cubriendo
Antonio Díaz Fernández
Página 23
totalmente el plano donde permanece el observador, entonces el sol, durante
el curso del día describirá su trayectoria a lo largo del arco de círculo.
Al mediodía solar las líneas que describe el sol en su recorrido por la
bóveda celeste alcanzan su punto más alto. Además de este movimiento
diario, el sol tiene un segundo movimiento aparente el cual sólo podría
observarse si pudiera dejarse registrado día tras día y se manifiesta con
trayectorias paralelas cada día. La posición del sol para cualquier mes del
año y hora del día se define por dos ángulos: acimut del sol y altura solar.
Figura 2 Ángulos de posición del Sol.
Figura 3 Paso aparente del Sol.
Antonio Díaz Fernández
Página 24
Existen diversos métodos para conocer y analizar el comportamiento
solar en los edificios y espacios abiertos con fines de diseño y evaluación.
Estos
métodos
diagramas
son
gráficos,
modelos
modelos
matemáticos,
físicos
algoritmos
nomogramas,
tridimensionales,
programas
computarizados y medios fotográficos en combinación con métodos gráficos.
Los
métodos
matemáticos
proporcionan
información
precisa
y
se
recomiendan cuando se requiere un alto grado de exactitud como es por
ejemplo para cálculo de dispositivos de celdas fotovoltaicas, calentadores
solares, etc.
Como es obvio, tanto el azimut como la altura del Sol en un instante
dado, serán distintos para dos observadores situados en diferentes lugares
del planeta, por lo que, al usar tablas que expresen estas coordenadas, hay
que fijarse bien para qué latitud geográfica están calculadas.
El número de horas de sol teóricas será el período de tiempo que
transcurre entre el amanecer y el ocaso, instantes ambos en que la altura solar
vale cero. Esta duración del día depende del punto geográfico considerado y
de la época del año.
Antonio Díaz Fernández
Página 25
Figura 4. Variación del día a lo largo del año en función de latitud geográfica (Fuente: Departamento de
Ingeniería Agrícola y Forestal. Escuela Técnica Superior de Ingenierías Agrarias. Universidad de Valladolid).
1.1.8 Recogida directa de energía solar
La recogida directa de energía solar requiere dispositivos artificiales
llamados colectores solares, diseñados para recoger energía, a veces después
de concentrar los rayos del Sol. La energía, una vez recogida, se emplea en
procesos térmicos o fotovoltaicos. En los procesos térmicos, la energía solar
se utiliza para calentar un gas o un líquido que luego se almacena o se
distribuye. En los procesos fotovoltaicos, la energía solar se convierte en
energía eléctrica sin ningún dispositivo mecánico intermedio.
Los colectores solares se pueden clasificar mediante la temperatura de
trabajo que pueden alcanzar, baja, media y alta. Para aplicaciones domésticas
Antonio Díaz Fernández
Página 26
e industriales se utilizan los colectores de baja y media temperatura siendo
éstos los colectores de placa plana y colectores de tubos de vacío
respectivamente.
1.1.9 Colector de placa plana
El tipo de colector más difundido es el colector solar de placa plana.
Básicamente consiste en una caja hermética aislada, proyectada para soportar
las inclemencias del tiempo. Puede estar fabricada con distintos materiales,
aluminio, acero inoxidable, etc.
La cubierta transparente suele ser habitualmente de vidrio, y favorece el
principio llamado “efecto invernadero”, permitiendo el paso de los rayos
luminosos solares hasta la placa absorbente. Esta placa está formada por una
lámina metálica que en algunos modelos puede ser de material plástico u
otros. Para incrementar el poder de absorción se suele revestir la placa con
una capa de color negro, sometiéndola a un tratamiento electroquímico que
evite la perdida de sus cualidades con el paso del tiempo. El calor pasa a
unos tubos a modo de serpentín por cuyo interior circula el líquido
caloportador. Este líquido suele ser agua con anticongelante.
La temperatura de trabajo que ofrecen estos colectores está entre 10-60
ºC y la producción de ACS y climatización de piscinas son las aplicaciones
más habituales.
Antonio Díaz Fernández
Página 27
El colector de placa plana está compuesto por cuatro elementos: una
carcasa, el absorbedor, la cubierta y el aislante. Su objetivo principal consiste
en captar la mayor cantidad de energía solar para transferirla al fluido
caloportador.
Figura 5. Componentes básicos de un colector de placa plana (Fuente: Mapel Solar)
1.1.9.1 Carcasa
Es la encargada de proteger y soportar los elementos que constituyen el
colector solar, además de servir de enlace con el edificio, por medio de los
soportes. Debe cumplir los siguientes requisitos:
Antonio Díaz Fernández
Página 28
-
Rigidez y resistencia estructural que asegure la estabilidad. Es de
suma importancia ya que debe resistir la presión del viento.
-
Resistencia de los elementos de fijación: mecánica para los esfuerzos a
transmitir; y química para soportar la corrosión.
-
Resistencia a la intemperie. A los efectos corrosivos de la atmósfera y a
la inestabilidad química debido a las inclemencias del tiempo.
-
Aireación del interior del colector para evitar la condensación del
agua. Se realiza por medio de dos técnicas:
•
Vacío en el interior del colector cuando éste está frío, para que la
carcasa no esté sometida a una presión muy alta cuando el aire en
su interior se caliente.
•
Practicar unos orificios en la carcasa para permitir la aireación del
colector, así como la evacuación de la condensación. Los orificios se
localizan en la parte posterior para evitar la entrada del agua de
lluvia y la pérdida de aire caliente del interior del colector.
Antonio Díaz Fernández
Página 29
-
Evitar toda geometría que permita la acumulación de agua hielo o
nieve en el exterior del colector.
-
Facilitar el desmontaje de la cubierta para poder tener fácil acceso a la
placa captadora.
1.1.9.2 Absorvedor. Placa captadora
Tiene por misión absorber de la forma más eficiente posible la
radiación solar y transformarla en energía térmica utilizable mediante su
transferencia al fluido caloportador.
Existen diferentes modelos, de los cuales los más usuales son:
-
Dos placas metálicas de cobre separadas por unos milímetros, entre
las cuales circula el fluido caloportador.
-
Placa metálica de cobre sobre la cual están soldados o embutidos los
tubos por los que circula el fluido caloportador. En lugar de una placa
metálica se puede dotar de unas aletas de cobre a los tubos de cobre.
-
Dos láminas de metal de cobre unidas a gran presión excepto en los
lugares que forman el circuito del fluido caloportador, los cuales han
sido abombados mediante insuflación de aire.
Antonio Díaz Fernández
Página 30
-
Placas de plástico, usadas exclusivamente en climatización de
piscinas.
La cara de la placa captadora que se expone al sol ha de estar protegida
de los rayos solares por medio de:
-
Pintura de color negro u oscuro que absorbe la radiación solar.
Presenta el inconveniente de tener un coeficiente de emisión
sensiblemente igual al de absorción, por lo que no es recomendable
para altas temperaturas.
-
Superficies selectivas. Posee un coeficiente de absorción de radiación
solar alto y un bajo coeficiente de emisión. No existen materiales
simples que tengan esta propiedad, por lo que ésta se consigue por
medio de superposición de capas o tratamientos especiales de la
superficie.
1.1.9.2.1
-
Características de la placa captadora
Tratamientos de la superficie: Las pinturas son más económicas que
los tratamientos selectivos pero se estropean antes.
-
Perdidas de carga: Si la instalación va a funcionar por medio de
termosifón, éstas no deben ser superiores a 3 mm. de columna de agua
por m2 de colector para que la circulación sea la adecuada y no se
produzcan grandes saltos térmicos.
Antonio Díaz Fernández
Página 31
-
Corrosión interna: No se debe mezclar el cobre y el acero, para evitar
la corrosión de este último.
-
Inercia térmica de la placa captadora: Cantidad de calor necesaria para
elevar la temperatura de la placa y del fluido caloportador en un
tiempo determinado. La inercia térmica depende por lo tanto del
volumen de fluido que pueda contener, por lo que interesa reducirlo
al mínimo para mejorar el funcionamiento del panel.
-
Homogeneidad de la circulación: Con el fin de que el fluido
caloportador que circula por la placa tenga un reparto de
temperaturas equilibrado. Esto es vital para los paneles con doble
placa en los que el diseño del circuito del fluido es de suma
importancia para el rendimiento del panel.
-
Transmisión de calor: En los paneles con doble placa, la transmisión
de calor es directa, no ocurriendo lo mismo para los que poseen los
tubos soldados o embutidos. En este último caso la transferencia de
calor va a depender de: la conductividad de la placa; la separación,
diámetro y espesor de los tubos; el rendimiento y régimen del líquido;
y de la buena ejecución de las soldaduras o de los acoplamientos a
presión.
-
Entradas y salidas del fluido en la placa: Procurar que las pérdidas de
cargas en estos lugares sean bajas y que las soldaduras no estén
forzadas para impedir posibles fugas.
Antonio Díaz Fernández
Página 32
-
Puentes térmicos: Calorifugar bien las entradas y salidas para evitar
pérdidas importantes debido a la creación de puentes térmicos entre
la placa y los elementos no aislados.
-
Resistencia a la presión: Debe ser capaz de soportar la presión de la
red. En caso de que los paneles se instalen con un circuito primario
aislado de la red, se debe prever la subida de presión debido a la
conexión de la placa a la red, la pérdida de carga y el necesario
llenado del circuito primario desde la red
-
La obstrucción del circuito primario: Debido a incrustaciones o por
tapones de hielo, por lo que hay que dotar a la instalación de los
elementos necesarios que eviten la producción de sobrepresiones.
1.1.9.3 Cubierta
Es la encargada de producir el efecto invernadero, reducir las perdidas
por convección y asegurar la estanqueidad del colector al agua y al aire, en
unión con la carcasa y las juntas. El efecto invernadero logrado por la
cubierta consiste en que una parte de la radiación que ha atravesado la
cubierta y llega a la placa captadora es reflejada hacia la cubierta
transparente, con una longitud de onda para la cual ésta es opaca, con lo que
se consigue retener la radiación en el interior. Este efecto
define las
características de la cubierta:
Antonio Díaz Fernández
Página 33
-
Alto coeficiente de transmisión de la radiación solar, en la banda de
0.3 a 3 m, el cual debe conservarse a lo largo de los años.
-
Bajo coeficiente de transmisión para las ondas largas.
-
Bajo coeficiente de conductividad térmica, que dificulte el paso de
calor desde la superficie interior hacia la exterior, minimizando así las
pérdidas.
-
Alto coeficiente de reflexión para la longitud de onda larga de la
radiación emitida por la placa captadora, a fin de que ésta retorne a la
placa.
Debido a esto, la cara interior de la cubierta estará más caliente que la
exterior, y por tanto se dilatará más, existiendo riesgo de rotura o
deformación, por lo que la cubierta transparente ha de tener un coeficiente
de dilatación pequeño.
Se puede usar una doble cubierta o aumentar el espesor de la cubierta
transparente para tratar de minimizar las perdidas por convección, pero estas
soluciones aumentan las perdidas por absorción del flujo solar incidente,
además de encarecer el panel. En general se puede decir que la doble
cubierta es tanto más interesante cuanto más baja sea la temperatura exterior
y más fuerte sea el viento.
Los principales materiales utilizados son:
Antonio Díaz Fernández
Página 34
-
Vidrio: Existen numerosas variedades de vidrio que se distinguen por
su composición química, sus características mecánicas y ópticas, etc.
Se debe elegir los vidrios recocidos o templados, ya que se mejoran
sus propiedades mecánicas sin alterar a las ópticas.
-
Materiales plásticos: Se presentan bajo la forma de películas flexibles
de algunas décimas de milímetros de espesor, o bajo forma de placa
rígida de algunos milímetros. Sus características principales son: baja
densidad, mala conductividad térmica, coeficiente de dilatación lineal
importante y mala resistencia a temperaturas elevadas. Además,
sufren deterioro físico e inestabilidad química bajo la acción de los
elementos exteriores.
1.1.9.3.1
-
Tratamientos especiales de la cubierta:
Tratamiento antirreflectante sobre la superficie exterior para disminuir
las pérdidas por reflexión de los rayos solares incidentes.
-
Tratamiento sobre la superficie interior para que refleje las radiaciones
de gran longitud de onda y no impida el paso de la radiación de corta
longitud.
El problema de estos tratamientos es el encarecimiento de los
colectores solares
Antonio Díaz Fernández
Página 35
1.1.9.4 Aislamiento térmico
La placa captadora está protegida en su parte posterior y lateral por
medio de un aislamiento térmico para evitar las pérdidas de calor térmico
hacia el exterior. Las características de estos aislantes han de ser:
-
Resistir altas temperaturas sin deteriorarse, lo que muchas veces se
consigue colocando entre la placa y el aislante una capa reflectante,
que impida que el aislante reciba directamente la radiación.
-
Desprender pocos vapores al descomponerse por el calor y en caso de
ocurrir que no se adhieran a la cubierta.
-
No degradarse por el envejecimiento u otro fenómeno a la
temperatura habitual de trabajo.
-
Soportar la humedad que se pueda producir en el interior de los
paneles sin perder sus cualidades.
Los materiales más usados son la fibra de vidrio, la espuma rígida de
poliuretano y el poliestireno expandido. Cualquiera que sea el material
escogido debe tener un coeficiente de dilatación compatible con el de los
demás componentes del panel solar.
Antonio Díaz Fernández
Página 36
1.1.10 Colector de tubos de vacío
La tecnología de tubos de vacío es actualmente las más eficaz de las
empleadas en los colectores solares térmicos. Durante un tiempo fue un
sistema muy caro y de difícil acceso. Sin embargo este sistema comienza a
hacerse cada vez más accesible para algunas aplicaciones, como lo demuestra
la proliferación de sistemas compactos de agua caliente por termosifón con
tubos de vacío que en los últimos años han invadido mercados.
Los colectores solares de tubo de vacío son el resultado de la
aplicación de alta tecnología en el diseño, en la fabricación y en la selección
de los materiales empleados, con la finalidad de conseguir una elevada
eficiencia y rendimiento en su vida útil.
Se trata de un producto de gran innovación en su campo de
aplicación, aunque no nuevo, ya que está ampliamente experimentado a
nivel internacional, tanto en el sector industrial como también en el sector de
la construcción residencial y de servicios.
Debido a sus características de colector de alto rendimiento, es un
producto estrella en ventas en países con niveles de insolación inferiores al
arco mediterráneo como pueden ser Alemania, Suiza y los países
centroeuropeos en general, ya que uno de sus atractivos comerciales es el de
asegurar rendimiento incluso en días de invierno, nubosos e incluso con
lluvia.
Antonio Díaz Fernández
Página 37
Sin embargo, esto no es contradictorio con el hecho de que cada vez
más se proyecten e instalen en proyectos que requieren una gran exigencia
de rendimiento para la generación de grandes volúmenes de agua caliente
sanitaria.
Los aspectos más relevantes relacionados con este tipo de colectores
con respecto a sus prestaciones son la gran eficiencia energética, así como
una perfecta transmisión térmica debida precisamente al vacío realizado en
el interior de los tubos.
Como resultado se obtiene:
-
Una mayor captación de la irradiación solar (incluso en días nubosos y
con lluvia, aumentando las horas solares efectivas).
-
Una mayor temperatura en el colector en época hibernal y una mínima
pérdida de calor.
-
Un aumento del 35 % aproximadamente del rendimiento del colector
con respecto a colectores convencionales planos. Las características y
prestaciones de los colectores de tubo de vacío lo hacen idóneo para
aplicaciones, no sólo de ACS, sino también de calefacción, sobre todo
si existe una instalación de suelo o muro radiante. Además, debido a
su capacidad de trabajar a altas temperaturas se convierte en una
infraestructura válida para una futura y muy probable aplicación en
Antonio Díaz Fernández
Página 38
climatización al poder utilizarse como generador de frío solar,
aplicación ampliamente experimentada en el entorno industrial.
Los distintos sistemas de colectores de tubo de vacio se basan en los tubos
evacuados. Estos están conformados por dos tubos concéntricos entre los
cuales se ha aspirado el aire produciéndose un vacio. En uno de los extremos
ambos tubos se unen sellándose el vacio. Dentro de ambos tubos se sitúan los
distintos tipos de absorvedores que determinan los distintos sistemas.
Figura 6. Esquema de Tubos de vacío (Fuente: Sitiosolar.Portal de energías renovables).
Algunos colectores emplean un sistema denominado CPC (Colector
Parabólico Concéntrico) para aprovechar la radiación solar que incide entre
dos tubos. Este sistema consiste en una serie de reflectores que dirigen la luz
Antonio Díaz Fernández
Página 39
que cae entre tubo y tubo hacia la parte trasera de los mismos donde es
también aprovechada. Con ello los colectores reciben luz tanto de la parte
delantera como de la trasera. Con el sistema CPC se amplia la superficie
efectiva de captación por metro cuadrado para la tecnología de tubo de vacío
factor que sin embargo siempre estará por debajo de los colectores de placa
plana (por metro cuadrado se capta menos pero se hace un uso más eficiente
de lo captado).
Figura 7. Esquema de captación de un sistema de CPC (Fuente: Sitiosolar. Portal del energías renovables).
1.1.10.1
Tubos de vacío simples
Este sistema es únicamente utilizado en calentadores solares
termosifónicos. Son tubos evacuados ensamblados directamente con el
depósito acumulador y que por lo tanto contienen agua.
En la pared interior del tubo evacuado se sitúa una capa de color
oscuro de material absorbente. Cuando la radiación solar incide sobre la capa
de material absorbente se transforma en calor y eleva la temperatura del
agua que esta en contacto con él.
Antonio Díaz Fernández
Página 40
El agua calentada se eleva por convección y comienza a ascender
siendo reemplazada por agua fría que a su vez se calienta y reinicia el
proceso.
Este tipo de tubo de vacio ofrece la ventaja de tener las ya comentadas
escasas pérdidas de calor y los inconvenientes de ser muy sensible a la
presión y de no ofrecer ninguna protección contra las bajas temperaturas no
siendo posible su utilización en zonas con inviernos fríos sin la inclusión de
un calentador eléctrico que caliente el agua del depósito cuando esta alcanza
temperaturas muy bajas. En caso de baja temperatura la dilatación del agua
al congelarse puede reventar los tubos y arruinar el equipo.
Figura 8. Tubo de vacío simple (Fuente: Sitiosolar.Portal de energías renovables).
Antonio Díaz Fernández
Página 41
1.1.10.2
Tubo de vacío de flujo directo
En este colector, la placa absorbedora lleva insertado un tubo coaxial
por donde circula el fluido caloportador por el principio de contra corriente.
El fluido caloportador entra por el interior del tubo coaxial y retorna por la
cavidad exterior que está en contacto con la placa, transfiriéndose de este
modo la energía.
Esta tecnología se emplea tanto para colectores exentos como para
calentadores solares compactos con depósito integrado. Los colectores de
tubo de vacío de flujo directo colocan en el interior del tubo evacuado una
plancha de material absorbente adecuado que hace las veces de absorbedor
transformando la radiación solar en calor. El absorbedor es recorrido en su
superficie por un tubo con flujo directo en el que circula un fluido que eleva
su temperatura en contacto con él.
Algunos colectores con esta tecnología aplican el sistema CPC
alterando la forma del absorbedor que adopta una forma semicilíndrica para
poder captar la energía solar de la forma más eficiente posible por la parte
trasera.
Los colectores de tubo de vacío de flujo directo tienen la ventaja de
poder adoptar una posición tanto horizontal como vertical sin mermar su
rendimiento ya que el tubo puede rotar sobre su eje inclinándose el
absorbedor de la manera más adecuada.
Antonio Díaz Fernández
Página 42
Tiene la ventaja además de ser utilizable en áreas frías ya que permite
usar las estrategias contra la congelación de uso general en la energía solar
térmica.
Figura 9. Tubo de vacío de flujo directo (Fuente: Sitiosolar. Energías Renovables).
1.1.10.3
Tubo de vacio de Heat pipe
Esta tecnología de colectores solares emplea un mecanismo
denominado Heat pipe ( tubo de calor). Este mecanismo consiste en un tubo
cerrado en el cual se introduce un fluido de propiedades específicas. Cuando
el Sol incide sobre el absorbedor adosado al tubo, el fluido se evapora y
absorbe calor ( calor latente). Como gas asciende sobre el líquido hasta lo alto
del tubo donde se sitúa el foco frio. Allí se licua y cede su calor latente al
fluido que nos interesa calentar volviendo a caer al fondo del tubo por
gravedad. Este proceso se repite mientras dure la radiación del Sol o hasta
que el colector ha alcanzado una temperatura muy alta ( de en torno los 130
grados o más) . El Heat Pipe o tubo de calor es considerado como un
superconductor térmico por lo eficaz de su funcionamiento.
Antonio Díaz Fernández
Página 43
Figura 10 Ilustración 1. Esquema de funcionamiento de un tubo de calor: 1) La radiación solar incide en el
absorbedor que se calienta y transmite ese calor al tubo. 2) el calor recibido provoca que el fluido en el
interior del tubo se evapore y ascienda portanto energía ( calor latente) 3) El fluido evaporado cede su calor
latente al fluido más frio que circula por el exterior de la cabeza del tubo y al hacerlo se licua 4) El fluido de
nuevo en estado liquido cae por gravedad al fondo del tubo para reiniciar el proceso.
Los colectores de tubo de vacio con tecnología Heat pipe tienen la
ventaja de no sufrir pérdidas por la noche ya que el proceso de transferencia
de calor no es reversible (es decir el fluido caliente o el calor no puede pasar
del acumulador al tubo y por lo tanto perderse). Además cada tubo es
independiente pudiéndose cambiar en pleno funcionamiento del sistema. Es
altamente resistente a las heladas.
Dado que también pueden girar sobre su eje los tubos, existe la
posibilidad de que adopten posiciones verticales y horizontales al igual que
ocurre en los sistemas de flujo directo aunque en este caso habrá que respetar
Antonio Díaz Fernández
Página 44
una inclinación mínima del largo del tubo para permitir que el fluido una
vez licuado pueda descender por gravedad.
1.1.11 Aplicaciones de los tubos de vacio
Es posible emplear la tecnología de los tubos de vacío para casi
cualquier aplicación que requiera agua caliente de entre 40 y 130 grados. Los
colectores de tubo de vacío son especialmente apropiados para climas muy
fríos y parcialmente nubosos.
La temperatura ambiente supone un factor importante que afecta al
rendimiento de los colectores, cuanto más fría sea menor será su rendimiento
porque habrá más pérdidas en la superficie del colector. Los colectores de
tubo de vacío al tener muy pocas pérdidas ofrecerán un rendimiento
claramente superior en climas muy fríos. Además este tipo de colectores es
capaz de aprovechar la radiación difusa que suele darse en los días de
nublados ligeros.
1.1.12 Colectores de tubo de vacio vs colectores de placa plana
Existe un debate abierto a entre los profesionales sobre cual de las dos
tecnologías de colectores es la más adecuada. Los que abogan por los de tubo
de vacío los consideran más avanzados y sostienen que en el futuro esta
tecnología terminará por desplazar a los colectores de placa plana debido a
su mejor rendimiento.
Antonio Díaz Fernández
Página 45
En cuanto al mayor coste de los colectores de tubo de vacío con
respecto a los de placa plana, los partidarios de los primeros consideran que
optar por ellos se compensa ya que al ofrecer un mayor rendimiento por m2
será necesario adquirir menos colectores.
También alegan sus partidarios su facilidad para integrarlo en edificios
ya que se pueden colocar en vertical cubriendo una fachada como. Este
colector puede instalarse indistintamente en posición horizontal o vertical,
sobre cubierta plana o inclinada, incluso en fachada o pared vertical,
corrigiendo orientación y ángulo requerido a través de la movilidad de cada
uno de los tubos en el colector.
Esto permite la total integración arquitectónica minimizando el
impacto visual de la superficie colectora.
Figura 11. Imagen ilustrativa de la integración arquitectónica de los colectores de tubos de vacío.
Los que prefieren los colectores de placa plana sostienen que no se
justifica estos colectores en países donde la temperatura media es suave
Antonio Díaz Fernández
Página 46
(como España donde el frio no suele ser extremo y que tienen zonas de clima
cálido) ya que unos más económicos paneles de placa plana pueden cumplir
con los objetivos normalmente deseados sin problemas. Esto también sería
aplicable a países cálidos como México y variable en países grandes con una
importante diversidad climática como son Argentina o Chile ( válido en las
zonas cálidas, no válido en las zonas frías).
Otro aspecto a tener en cuenta se da en áreas con marcada diferencia
de radiación y temperatura entre el invierno y el verano (como España
menos Canarias, Sur de Argentina y de Chile) dónde un número de paneles
necesario para satisfacer las necesidades en invierno pueden suponer un
problema
de
sobrecalentamiento
en
verano.
Este
factor
de
sobrecalentamiento ha de ser muy tenida en cuenta por el instalador ya que
puede arruinar la instalación. En estos casos, los partidarios de los colectores
de placa plana sostienen que en una instalación con colectores de tubo de
vacío se alcanzan en verano temperaturas de más de 130 grados lo que puede
ser difícil (o costoso) de controlar mientras que en instalaciones de placa
plana la temperatura que se alcanza es menor.
En áreas de climas tropicales y subtropicales los problemas de
sobrecalentamiento en verano de reducirán conforme nos acerquemos al
ecuador ya que la temperatura y la radiación tenderá a hacerse más uniforme
a lo largo del año y el número de colectores será más ajustado en todos los
meses.
Antonio Díaz Fernández
Página 47
En definitiva, un profesional adecuadamente formado debe valorar
atendiendo a los requerimientos específicos de la instalación, la climatología
del lugar en cada estación del año, a su experiencia previa y a la
disponibilidad de presupuesto la elección de una u otra tecnología.
1.1.13 Criterios de selección
La selección de los tubos de vacío como solución tecnológica y de gran
versatilidad en su integración no tiene más implicación en el proceso de
selección que su relativo coste unitario, alto si lo comparamos por m2 con
respecto al colector plano vidriado convencional.
Sin embargo, el factor coste se minimiza o incluso puede desaparecer
con el dimensionamiento final del sistema ya que, normalmente,
representará instalar menos superficie de captación ,también menos tuberías
y aislante, así como mano de obra asociada.
Las cuestiones relativas a la gestión de excesos seguirán el mismo
tratamiento que el recomendado con la utilización de colectores planos
selectivos convencionales, siendo la recomendación el correcto control y
gestión a través de los sistemas de regulación apropiados y la disposición de
disipadores energéticos.
La selección de colectores de tubo de vacío puede actualmente
considerase una opción válida, segura y con garantías. Sin embargo, como
opción, debe plantearse en comparación con la tecnología más habitual que
Antonio Díaz Fernández
Página 48
aportan los colectores planos de última generación. Criterios relacionados
con el rendimiento esperado, facilidad de instalación y mantenimiento,
ocupación de superficie disponible, integración arquitectónica e impacto
visual y finalmente precio, deberán ser los elementos relevantes a considerar.
1.1.14 Instalación solar térmica. Elementos
Una instalación solar térmica está constituida por un conjunto de
componentes encargados de realizar las funciones de captación de la
radiación solar, transformarla directamente en energía térmica cediéndola a
un fluido de trabajo y, por último almacenar dicha energía térmica de forma
eficiente, bien en el mismo fluido de trabajo de los captadores, o bien
transferirla a otro, para poder utilizarla después en los puntos de consumo.
Dicho sistema se complementa con una producción de energía térmica por
un sistema convencional auxiliar.
Los sistemas que conforman la instalación solar térmica
son los
siguientes:
-
Un sistema de captación formado por los captadores solares,
encargado de transformar la radiación solar incidente en energía
térmica de forma que se calienta el fluido de trabajo que circula por
ellos.
-
Un sistema de acumulación constituido por uno o varios depósitos
que almacenan el agua caliente hasta que se precisa su uso.
Antonio Díaz Fernández
Página 49
-
Un circuito hidráulico constituido por tuberías, bombas, válvulas, etc.,
que se encarga de establecer el movimiento del fluido caliente hasta el
sistema de acumulación.
-
Un sistema de intercambio que realiza la transferencia de energía
térmica captada desde el circuito de captadores, o circuito primario, al
agua caliente que se consume o se utiliza en el sistema de calefacción.
-
Un sistema de regulación y control que se encarga por un lado de
asegurar el correcto funcionamiento del equipo para proporcionar la
máxima energía solar térmica posible y, por otro, actúa como
protección
frente
a
la
acción
de
múltiples
factores
como
sobrecalentamientos del sistema, riesgos de congelaciones, etc.
-
Adicionalmente, se dispone de un equipo de energía convencional
auxiliar que se utiliza para complementar la contribución solar
suministrando la energía necesaria para cubrir la demanda prevista,
garantizando la continuidad del suministro.
1.1.14.1
Condiciones generales
El objetivo básico del sistema solar es suministrar al usuario una
instalación solar que:
-
Optimice el ahorro energético global de la instalación en combinación
con el resto de equipos térmicos del edificio.
Antonio Díaz Fernández
Página 50
-
Garantice una durabilidad y calidad suficientes.
-
Garantice un uso seguro de la instalación.
Las instalaciones se realizarán con un circuito primario y un circuito
secundario independientes, con producto químico anticongelante, evitándose
cualquier tipo de mezcla de los distintos fluidos que pueden operar en la
instalación.
En instalaciones que cuenten con más de 10 m2 de captación
correspondiendo a un solo circuito primario, éste será de circulación forzada.
1.1.14.2
Clasificación
Las instalaciones solares térmicas se pueden clasificar atendiendo a
diversos criterios como son:
1. Mecanismo de circulación.
2. Sistema de intercambio.
3. Sistema de expansión del circuito primario.
4. Tipo de sistema de apoyo.
5. Distribución de los componentes
Antonio Díaz Fernández
Página 51
1. Mecanismo de circulación
Se distingue entre instalaciones termosifónicas y forzadas. En las
primeras el fluido circula por convección natural, mientras que en las
instalaciones de circulación forzada se dota a la instalación de un dispositivo
(bomba de circulación) que provoca la circulación del fluido de trabajo.
Sistemas termosifón
En las instalaciones por termosifón el movimiento del fluido de trabajo
se produce por variaciones de densidad del fluido, como consecuencia, a su
vez, de variaciones en su temperatura. El fluido contenido en los captadores,
al recibir la radiación solar se calienta, aumentando su temperatura y
disminuyendo, por tanto, su densidad. Al pesar menos, dicho fluido
asciende hacia la parte alta del circuito, mientras que el fluido frío contenido
en el acumulador, con mayor densidad, se desplaza hacia la parte baja de la
instalación por la tubería de entrada a los captadores. Así se genera una
circulación del fluido que se mantiene siempre que exista un gradiente de
temperaturas entre el fluido de los captadores y el del acumulador, y cesa
cuando las temperaturas se igualan.
Antonio Díaz Fernández
Página 52
Figura 12. Sistema de Termofisión (Fuente: Censolar).
La fuerza impulsora del movimiento en las instalaciones por
termosifón es pequeña y, por lo tanto, se debe prestar especial atención al
diseño y montaje de la instalación para favorecer siempre el movimiento del
fluido.
La regulación por termosifón es muy simple, si bien no hay
posibilidad de limitar la temperatura máxima del acumulador solar que, en
verano y épocas de escaso consumo, puede llegar a alcanzar valores que
supongan un riesgo para la durabilidad de la instalación y en algunos casos
incluso para las personas.
Sistemas de circulación forzada
Antonio Díaz Fernández
Página 53
En las instalaciones de circulación forzada, el movimiento del fluido se
realiza a través de una bomba circuladora que es capaz de establecer un
caudal y vencer las pérdidas de carga del circuito.
La regulación de la bomba de circulación se debe efectuar por medio
de un control diferencial de temperaturas que la active cuando exista
posibilidad
de
ganancia
de
energía
térmica
en
el
acumulador.
Habitualmente, las sondas comparativas del control diferencial se colocan a
la salida de captadores (punto de mayor temperatura del sistema) y en la
parte inferior del acumulador solar (punto de referencia de la temperatura
del acumulador solar). Este sistema se regula con centralitas de control
diferencial de fácil manejo y programación y con diversas utilidades en
función de la complejidad de la instalación.
Figura 13. Sistema de circulación forzada (Fuente: Censolar).
Antonio Díaz Fernández
Página 54
2. Sistema de Intercambio
En función de que la instalación presente un sistema de intercambio u
otro se distingue entre instalaciones con sistema de intercambio interno o
externo al acumulador.
Figura 14. Sistema de intercambio interno con serpentín (Fuente: Agencia Andaluza de la Energía).
Antonio Díaz Fernández
Página 55
Figura 15. Sistema de intercambio interno de doble envolvente (Fuente: Agencia Andaluza de la Energía).
3. Expansión del circuito primario
Aunque durante años se permitieron las instalaciones directas, es
decir, aquellas en las que el fluido primario, que pasa por captadores, es
consumido por el usuario, su uso ha venido presentando ciertas limitaciones
e inconvenientes en su funcionamiento y durabilidad, lo que ha llevado a
que el Código Técnico de la Edificación no las contemple entre las
configuraciones admitidas.
Sistema directo
Esta es la solución que aporta más eficiencia. El agua de consumo
circula por los colectores, donde se transforma la radiación en calor, que se
cede al mismo.
Antonio Díaz Fernández
Página 56
Se deben tener en cuenta algunos inconvenientes:
-
La calidad del agua debe ser analizada y evaluada detenidamente.
-
El circuito hidráulico debe estar realizado con materiales que no
contaminen el agua.
-
Riesgo de evaporación del agua – purgador para evacuar el vapor. El
circuito trabaja directamente a presión de red – no todos los sistemas
la soportan.
-
No se pueden usar aditivos o fluidos anticongelantes.
-
Pueden aparecer incrustaciones.
-
Alta probabilidad de que aparezca corrosión.
Antonio Díaz Fernández
Página 57
Figura 16 Esquema Circulación Directa (Fuente: Censolar).
Sistema Indirecto
El fluido caloportador es independiente del agua de red y circula por
un circuito cerrado e independiente compuesto por los colectores solares, el
sistema de bombeo, el sistema de intercambio y los elementos del sistema de
expansión y seguridad. Es denominado Circuito Primario y sus elementos
deben de ser capaces de soportar las altas temperaturas, principalmente
aquellos más próximos a los colectores.
La transferencia de calor entre el fluido caloportador del circuito
primario y el agua de red se realizará en un intercambiador de calor cerrado.
El intercambiador solar realiza la transferencia de calor entre el fluido que
circula por el circuito primario y el fluido que circula por el circuito
secundario o el contenido en el acumulador solar. Puede ubicarse en el
Antonio Díaz Fernández
Página 58
mismo acumulador solar (interacumulador), como los de serpentín o doble
envolvente, o funcionar externamente al mismo como los de placas.
Figura 17. Esquema circuitos primario y secundario (Fuente: Censolar).
1.1.14.3
Criterio de selección de componentes
A continuación se indican algunos de los condicionantes principales:
-
Tamaño de la instalación (área de captación): Para áreas de captación
superiores a 10 m2, la complicación hidráulica de la instalación
recomienda el uso de una configuración de circulación forzada.
-
Ubicación
de
componentes
y
disponibilidad
de
espacio:
La
disponibilidad de los componentes en las cubiertas o las limitaciones de
espacios puede motivar grandes pérdidas de carga en el circuito
hidráulico, que implicarían el uso de la circulación forzada.
Antonio Díaz Fernández
Página 59
-
Integración
arquitectónica:
La
integración
arquitectónica
de
las
instalaciones se consigue más fácilmente mediante las instalaciones de
circulación forzada.
Antonio Díaz Fernández
Página 60
1.1.15 Geotermia
La energía geotérmica, a pesar de venir siendo utilizada con algunos
fines térmicos desde hace siglos -termas romanas, baños turcos, curas
balnearias, etc.-, es una gran desconocida, pero no por ello está carente de un
gran potencial.
A diferencia de la mayoría de las fuentes de energía renovables, la
geotérmica no tiene su origen en la radiación del Sol sino en la diferencia de
temperaturas que existe entre el interior de la Tierra y su superficie.
El actual escenario de precios de los combustibles fósiles, junto con las
implicaciones medioambientales del consumo de éstos, hace que todos los
gobiernos dirijan sus esfuerzos al fomento de las energías alternativas o
limpias.
En el estado actual de la tecnología, se puede decir que la geotermia
tiene dos grandes grupos de aplicaciones o fines: térmicos y eléctricos. Entre
los primeros caben destacar los usos en balnearios y piscinas climatizadas
que es la forma más antigua de aprovechamiento; las aplicaciones en
producción de agua caliente sanitaria y calefacción mediante las modernas
bombas de calor e intercambiadores; y otros muchos usos en agricultura
usando las aguas calientes de acuíferos en invernaderos, en acuicultura y en
industria, o para evitar la formación de placas de hielo en los pavimentos.
Antonio Díaz Fernández
Página 61
Por otro lado, en la producción de electricidad se viene utilizando
desde principios del siglo pasado con las técnicas de vapor seco, de agua a
alta temperatura o las centrales de ciclo binario. Más recientemente, se está
prestando interés a los yacimientos de rocas secas calientes para su
aprovechamiento con el mismo fin.
Las ventajas de la energía geotérmica son tanto ambientales como
económicas, por lo que es preciso profundizar en su conocimiento y extender
sus aplicaciones -sobre todo en climatización de edificios-, tal como desde
hace años se está haciendo en otros países europeos.
Tanto la energía generada como la ahorrada con las diferentes
tecnologías de la geotermia darán lugar a un nuevo concepto: el geowatio, que
competirá con otras energías, convencionales o renovables, tanto en el
ámbito económico como medioambiental y al que se le augura un gran
futuro.
1.1.15.1
El Calor de la Tierra
El planeta Tierra no es un cuerpo inerte y frío perdido en el espacio y
arrastrado pasivamente por la fuerza gravitacional del Sol. Desde el punto de
vista energético constituye un sistema activo que recibe y comunica energía
al medio que le rodea, y el calor es una parte de esa energía.
Todos los procesos geodinámicos que suceden en la Tierra, desde los
procesos más superficiales, hasta los volcanes, las intrusiones, los terremotos,
Antonio Díaz Fernández
Página 62
la formación de cordilleras y el metamorfismo, son controlados por la
transferencia y generación de calor en su interior.
El calor es también el motor de la tectónica de placas, que involucra a
la litosfera y a la astenosfera, y de otros procesos a mayor profundidad, como
los movimientos de convección entre el manto y el núcleo externo.
Hace más de 250 años que se pudo constatar el hecho de que en las
minas, la temperatura aumenta con la profundidad a un ritmo de,
aproximadamente, 1 ºC cada 30 m, y la existencia, en determinadas regiones
del planeta, de volcanes con erupción periódica de rocas en estado de fusión,
de fumarolas con vapores y gases calientes que pueden alcanzar
temperaturas superiores a los 1.000 ºC, de fuentes termales y otras
manifestaciones térmicas atestiguan la existencia de un calor que proviene
del interior de la Tierra.
1.1.15.2
Aplicaciones y tipos de energía geotérmica
Las aplicaciones que se pueden dar a un fluido geotermal dependen
de su contenido en calor, o lo que es lo mismo, de su entalpía.
-
Entalpía es la cantidad de energía térmica que un fluido, o un objeto,
puede intercambiar con su entorno. Se expresa en kJ/kg o en kcal/kg.
Como no existen aparatos que determinen directamente la entalpía de
un fluido en el subsuelo, pero sí existen sondas térmicas que miden la
temperatura, y
Antonio Díaz Fernández
como
la
entalpía
y
la
temperatura
pueden
Página 63
considerarse, más o menos, proporcionales, la práctica habitual ha
generalizado el empleo de las temperaturas de los fluidos geotermales
en lugar de sus contenidos en calor, pues, al fin y al cabo, son las
temperaturas las que determinan su futura aplicación industrial.
En la tabla siguiente, se muestran las aplicaciones más importantes de
la energía geotérmica con los rangos de temperatura de utilización, y en su
parte inferior se establece una agrupación de la energía geotérmica, entre
diferentes intervalos de temperatura, en cuatro grandes tipos: muy baja, baja,
media y alta temperatura.
Antonio Díaz Fernández
Página 64
Figura 18 Principales usos de la energía geotérmica en función de la temperatura (Fuente: Site GeothermiePerspectives de l´ADEME et du BRGM).
Así pues, se establecen las cuatro categorías siguientes para la energía
geotérmica:
Alta temperatura: más de 150 ºC
Una temperatura superior a 150 ºC permite transformar directamente
el vapor de agua en energía eléctrica.
Media temperatura: entre 90 y 150 ºC.
Antonio Díaz Fernández
Página 65
Permite producir energía eléctrica utilizando un fluido de intercambio, que
es el que alimenta a las centrales.
Baja temperatura: entre 30 y 90 ºC.
Su contenido en calor es insuficiente para producir energía eléctrica,
pero es adecuado para calefacción de edificios y en determinados procesos
industriales y agrícolas.
Muy baja temperatura: menos de 30 ºC.
Puede ser utilizada para calefacción y climatización, necesitando emplear
bombas de calor.
Antonio Díaz Fernández
Página 66
Figura 19. Diferentes tipos de energía geotérmica (Fuente: Site Geothermie-Perspectives de l´ADEME et du
BRGM).
Yacimientos de muy baja temperatura
Prácticamente la totalidad de la corteza terrestre del planeta
constituye un extenso yacimiento de recursos geotérmicos de muy baja
temperatura, menos de 30 ºC, que se ve interrumpido por la presencia de
masas de agua continentales o marinas.
En cualquier punto de la superficie del planeta se puede captar y
aprovechar el calor almacenado en las capas superficiales del subsuelo, a
pocos metros de profundidad, o en acuíferos poco profundos, para
Antonio Díaz Fernández
Página 67
climatización de casas individuales y edificios por intermedio de bombas de
calor geotérmicas.
La superficie del suelo intercambia calor con la atmósfera y sufre las
variaciones diarias de temperatura hasta una profundidad de 0,5 m. A pocos
metros de profundidad, la temperatura permanece relativamente estable,
entre 7 y 13 ºC, si se la compara con la temperatura ambiente en superficie.
Ello es debido al calor recibido del Sol, que calienta la corteza terrestre
especialmente en verano, y a la gran inercia térmica de suelos y rocas.
Las variaciones estacionales de temperatura son perceptibles en el
terreno hasta una profundidad de alrededor de 10 m. A partir de 10 m de
profundidad y con poca circulación de agua subterránea, el subsuelo es
capaz de almacenar el calor que recibe y mantenerlo incluso estacionalmente,
de forma que el terreno permanece a una temperatura prácticamente
constante durante todo el año. A una profundidad de 15 m se considera que
el terreno está a temperatura constante todo el año, con un valor ligeramente
superior a la temperatura media anual de la superficie. Dicho valor depende
del clima, de la vegetación, de la cobertura del suelo, de su pendiente, de la
cantidad de nieve y de las propiedades generales del suelo.
Antonio Díaz Fernández
Página 68
Figura 20. La radiación solar y las condiciones climáticas influyen sobre la temperatura del subsuelo sólo hasta
cierta profundidad (Fuente: Geothermie. L´utilisation de la chaleur terrestre. Suisse énergie).
A partir de 15 m de profundidad, la temperatura de las rocas, que
reciben el calor terrestre que remonta de las profundidades, no depende de
las variaciones estacionales de temperatura, ni del clima, sólo de las
condiciones geológicas y geotérmicas.
Por debajo de 20 m de profundidad, la temperatura aumenta a razón
de unos 3 ºC cada 100 m como consecuencia del gradiente geotérmico. En la
mayor parte de las regiones del planeta, las rocas se encuentran a una
temperatura de 25 – 30 ºC a 500 m de profundidad.
Antonio Díaz Fernández
Página 69
1.1.15.3
Investigación de recursos de muy baja temperatura
Los recursos de muy baja temperatura reúnen dos características que
los diferencian del resto, y que hacen que su investigación se aparte de los
cánones clásicos de investigación geológico-minera de recursos minerales.
La primera es que se trata de un recurso energético que está debajo de
cualquier terreno de cualquier lugar habitado del planeta, próximo a la
superficie. La segunda, que su posibilidad de aprovechamiento está
supeditada al uso forzoso de bombas de calor geotérmicas. Gracias a estas
dos circunstancias, son los recursos que mejor se adaptan a las necesidades
de climatización de viviendas unifamiliares y de edificios de pequeñas o
grandes dimensiones.
Más que investigar la forma de localizar el recurso que, al fin y al
cabo, ya se sabe que está bajo el terreno, a poca profundidad, y en espera de
ser extraído, lo que se investiga es cual es la mejor forma de explotarlo para
que, sin llegar a agotarlo, pueda satisfacer la demanda energética que se
necesita para mantener el confort térmico en el interior de los edificios a los
que va a dar servicio.
La expresión “a poca profundidad” es un término ambiguo
particularmente para personas ajenas al aprovechamiento de este tipo de
recursos, pero la diferenciación entre energía geotérmica somera y energía
geotérmica
profunda
Antonio Díaz Fernández
se
suele
establecer,
arbitrariamente,
en
una
Página 70
profundidad de 400 m por debajo de la superficie. Los recursos geotérmicos
de muy baja temperatura se enmarcan en el primero de los dos dominios.
Los estudios previos necesarios para poder aprovechar el recurso
podrán ser muy simples o muy complejos, dependiendo de la potencia que
se tenga que suministrar, del tipo de instalación que tenga que extraerlo, de
las horas de funcionamiento anual y de la modalidad de la demanda
(calefacción y/o refrigeración, y producción de agua caliente sanitaria). Estas
instalaciones cabe agruparlas en:
-
Colectores horizontales enterrados.
-
Sondas geotérmicas.
-
Sondeos de captación de agua someros.
-
Cimientos geotérmicos.
1.1.15.3.1 Colectores horizontales enterrados
Con tan sólo una capa superficial de suelo de 0,8 m de espesor es
posible enterrar unos colectores horizontales, tubos de polietileno de 25 a 40
mm de diámetro, por los que circula agua con un anticongelante que,
conectados a una bomba de calor geotérmica, pueden satisfacer las
necesidades de calefacción de una vivienda familiar.
Antonio Díaz Fernández
Página 71
Figura 21. Dibujo colectores horizontales geotérmicos para calefacción de vivinda (Fuente: Geotics).
Debido a la escasa profundidad a la que están enterrados los tubos, el
clima tiene una influencia extraordinaria en esta modalidad de explotación.
El terreno sirve, por así decirlo, de acumulador de energía solar. La energía
geotérmica propiamente dicha no reviste más que un papel secundario.
Dependiendo de la altitud topográfica del terreno, las capas de tubos
que forman los serpentines o bucles geotérmicos permiten obtener de 20 a 30
W de energía térmica por m2 ocupado por el bucle.
En estos casos, unos breves reconocimientos geológicos y geotécnicos
del terreno, y seguir las recomendaciones del fabricante de la bomba de calor
suele ser suficiente.
Antonio Díaz Fernández
Página 72
1.1.15.3.2 Sondas geotérmicas
Si la capa de suelo no tiene espesor suficiente, si la superficie
disponible para enterrar los colectores horizontales es insuficiente, si existen
analizaciones en el subsuelo, o si la demanda energética es mayor que la que
pueden proporcionar los colectores horizontales, siempre se podrán utilizar
colectores de calor, en posición vertical, en el interior de uno o varios
sondeos, con profundidades que pueden ir desde cerca de 20 m hasta más de
100 m, y diámetros de perforación de tan sólo 10 a 15 cm. Estos dispositivos
reciben el nombre de sondas geotérmicas.
Un parámetro clave para el dimensionamiento de una sonda
geotérmica es la potencia de extracción de calor por metro lineal de sonda, y
varía, generalmente, entre 20 y 70 W/m.
En el caso de requerir mayores potencias, por tratarse de grupos de
viviendas o de edificios de grandes dimensiones, puede recurrirse al empleo
de campos de sondas geotérmicas, en número de 4 a 50, dispuestas lo más
cerca posible de las edificaciones o incluso debajo de ellas, con
profundidades de 50 a 300 m, que dependerán de la potencia requerida y de
las condiciones geológicas locales.
En el caso de instalaciones para potencias inferiores a 30 kW no se
requieren estudios previos extensos, ya que suelen dimensionarse para
terrenos estándar, a partir de valores tabulados proporcionados por los
fabricantes de equipos, o a partir de guías técnicas y normas publicadas por
Antonio Díaz Fernández
Página 73
asociaciones de ingenieros y arquitectos en países donde estos sistemas
geotérmicos están muy implantados, como pueden ser Alemania, Austria,
Francia, Suecia y Suiza. Para poder dimensionar una sonda geotérmica es
necesario conocer previamente:
-
Conductividad térmica del terreno. La potencia de extracción es
proporcional a la conductividad térmica.
-
Humedad natural del suelo. Mejora la conductividad térmica y
garantiza un buen contacto entre sonda y suelo.
-
Presencia o ausencia de aguas subterráneas. Cuando una sonda
geotérmica penetra en una capa freática (primera capa con agua
subterránea que se encuentra en el subsuelo), o en un acuífero somero,
en los que el agua presente una velocidad de flujo superior a varios
centímetros por día, la cantidad de calor útil aumenta sensiblemente.
-
Tipo de prestaciones de la instalación. Puede determinarse a partir de
las temperaturas del exterior y del interior del edificio, horas de
funcionamiento, modalidad (calefacción-refrigeración- ACS), meses de
funcionamiento, etc.
Las instalaciones de tamaño medio a grande, como son los campos de
sondas geotérmicas, no se pueden diseñar simplemente con ayuda de un
conjunto de reglas generales y recomendaciones. Hay que hacer una revisión
exhaustiva de la geología e hidrogeología del emplazamiento, recopilar
Antonio Díaz Fernández
Página 74
información sobre infraestructuras, servicios y captaciones enterrados en el
subsuelo, sobre posibles instalaciones similares cercanas a las que se puede
interferir o ser interferido por ellas, y determinar en laboratorio las
propiedades geotérmicas de los materiales con muestras tomadas en los
sondeos.
Figura 22. Esquema sonda geotérmica
La capacidad de las sondas geotérmicas verticales se puede
determinar experimentalmente realizando tests de respuesta térmica en uno
o varios sondeos piloto. Gracias a las medidas de temperatura realizadas en
el interior del tubo de una sonda geotérmica, se puede tener una imagen
exacta de las temperaturas encontradas a lo largo del mismo.
Antonio Díaz Fernández
Página 75
1.1.15.3.3 Sondeos de captación de agua someras
Si la permeabilidad del terreno es suficientemente elevada puede
recurrirse a explotar la capa freática mediante dos sondeos, uno de
producción, con una bomba sumergida que conduce el agua a la bomba de
calor para, una vez extraída su energía y enfriada, ser devuelta a la capa
freática por un pozo de reinyección, o ser vertida a un cauce fluvial.
Figura 23 Esquema de calefacción de una vivienda utilizando sondeos de captación de agua de la capa
freática. (Fuente: Cattin, S. Infos-Géothermie nº4. Suisse énergie. 2002).
Para evitar el enfriamiento continuo del agua subterránea, los sondeos
de toma y restitución de agua deben situarse respectivamente aguas arriba y
aguas abajo del flujo subterráneo.
1.1.15.3.4 Cimientos geotérmicos
Cuando en una excavación, porque es necesario para asegurar la
estabilidad de los terrenos circundantes, o porque un suelo no tiene
suficiente resistencia para soportar las cargas de una estructura mediante
Antonio Díaz Fernández
Página 76
cimentaciones superficiales, se emplean pilotes, pantallas subterráneas,
muros de contención o losas, fabricados con hormigón armado, que se
hincan en el terreno, generalmente a nivel de la capa freática, a
profundidades comprendidas entre 10 y 40 m.
De forma indirecta, se están creando unas condiciones propicias para
el intercambio de energía geotérmica de muy baja temperatura con el
terreno, dado el gran volumen que se ve afectado. Basta con insertar en el
interior de parte, o de la totalidad, de esas piezas de hormigón, una red de
tubos de polietileno por los que circule agua con un anticongelante, y
conectarlos en circuito cerrado con una bomba de calor o con una máquina
de refrigeración En sus inicios, entre finales de los años setenta y principios
de los ochenta, esta tecnología se empleaba en casas individuales y
plurifamiliares, pero actualmente es una de las más utilizadas para calentar
edificios de grandes dimensiones en invierno y para enfriarlos en verano, por
mediación del almacenamiento subterráneo estacional de calor y de frío,
recibiendo diferentes denominaciones: cimientos geotérmicos, energéticos o
termoactivos, geoestructuras, pilotes intercambiadores de calor, etc.
Por lo que respecta a los estudios previos necesarios para poder
implantar una instalación geotérmica de este tipo, es válido mucho de lo
indicado para los campos de sondas geotérmicas. Es importante conocer de
antemano:
-
Características geotécnicas de los estratos del subsuelo en que han de
hincarse las cimentaciones activas.
Antonio Díaz Fernández
Página 77
-
Nivel de la capa freática, oscilaciones anuales, dirección y velocidad
de flujo.
-
Características del terreno necesarias para definir el potencial
geotérmico: capacidad térmica volumétrica, conductividad térmica y
permeabilidad.
-
Existencia o ausencia de manantiales cercanos o construcciones
subterráneas que desvíen o calienten las aguas freáticas.
-
Temperatura máxima, mínima y media anual del subsuelo.
-
Distribución mensual y semanal del consumo de energía en
calefacción y refrigeración, así como sus rendimientos de punta.
En la Tabla siguiente se muestran los campos de variación de las tres
características de los terrenos mencionadas anteriormente, en formaciones
geológicas blandas que se pueden encontrar en la construcción de pilotes.
Antonio Díaz Fernández
Página 78
Figura 24. Variación de tres caracterísiticas del terreno (Fuente: Guía de la Geotermia de la Comunidad de
Madrid).
-
Conductividad térmica es el flujo de calor transmitido por conducción a
través de un cuerpo sometido a un gradiente de temperatura de 1
K/m (1 grado Kelvin por metro). Se expresa en W/m— K, o en W/m—
ºC.
-
Capacidad térmica volumétrica es la cantidad de calor necesaria para
elevar la temperatura de 1 m3 de terreno en 1 K. Se expresa en J/m3—
K.
-
Permeabilidad es la capacidad de un suelo o roca para ser atravesado
por el agua. Se expresa en m/s. Permite determinar la velocidad de
flujo del agua subterránea.
Antonio Díaz Fernández
Página 79
En la tabla se aprecia que los valores de la conductividad térmica y de
la capacidad térmica volumétrica son mucho más elevados en presencia de
agua subterránea.
El diseño de una instalación de calefacción y de climatización
utilizando cimientos geotérmicos debe ser concebido lo más pronto posible
en un proyecto, pues los pilotes serán colocados en obra antes de que las
instalaciones de calefacción y refrigeración hayan sido dimensionadas.
Es muy importante que, desde el principio de la planificación del
proyecto
constructivo,
colaboren
arquitectos,
geólogos,
ingenieros,
especialistas en cimentaciones, expertos en proyectos de climatización de
edificios, la dirección de obra y otros profesionales implicados en el proyecto,
para que la empresa especializada encargada de la cimentación proceda al
cálculo y simulación, en tres dimensiones, de los diferentes parámetros que
influyen recíprocamente, y que determinan, en última instancia, los límites
del rendimiento de las instalaciones.
Figura 25. De dcha a izda: colectores horizontales, sondas y pilotes geotérmicos.
Antonio Díaz Fernández
Página 80
1.1.15.4
Aprovechamiento de la energía geotérmica de muy baja
temperatura
La energía geotérmica de muy baja temperatura basa sus aplicaciones
en la capacidad que el subsuelo posee de acumular calor, y de mantener una
temperatura sensiblemente constante a determinada profundidad, a lo largo
de todo el año.
Por otra parte, como puede apreciarse en la Figura siguiente las
necesidades energéticas más comunes de los seres humanos, en los hogares,
se centran en la calefacción y el agua caliente sanitaria, con lo que podría
plantearse una primera idea de aprovechamiento de este recurso energético:
utilizar la temperatura del subsuelo para climatizar las viviendas y el agua
de uso doméstico diario.
Figura 26. Distribución del gasto energético doméstico. Vivienda de tipo medio. (Fuente: Calor Natural. Ruiz,
J. 2007).
Antonio Díaz Fernández
Página 81
Sin embargo, pese a la globalidad que se ha enunciado para la
disponibilidad de esta energía, su rendimiento puede ser muy diverso, según
la temperatura de la que se disponga. Así, si se considera la temperatura del
subsuelo según una función F, tal que:
Tsp = F (Tss, x, k, Ce, t)
Donde:
Tsp = Temperatura del suelo a una determinada profundidad.
Tss = Temperatura del suelo en superficie.
x = Profundidad bajo la superficie.
k = Conductividad térmica del terreno.
Ce = Calor específico del terreno.
t = Tiempo de intercambio de calor.
Es evidente que el comportamiento de los terrenos en cuanto a la
transmisión del calor a través de ellos y a su capacidad de almacenarlo,
condicionarán en gran medida el rendimiento de los aprovechamientos de
este tipo de energía.
Antonio Díaz Fernández
Página 82
Las
aplicaciones
van
a
depender,
fundamentalmente,
de
la
temperatura del terreno y de la capacidad del mismo de transmitir o
absorber el calor que absorberá o cederá el espacio a climatizar. Este calor
será conducido, desde o hasta el terreno, por un agente intercambiador de
calor que, en la inmensa mayoría de los casos es un fluido con unas
características especiales, como su bajo punto de congelación y su capacidad
de mantener el calor, es decir, una baja inercia térmica; en realidad, suele ser
agua con un aditivo, como algún glicol (alcohol especial de bajo punto de
congelación).
Para esta modalidad de aprovechamiento, las temperaturas del
subsuelo no excederán de los 30 ºC, siendo las más comunes a utilizar las que
oscilen en el rango de los 10-18 ºC, y es evidente que este margen de
temperaturas no es aprovechable directamente para la calefacción de las
habitaciones que utiliza el ser humano, que demanda del orden de 40-60 ºC,
según las necesidades.
Se deduce inmediatamente que la forma de aumentar la temperatura
del fluido de intercambio de calor deberá proceder de una fuente de energía
ajena a la que se puede extraer del subsuelo; para ello, se utiliza un ingenio
que el hombre se ha procurado desde hace más de 50 años, con un
funcionamiento muy sencillo y con unos rendimientos muy notables,
denominado Bomba de calor.
Antonio Díaz Fernández
Página 83
Figura 27. Dibujo ilustrativo de la misión de la Bomba de Calor. (Fuente: Energía Geotérmica-Principios
básicos. Vegas, J.M.; Rodríguez, J.M. Industrias Rehau, S.A.).
1.1.15.5
Bombas de calor convencionales
Las leyes que sobre la forma de comportarse los gases enunciaron
Boyle, Mariotte, Charles y Gay-Lussac, no son más que el reflejo de un
principio ya conocido desde muy antiguo por los físicos y que puede
enunciarse así: “Un gas se calienta cuando se comprime y se enfría cuando se
expande”. Este sencillo enunciado, casi evidente, es el origen de una de las
máquinas con más difusión en la sociedad no sólo industrial, sino entre la
mayor parte de la población.
En efecto, los clásicos frigoríficos, tanto domésticos como industriales,
utilizan este principio. Los denominados comúnmente “refrigerador” o
“nevera” son armarios o cajones aislados térmicamente para que el calor no
Antonio Díaz Fernández
Página 84
penetre dentro de dicho armario. Cuando en él se introduce algún alimento,
éste lleva consigo unas calorías desde el exterior. Dentro del refrigerador se
dispone de un panel de captación, que contiene en su interior un circuito
hidráulico, por el que circula un líquido refrigerante o un gas licuado; este
líquido tiende a evaporarse captando o “robando” rápidamente el calor
introducido junto con el alimento. Una vez captado el calor en el líquido o
gas, éste pasa a un compresor que lo comprime, consiguiendo así que
aumente de temperatura. Aumentada su temperatura en la compresión, se
traspasa por circulación al panel o circuito exterior (parte trasera de los
refrigeradores). El calor que transporta el líquido invadirá la ausencia de éste
en el ambiente exterior, disipándolo fuera del refrigerador.
Este mecanismo es lo que se denomina una bomba de calor, y con ella
se ha conseguido extraer el calor del interior del frigorífico y se ha disipado
en el exterior. Del mismo modo, un acondicionador de aire extrae el calor
desde el interior de un habitáculo, disipándolo en el exterior. Esa ausencia de
calor es el concepto de refrigeración.
Si se consigue aprovechar el frío en el evaporador (válvula de
expansión) para refrigerar un ambiente en verano, y el calor en el
condensador (compresor) para calentar el mismo ambiente en invierno, se
habrá conseguido alcanzar el concepto de climatización. La pregunta
inmediata sería si para conseguir el doble efecto mencionado, se requerirían
dos máquinas de funcionamiento inverso, lo cual presentaría inconvenientes
de inversión monetaria, de mantenimiento y de espacio físico, un problema
fundamental en la capacidad de las viviendas actuales. Existe una
Antonio Díaz Fernández
Página 85
posibilidad de evitar acudir a una dualidad de máquinas, aunando el
proceso en una sola según los esquemas de funcionamiento que pueden
observarse en la figura siguiente.
Figura 28. Funcionamiento de la bomba de calor reversible. Ciclos verano e invierno (Fuente: Bomba de Calor.
IEE. Universidad de Cantabria)
Como puede apreciarse en dicha figura, para suplir la necesidad de
dos máquinas independientes, se precisa simplemente una válvula de
expansión de doble sentido y una válvula de cuatro vías a la salida del
compresor, que aunaría las dos funciones en un ciclo único. Esta válvula será
la que se encargue de invertir el flujo del refrigerante; se accionaría por la
propia presión del líquido refrigerante y estaría pilotada eléctricamente.
Una bomba de calor de refrigeración por compresión emplea un fluido
refrigerante con un bajo punto de ebullición. Éste requiere energía
(denominada calor latente) para evaporarse, y extrae esa energía de su
alrededor en forma de calor.
Antonio Díaz Fernández
Página 86
El fluido refrigerante a baja temperatura y en estado gaseoso pasa por
un compresor, el que eleva su presión aumentando así su energía interna.
Éste, al pasar por el intercambiador de calor llamado condensador, cede calor
al foco caliente porque está aún más caliente que éste, donde cambia su
estado a líquido. Después se le hace pasar por una válvula de expansión,
donde recupera la presión inicial y se enfría bruscamente. Luego pasa por
otro intercambiador de calor, el evaporador, donde absorbe calor del foco
frío, puesto que está más frío que dicho foco. El fluido, que se ha evaporado,
regresa al compresor, cerrándose el ciclo.
La válvula inversora de ciclo, o válvula inversora de cuatro vías se
encuentra a la salida (descarga) del compresor y, según la temperatura del
medio a climatizar, conmuta invirtiendo el flujo de refrigeración.
El destino final del calor absorbido por el refrigerante del circuito
secundario, puede ser destinado a calentar agua de calefacción para ser
disipada por radiación desde los clásicos radiadores de agua o aceite en los
puntos de demanda, o por un suelo radiante.
1.1.15.6
Bomba de calor geotérmica
En las aplicaciones geotérmicas de muy baja temperatura, se pretende
extraer el calor del subsuelo terrestre, para poder calentar un fluido de alta
compresibilidad y bajo punto de vaporización (circuito secundario), al objeto
de transmitir ese calor a una instalación en invierno, invirtiendo el proceso
en verano. Pero sólo es posible extraer calor si la temperatura de entrada
Antonio Díaz Fernández
Página 87
geotérmica es superior a la de retorno del circuito secundario, la cual viene
determinada por el tipo de instalación de calefacción y por la temperatura
exterior. Una bomba de calor aprovecha las leyes de la termodinámica para
mover el calor de forma ultraeficiente de un lugar a otro, en lugar de
generarlo, como hace por ejemplo una caldera. Para lograrlo, convierte el
líquido refrigerante que circula por su interior en gas de forma mecánica; el
gas absorbe el calor de donde se quiere extraer, y el compresor -que es el
único proceso que consume electricidad- comprime el gas para pasarlo de
nuevo al estado líquido.
El aire acondicionado es una bomba de calor, y lo que hace es
expulsar al aire de la calle el calor que hay en una casa. Pues bien, la bomba
de calor geotérmica hace lo mismo que la máquina de aire acondicionado
pero el lugar de intercambiar el calor con el aire de la calle, lo intercambia
con el subsuelo, que mantiene una temperatura homogénea de 15ºC a lo
largo de todo el año.
En las condiciones habituales, suele aceptarse una diferencia mínima
de unos 4-6 ºC entre la temperatura media del fluido caliente y la
temperatura media del frío, y un salto térmico máximo de 10 ºC entre la
temperatura de entrada y la de salida del agua que aprovecha la energía
geotérmica de muy baja temperatura.
La bomba de calor geotérmica permite soslayar las limitaciones expuestas
más arriba y explotar recursos geotérmicos de rentabilidad, en principio,
dudosa, debido a su baja temperatura, e incluso posibilita explotar recursos a
Antonio Díaz Fernández
Página 88
temperatura menor que la de demanda. Concurren para ello dos factores
importantes que favorecen la implantación de este tipo de instalaciones: por
un lado, en el mercado ya existe una amplia gama de bombas de calor de
distintos tipos y dentro de una amplia serie de potencias, de precio asequible
y que no precisan de una complicada instalación ni de un personal
excesivamente cualificado para su instalación y mantenimiento; y, por otro,
la existencia de amplias zonas potencialmente utilizables, mucho más
abundantes y extensas que las de baja y media temperatura.
La bomba de calor geotérmica, GHP (Geothermal Heat Pump), o BCG en
español, tiene su aplicación fundamental en instalaciones domésticas y
comerciales, para agua caliente sanitaria y calefacción, de pequeña y mediana
potencia. Con ella se soslayan los inconvenientes citados al hablar de las
bombas de calor con intercambio final con la atmósfera. En las BCG, los
inconvenientes de formación de escarcha en el condensador desaparecen y,
de forma intuitiva, se aprecia que el rendimiento mejorará al pedir calor de
un medio menos frío (el terreno) que en las bombas de calor convencionales
(el aire atmosférico) en invierno, y viceversa en verano. En efecto, es más
fácil ceder calor al terreno, a una temperatura casi constante con la estación,
que al aire caliente de la atmósfera veraniega.
En la Tabla siguiente, pueden observarse unos datos correspondientes
al año 2004, que muestran la implantación de este sistema de bombas de
calor geotérmicas en diversos países.
Antonio Díaz Fernández
Página 89
Figura 29. Principales países con bombas de calor geotérmicas (Geothermal Energy. Clauser, C.2006).
Como se puede apreciar en dicha tabla, el número de máquinas
instaladas es considerable, más de 800.000 unidades, solamente en los países
referenciados como más importantes en el uso de la energía geotérmica de
muy baja temperatura. Es interesante hacer notar que, así como la potencia
térmica media instalada por bomba es de poco más de 9 kWt en el conjunto,
en Suecia y Suiza se supera la media de potencia por bomba con creces, lo
cual indica un alto porcentaje de bombas de calor para instalaciones
superiores al ámbito unifamiliar. En cambio, en EE.UU. la media no alcanza
en absoluto la del conjunto mundial, lo cual hace pensar en una mayoría de
pequeñas bombas de uso en pequeñas viviendas unifamiliares.
Otro dato reseñable a partir de la citada tabla anterior es la producción
por habitante del conjunto de energía térmica derivada de las bombas de
calor, con un máximo espectacular para Suecia, mientras en EE.UU., con
doble número de bombas de calor geotérmicas, se encuentran prácticamente
Antonio Díaz Fernández
Página 90
al final de la clasificación en producción por habitante. Esto responde a la
realidad de que no se precisa la misma energía térmica doméstica en el clima
medio de los EE.UU. que la que precisa una gran mayoría de habitantes en
Suecia.
1.1.15.6.1 Rendimiento de una bomba de calor geotérmica
Para formular las ecuaciones que reflejen el rendimiento de la
máquina, se considerará formada por: un compresor que aspira un gas a baja
presión y lo comprime hasta una presión elevada; un condensador, donde el
gas se enfría y sale en forma de líquido saturado o subenfriado; una válvula
de expansión, de donde sale en forma de mezcla líquido-vapor; y un
evaporador, donde la fase líquida pasa a vapor. El vapor saturado o
ligeramente sobrecalentado es absorbido al compresor, completándose el
ciclo.
El balance de energía alrededor de la máquina permite formular:
Pe + PE= PC + Pp (1)
Donde:
Pe = Potencia eléctrica consumida en la operación.
PE = Potencia frigorífica (calor extraído del exterior).
Antonio Díaz Fernández
Página 91
PC = Potencia térmica (calor cedido al exterior).
Pp = Potencia perdida, debida a rozamientos e imperfecciones.
La eficiencia de la máquina se expresa por medio de un coeficiente
internacionalmente aceptado, conocido como COP (Coeficient of Performance),
y que se define como el cociente entre la energía útil obtenida de la máquina
y la energía de todo tipo que dicha máquina ha consumido en el proceso. Si
se considera la máquina como productora de frío, determinaremos su
eficiencia frigorífica, mientras que si la consideramos productora de calor, se
obtendrá una eficiencia térmica.
COP frigorífico = COPf = PE/Pe
COP térmico = COPt = PC/Pe
y utilizando la ecuación (1) para relacionar ambos, se obtendrá que:
COPf = COPt +1 - Pp/Pe
El límite máximo teórico de la eficiencia viene dado por la que tendría
una máquina ideal que funcionaría siguiendo un ciclo termodinámico de
Carnot, según las siguientes expresiones:
COP frigorífico (máximo) = COPf*= (TC-TE)/TE
Antonio Díaz Fernández
Página 92
COP térmico (máximo) = COPt*= (TC-TE)/TC
Y una relación entre ambos de
COPt*= COPf*+1 (2)
Donde:
TC = Temperatura del medio caliente.
TE = Temperatura del medio frío.
Como se puede apreciar en la relación anterior, el COPt* siempre
superará en un punto, en el peor de los casos (máximos) al COPf*, y en los
casos habituales, según la ecuación (2), la eficiencia en utilización térmica
superará en más de un punto a la eficiencia en utilización de refrigeración.
Ambos estarán más próximos cuanto menores sean las pérdidas de energía
en el funcionamiento.
En los catálogos de los fabricantes figura el COP nominal de la
máquina funcionando en régimen estacionario y trabajando entre unas
temperaturas determinadas del fluido frío y del fluido caliente. Hay que
tener en cuenta que, fuera de las condiciones nominales especificadas, la
eficiencia podría ser muy distinta y que su valor medio estacional será
menor, puesto que, durante muchas horas a lo largo del año, funcionará a
carga parcial.
Antonio Díaz Fernández
Página 93
Del rendimiento que se obtiene en las prestaciones más extendidas de
las BCG, se pueden desprender las siguientes consideraciones:
-
Régimen de calefacción. El COPt depende, en gran medida, de la
temperatura del recurso geotérmico pero, en líneas generales, su valor
suele estar comprendido entre 3 y 4, pudiendo llegar a 5. Para la gran
mayoría de los equipos, la temperatura máxima de agua caliente es de
50 ºC, con un salto térmico entre ida y retorno de 5 ºC. Si la calefacción
es por generación de aire caliente y difusión por convección, la
temperatura de suministro suele estar comprendida entre 32 y 40 ºC.
-
Régimen de refrigeración. El valor del COPf suele situarse entre 2,5 y
3,5 y, en cuanto a las condiciones de producción de frío, suelen
distinguirse dos posibilidades más extendidas: máquina de expansión
directa, en la que el aire del recinto a climatizar pasa directamente a
través del evaporador; y máquina enfriadora de agua, en la cual el
evaporador enfría agua que luego se distribuye a los climatizadores
locales.
En el primer caso, las condiciones nominales del aire interior suelen
ser de 25 ºC y alrededor del 50% de humedad relativa. Por el contrario, las
condiciones nominales de las enfriadoras de agua suelen ser del orden de 7
ºC para la temperatura de impulsión y 5 ºC de salto térmico entre impulsión
y retorno.
Antonio Díaz Fernández
Página 94
1.1.15.7
Calefacción de edificios y producción de ACS
La capacidad total instalada en 17 países, para calefacción y
refrigeración de edificios y para producción de agua caliente sanitaria, en el
año 2005, era de 3.591 MWt, y el uso global que se hizo del calor geotérmico
ascendió a 43.281 TJ (12.857 GWh), lo que representa un 15,4% en el total de
usos del calor.
Los sistemas de calefacción de edificios en esos 17 países incluyen
grandes instalaciones en Islandia, Polonia, Hungría, Turquía, Japón, China,
Rumanía y Estados Unidos.
El sistema de calefacción de Reykjavik, en Islandia, es probablemente
el más famoso. Abastece calor a una población de alrededor de 190.000
personas. La capacidad instalada es de 830 MWt.
En Francia, 37 proyectos diferentes suministran calor directo a 500.000
personas en 170.000 hogares, a partir de una serie de pozos de producción
perforados en cuencas sedimentarias, que explotan aguas con temperaturas
de 40 a 100 ºC, desde profundidades de 1.500 a 2.000 m. En la Cuenca de
París, un sistema de pozos de producción y de reinyección (dobletes),
proporciona agua a 70 ºC. Las pautas de demanda se satisfacen recurriendo a
bombas de calor y a calderas de combustibles fósiles.
Antonio Díaz Fernández
Página 95
Figura 30. Agua geotérmica bombeada desde dos pozos de alimentación a una planta de intercambio de
calor. Desde ésta, el circuito secundario abastece a un grupo de edificios (Fuente: Guía de la Geotermia de la
Comunidad de Madrid).
En la figura anterior se muestra una aplicación típica de circuito
cerrado para abastecimiento de calefacción y aporte de ACS. En ella, el agua
del circuito secundario se hace circular por tuberías que, con una distribución
adecuada, recorrerán una serie de edificios, complejos, centros de gran
extensión, o incluso grupos de viviendas particulares, proporcionando tanto
calefacción como agua caliente sanitaria. Las necesidades de calefacción
prevén temperaturas de uso entre 50 – 60 ºC y las de ACS entre 40 - 50 ºC,
con lo cual, y con unos intercambiadores de placas modernos de hasta un 70
% de eficacia, se precisarían unas aguas geotérmicas entre 80 y 90 ºC..
Es de gran aplicación para calentar grandes superficies. La extensión,
o mejor expresado, el volumen de los complejos al que se le podrá dar
cobertura térmica, dependerá de la capacidad del acuífero y del número de
pozos, así como de la capacidad de extracción mediante bombeo. Con un
Antonio Díaz Fernández
Página 96
caudal suficiente y cumpliendo los requisitos de temperatura, un solo pozo o
varios pueden captar el flujo de agua geotérmica preciso.
La entrega en los edificios terminales (puntos de demanda) se realiza a
través de tuberías calorifugadas convenientemente, al objeto de producir en
ellas las menores pérdidas posibles de calor. En los puntos de entrega, los
sistemas convencionales de calefacción se encargan de la disipación final del
calor en el ambiente a climatizar. Estos sistemas son los ya conocidos de
radiadores, suelos radiantes, corrientes de aire calentado, etc., cada uno con
sus rendimientos característicos.
1.1.15.8
La energía geotérmica en España
La situación del uso de la energía geotérmica en España se puede
resumir en muy pocas palabras:
• El número de bombas de calor geotérmicas instaladas en el país en el
año 2006, según fuentes del sector, era de alrededor de 300. La
mayoría se encontraban en Cataluña, principalmente en viviendas
residenciales de nueva construcción.
• La potencia instalada para utilización de calor geotérmico en el año
2005, era de 22,28 MWt, ascendiendo la energía empleada a 347,24 TJ.
• La potencia instalada para producción de energía eléctrica de origen
geotérmico era nula.
Antonio Díaz Fernández
Página 97
La conclusión a la que se llega es que la aportación de la energía
geotérmica al consumo de energía primaria en España es insignificante. En el
año 2004 era del 0,01%, y actualmente será menor, pues en los últimos años
se ha producido un espectacular crecimiento de la energía eólica y de la
energía solar, térmica y fotovoltaica, mientras que la energía geotérmica ha
permanecido estancada.
1.1.15.8.1 Energía geotérmica de muy baja temperatura
Resulta extraña la escasa implantación que tienen las bombas de calor
geotérmicas en España, alrededor de 300, aún más si se compara, no ya con
los países del norte de Europa, con inviernos muy fríos, sino con nuestro
vecino Francia, de clima más benigno, que con 28.500 unidades, en 2005
ocupaba el cuarto lugar dentro de la Unión Europea, por detrás de Suecia,
Alemania y Austria.
Si hubiese que señalar los motivos, se podrían apuntar entre otros:
• Clima y población: la mayor parte de la superficie interior de España
está sometida a un clima continental con inviernos largos y fríos, con
veranos frescos en el norte y cálidos en el sur. Las mayores
concentraciones de población se dan, principalmente, en Madrid y su
área de influencia, y una parte importante de la misma, la Meseta
Norte, está muy despoblada. Hay mayor número de habitantes en las
zonas periféricas e insulares del país, y en ellas se ubican la mayoría
de las plazas turísticas, los establecimientos hoteleros y las segundas
Antonio Díaz Fernández
Página 98
residencias de las gentes del interior de la Península. Estas otras
regiones cuentan con temperaturas suaves en invierno y elevadas en
verano, como en toda la zona Mediterránea, Atlántica Andaluza e
Islas Baleares, o con temperaturas suaves todo el año, ya sea con
precipitaciones abundantes, como en Galicia y la zona Cantábrica, o
con precipitaciones escasas, como en las Islas Canarias. El periodo de
utilización de calefacción en muchos hogares es muy corto, y la
refrigeración o aire acondicionado, hasta hace relativamente pocos
años, se ha considerado un lujo por una gran mayoría de españoles.
• Falta de promoción: la gran demanda de bombas de calor geotérmicas
habida en los países del centro y norte de Europa en los últimos años
ha originado que los principales fabricantes de Suecia, Estados
Unidos, Francia e Italia, no hayan tenido capacidad de exportación a
nuestros país hasta hace pocos años. Las primeras bombas de calor
geotérmicas empezaron a instalarse en España en 2000-2001.
• Poco interés: por parte de los promotores inmobiliarios, y por parte de
los compradores de vivienda nueva, más preocupados por el aspecto
económico que por la reducción de las emisiones de CO2 a la
atmósfera, y no dispuestos a ver incrementadas sus hipotecas con el
coste adicional, no desdeñable, que representa una instalación para
aprovechamiento de energía geotérmica de muy baja temperatura.
• Falta de apoyo institucional: los organismos competentes de la
Administración Central han apoyado la construcción de parques
eólicos y solares fotovoltaicos, y la implantación de paneles solares
Antonio Díaz Fernández
Página 99
para la producción de ACS en los hogares, llegando a hacerlo
obligatorio en los edificios de nueva construcción, olvidándose de la
energía geotérmica.
• Sólo recientemente se ha producido una inflexión en este aspecto y,
actualmente,
son
muchas
las
comunidades
autónomas
que
subvencionan parte de los costes de inversión en instalaciones de
bombas de calor geotérmicas.
• Ausencia de reglamentación específica: relativa a la perforación de
sondeos para instalar sondas geotérmicas. Instaladores, usuarios
potenciales y, particularmente, empresas de sondeos, han visto
retrasarse sus proyectos porque la persona responsable de conceder la
autorización no disponía de reglamentación pertinente, o porque no la
ha considerado de su competencia. Si a esto se une el poco volumen
de mercado que representan las sondas geotérmicas, se comprende la
falta de interés de las empresas de sondeos españolas por
especializarse y dedicarse a este ámbito.
Éstas, y puede que algunas más, se vislumbran como las principales
causas del escaso aprovechamiento de la energía geotérmica de muy baja
temperatura en España. Si la escalada de los precios de los combustibles
fósiles continúa, y si las tarifas de la energía eléctrica para consumo
doméstico siguen aumentando, la situación puede revertir significativamente
en los próximos años.
Antonio Díaz Fernández
Página 100
El clima, apuntado como primer argumento, cuenta a su favor con la
radiación solar. La Península Ibérica recibe una radiación media de unos 15
MJ/m2 diarios, que calienta la superficie de unos suelos que, en grandes
zonas del país, está desprotegido de vegetación, con elevada temperatura
ambiental, que recibe escasas precipitaciones anuales y que, cuando se cubre
de nieve, lo hace durante un corto periodo de tiempo. Estas circunstancias
propician que el suelo almacene más calor solar que en otros países
europeos. Si en los países del centro y norte de Europa aprovechan
temperaturas del subsuelo a pocos metros de profundidad de sólo 10 – 12 ºC,
e incluso de tan sólo 8 ºC en Suiza, en España, a partir de 5 m de
profundidad, la temperatura es de alrededor de 15 ºC con pequeñas
variaciones. Entre 15 y 20 m de profundidad, la estabilidad térmica suele ser
de 17 ºC todo el año. La inercia térmica condiciona también el desfase
temporal, alcanzando el subsuelo los, tras el invierno, y los valores más
cálidos en otoño, tras el verano.
Se podría afirmar que el suelo español reúne mejores condiciones para
almacenar e intercambiar calor, que el de la mayoría de los países donde las
instalaciones de bombas de calor geotérmicas están más implantadas.
La situación de las compañías eléctricas, obligadas a comprar a
particulares energía eléctrica procedente de energías renovables, con costes
de generación mayores que las que ellas producen de combustibles fósiles,
no podrá mantenerse mucho tiempo sin repercutirlo a los consumidores. En
la medida que esto ocurra, la energía geotérmica de muy baja temperatura
saldrá del olvido en el que parece estar recluida.
Antonio Díaz Fernández
Página 101
La adaptación y transposición, por parte de los organismos
competentes de las comunidades autónomas, de reglamentación y normativa
que ya existe en otros países europeos sobre realización de sondeos para
aprovechamiento geotérmico, facilitará la labor de instaladores y perforistas,
y reducirá la demora que soporta un usuario desde que hace su elección por
la energía geotérmica hasta que puede disfrutar de ella.
Antonio Díaz Fernández
Página 102
1.1.16 Climatología de la Zona
El clima de Madrid es mediterráneo continentalizado y está muy
influido por las condiciones urbanas. Los inviernos son fríos, con
temperaturas inferiores a los 8°C, heladas nocturnas y nevadas ocasionales.
Los veranos son calurosos con medias superiores a los 24°C en julio y agosto
con máximas que a veces superan los 35°C. La oscilación diaria es importante
en la periferia urbana, pero se ve reducida en el centro de la ciudad por el
efecto antrópico. Las precipitaciones, poco abundantes (de no más de 500mm
al año) se concentran en las estaciones de otoño y primavera, cuando el clima
es más agradable. En invierno son menos frecuentes y en verano, casi
inexistentes.
A continuación se presenta de forma tabulada y de climograma un
promedio de las temperaturas máximas y mínimas, así como de las
precipitaciones, a partir de los valores históricos registrados en el período
que comprende del año 1971 al año 2000.
Tª
Tª
máx. (ºC)
mín.(ºC)
Ene.
9,7
2,6
37
Feb.
12
3,7
35
Mar.
15,7
5,6
26
Abr.
17,5
7,2
47
May.
21,4
10,7
52
Jun.
26,9
15,1
25
Jul.
31,2
18,4
15
1971-2000
Antonio Díaz Fernández
Precipitaciones (mm)
Página 103
Agos.
30,7
18,2
10
Sept.
26
15,0
28
Oct.
19
10,2
49
Nov.
12,4
6,0
56
Dic.
10,1
3,8
56
Tot.
19,4
9,7
436
Figura 31. Gráfica de Temperaturas-Precipitaciones en Madrid (Fuente: Agencia Estatal de Meteorología).
Antonio Díaz Fernández
Página 104
1.1.17 Características del terreno
Para conocer las características geotécnicas de la zona en la que se
encuentra emplazado el Colegio Mayor Jorge Juan se ha consultado el Atlas
Geocientífico de Madrid, confeccionado por el Instituto Geológico y Minero
de España (IGME), más concretamente el mapa geotécnico correspondiente a
su área metropolitana. La zona geotécnica sobre la que está
edificio se compone de rocas blandas
del terciario,
ubicado el
siendo la litología
dominante arenas, limos y arcillas. De acuerdo con la información aportada
por el Atlas, ésta no presenta problemas de cimentación importantes y la
dificultad de excavación y sostenimiento en obras subterráneas es media y la
excavabilidad es normal.
1.1.17.1
Nivel freático
Como se ha descrito en esta memoria, dentro de la investigación de
los recursos geotérmicos de baja temperatura, una de las alternativas es la
ejecución de sondeos de captación de aguas subterráneas. Como se describe
en el punto referente a la ubicación geográfica del edificio, éste está situado a
pocos metros del río Manzanares, en cuyas inmediaciones el nivel freático se
encuentra progresivamente a menos profundidad conforme el terreno está
más próximo al mismo. Tras
consultar los sondeos realizados sobre el
terreno a través de la base de datos de sondeos publicada en la página web
del Ministerio de Medio Ambiente, se concluye que ésta carece de datos
relativos a la zona del parque del Oeste. No obstante, en el sondeo número
5682, efectuado en la Ciudad Universitaria, muy próxima, el nivel freático se
Antonio Díaz Fernández
Página 105
encuentra localizado a 50,50 metros de profundidad. Interpretando estos
datos, se puede concluir que en la zona objeto de estudio la capa de aguas
subterráneas se encontrará a poca profundidad.
1.1.18 Localización geográfica
La ciudad de Madrid se encuentra en la zona central de la Península
Ibérica, a pocos kilómetros al norte del Cerro de los Ángeles, centro
geográfico de ésta. Las coordenadas de la ciudad son 40°26′N 3°41′O y su
altura media sobre el nivel del mar es de 667 m, siendo así una de las
capitales más altas de Europa.
El contexto geográfico es el de la Submeseta Sur, dentro de la Meseta
Central. La ciudad está situada a pocos kilómetros de la Sierra de
Guadarrama e hidrográficamente se encuentra emplazada en la cuenca del
Tajo.
El Colegio Mayor Universitario de la Armada Jorge Juan tiene su
sede en la ciudad de Madrid, más concretamente en el distrito de la Ciudad
Universitaria, al noroeste de la Capital. El centro se encuentra ubicado en los
últimos números de la Avenida de Séneca, concretamente en el número 14,
situándose sobre terrenos propiedad del Ministerio de Defensa, al igual que
su vecino, el Colegio Mayor Universitario Barberán, adscrito al Ejército del
Aire. Limita al norte con el Colegio Mayor Argentino y se sitúa en la
confluencia entre las Avenidas Séneca y Martín Fierro, próximo al Consejo
Nacional de Deportes y a la facultad de la UNED, ubicados en esta última.
Antonio Díaz Fernández
Página 106
Frente a su fachada sur se extiende longitudinalmente a través de la Avenida
Séneca el Parque del Oeste y bajando la calle se encuentra el puente de los
Franceses, que cruza el río Manzanares.
La parcela sobre la que se levantan las instalaciones del Colegio Mayor
presenta una forma rectangular de orografía accidentada, con pendiente
hacia el sur de la misma. El edificio se erige sobre ella salvando este desnivel,
por lo que presenta dos alturas diferenciadas entre sus fachadas norte y sur.
La descripción con más detalle del conjunto de instalaciones y
características arquitectónicas del edificio se realizará a continuación.
1.1.19 Características del edificio objeto del Proyecto
“El Colegio Mayor Jorge Juan se propone como fin proporcionar
residencia a los estudiantes y promover su formación cultural y científica,
proyectando su actividad al servicio de la comunidad universitaria, y debido
a su vinculación con la Armada, considerará también como fines propios el
fomento del cariño y respeto a las Fuerzas Armadas y el conocimiento y
divulgación de los problemas marítimos de España”. Con el propósito de
lograr este fin institucional, el Centro pone a disposición de los colegiales,
que son el centro de la vida del Mayor, un conjunto de instalaciones que
garanticen lo expuesto en este principio fundacional.
El Colegio Mayor Universitario Jorge Juan, fue creado por Decreto de
la Presidencia del Gobierno de 18 de Junio de 1959 e instituido como
Antonio Díaz Fernández
Página 107
organismo adscrito a la Universidad Complutense de Madrid. El edificio fue
inaugurado este mismo año, comenzando a residir en él la primera
promoción colegial. En el año 2009 se cumplieron los 50 años del colegio, la
misma antigüedad que tiene el edificio.
Figura 32. Fotografía del edificio -1959- (Fuente: Archivo del C.M.U. Jorge Juan).
Como se puede apreciar en la imagen anterior, las instalaciones del
Colegio están distribuidas en un único edificio, que alberga tres plantas
superiores de habitaciones y una planta baja de usos comunes por la que se
accede al interior a través de una pequeña recepción. Tras ella se abre un
salón de estar con amplios ventanales y una escalera de acceso a la planta
sótano. Este salón delimita con un pasillo, al otro lado del cual se encuentra
Antonio Díaz Fernández
Página 108
el comedor de los colegiales y el Office. Este pasillo conduce al salón de
actos, con capacidad para 125 espectadores y la cafetería, así como a los
despachos de la Dirección, las cámaras de oficiales y suboficiales y el
dormitorio y sala de estar del capellán. Al otro lado, se sitúa la vivienda en la
que reside el Director y su familia, así como un jardín privado. La entrada al
edificio da acceso asimismo a una escalera que comunica el Office con el
sótano y las salas de informática y arquitectura, situadas en plantas
superiores. La planta sótano está dividida en dos alas, con diferentes accesos.
A través de la escalera del salón se accede a las salas de audiovisuales y
música, así como al gimnasio y cuatro aseos. Por la escalera principal de
acceso a las plantas de habitaciones se desciende a la segunda ala del sótano,
que alberga la lavandería, el despacho y la vivienda del regidor, la cocina, la
despensa, los aseos y la sala de calderas, comunicándose con la zona anterior
a través del gimnasio, al que también se tiene acceso por este pasillo.
La distribución detallada de espacios puede contemplarse en los
planos del Colegio, contenidos en el documento 2 “Planos” del presente
proyecto.
Desde la planta baja se puede salir a una terraza para uso de los
colegiales, con bancos y columpios, situada frente a los ventanales del salón,
así como a los jardines de los colegiales, que rodean el edificio y completan la
parcela.
El área objeto de estudio en el presente proyecta será, no obstante, la
correspondiente a las habitaciones colegiales, que representa la mayor carga
Antonio Díaz Fernández
Página 109
de consumo de calefacción y de A.C.S. Por otro lado, esta decisión también se
justifica con el hecho de que el objetivo primordial es proporcionar confort a
los colegiales residentes, cuyas actividades y descanso se localizan gran parte
de la jornada en las plantas superiores.
1.1.19.1
Descripción de las plantas de habitaciones
Como se acaba de citar en el punto anterior, las habitaciones de los
colegiales se hayan situadas en las tres plantas superiores del edificio, a las
que se accede por la escalera principal que parte del sótano o a través del
ascensor. Cada una de las tres plantas tipo se encuentra dividida en dos alas,
separadas por el rellano de la escalera y por las que discurre un pasillo. A
ambos lados de este pasillo se encuentran las habitaciones colegiales,
orientadas al norte y al sur respectivamente hasta hacer un total de 20
habitaciones por ala y 40 habitaciones en el conjunto de la planta. Al fondo
de cada pasillo de habitaciones se abren los baños y la sala de duchas, a los
que se accede por la misma puerta y que se encuentran separados por un
tabique. Existen dos habitaciones tipo, una orientada al norte y la otra
orientada al sur, enfrentadas la una a la otra a lo largo del pasillo y sumando
20 habitaciones respectivamente en cada ala.
La primera de las dos tablas siguientes
recoge cada uno de los
recintos a climatizar en cada una de la plantas tipo, el número de recintos
iguales, su ocupación en m2 y la
ocupación del conjunto. La segunda
representa la ocupación total en m2 del bloque de habitaciones.
Antonio Díaz Fernández
Página 110
Cuadro de Superficies ( Planta Residencial Tipo)
Recinto
Nº Unidades
Habitación Norte
20
Habitación Sur
20
Baño Oeste
1
Baño Este
1
Duchas Oeste
1
Duchas Este
1
Cuadro de Superficies (Conjunto Residencial )
Recinto
Sup./ planta
Habitación Norte
188,2
Habitación Sur
162
Baño Oeste
18,48
Baño Este
18,48
Duchas Oeste
7,71
Duchas Este
7,71
Sup./ u (m2)
9,41
8,1
18,48
18,48
7,71
7,71
TOTAL SUPERFICIE PLANTA TIPO (m2)
Total Sup. (m2)
188,2
162
18,48
18,48
7,71
7,71
402,58
Nº plantas
3
3
3
3
3
3
2
TOTAL SUPERFICIE RESIDENCIAL (m )
Total Superficie
564,6
486
55,44
55,44
23,13
23,13
1.050,60
En la tabla anterior se contempla que la superficie residencial a
climatizar por la instalación solar o geotérmica será de aproximadamente
1051 m2, correspondientes a las tres plantas de habitaciones.
1.1.20 Instalación Actual
El sistema actual de calefacción y A.C.S. del Colegio Mayor Jorge Juan
es alimentado por gasoil que entra en combustión en dos calderas de marca
Vulcano-Sadeca, cuyas características técnicas se especifican en la siguiente
tabla:
Especificación Técnica
Nº
Antonio Díaz Fernández
CALDERA-1
16937
CALDERA-2 (A.C.S.)
16938
Página 111
Tipo
Potencia (kw)
Tª Máxima agua (ºC)
Presión Trabajo (Kg/cm2)
Volumen (m3)
Fecha Fabricación
350
407
100
6
0,45
23-07-1999
A continuación se presenta
100
116
100
6
0,18
23-07-1999
el esquema de funcionamiento y los
quipos de los que está provista la instalación actual tras la reforma acometida
en el año 1999.
El calor producido
en las dos calderas es utilizado para el
funcionamiento del sistema de calefacción y de A.C.S. del edificio, siendo
impulsada el agua caliente por el circuito primario mediante una serie de
motobombas . El calor es cedido al circuito secundario en un intercambiador
de placas, desde donde dos motobombas de circulación de la calefacción y
del A.C.S. impulsan el agua caliente hasta los radiadores y el acumulador de
A.C.S, respectivamente, a través de un entramado de tuberías. Otro circuito
de retorno con motombombas y valvulería devolverá el agua al acumulador.
Los diferentes circuitos están
provistos a lo largo de su recorrido de
transductores de presión y temperatura, de manera que en el momento en
que las variables medidas por los mismos fluctúan o se salgan del umbral o
consigna establecidos la central de regulación y diferentes controladores
provistos en el sistemas envíen las señales que intervengan
sobre los
diferentes actuadores, ajustando el caudal de circulación del agua o el
funcionamiento de las calderas, como en cualquier otro sistema de regulación
que se trate.
Antonio Díaz Fernández
Página 112
El cuarto de calderas está situado en el sótano del edificio, así como el
depósito de carga, el cuadro eléctrico, la estación de regulación y los
acumuladores de A.C.S. Desde este lugar parten las distintas columnas que
distribuyen la calefacción y el A.C.S hasta los puntos de consumo de las
plantas superiores. La valvulería comprende a lo largo del circuito válvulas
de dos y tres vías,
vaciado y llenado, esfera, retención, mariposa y
seguridad. Los termómetros, termostatos, piroestatos, manómetros y sondas
de temperatura conforman la instrumentación del conjunto.
1.2 Cálculo de Transmitancias
La demanda energética de los edificios se limita en función del clima
de la localidad en la que se ubican, según la zonificación climática establecida
y de la carga interna en sus espacios.
La demanda energética será inferior a la correspondiente a un edificio
en el que los parámetros característicos de los cerramientos y particiones
interiores que componen su envolvente térmica, sean los valores límites
establecidos por el CTE-HE1.
Los parámetros característicos que definen la envolvente térmica se
agrupan en los siguientes tipos:
a) Transmitancia térmica de muros de fachada UM;
b) Transmitancia térmica de cubiertas UC;
Antonio Díaz Fernández
Página 113
c) Transmitancia térmica de suelos US;
d) Transmitancia térmica de cerramientos en contacto con el terreno UT;
e) Transmitancia térmica de huecos UH ;
f) Factor solar modificado de huecos FH;
g) Factor solar modificado de lucernarios FL;
h) Transmitancia térmica de medianerías UMD.
La envolvente térmica del edificio,
está compuesta por todos los
cerramientos que limitan espacios habitables con el ambiente exterior (aire o
terreno u otro edificio) y por todas las particiones interiores que limitan los
espacios habitables con los espacios no habitables que a su vez estén en
contacto con el ambiente exterior.
Los cerramientos y particiones interiores de los espacios habitables se
clasifican según su situación en las siguientes categorías:
a) cubiertas, comprenden aquellos cerramientos superiores en contacto
con el aire cuya inclinación sea inferior a 60º respecto a la horizontal;
Antonio Díaz Fernández
Página 114
b) Suelos, comprenden aquellos cerramientos inferiores horizontales o
ligeramente inclinados que estén en contacto con el aire, con el
terreno, o con un espacio no habitable;
c) Fachadas, comprenden los cerramientos exteriores en contacto con el
aire cuya inclinación sea superior a 60º respecto a la horizontal.
d) Medianerías, comprenden aquellos cerramientos que lindan con otros
edificios ya construidos o que se construyan a la vez y que conformen
una división común. Si el edificio se construye con posterioridad el
cerramiento se considerará, a efectos térmicos, una fachada.
e) Cerramientos en contacto con el terreno, comprenden aquellos
cerramientos distintos a los anteriores que están en contacto con el
terreno.
f) Particiones interiores, comprenden aquellos elementos constructivos
horizontales o verticales que separan el interior del edificio en
diferentes recintos.
Antonio Díaz Fernández
Página 115
1.2.1 Datos previos
1.2.1.1 Clasificación por severidad climática.
Para la limitación de la demanda energética se establecen 12 zonas
climáticas identificadas mediante una letra, correspondiente a la severidad
climática en invierno (A, B, C, D, E), y un número, correspondiente a la
división de verano. En general, la zona climática donde se ubican los
edificios se determinará a partir de los valores tabulados. En localidades que
no sean capitales de provincia y que dispongan de registros climáticos
contrastados, se podrán emplear, previa justificación, zonas climáticas
específicas.
La zona climática de cualquier localidad en la que se ubiquen los
edificios se obtiene de la tabla D.1 del apéndice D del la sección HE1 del CTE,
correspondiendo a la ciudad de Madrid la zonificación climática D3.
1.2.1.2 Clasificación de los espacios
Los espacios interiores de los edificios se clasifican en espacios
habitables y espacios no habitables.
A efectos de cálculo de la demanda energética, los espacios habitables se
clasifican en función de la cantidad de calor disipada en su interior, debido a
la actividad realizada y al periodo de utilización de cada espacio, en las
siguientes categorías:
Antonio Díaz Fernández
Página 116
a) Espacios con carga interna baja: espacios en los que se disipa poco
calor. Son los espacios destinados principalmente a residir en ellos,
con carácter eventual o permanente. En esta categoría se incluyen
todos los espacios de edificios de viviendas y aquellas zonas o
espacios de edificios asimilables a éstos en uso y dimensión, tales
como habitaciones de hotel, habitaciones de hospitales y salas de estar,
así como sus zonas de circulación vinculadas.
b) Espacios con carga interna alta: espacios en los que se genera gran
cantidad de calor por causa de su ocupación, iluminación o equipos
existentes. Son aquellos espacios no incluidos en la definición de
espacios con baja carga interna. El conjunto de estos espacios
conforma la zona de alta carga interna del edificio.
A efectos de comprobación de la limitación de condensaciones en los
cerramientos, los espacios habitables se caracterizan por el exceso de humedad
interior. En ausencia de datos más precisos y de acuerdo con la clasificación
que se expresa en la norma EN ISO 13788: 2002 se establecen las siguientes
categorías:
a) Espacios de clase de higrometría 5: espacios en los que se prevea
una gran producción de humedad, tales como lavanderías y
piscinas;
b) Espacios de clase de higrometría 4: espacios en los que se prevea
una alta producción de humedad, tales como cocinas industriales,
Antonio Díaz Fernández
Página 117
restaurantes, pabellones deportivos, duchas colectivas u otros de
uso similar;
c) Espacios de clase de higrometría 3 o inferior: espacios en los que
no se prevea una alta producción de humedad. Se incluyen en esta
categoría todos los espacios de edificios residenciales y el resto de
los espacios no indicados anteriormente. En esta categoría
incluimos los espacios calefactados de la edificación.
Los cerramientos de los espacios habitables se clasifican según su
diferente comportamiento térmico y cálculo de sus parámetros característicos
en las siguientes categorías:
a) Cerramientos en contacto con el aire:
i)
Parte opaca, constituida por muros de fachada, cubiertas,
suelos en contacto con el aire y los puentes térmicos
integrados;
ii)
Parte
semitransparente,
constituida
por
huecos
(ventanas y puertas) de fachada y lucernarios de
cubiertas.
b) Cerramientos en contacto con el terreno, clasificados según los
tipos siguientes:
Antonio Díaz Fernández
Página 118
i)
Suelos en contacto con el terreno;
ii)
Muros en contacto con el terreno;
iii)
Cubiertas enterradas.
c) Particiones interiores en contacto con espacios no habitables,
clasificados según los tipos siguientes:
i)
Particiones interiores en contacto con cualquier espacio
no habitable (excepto cámaras sanitarias);
ii)
Suelos en contacto con cámaras sanitarias.
1.2.1.3 Cálculo de los coeficientes de transmisión
Los coeficientes de transmisión de calor de los cerramientos se
calculan de acuerdo a lo especificado en el apéndice E:
La expresión general es: U = 1/RT
U
Transmitancia Térmica (W/m2—K).
RT Resistencia Térmica del componente constructivo (m2—K/W).
Antonio Díaz Fernández
Página 119
La resistencia térmica total del cerramiento es:
RT = Rsi + Rse + ΣRn
Rsi Resistencia superficial interior (m2—K/W).
Rse Resistencia superficial exterior (m2—K/W).
Ambos son función de:
- Posición del cerramiento (vertical u horizontal).
- Sentido del flujo de calor (horizontal, ascendente o descendente).
- Situación del cerramiento (al interior o al exterior).
Rn Resistencia térmica del componente constructivo (m2—K/W).
Antonio Díaz Fernández
Página 120
Ri = Li/λ
λi
Li: Espesor del componente constructivo (m).
λi : Conductividad térmica del componente constructivo (W/m—K).
En las tablas siguientes se da el cálculo de los coeficientes de
transmisión de calor de los cerramientos; en las mismas se detallan los
componentes de cada cerramiento, con los espesores y conductividades
correspondientes a cada elemento.
MURO EXTERIOR
Capa Material
Li
λi
Ri
RSI
Resistencia superficial interior. Flujo Horizontal
1
Enlucido de yeso 1000<d<1300
1
0,57
0,02
2
Tabique de LH sencillo
Cámara de aire sin
ventilar
4
0,44
0,09
1
0,15
0,07
Tabique de LH doble
Mortero cemento o cal (alb+revoco/enlucido)
d>2000
7
0,375
0,19
1,5
1,8
0,01
3
4
5
RSE
0,13
Resistencia superficial exterior. Flujo Horizontal
0,04
RESISTENCIA TÉRMICA TOTAL
2
Transmitancia UM (W/m ⁰C)
0,54
1,85
MURO EXTERIOR
Capa Material
RSI
Li
Resistencia superficial interior. Flujo Horizontal
Antonio Díaz Fernández
λi
Ri
0,13
Página 121
1
Enlucido de yeso 1000<d<1300
1
0,57
0,02
2
Tabique de LH sencillo
4
0,44
0,09
3
Cámara aire sin ventilar
1
0,15
0,07
4
Tabique de LH doble
7
0,38
0,19
11,5
1,04
0,11
5
1/2 pie LM métrico 40mm<G<50mm
RSE
0,04
Resistencia superficial exterior. Flujo Horizontal
RESISTENCIA TÉRMICA TOTAL
2
Transmitancia UM (W/m ⁰C)
0,64
1,56
CUBIERTA EXTERIOR
Capa Material
RSI
Li
λi
Resistencia superficial interior. Flujo Vertical Ascendente
1
0,1
Enlucido de yeso 1000<d<1300
FU entrevigado cerámico - Canto
300 mm
2
3
Ri
1
0,57
0,02
30
0,94
0,32
1
1,8
0,01
0,2 0,16
0,01
4
Mortero cemento o cal (alb+revoco/enlucido) d>2000
Poliestireno
(PS)
5
Mortero cemento o cal (alb+revoco/enlucido) d>2000
1
1,8
0,01
6
Arena o grava (1700<d<2200)
2
2
0,01
RSE
Resistencia superficial exterior. Flujo Vertical Ascendente
0,04
0,51
RESISTENCIA TÉRMICA TOTAL
2
1,96
Transmitancia UC (W/m ⁰C)
FORJADO ENTREPLANTAS SIN AISLAMIENTO
Capa Material
Li
λi
Ri
RSI
Resistencia superficial interior.
1
Enlucido de yeso 1000<d<1300
1
0,57
0,02
2
Hormigón en masa 2000<d<2300
20
0,94
0,21
3
Arena o grava (1700<d<2200)
2
1,8
0,01
4
Mortero cemento o cal (alb+revoco/enlucido)
1,5
0,16
0,09
Antonio Díaz Fernández
0,13
Página 122
5
Plaqueta o baldosa cerámica
RSI
Resistencia superficial interior.
2
1,8
0,01
0,13
RESISTENCIA TÉRMICA TOTAL
0,61
2
Transmitancia UP (W/m ⁰C)
1,65
PAREDES
Capa Material
Li
RSI
Resistencia superficial interior.Flujo Horizontal
1
Enlucido de yeso 1000<d<1300
2
Fábrica ladrillo hueco
3
Enlucido de yeso 1000<d<1300
RSI
Resistencia superficial interior.Flujo Horizontal
λi
Ri
0,13
1,5
0,57
0,03
9
0,38
0,24
1,5
0,57
0,03
0,13
RESISTENCIA TÉRMICA TOTAL
2
Transmitancia UP (W/m ⁰C)
0,55
1,82
Cálculo de los coeficientes e transmisión de los huecos
PUERTAS
2
Capa Material
UH (W/m ⁰C)
Puerta de Madera blanda
2,2
La transmitancia térmica de las ventanas se obtiene como media
ponderada de la correspondiente a los marcos y la de las superficies
acristaladas.
UH = (1-FM) — UHV + FM — UHM
Antonio Díaz Fernández
Página 123
VENTANAS
Capa Material
Cristal doble 4-15-6
Marco metálico (negro medio)
Coef. Absor. Marco
0,96
Factor Solar
0,75
Transmitancia UP (W/m2 ⁰C)
UH,v/m (W/m2 ⁰C)
1,6
5,70
Fracción Marco (%)
10,00
2,01
1.2.2 Comparativa de los parámetros característicos de los cerramientos
con los valores máximos establecidos por el CTE-Sección HE1.
Para evitar descompensaciones entre la calidad térmica de diferentes
espacios, cada uno de los cerramientos y particiones interiores de la
envolvente térmica tendrán una transmitancia no superior a los valores
indicados en la tabla 2.1. del CTE-HE1 en función de la zona climática en la
que se ubique el edificio.
Antonio Díaz Fernández
Página 124
En edificios de viviendas, las particiones interiores que limitan las
unidades de uso con sistema de calefacción previsto en el proyecto, con las
zonas comunes del edificio no calefactadas, tendrán cada una de ellas una
transmitancia no superior a 1,2 W/m2K.
En la siguiente tabla resumen se detallan los valores de las
transmitancias de los cerramientos que componen la envolvente térmica de
los espacios objeto de estudio en el presente proyecto, comparándolos con los
máximos establecidos por la citada normativa.
Cerramientos y particiones interiores
U (W/m2 K)
Umax (W/m2 K)
Muros de fachada
1,85-1,56
0,86
Suelos
1,65
0,64
Cubiertas
1,96
0,49
Vidrios y marcos
3,50
3,50
En la tabla se contempla como los valores de las transmitancias de los
cerramientos incumplen la normativa en vigor. Es razonable comprender
este hecho, dado que la construcción de la edificación data de finales de los
años 50, cuando esta norma no se encontraba en vigor y las deficiencias de
las soluciones constructivos, sobre todo en materia de aislamiento, eran
evidentes. Por un lado, el grosor de los cerramientos no es el adecuado. Hay
que tener en cuenta que un mayor espesor representa una mayor resistencia
a la transferencia de calor y, por tanto, una menor transmisión del mismo a
través del cerramiento. Además, la inexistencia de un aislamiento y
Antonio Díaz Fernández
Página 125
ventilación adecuados son desfavorables. Asimismo, los marcos metálicos de
las ventanas no favorece el aislamiento de los recintos climatizados del
exterior y la conservación del calor aportado por la instalación.
Por otro lado, se observa que los elementos radiantes (radiadores) se
encuentran situados por debajo de las ventanas y empotrados en la pared.
Esto se traduce en una pérdida de calor a través de los muros exteriores y las
ventanas, que no reúnen, como se acaba de explicar, las condiciones de
aislamiento exigidas. Como consecuencia, tanto el tiempo necesario para
calentar los recintos como la potencia requerida para alcanzar y mantener la
temperatura de confort se incrementan, quedando reflejado este hecho en un
mayor consumo de gasoil y, por lo tanto, un mayor coste en la factura
energética. Además, desde un punto de vista medioambiental, se produce
una mayor una emisión de CO2 a la atmósfera.
En definitiva, las deficiencias enumeradas se traducen en una menor
eficiencia , que supone una pérdida de confort y un incremento considerable
del gasto. Ante esto, y antes de acometer la instalación del nuevo sistema de
climatización,
sería recomendable aconsejar una reforma integral en el
edificio, tanto en lo que se refiere a los cerramientos, como al sistema de
difusión del calor distribuido. De esta manera se optimizaría la eficiencia de
esta futura instalación. En cuanto a los cerramientos, se les debe proveer de
una cámara de aire y materiales aislantes que incrementan la resistencia al
paso del calor. El espesor de la fachada actual podría ser incrementado en su
cara exterior con estos nuevos materiales, de manera que se adecuen los
parámetros a los exigidos por la norma y se mitigue la pérdida de calor
Antonio Díaz Fernández
Página 126
actual. Los marcos metálicos de las ventanas podrían ser sustituidos por
marcos de PVC, que se adecuan a la normativa vigente. En cuanto a la
distribución del calor, se podría plantear la instalación de suelo radiante en
las habitaciones, que permitiría tener calor en invierno y refrigeración en
verano. A pesar de la envergadura y lo costoso de su instalación, consistente
en la colocación de una red de tubos por debajo del suelo, este sistema
supone un ahorro en el consumo, así como una distribución mucho más
homogénea del calor y, como resultado, un mayor confort, permitiendo
además una disminución en el tiempo de calentamiento.
1.2.3 Demanda térmica de la instalación
En este punto se procederá a determinar la previsión de la demanda
térmica del edificio, que comprende las necesidades de calor durante los
meses de invierno y la necesidad de frío durante el período estival. De esta
manera, la instalación deberá cubrir esta doble necesidad de manera versátil.
Para ello, se estudiará separadamente cada uno de los dos períodos que se
acaban de citar para cada uno de los recintos climatizados y, por ende, del
conjunto residencial, determinando así, una vez concluidos los cálculos, la
potencia de la instalación objeto del presente proyecto.
Dentro del conjunto residencial y, desde la perspectiva del cálculo de
la demanda térmica, se pueden distinguir dos subconjuntos diferenciados:
las plantas tipo, que se corresponden con los dos primeros pisos de
habitaciones, y la planta tercera, donde se ubica la cubierta. Es lógico hacer
esta distinción considerando que el edificio pierde y gana calor desde el
Antonio Díaz Fernández
Página 127
exterior a través de sus cerramientos y en la última planta este fenómeno se
produce, además, a través de la cubierta, y de manera significativa. A efectos
del cálculo de la demanda térmica, se desarrollarán los cálculos para los
recintos climatizados pertenecientes a cada una de las partes del conjunto
residencial que acaban de ser citadas. Estos cálculos serán efectuados de
manera tabulada, utilizando como entradas los diferentes parámetros
relativos a los recintos, cerramientos , condiciones exteriores e interiores de
cálculo y diferentes cargas por aportaciones internas y suplementos.
1.2.3.1 Demanda térmica de calefacción en invierno
1.2.3.1.1
Introducción teórica
Carga térmica de calefacción de un local
Qc = (Qst + Qsi)— (1+F)
Siendo:
Qst = Pérdida de calor sensible por transmisión a través de los
cerramientos (W).
Qsi = Pérdida de calor sensible por infiltraciones de aire exterior (W).
F = Suplementos (tanto por uno).
Perdida de calor sensible por transmisión a través de los cerramientos
Antonio Díaz Fernández
Página 128
Qst = U—A—(Ti - Te)
Siendo:
U i = Transmitancia térmica del cerramiento (W/m² K).
A i= Superficie del cerramiento (m²).
Ti = Temperatura interior de diseño del local (°K).
Te = Temperatura de diseño al otro lado del cerramiento (°K).
Perdida de calor sensible por infiltraciones del aire exterior
Qsi = Vae—0,33—(Ti - Te)
Siendo:
Vae i = Caudal de aire exterior frío que se introduce en el local (m³/h).
Ti = Temperatura interior de diseño del local (°K).
Te = Temperatura exterior de diseño (°K).
El caudal de aire exterior "Vae" se estima como:
Antonio Díaz Fernández
Página 129
Vae = V — n
Siendo:
V = Volumen del local (m³).
n = Número de renovaciones por hora (ren/h).
1.2.3.1.2
Condiciones exteriores de cálculo
INVIERNO
Nivel Percentil
Temperatura (ºC)
99%
-4,9
97,50%
-3,7
Tª mínima histórica
-16
Se tomará el valor correspondiente al nivel percentil 99% en invierno.
En el cálculo de cargas de calefacción por orientación e intermitencia,
se considerarán los siguientes suplementos:
Orientación Norte: 15%
Orientación Sur: 5%
Orientación Este: 10%
Antonio Díaz Fernández
Página 130
Orientación Oeste: 5%
1.2.3.1.3
Condiciones interiores de cálculo
Para fijar las condiciones térmicas, se han considerado
las
indicaciones termohigrométricas contenidas en la instrucción técnica IT.1 de
diseño y dimensionado del Reglamento de Instalaciones Térmicas de
Edificios (RITE 1027/2007) en cuanto en cuanto a nivel de confort, que están
expresadas en la siguiente tabla del mismo reglamento:
Se tomará para el cálculo la temperatura de 21º C.
Antonio Díaz Fernández
Página 131
1.2.3.1.4
Demanda térmica de calefacción por transmisión en una planta
tipo
Para determinar la demanda de calor en el conjunto de una planta
tipo, se calculará la correpondiente a cada uno de los recintos que se
climatizarán dentro de la misma. Éstos se corresponden con las habitaciones
de los colegiales, los baños y las duchas. Para cada uno de ellos,
individualmente, se introducirán de manera tabulada los parámetros
correspondientes a las condiciones exteriores e interiores de cálculo, así como
los característicos de los cerramientos de la envolvente que los delimitan y
separan del exterior y de los espacios no climatizados.
HABITACIÓN NORTE
Cerramientos
Muro exterior
Ventana
Ventana
Puerta madera
Pared interior
Antonio Díaz Fernández
CO
1,15
1,15
1,15
1,15
1,15
Ci
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
2
U (W/m ⁰C)
1,85
2,01
2,01
2,2
1,82
2
A (m )
3,3
2,2
1,2
1,533
4,3
(Ti - Te)
37
37
37
6
6
Qst (W)
Qsti (W)
285,74
206,97
112,89
25,60
59,40
690,61
Página 132
HABITACIÓN SUR
Cerramientos
Muro exterior
Ventana
Ventana
Puerta madera
Pared interior
CO
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
Ci
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
U (W/m2 ⁰C)
1,85
2,01
2,01
2,2
1,82
(Ti - Te)
37
37
37
6
6
Qst (W)
A (m2)
5,68
2,2
1,2
1,533
4,68
Qsti (w)
449,06
188,97
103,08
23,37
59,03
823,51
En la siguiente tabla se recoge la carga por transmisión de cada una de
las dos habitaciones tipos, el número de habitaciones de cada clase que
conforman una planta tipo y la potencia térmica prevista total del conjunto
de habitaciones.
PLANTA TIPO
Recinto
Habitación Norte
Habitación Sur
Nº unid.
20
20
Qst(W)
Potencia
690,61
13.812,20
823,51
16.470,20
Total Potencia (W) 30.282,40
A continuación, se prosigue con el cálculo de la demanda térmica
prevista en los baños y duchas de una planta tipo.
BAÑO OESTE
Cerramientos
Muro exterior
Ventana
Ventana
Puerta madera
Antonio Díaz Fernández
CO
1,05
1,05
1,05
1,05
Ci
1,1
1,1
1,1
1,1
2
U (W/m ⁰C)
1,37
2,01
2,01
2,2
2
A (m )
15,4
1,56
1,56
2,2
(Ti - Te)
37
37
37
6
Qst (W)
Qsti (W)
903,52
134,21
134,21
33,54
1.205,49
Página 133
BAÑO ESTE
Cerramientos
Muro exterior
Ventana
Ventana
Puerta madera
DUCHAS OESTE
Cerramientos
Muro exterior
Muro exterior
Ventana
2
Ci
1,1
1,1
1,1
1,1
CO
1,1
1,1
1,1
1,1
CO
1,05
1,05
1,05
U (W/m ⁰C)
1,37
2,01
2,01
2,2
Ci
1,1
1,1
1,1
U (W/m2 ⁰C)
1,37
1,85
2,2
2
A (m )
15,40
1,56
1,56
2,20
(Ti - Te)
37,00
37,00
37,00
6,00
Qst (W)
Qsti (W)
946,54
140,61
140,61
35,14
1.262,89
A (m2)
10,83
2,89
1,56
(Ti - Te)
37
37
37
Qst (W)
Qsti (W)
635,10
228,66
146,90
1.010,66
A (m2)
10,83
2,89
1,56
(Ti - Te)
37,00
37,00
37,00
Qst (W)
Qsti (W)
665,34
239,36
153,90
1.058,60
DUCHAS ESTE
Cerramientos
Muro exterior
Muro exterior
Ventana
CO
1,1
1,1
1,1
Ci
1,1
1,1
1,1
U (W/m2 ⁰C)
1,37
1,85
2,2
En la siguiente tabla se recoge la carga por transmisión de los baños y
duchas, el número de recintos de cada clase que conforman una planta tipo y
la potencia térmica prevista total del conjunto.
Antonio Díaz Fernández
Página 134
PLANTA TIPO
Recinto
Baño Este
Baño Oeste
Duchas Este
Duchas Oeste
1.2.3.1.5
Qst(W)
1262,89
1205,49
1058,60
1010,66
Total Potencia (W)
Nº Unidades
1
1
1
1
Potencia
1262,89
1205,49
1058,60
1010,66
4.537,64
Demanda térmica por transmisión en la planta tercera
A continuación, se determinará la previsión de la demanda térmica en
la tercera planta, que, como se ha descrito previamente, se diferencia de las
dos primeras plantas de habitaciones de colegiales por encontrarse bajo la
cubierta del edificio, aspecto de consideración a efectos de este cálculo dado
que se pierde gran cantidad de calor a través de los cerramientos superiores
del edificio. Se procederá análogamente al cálculo de la carga térmica en una
planta tipo, con la salvedad de que en este caso será tenida en cuenta la
presencia de la cubierta.
HABITACIÓN NORTE
Cerramientos
Muro exterior
Ventana
Ventana
Puerta madera
Pared interior
Techo
Antonio Díaz Fernández
CO
1,15
1,15
1,15
1,15
1,15
1,15
Ci
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
U (W/m2 ⁰C)
1,85
2,01
2,01
2,20
1,82
1,83
A (m2)
3,30
2,20
1,20
1,53
4,30
9,41
(Ti - Te)
37,00
37,00
37,00
6,00
6,00
37,00
Qst (W))
Qsti (W)
285,74
206,97
112,89
25,60
59,40
806,00
1.496,60
Página 135
HABITACIÓN SUR
Cerramientos
Muro exterior
Ventana
Ventana
Puerta madera
Pared interior
Techo
CO
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
Ci
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
2
U (W/m ⁰C)
1,85
2,01
2,01
2,2
1,82
1,83
2
A (m )
5,68
2,20
1,20
1,53
4,68
8,14
(Ti - Te)
37,00
37,00
37,00
6,00
6,00
37,00
Qst (W)
Qsti (w)
449,06
188,97
103,08
23,37
59,03
636,59
1.460,10
En la siguiente tabla se recoge la carga por transmisión de cada una de
las dos habitaciones tipos, el número de habitaciones de cada clase que
conforman la planta tercera y la potencia térmica prevista total del conjunto
de habitaciones.
PLANTA TIPO
Nº Unidades
20
20
Recinto
Habitación Norte
Habitación Sur
Qst(W)
1.496,60
1.460,10
Total Potencia (w)
Potencia
29.932
29.202
59.134
BAÑO OESTE
Cerramientos
Muro exterior
Ventana
Ventana
Puerta madera
Techo
Antonio Díaz Fernández
CO
1,05
1,05
1,05
1,05
1,05
Ci
1,10
1,10
1,10
1,10
1,10
U (W/m2 ⁰C)
1,37
2,01
2,01
2,20
1,83
A (m2)
15,40
1,56
1,56
2,20
18,48
(Ti - Te)
37,00
37,00
37,00
6,00
37,00
Qst (W)
Qsti (W)
903,52
134,21
134,21
33,54
1445,23
2.650,72
Página 136
BAÑO ESTE
Cerramientos
Muro exterior
Ventana
Ventana
Puerta madera
Techo
DUCHAS OESTE
Cerramientos
Muro exterior
Muro exterior
Ventana
Techo
DUCHAS ESTE
Cerramientos
Muro exterior
Muro exterior
Ventana
Techo
CO
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
CO
1,05
1,05
1,05
1,05
CO
1,1
1,1
1,1
1,1
Ci
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
Ci
1,1
1,1
1,1
1,1
Ci
1,1
1,1
1,1
1,1
U (W/m2 ⁰C) A (m2)
1,37
15,40
2,01
1,56
2,01
1,56
2,2
2,20
1,83
18,48
U (W/m2 ⁰C)
1,37
1,85
2,20
1,83
2
U (W/m ⁰C)
1,37
1,85
2,2
1,83
A (m2)
10,83
2,89
1,56
7,71
2
A (m )
10,83
2,89
1,56
7,71
(Ti - Te)
37,00
37,00
37,00
6,00
37,00
Qst (W)
Qsti (W)
946,54
140,61
140,61
35,14
1514,05
2.776,94
(Ti - Te)
37,00
37,00
37,00
37,00
Qst (W)
Qsti (W)
635,10
228,66
146,90
602,76
1.613,42
(Ti - Te)
37
37
37
37
Qst (W)
Qsti (W)
665,34
239,55
153,90
631,46
1.690,25
En la tabla que se presenta a continuación se recoge la carga por
transmisión de los baños y duchas, el número de recintos de cada clase que
conforman la planta tercera y la potencia térmica prevista total del conjunto.
Antonio Díaz Fernández
Página 137
PLANTA 3ª
Recinto
Baño Este
Baño Oeste
Duchas Este
Duchas Oeste
Nº Unidades
1
1
1
1
Qst(W)
2.776,94
2.650,72
1.690,25
1.613,42
Total Potencia (W)
Potencia
2.776,94
2.650,72
1.690,25
1.613,42
8.731,33
1.2.3.1.6 Demanda térmica de calefacción por ventilación planta tipo
3
V (m )
65,48
n (ren/h)
1
CARGA POR VENTILACIÓN
Cte
(Ti - Te)
0,33
37
Qsi(W)
799,51
Nº Baños
4
Total (W)
3.198,04
Tal y como se ha descrito en el apartado “Características del edificio
objeto de estudio” del presente proyecto, en cada una de las dos alas de
habitaciones existe un baño y unas duchas comunes, por lo que en el
conjunto de las plantas primera y segunda el número de baños y duchas para
uso de los colegiales suma cuatro.
1.2.3.1.7
Demanda térmica de calefacción por ventilación de la planta
tercera
3
V (m )
65,48
Antonio Díaz Fernández
n (ren/h)
1
CARGA POR VENTILACIÓN
Cte
(Ti - Te)
0,33
37,00
Qsi(W)
799,51
Nº Baños
2
Total (W)
1.599,02
Página 138
1.2.3.1.8 Total carga térmica de calefacción
Recinto
Habitaciones planta tipo
Habitaciones Planta 3
Baños y Duchas planta tipo
Baños y Duchas Planta 3
Nº Plantas
2
1
2
1
Qst(W)
60.564,80
59.134,00
9.075,28
8.731,33
Total Transmisión
Potencia (W)
121.129,60
59.134,00
18.150,56
8.731,33
207.145,49
Carga Térmica Ventilación Planta Tipo
3.198,04
Carga Térmica Ventilación Planta 3ª
1.599,02
Total Potencia (w)
211.942,55
La carga térmica y, por lo tanto, la potencia de calefacción requerida
en invierno en las dependencias de los colegiales asciende a la cantidad de
211.942,55 W.
1.2.3.2 Demanda térmica de refrigeración en verano
1.2.3.2.1
Introducción teórica
La carga térmica de refrigeración de un local "Qr" se obtiene:
Qr = Qs + Ql
Siendo:
Qs = Aportación o carga térmica sensible (W).
Antonio Díaz Fernández
Página 139
Ql = Aportación o carga térmica latente (W).
La carga térmica efectiva de refrigeración de un local "Qre" se obtiene:
Qre = Qse + Qle
Siendo:
Qse = Carga térmica sensible efectiva (W).
Qle = Carga térmica latente efectiva (W).
CARGA TÉRMICA SENSIBLE "Qs".
Qs = Qsr + Qstr + Qst + Qsi + Qsai
Siendo:
Qsr = Calor por radiación solar a través de cristal (W).
Qstr = Calor por transmisión y radiación a través de paredes y techos.
exteriores (W).
Qst = Calor por transmisión a través de paredes, techos y puertas
Antonio Díaz Fernández
Página 140
interiores, suelos y ventanas (W).
Qsi = Calor sensible por infiltraciones de aire exterior (W).
Qsai = Calor sensible por aportaciones internas (W).
Calor por radiación solar a través de cristal "Qsr".
Qsr = R—A—fcr—fat—falm
Siendo:
R = Radiación solar (W/m²).
• Con almacenamiento, R = Máxima aportación solar, a través de vidrio
sencillo, correspondiente a la orientación, mes y latitud considerados.
• Sin almacenamiento, R = Aportación solar, a través de vidrio sencillo,
correspondiente a la hora, orientación, mes y latitud considerados.
A = Superficie de la ventana (m²).
fcr = Factor de corrección de la radiación solar.
fat = Factor de atenuación por persianas u otros elementos.
Antonio Díaz Fernández
Página 141
falm = Factor de almacenamiento en las estructuras del edificio.
Calor por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores
Qstr = U—A—DET
Siendo:
U i = Transmitancia térmica del cerramiento (W/m² K). Obtenido
según CTE DB-HE 1.
A = Superficie del cerramiento.
DET = Diferencia equivalente de temperaturas (°K).
DET = a + DETs + b—(Rs/Rm)—(DETm - DETs)
Siendo:
a = Coeficiente corrector que tiene en cuenta:
• Un incremento distinto de 8° C entre las temperaturas interior
y exterior (esta última tomada a las 15 horas del mes
Antonio Díaz Fernández
Página 142
considerado).
• Una OMD distinta de 11° C.
DETs = Diferencia equivalente de temperatura a la hora considerada para
el cerramiento a la sombra.
DETm = Diferencia equivalente de temperatura a la hora considerada
para el cerramiento soleado.
b = Coeficiente corrector que considera el color de la cara exterior de la
pared.
- Color oscuro, b=1.
- Color medio, b=0,78
- Color claro, b=0,55.
Rs = Máxima insolación, correspondiente al mes y latitud supuestos, para
la orientación considerada.
Rm = Máxima insolación, correspondiente al mes de Julio y a 40° de
latitud Norte, para la orientación considerada.
Antonio Díaz Fernández
Página 143
Calor por transmisión a través de paredes, techos y puertas interiores, suelos
y ventanas
Qst = U—A—(Te - Ti)
Siendo:
U i = Transmitancia térmica del cerramiento (W/m² K). Obtenido
según CTE DB-HE 1.
A = Superficie del cerramiento (m²).
Te = Temperatura de diseño al otro lado del cerramiento (°K).
Ti = Temperatura interior de diseño del local (°K).
Calor sensible por infiltraciones de aire exterior
Qsi = Vae—0,33—(Te - Ti)
Siendo:
Vae i = Caudal de aire exterior caliente que se introduce en el local (m³/h).
Te = Temperatura exterior de diseño (°K).
Antonio Díaz Fernández
Página 144
Ti = Temperatura interior de diseño del local (°K).
El caudal de aire exterior se estima por la tasa de Renovación Horaria "Vr".
Vr = V — n
Siendo:
V = Volumen del local (m³).
n = Número de renovaciones por hora (ren/h).
Calor sensible por aportaciones internas "Qsai".
Qsai = Qsil + Qsp + Qsv
Siendo:
Qsil = Ganancia interna de calor sensible por Iluminación (W).
Qsp = Ganancia interna de calor sensible debida a los Ocupantes (W).
Antonio Díaz Fernández
Página 145
Qsv = Ganancia interna de calor sensible por Aparatos diversos
(motores eléctricos, ordenadores, etc) (W).
CARGA TÉRMICA SENSIBLE EFECTIVA "Qse".
Qse = Qs + Qsv
Siendo:
Qs = Carga térmica sensible (W).
Qsv = Calor sensible por aire de ventilación a través del climatizador
(W).
Calor sensible por aire de ventilación "Qsv".
Qsv = Vav—0,33—f—(Te - Ti)
Siendo:
Vav = Caudal de aire exterior necesario para la ventilación del local.
Estimado según RITE (Real Decreto 1027/2007).
f = Factor de by-pass del equipo acondicionador.
Antonio Díaz Fernández
Página 146
Te = Temperatura exterior de diseño (°K).
Ti = Temperatura interior de diseño (°K).
CARGA TÉRMICA LATENTE "Ql".
Ql = Qli + Qlai
Siendo:
Qli = Calor latente por infiltraciones de aire exterior (W).
Qlai = Calor latente por aportaciones internas (W).
Calor latente por infiltraciones de aire exterior "Qli".
Qli = Vae—0,84—(We - Wi)
Siendo:
Vae i = Caudal de aire exterior caliente que se introduce en el local
(m³/h).
We = Humedad absoluta del aire exterior (gw/Kga).
Antonio Díaz Fernández
Página 147
Wi = Humedad absoluta del aire interior (gw/Kga).
El caudal de aire exterior se estima por la tasa de Renovación Horaria "Vr".
Vr = V — n
Siendo:
V = Volumen del local (m³).
n = Número de renovaciones por hora (ren/h).
Calor latente por aportaciones internas "Qlai".
Qlai = Qlp + Qlv
Siendo:
Qlp = Ganancia interna de calor latente debida a los Ocupantes (W).
Qlv
= Ganancia interna de calor latente por Aparatos diversos
(cafetera, freidora, etc) (W).
Antonio Díaz Fernández
Página 148
CARGA TÉRMICA LATENTE EFECTIVA "Qle".
Qle = Ql + Qlv
Siendo:
Ql = Carga térmica latente (W).
Qlv = Calor latente por aire de ventilación a través del climatizador
(W).
Calor latente por aire de ventilación "Qlv".
Qlv = Vav—0,84—f—(We - Wi)
Siendo:
Vav = Caudal de aire exterior necesario para la ventilación del local.
Estimado según RITE (Real Decreto 1027/2007).
f = Factor de by-pass del equipo acondicionador.
We = Humedad absoluta del aire exterior (gw/Kga).
Antonio Díaz Fernández
Página 149
Wi = Humedad absoluta del aire interior (gw/Kga).
Análogamente ha como se ha procedido para la determinación de la
carga térmica de calefacción, se distinguirán a efectos de cálculo las dos
primeras plantas de la planta tercera, en contacto con el exterior a través de
sus cerramientos superiores, lo cual supondrá un incremento de la demanda.
Asimismo, se realizará el cálculo individualizado para los diferentes recintos
climatizados. Este cálculo de carga, como se puede contemplar en la
introducción teórica previa, se compone de dos tipos de aportaciones:
aportación térmica sensible y aportación térmica latente. Cada una de estas
aportaciones se compone a su vez de diferentes tipos de carga que
contemplan las diferentes formas de ganancia de calor a través de los
cerramientos (transmisión, radiación e infiltraciones de aire exterior), así
como por aportaciones internas (ocupación, iluminación y aparatos
diversos). Para cada recinto, la carga térmica total será el resultado de sumar
el conjunto de cargas parciales, sensibles y latentes.
1.2.3.2.2 Condiciones exteriores de cálculo
VERANO
Nivel Percentil
Temperatura Seca (ºC)
1%
36,5
2,50%
35
5%
33,7
Se adoptará el valor más desfavorable, es decir, el correspondiente al nivel
percentil 1%.
Antonio Díaz Fernández
Página 150
1.2.3.2.3
Condiciones interiores de cálculo
Para fijar las condiciones térmicas, se han considerado
indicaciones contenidas en
la instrucción técnica IT.1
las
de diseño y
dimensionado del Reglamento de Instalaciones Térmicas de Edificios (RITE
1027/2007) en cuanto en cuanto a nivel de confort, que están expresadas en
la siguiente tabla del mismo reglamento:
Se tomará para el cálculo la temperatura de 24ºC. Se considerará que
los espacios no climatizados del edificio se encuentran a una temperatura de
26º C.
Las cargas internas consideradas son:
Iluminación: 20 W/m2
Ocupación:
Carga sensible: 71 W/persona.
Antonio Díaz Fernández
Página 151
Carga latente: 31 W/persona.
Aparatos eléctricos: 100W/unid.
1.2.3.2.4
Demanda térmica de refrigeración de planta tipo
Habitaciones
Habitación Norte
Calor por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores
Qstr (W)
DET (º K)
U (W/m2 ⁰C)
A (m2)
Cerramientos
Muro exterior
1,85
3,3
23
140,42
Qstr(W)
140,42
Habitación Norte
Calor por transmisión solar a través de pared interior y ventanas
Cerramientos
Ventana
Ventana
Puerta madera
Pared interior
2
U (W/m ⁰C)
2,01
2,01
2,2
1,82
2
A (m )
2,2
1,2
1,533
4,3
(Ti - Te)
12,5
12,5
2
2
Qst(W)
Qst (W)
F
0,6
0,6
Qsr(W)
Qsr (W)
55,28
30,15
6,75
15,65
107,82
Habitación Norte
Calor por radiación solar a través del cristal
Cerramientos
Ventana
Ventana
Antonio Díaz Fernández
2
R (W/m )
515,3
515,3
2
A (m )
2,2
1,2
680,20
371,02
1051,21
Página 152
Habitación Norte
Calor sensible por infiltraciones de aire exterior
V(m3/h)
n (ren/h)
Cte
23,53
1
0,33
(Ti - Te)
12,5
Qsi(W)
Qsi(W)
97,06
97,06
Haitación Norte
Calor sensible por ocupación interna
Qspu (W/ocp)
Nº ocup
Qspu (W)
71
1
71
Qsp(W)
71,00
Habitación Norte
Calor sensible por iluminación
2
Qsilu(W/m )
20
2
A (m )
9,41
Qsil(W)
Qsil (W)
188,2
Qsil (W)
Habitación Norte
Calor sensible por aparatos diversos
Qsvu(W/u)
Nº unids
100
2
Qsv(W)
Antonio Díaz Fernández
Qsv(W)
200
200,00
Página 153
Habitación Norte
Calor latente por infiltraciones de aire exterior
n (ren/h)
Cte
V(m3)
23,53
1
0,84
(We - Wi)
5,5
Qli(W)
Qli(W)
108,71
108,71
Habitación Norte
Calor latente por ocupación interna
Qspu (W/ocp)
Qspu (W)
Nº ocup
31
1
31
Qsp(W)
31,00
Habitación Norte
Calor latente por aparatos diversos
Qsvu(W/u)
Nº unids
100
2
Qsp(W)
Qsv(W)
200
200,00
Habitación Sur
Calor por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores
2
2
DET (º K)
U (W/m ⁰C)
A (m )
Cerramientos
Muro exterior
1,85
5,68
23
Qstr(W)
Antonio Díaz Fernández
Qstri (W)
241,68
241,68
Página 154
Habitación Sur
Calor por transmisión solar a través de pared interior y ventanas
2
2
(Ti - Te)
U (W/m ⁰C)
A (m )
Cerramiento
Ventana
2,01
2,2
12,5
Ventana
2,01
1,2
12,5
Puerta madera
2,2
1,533
12,5
Pared interior
1,82
4,68
12,5
Qst(W)
Qst (W)
55,28
30,15
42,16
106,47
234,05
Habitación Sur
Calor por radiación solar a través del cristal
Cerramientos
Ventana
Ventana
2
R (W/m )
515,3
515,3
2
A (m )
2,2
1,2
Habitación Sur
Calor sensible por infiltraciones de aire exterior
n (ren/h)
Cte
(Ti - Te)
V(m3)
20,35
1
0,33
12,5
Qsi(W)
Antonio Díaz Fernández
F
0,6
0,6
Qsr(W)
Qsr(W)
680,20
371,02
1051,21
Qsi(W)
83,94375
83,94
Página 155
Habitación Sur
Calor sensible por ocupación interna
Qsp (W)
Qspu (W/ocp)
Nº ocup
71
1
71
Qsp(W)
71,00
Habitación Sur
Calor sensible por aparatos diversos
Qsvu(W/u)
Qsv(W)
Nº unids
100
2
200
Qsv(W)
200,00
Habitación Sur
Calor latente por infiltraciones de aire exterior
V(m3)
n (ren/h)
Cte
(We - Wi)
20,53
1
0,84
5,5
Qli(W)
Qli(W)
94,8486
94,85
Habitación Sur
Calor latente por ocupación interna
Qspu (W/ocp)
Qsp(W)
Nº ocup
31
1
31
Qsp(W)
31,00
Antonio Díaz Fernández
Página 156
Habitación Sur
Calor sensible por aparatos diversos
Qsv(W)
Qsvu(W/u)
Nº unids
100
2
200
Qsv(W)
200,00
En la siguiente tabla se recoge la carga de cada una de las dos
habitaciones tipos, el número de habitaciones de cada clase que conforman
una planta tipo y la potencia térmica prevista total del conjunto.
PLANTA TIPO
Recinto
Habitación Norte
Habitación Sur
Nº Unidades
20
20
Q(W)
2195,42
2370,54
Total Potencia
Potencia
43908,38
47410,82
91319,20
Baños
Calor por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores
Qstr (W)
Cerramientos
DET (º K)
U (W/m2 ⁰C)
A (m2)
Muro exterior
1,37
15,4
23
485,25
Qstr(W)
485,25
Antonio Díaz Fernández
Página 157
Calor por transmisión solar a través de pared interior y ventanas
Cerramientos
U (W/m2 ⁰C)
A (m2)
(Ti - Te)
Ventana
2,01
1,5625
12,5
Ventana
2,01
1,5625
12,5
Puerta madera
2,2
1,533
2
Qst(W)
Calor por radiación solar a través del cristal
2
Cerramientos
R (W/m )
Ventana
515,3
Ventana
515,3
2
A (m )
1,5625
1,5625
Calor sensible por infiltraciones de aire exterior
V(m3/h)
n (ren/h)
Cte
(Ti - Te)
46,2
1
0,33
12,5
Qsi(W)
Antonio Díaz Fernández
F
0,6
0,6
Qsr(W)
Qst (W)
39,26
39,26
6,75
85,26
Qstr(W)
483,09
483,09
966,19
Qsi(W)
190,575
190,58
Página 158
Calor sensible por ocupación interna
Qsp (W)
Qspu (W/ocp) Nº ocup
71
4
284
Qsp(W)
284,00
Calor sensible por iluminación
2
Qsilu(W/m )
20
2
A (m )
18,48
Qsil(W)
Qsil (W)
369,6
369,60
Calor sensible por aparatos diversos
Qsv(W)
Qsvu(W/u)
Nº unids
100
1
100
Qsv(W)
100,00
Calor latente por infiltraciones de aire exterior
V(m3)
n (ren/h)
Cte
(We - Wi)
46,2
1
0,84
5,5
Qli(W)
Antonio Díaz Fernández
Qli(W)
213,444
213,44
Página 159
Calor latente por ocupación interna
Qsp(W)
Qspu (W/ocp) Nº ocup
71
4
284
Qsp(W)
284,00
Calor latente por aparatos diversos
Qsv(W)
Qsvu(W/u)
Nº unids
100
1
100
Qsv(W)
100,00
En la siguiente tabla se recoge la carga de cada uno de los baños, el
número de baños de cada clase que conforman una planta tipo y la potencia
térmica prevista total del conjunto.
PLANTA TIPO
Recinto
Baño Este
Baño Oeste
Antonio Díaz Fernández
Nº Unidades
1
1
Q(W)
3078,32
3078,32
Total Potencia
Potencia
3078,32
3078,32
6156,64
Página 160
Duchas
Calor por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores
Qstr (W)
DET (º K)
Cerramientos
U (W/m2 ⁰C)
A (m2)
Muro exterior
1,37
10,83
23
341,10
Muro exterior
1,85
2,89
23
122,97
Qstr(W)
464,07
Calor por transmisión solar a través de pared interior y ventanas
(Ti - Te)
U (W/m2 ⁰C)
A (m2)
Cerramientos
Ventana
2,01
1,56
12,5
Puerta madera
2,2
1,53
2
Qstr(W)
Calor por radiación solar a través del cristal
R (W/m2)
A (m2)
Cerramientos
Ventana
515,3
1,5625
F
0,6
Qsr(W)
Calor sensible por infiltraciones de aire exterior
n (ren/h)
Cte
(Ti - Te)
V(m3/h)
19,27
1
0,33
12,5
Qsr(W)
Antonio Díaz Fernández
Qst (W)
39,26
6,75
46,00
Qst (W)
483,09
483,09
Qsr(W)
79,48875
79,49
Página 161
Calor sensible por ocupación interna
Qspu (W/ocp)
Nº ocup
Qspu (W)
71
3
213
Qsr(W)
213,00
Calor sensible por iluminación
2
Qsilu(W/m )
20
2
A (m )
7,71
Qsil(W)
Qsil (W)
154,2
154,20
Calor sensible por aparatos diversos
Qsvu(W/u)
Nº unids
Qsv (W)
100
0
0
Qsr(W)
0,00
Calor latente por infiltraciones de aire exterior
n (ren/h)
Cte
V(m3)
19,27
1
0,84
(We - Wi)
5,5
Qli(W)
Qli(W)
89,03
89,03
Calor latente por ocupación interna
Qspu (W/ocp)
Qspu (W)
Nº ocup
31
4
124
Qsr(W)
124,00
Antonio Díaz Fernández
Página 162
Calor sensible por iluminación
Qsilu(W/m2)
20
A (m2)
7,71
Qsil(W)
Qsil (W)
154,2
154,20
Calor sensible por aparatos diversos
Qsvu(W/u)
Qsv(W)
Nº unids
100
0
Qsr(W)
Calor latente por infiltraciones de aire exterior
n (ren/h)
Cte
V(m3)
19,27
1
0,84
0
0,00
(We - Wi)
5,5
Qli(W)
Qli(W)
89,03
89,03
Calor latente por ocupación interna
Qspu (W/ocp)
Qspu (W)
Nº ocup
31
4
124
Qsr(W)
124,00
Calor latente por aparatos diversos
Qsvu(W/u)
Qsv(W)
Nº unids
100
Antonio Díaz Fernández
0
Qsr(W)
0
0,00
Página 163
PLANTA TIPO
Recinto
Duchas Este
Duchas Oeste
1.2.3.2.5
Nº Unidades
1
1
Qst(W)
1752,88
1752,88
Total Potencia
Potencia
1752,88
1752,88
3.505,76
Demanda de refrigeración de la planta tercera
El cálculo de la demanda térmica de refrigeración en los recintos de la
planta tercera se diferencia del de las dos plantas tipos únicamente en la
carga parcial correspondiente a la transmisión y radiación de calor sensible
a través de los cerramientos superiores que conforman la cubierta. Por este
motivo, a continuación se especifican solamente los cálculos referidos a este
tipo de aportación térmica para cada uno de los recintos climatizados de esta
planta.
Habitaciones
Habitación Norte
Calor por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores
2
2
DET (º K)
U (W/m ⁰C)
A (m )
Cerramientos
Muro exterior
Techo
Antonio Díaz Fernández
1,85
1,96
3,3
9,41
23
23
Qstr(W)
Qstr (W)
140,42
424,20
564,62
Página 164
Habitación Sur
Calor por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores
2
2
A (m )
U (W/m ⁰C)
DET (º K)
Cerramientos
Muro exterior
1,85
5,68
23
1,96
8,14
23
Techo
Qstr (W)
PLANTA 3ª
Recinto
Habitación Norte
Habitación Sur
Nº Unidades
20
20
Q(W)
2.619,62
2.737,49
Total Potencia
Qstri (W)
241,68
366,95
608,64
Potencia
52.392,44
54.749,84
107.142,28
Baños
Calor por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores
2
2
Qstr (W)
Cerramientos
DET (º K)
U (W/m ⁰C)
A (m )
Muro exterior
1,37
15,4
23
485,25
Techo
1,83
18,48
23
777,82
Qstr(W)
1.263,08
Antonio Díaz Fernández
Página 165
PLANTA 3ª
Recinto
Baño Este
Baño Oeste
Nº Unidades
1
1
Q(W)
3.856,14
3.856,14
Total Potencia
Potencia
3.856,14
3.856,14
7.712,29
Duchas
Calor por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores
2
2
Cerramientos
DET (º K)
U (W/m ⁰C)
A (m )
Muro exterior
1,37
10,825
23
Muro exterior
1,85
2,89
23
Techo
1,83
7,7074
24
Qstr(W)
PLANTA 3ª
Recinto
Duchas Este
Duchas Oeste
1.2.3.2.6
Nº Unidades
1
1
Qst(W)
2.209,06
2.209,06
Total Potencia (W)
Qstr (W)
341,10
122,97
338,51
802,57
Potencia
2.209,06
2.209,06
4.418,12
Total demanda térmica de refrigeración. Carga térmica efectiva
La carga térmica de refrigeración efectiva de las plantas de
habitaciones será resultado de sumarle a la carga térmica total el
calor
sensible y latente por aire de ventilación a través del climatizador. En las tres
tablas siguientes se presenta el cálculo de dichas cargas para cada uno de los
Antonio Díaz Fernández
Página 166
recintos a climatizar, la aportación total por aire de ventilación y la suma de
esta aportación al conjunto de la demanda térmica de refrigeración del
edificio.
Calor sensible por aire de ventilación
Vav
Recinto
Habitación Norte
25
Habitación Sur
25
Baños
100
Duchas
75
Recinto
Habitación Norte
Habitación Sur
Baños
Duchas
Vav
25
25
100
75
Recinto
Habitaciones
Habitaciones 3º planta
Baños
Baños 3ª planta
Duchas
Duchas 3ª planta
0,33
0,33
0,33
0,33
0,33
f
0,25
0,25
0,25
0,25
(Te - Ti)
12,5
12,5
12,5
12,5
Qsvu
25,78
25,78
103,13
77,34
0,84
0,84
0,84
0,84
0,84
f
0,25
0,25
0,25
0,25
(We - Wi)
5,5
5,5
5,5
5,5
Qsvu
28,88
28,88
115,50
86,63
Q/planta (W)
Nº plantas
91.319,20
2,00
107.142,28
1,00
6.156,64
2,00
7.712,29
1,00
3.505,56
2,00
4.418,12
1,00
Total Refrigeración
Nº unidades
60
60
6
6
Total
Qsv
1.732,50
1.732,50
693,00
519,75
4.677,75
Potencia (W)
182.638,40
107.142,28
12.313,28
7.712,29
7.011,12
4.418,12
321.235,49
Total Calor Sensible Ventilación
4.176,56
Total Calor Latente Ventilación
4.677,75
Total Potencia (W)
Antonio Díaz Fernández
Qsv
Nº unidades
60
1.546,88
60
1.546,88
6
618,75
6
464,06
Total
4.176,56
330589,99
Página 167
1.2.3.3 Demanda Térmica de A.C.S.
La demanda energética en instalaciones de agua caliente sanitaria
viene dada por el volumen de consumo diario y las temperaturas de
preparación y de agua fría.
Siguiendo las indicaciones del CTE, el cálculo del número de personas
por vivienda deberá hacerse utilizando los valores mínimos siguientes:
Dado que el Colegio Mayor Jorge Juan dispone de 120 dormitorios, se
considerará un total de 120 colegiales. Se utilizarán para el diseño los
consumos unitarios expresados en la tabla siguiente, en la que se ha
considerado una temperatura de referencia de 60 °C.
A efectos del cálculo de la carga de consumo, se tomarán los valores
orientativos de temperatura de agua fría se indican en la tabla siguiente.
Antonio Díaz Fernández
Página 168
Los litros de ACS/día a 60ºC de la tabla se han calculado a partir de la
norma UNE 94002:2005 “Instalaciones solares térmicas para producción de
agua caliente sanitaria: cálculo de la demanda energética”. Por tratarse de un
Colegio Mayor, con carácter residencial, se considerará que el consumo
medio diario por persona será de 55 litros.
A efectos del cálculo de la carga de consumo, los valores orientativos
de temperatura de agua fría se indican en la tabla siguiente, y han sido
tomados del Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja
Temperatura, publicado por el IDEA (Instituto para la Diversificación y
ahorro de energía.
Antonio Díaz Fernández
Página 169
MADRID
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Tª min media agua de red (ºC)
6
7
9
11
12
13
14
13
12
11
9
El cálculo de la demanda energética mensual se realiza con la siguiente
fórmula:
DEmes= DEdía*(TACS-TAFS)*D*1,16/1000
DEdía = demanda energética diaria
TACS = temperatura del ACS
TAFS= temperatura de agua de red
D= nº de días del mes
Antonio Díaz Fernández
Página 170
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
DEdía/persona (litros)
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
Nº personas
120
120
120
120
120
120
50
50
120
120
120
120
TACS
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
TAFS
6
7
9
11
12
13
14
13
12
11
9
6
D
31
28
31
30
31
30
31
31
30
31
30
31
En consumo medio anual por parte de los colegiales de A.C.S. será de 15,87
KW
1.3 Dimensionamiento técnico de la instalación solar térmica
1.3.1 Colectores Solares
Dada la dimensión de la instalación objeto de estudio, se realizará un
estudio del área colectora en dos escenarios distintos:
• Instalación de colectores de tubos de vacío VITOSOL 200-T, de
Viessmann, modelo SD2A, de 30 tubos cada unidad y circulación
directa para el aprovechamiento de la energía solar.
• Instalación de colectores de placa plana Vitosol 300-F, modelo SH3,
también de Viessmann.
Antonio Díaz Fernández
Página 171
1.3.1.1 Colectores de tubo de vacío VITOSOL 200-T de Viessmann
Ventajas
• Aprovechamiento óptimo de la energía solar gracias al colector de
tubos de vacío de circulación directa altamente eficaz.
• Diseño universal por la posibilidad de montaje en cualquier
superficie,tanto vertical como horizontal, en cubiertas o en fachadas.
• Conexión fácil y segura de los tubos gracias a un innovador sistema de
conexión.
• Superficies de absorción resistentes a la suciedad integradas en los
tubos de vacío.
• Los tubos se pueden orientar de manera óptima hacia el sol para
aprovechar al máximo la energía.
• El aislamiento térmico altamente eficaz de la caja de conexiones
reduce al mínimo las pérdidas de calor.
• Montaje sencillo gracias al sistema de fijación de Viessmann y a las
conexiones de tubo flexible de acero inoxidable.
Antonio Díaz Fernández
Página 172
La conexión de la impulsión y el retorno en un mismo lado a través
del tubo colector integrado en la caja de conexiones reduce al mínimo el uso
de tuberías.
El vacío de los tubos de vidrio garantiza el mejor aislamiento térmico
posible; las pérdidas por convección entre los tubos de vidrio y el absorbedor
se evitan prácticamente en su totalidad. De este modo se puede aprovechar
también la radiación de baja intensidad.
Cada tubo de vacío incorpora un absorbedor de cobre con
recubrimiento de titanio. Este absorbedor garantiza una elevada absorción de
radiación solar y una reducida emisión de radiación térmica.
El absorbedor cuenta con un tubo de intercambio de calor coaxial por
el que circula el medio portador de calor. El medio portador de calor recibe el
calor del absorbedor a través del tubo de intercambio de calor. El tubo de
intercambio de calor desemboca en el tubo distribuidor.
Para aprovechar al máximo la energía solar, todos los tubos de vacío
están alojados de manera que se pueden girar; así el absorbedor se puede
orientar hacia el sol de forma óptima.
Se puede montar una batería de colectores conectando en serie hasta 15
m2 de superficie de colectores (los colectores conectados en serie han de ser
del mismo tamaño). Para este fin se suministran tubos de unión flexibles
hermetizados con juntas tóricas.
Antonio Díaz Fernández
Página 173
La tubería de impulsión y de retorno integrada en la caja de
conexiones permite conectar en un mismo lado la impulsión y el retorno
solares.
Un juego de conexión con uniones por anillos de presión permite
conectar de forma sencilla la batería de colectores a las tuberías del circuito
de energía solar. La sonda de temperatura del colector se monta en la
impulsión del circuito de energía solar dentro de una vaina de inmersión.
Figura 33. Hoja de datos técnicos colectores VITOSOL 200-T (Viessmann).
Antonio Díaz Fernández
Página 174
Figura 34. Esquema técnico VITOSOL 200-T (Viessmann).
1.3.1.2 Colectores solares de placa plana VITOSOL 300-F de Viessmann
El componente principal del Vitosol 300-F es el absorbedor de cobre
con recubrimiento de titanio y de cristal antirreflectante que mejora
notablemente el rendimiento óptico del colector. El absorbedor de cobre
garantiza una elevada absorción de la radiación solar y una reducida emisión
de radiación térmica. El absorbedor cuenta con un tubo de cobre en forma de
serpentín por el que circula el medio portador de calor.
Antonio Díaz Fernández
Página 175
El medio portador de calor recibe el calor del absorbedor a través del
tubo de cobre. El absorbedor está envuelto en una carcasa altamente aislante,
gracias a la cual se minimizan las pérdidas de calor del colector.
Se pueden montar baterías de hasta 10 colectores conectados en
paralelo. Para este fin se suministran tubos de unión flexibles hermetizados
con juntas tóricas. un juego de conexión con uniones por anillos de presión
permite conectar de forma sencilla la batería de colectores a las tuberías del
circuito de energía solar. En la impulsión del circuito de energía solar se
instala, con ayuda de un juego de vainas de inmersión, la sonda de
temperatura del colector.
Figura 35. Esquema de componentes del colector VITOSOL 200-T (Viessmann).
Antonio Díaz Fernández
Página 176
Ventajas
• Colector plano de alto rendimiento con cristal antirreflectante.
• Colector de atractivo diseño, marco en RAL 8019 (marrón). Si se
solicita, el marco está disponible en toda la gama de colores.
•
Diseño universal apto para montaje sobre cubierta, integración en
cubierta y montaje sobre estructura de apoyo, en vertical o en
horizontal.
• Se pueden conectar en paralelo hasta 10 colectores.
•
Elevado rendimiento gracias al absorbedor con recubrimiento
altamente selectivo y al recubrimiento transparente de cristal
antirreflectante.
• El marco de aluminio moldeado en una pieza y la junta continua del
vidrio solar proporcionan una hermeticidad permanente y una gran
estabilidad.
•
Pared posterior de chapa de acero galvanizado resistente a los golpes
y a la corrosión.
•
Conexión rápida y segura de los colectores mediante un conector
flexible de tubos ondulados de acero inoxidable.
Antonio Díaz Fernández
Página 177
Figura 36. Hoja de datos técnicos del colector de placa plana VITOSOL 300-F (Viessmann).
Antonio Díaz Fernández
Página 178
Figura 37. Esquema de montaje colectpor VITOSOL 300-F (Viessmann).
1.3.1.3 Contribución solar mínima
La contribución solar mínima anual es la fracción entre los valores
anuales de la energía solar aportada exigida y la demanda energética anual,
obtenidos a partir de los valores mensuales.
En las tablas que se presenta a continuación, obtenidas del CTE, se
indican, para el caso general, dado que la instalación objeto de estudio utiliza
gasóleo como fuente de apoyo, para cada zona climática y diferentes niveles
de demanda de agua caliente sanitaria (ACS) a una temperatura de
referencia de 60 ºC, la contribución solar mínima anual.
Antonio Díaz Fernández
Página 179
1.3.1.3.1
Zonas climáticas
En la figura y
tabla siguientes
se marcan los límites de zonas
homogéneas a efectos de la exigencia. Las zonas se han definido teniendo en
cuenta la Radiación Solar Global media diaria anual sobre superficie
horizontal (H), tomando los intervalos que se relacionan para cada una de las
zonas. Se puede observar como la ciudad de Madrid se encuentra dentro de
los límites de la zona IV.
Antonio Díaz Fernández
Página 180
Figura 38.Mapa de zonas climáticas para el cálculo de la contribución solar mínima de A.C.S. (CTE-HE3).
Contribución solar mínima anual exigida de A.C.S.
Dado que la demanda diaria media de A.C.S. será cercana a 6000
litros, la contribución solar mínima anual exigida según el CTE será del 65%.
1.3.1.3.2
Cálculo de la Contribución Solar Mínima
De entre los diversos métodos de cálculo existentes, se deberán elegir
aquellos que procedan de entidades de reconocida solvencia y estén
suficientemente avalados por la experiencia práctica.
Antonio Díaz Fernández
Página 181
Deberá adoptarse el método más adecuado a las características de la
instalación solar. El tamaño y complejidad de la misma será determinante
para considerar un método simplificado que no requiere gran nivel de
detalle para la definición de las bases de cálculo, y que en consecuencia sea
relativamente fácil de usar, o bien un método más detallado en el que se
realice el estudio de un modelo de la instalación con todos sus componentes
y se simule el comportamiento energético de la misma con amplios detalles.
Como ejemplo de uno de dichos métodos de cálculo simplificado,
contenido en el pliego de condiciones de instalaciones térmicas de edificios
del IDAE, se describirá a continuación el de las curvas f (F-Chart), que
permite realizar el cálculo de la cobertura de un sistema solar, es decir, de su
contribución a la aportación de calor total necesario para cubrir las cargas
térmicas, y de su rendimiento medio en un largo período de tiempo.
Ampliamente aceptado como un proceso de cálculo suficientemente
exacto para largas estimaciones, no ha de aplicarse para estimaciones de tipo
semanal o diario.
Para desarrollarlo se utilizan datos mensuales medios meteorológicos,
y es perfectamente válido para determinar el rendimiento o factor de
cobertura solar en instalaciones de calentamiento, en todo tipo de edificios,
mediante captadores solares planos.
Su aplicación sistemática consiste en identificar las variables
adimensionales del sistema de calentamiento solar y utilizar la simulación de
Antonio Díaz Fernández
Página 182
funcionamiento mediante ordenador, para dimensionar las correlaciones
entre estas variables y el rendimiento medio del sistema para un dilatado
período de tiempo.
La ecuación utilizada en este método, recogido en dicho pliego de
instalaciones térmicas de edificios del IDAE es:
2
2
3
f = 1,029 D1 – 0,065 D2 – 0,245 D1 + 0,0018 D2 + 0,0215 D1
El parámetro D1 expresa la relación entre la energía absorbida por la
placa del captador plano y la carga calorífica total de calentamiento durante
un mes:
D1 = Energía absorbida por el captador / Carga calorífica mensual
El parámetro D2 expresa la relación entre las pérdidas de energía en el
captador, para una determinada temperatura, y la carga calorífica de
calentamiento durante un mes:
D2 = Energía perdida por el captador / Carga calorífica mensual
Las cargas caloríficas determinan la cantidad de calor necesaria mensual
para calentar el agua destinada al consumo doméstico, calculándose
mediante la siguiente expresión:
Antonio Díaz Fernández
Página 183
Qa = ce CN(tac – tr)
donde:
Qa = Carga calorífica mensual de calentamiento de A.C.S. (J/mes).
ce = Calor específico (para el agua 4187 J/(kgA°C))
C = Consumo diario de A.C.S. (kg/día)
tac = Temperatura del agua caliente de acumulación (°C)
tr = Temperatura del agua de red (°C)
N = Número de días del mes.
La secuencia que suele seguirse en el cálculo es la siguiente:
1. Valoración de las cargas caloríficas para el calentamiento de agua
destinada a la producción de A.C.S. o calefacción.
2. Valoración de la radiación solar incidente en la superficie inclinada del
captador o captadores.
3. Cálculo del parámetro D1.
Antonio Díaz Fernández
Página 184
4. Cálculo del parámetro D2.
5. Determinación de la gráfica f.
6. Valoración de la cobertura solar mensual.
7. Valoración de la cobertura solar anual y formación de tablas.
Cálculo del parámetro D1:
La energía absorbida por el captador viene dada por la siguiente expresión:
Ea = Sc FrN(J") R1 N
donde:
2
Sc = Superficie del captador (m ).
R1 = Radiación diaria media mensual incidente sobre la superficie de
2
captación por unidad de área (kJ/m ).
N = Número de días del mes.
FrN(J") = Factor adimensional, que viene dado por la siguiente
expresión:
Antonio Díaz Fernández
Página 185
FrN(J") = Fr (J")n [(J") / (J")n] (FrN/Fr)
donde:
Fr (J")n = Factor de eficiencia óptica del captador, es decir,
ordenada en el origen de la curva característica del captador.
(J") / (J")n = Modificador del ángulo de incidencia. En general se
puede tomar como constante: 0,96 (superficie transparente
sencilla) o 0,94 (superficie transparente doble).
FrN/Fr = Factor de corrección del conjunto captadorintercambiador. Se recomienda tomar el valor de 0,95.
Cálculo del parámetro D2
La energía perdida por el captador viene dada por la siguiente expresión:
Ep = Sc FrNUL (100 – ta) )tK1 K2
donde:
2
Sc = Superficie del captador (m )
Antonio Díaz Fernández
Página 186
FrNUL = Fr UL (FrN/Fr)
donde:
Fr UL = Pendiente de la curva característica del captador
(coeficiente global de pérdidas del captador).
ta = Temperatura media mensual del ambiente durante las horas
diurnas .
t = Período de tiempo considerado, en segundos (s).
K1 = Factor de corrección por almacenamiento, que se obtiene a
partir de la ecuación:
K1 = [kg acumulación /(75 Sc )]–0,25
37,5 < (kg acumulación) / (m2 captador) < 300
K2 = Factor de corrección, para A.C.S., que relaciona la temperatura mínima
de A.C.S., la del agua de red y la media mensual ambiente, dado por la
siguiente expresión:
K2 = 11,6 + 1,18 tac + 3,86 tr – 2,32 ta / (100 – ta)
donde:
Antonio Díaz Fernández
Página 187
tac = Temperatura mínima del A.C.S.
tr = Temperatura del agua de red.
ta = Temperatura media mensual del ambiente
Una vez obtenido D1 y D2 , aplicando la ecuación inicial se calcula la
fracción de la carga calorífica mensual aportada por el sistema de energía
solar.
De esta forma, la energía útil captada cada mes, Qu , tiene el valor:
Qu = fQa
donde:
Qa = Carga calorífica mensual de A.C.S.
Mediante igual proceso operativo que el desarrollado para un mes, se
operará para todos los meses del año. La relación entre la suma de las
coberturas mensuales y la suma de las cargas caloríficas,
o necesidades
mensuales de calor, determinará la cobertura anual del sistema.
Debajo se puede observar el cálculo de la demanda calorífica mensual y
anual, así como la potencia mínima a aportar por la instalación de colectoras
Antonio Díaz Fernández
Página 188
según la normativa, correspondiente al 65%, como se ha indicado
anteriormente.
Carga calorífica mensual de calentamiento del ACS
Ce (J/kg ºc)
C (kg)
N (días)
4187
6600
31
4187
6600
28
4187
6600
31
4187
6600
30
4187
6600
31
4187
6600
30
4187
2750
31
Julio
Agosto
4187
2750
31
Septiembre
4187
6600
30
Octubre
4187
6600
31
Noviembre
4187
6600
30
Diciembre
4187
6600
31
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
(tac – tr)
54
53
51
49
48
47
46
47
48
49
51
54
Potencia Anual (KW)
Contribución solar mínima (kW)
Qa(kW)
17,27
16,95
16,31
15,67
15,35
15,03
6,13
6,26
15,35
15,67
16,31
17,27
14,43
9,38
En la tabla que se presenta a continuación se indica la radiación solar
diaria media sobre un metro cuadrado de superficie horizontal (primera
columna), el factor solar para una inclinación de 45 grados (segunda
columna), obtenido por interpolación entre el correspondiente a una latitud
de 40º y el correspondiente a una latitud de 41º por encontrase Madrid a 40,4º
Norte y, por último (tercera columna), se presenta la radiación solar
modificada por dicho factor.
Antonio Díaz Fernández
Página 189
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
R1 (KJ/m2 )
6700
10600
13600
18800
20900
23500
26000
23100
16900
11400
7500
5900
K(inclinación)
1,41
1,29
1,15
1,02
0,92
0,88
0,92
1,03
1,20
1,40
1,53
1,51
R1 corregido
9433,6
13716,4
15694,4
19138,4
19186,2
20774
24024
23885,4
20347,6
15937,2
11490
8897,2
La energía solar no se caracteriza por ser constante. Las horas de
irradiación solar en Madrid a lo largo del año fluctuan, además de que no en
todas ella la irradiación sobre el panel es útil o efectiva. Por otro lado, en los
períodos correspondientes al alba y el ocaso, la irradiación solar es nula.
Como se ha visto en la introducción al método de f-chart, que viene de
ser descrito, entre los valores de entrada externos utilizados para realizar el
cálculo de la contribución solar mínima, se encuentra esta irradiación, así
como la temperatura ambiente y la mínima media del agua de red. Estos
datos se han obtenido del CTE, en su apartado HE4 (Contribución solar
mínima), y se presentan en la siguiente tabla:
Mes
Enero
Febrero
Antonio Díaz Fernández
Horas de sol
8
8,5
Tª ambiente (ºC)
6
8
Tª agua de red (ºC)
6
7
Página 190
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
9
9,5
9,5
9,5
9,5
9,5
9
9
8
7,5
11
13
18
23
28
26
21
15
11
7
9
11
12
13
14
13
12
11
9
6
Llegados a este punto y tras plasmar en la tabla anterior las horas
diarias efectivas de sol en la ciudad de Madrid a lo largo del año, recogidas
por la normativa de consulta, se hace difícil abogando al sentido común
creer que en meses como enero o febrero, en los que la duración del día es
tan corta y la radiación es considerablemente menor que en los meses de
verano como consecuencia de la oblicuidad con la que inciden los rallos
solares sobre los edificios, con un poder calorífico mucho menor, estas horas
efectivas sean tan altas en relación a las de los meses de verano. Éste se trata,
en definitiva, de uno de los muchos detalles en los que se puede contemplar
los intereses de muchos, entre ellos los fabricantes, por sobrevalorar la
capacidad potencial de este tipo de tecnología como fuente de energía
térmica en los edificios.
Tubos de vacío
El área colectora, de 120 m2 se compondrá de 40 paneles de
tubos de vacío. A efectos del cálculo del f-chart, se han utilizado los
siguientes valores de entrada, correspondientes al factor de eficiencia del
Antonio Díaz Fernández
Página 191
captador (Fr (J")n), el modificador del ángulo de incidencia ((J") / (J")n), el de
corrección del conjunto colector intercambiador (F’r/ Fr), y el coeficiente
global de pérdidas del captador (Fr UL):
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
•
Fr (J")n*
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
Fr UL
1,84
1,84
1,84
1,84
1,84
1,84
1,84
1,84
1,84
1,84
1,84
1,84
(J") / (J")n*
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
F’r/ Fr*
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
Valores recomendados por el Pliego de condiciones de instalaciones térmicas de edificios del IDAE.
Partiendo de los datos de la superficie colectora, las horas de
irradiancia mensual, las temperaturas medias del ambiente y del agua de red
y los valores internos de cálculo, se calculan los valores D1 y D2:
Antonio Díaz Fernández
Página 192
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Sc
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
120
D2
0,37
0,42
0,44
0,50
1,19
0,44
2,45
0,96
0,41
0,45
0,39
0,34
Una vez obtenidos los parámetros D1 y D2 se procede a
determinar la fracción solar mensual, así como la cobertura anual de
contribución del sistema de captación solar, como se observa en la siguiente
tabla (véase como en los meses de julio y agosto, con una mayor radiación
solar, la fracción solar supera el 100%. El pliego de condiciones de
instalaciones térmicas de edificios del IDEA establece que ésta no puede
exceder el 100% en más de dos meses al año. Por lo tanto, no es posible
contar con un área mayor de captadores con el modelo de colector
seleccionado). Se recuerda que la ocupación del Colegio Mayor durante los
meses de julio y agosto se reduce en torno a un 60%. Como consecuencia a
esto, la demanda térmica de A.C.S. se verá naturalmente reducida, como se
contempló en el punto 1.2.3.3 “Demanda térmica de A.C.S.” Este hecho se
traducirá en una sobreproducción de potencia calorífica en estos meses, con
una fracción solar superior al 110%. El documento básico del CTE-HE4
“Contribución solar mínima” contempla en estos casos tres posibilidades:
Antonio Díaz Fernández
Página 193
• Vaciado parcial del campo de captadores. Esta solución permite evitar
el sobrecalentamiento, pero dada la pérdida de parte del fluido del
circuito primario, habrá de ser repuesto por un fluido de
características similares, debiendo incluirse este trabajo en su caso
entre las labores del contrato de mantenimiento.
• Tapado parcial del campo de captadores. En este caso el captador está
aislado del calentamiento producido por la radiación solar y a su vez
evacua los posibles excedentes térmicos residuales a través del fluido
del circuito primario (que sigue atravesando el captador).
•
Desvío de los excedentes energéticos a otras aplicaciones existentes o
redimensionar la instalación con una disminución del número de
captadores.
En el caso de la instalación objeto de estudio se procederá al tapado
parcial del campo de captadores. Se descarta disminuir el número de
captadores debido a que esto supondría una menor cobertura solar otros
meses, principalmente en los de enero, febrero, noviembre y diciembre, con
fracciones solares inferiores o iguales al 65%, mínimo exigido por el CTE
para la zona climática de Madrid, como se recoge en el punto 1.3.1.3.1
“Contribución solar mínima ”.
Mes
Enero
Febrero
F
0,46
0,65
Antonio Díaz Fernández
Qu(KWh)
5.961,70
7.399,79
Qu(Kw)
8,01
11,01
Página 194
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
0,75
0,89
0,86
0,97
1,38
1,46
0,95
0,78
0,58
0,44
9.050,56
10.016,24
9.820,47
10.506,95
6.296,98
6.797,94
10.452,95
9.070,24
6.806,17
5.677,20
Qu año (Kw)
Cobertura anual (%)
12,16
13,91
13,20
14,59
8,46
9,14
14,52
12,19
9,45
7,63
11,17
70,52
Colectores de placa plana
En primer lugar, se presentan los valores internos de cálculo,
referentes a los colectores:
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
•
Fr (J")n*
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
0,79
Fr UL
3,87
3,87
3,87
3,87
3,87
3,87
3,87
3,87
3,87
3,87
3,87
3,87
(J") / (J")n*
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
0,96
F’r/ Fr*
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
0,95
Valores recomendados por el Pliego de condiciones de instalaciones térmicas de edificios del IDAE.
Antonio Díaz Fernández
Página 195
Con 52 colectores y 130,52 m2 de área colectora, los parámetros D1 y D2
se ven a continuación:
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Sc
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Sc
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
130,52
Antonio Díaz Fernández
D1
0,59
0,88
1,05
1,33
1,36
1,50
4,27
4,15
1,44
1,11
0,77
0,56
D2
0,85
0,96
1,01
1,15
1,08
1,00
2,80
2,08
0,94
1,03
0,90
0,78
Página 196
A continuación se muestra la fracción solar mensual y la cobertura
solar anual que proporciona la superficie captadora con colectores de placa
plana. Como en el caso de los tubos de vacío, se procederá al tapado parcial
del campò de colectores en los meses de julio y agosto, reduciendo así la
producción de energía calorífica y evitando un sobrecalentamiento.
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
f
0,47
0,66
0,76
0,90
0,92
0,99
1,39
1,42
0,97
0,79
0,59
0,45
Qu
Qu(KWh)
6045,01
7540,41
9227,00
10168,44
10512,60
10713,10
6357,78
6631,43
10685,94
9242,60
6937,89
5773,92
Qu año (Kw)
Cobertura anual (%)
Qu(Kw)
8,13
11,22
12,40
14,12
14,13
14,88
8,55
8,91
14,84
12,42
9,64
7,76
11,40
78,96
1.3.1.4 Cobertura de A.C.S. por captación solar térmica. Decisión técnica
El CTE, en su apartadao HE4 (Contribución Solar Mínima) establece la
cobertura mínima calorífica que el sistema de captación solar ha de
proporcionar para el calentamiento del A.C.S. del edificio. Como se ha
determinado en el punto 1.3.1.3 “Cobertura solar anual mínima exigida” del
presente capítulo, esta cantidad se establece en un 65%. Tanto en el caso de
Antonio Díaz Fernández
Página 197
utilizar colectores de tubo de vacío, como en caso de que éstos sean de placa
plana, ambas coberturas del A.C.S cumplen la normativa, con un 70,52% y un
78,96% respectivamente. No obstante, el documento básico del CTE (HE), en
su apartado HE4 (Contribución Solar Mínima), indica que el dimensionado
básico de una instalación, para cualquier aplicación, deberá realizarse de
forma que en la energía producida por la instalación solar no supere el 100%
en más de dos meses, ni el 110% ningún mes.
En el caso de la instalación objeto de estudio, el área de captación
empleando tubos de vacío y colectores de placa plana es la máxima posible
en cumplimiento de esta limitación, dado que, como se contempla en el
cálculo de la fracción solar mensual del punto anterior, ésta supera el 100%
en los meses de julio y agosto. Además, en ambos casos ésta es mayor del
110%. Como se ha contado atrás, el CTE en esta situación en su punto 2.1
“Contribución solar mínima”, en estos meses se procederá al
del campo de captadores. De esta manera,
tapado parcial
el captador está aislado del
calentamiento producido por la radiación solar y a su vez evacua los posibles
excedentes térmicos residuales a través del fluido del circuito primario (que
seguirá atravesando el captador).
Como consecuencia al hecho de que la superficie captadora se trata de
la máxima superficie colectora permitida en cumplimiento de las citadas
limitaciones de la norma, la instalación estudiada proporcionará cobertura
sólamente al calentamiento del A.C.S del bloque de habitaciones del edificio,
siendo asumida la calefacción por el sistema de gasoil actual.
Antonio Díaz Fernández
Página 198
1.3.1.5 Orientación e Inclinación de captadores
Se considera la dirección Sur como orientación óptima y la mejor
inclinación, βopt, dependiendo del período de utilización, uno de los valores
siguientes:
Consumo constante anual: la latitud geográfica.
Consumo preferente en invierno: la latitud geográfica + 10°.
Consumo preferente en verano: la latitud geográfica -10°.
Durante los meses de julio y agosto los estudiantes se encuentran en
su período vacacional. No obstante y como viene siendo costumbre en los
últimos años, el Colegio acoge durante estos meses a personal militar de la
Armada, que representan en torno al 40% de la ocupación residencial.
Debido a esto, la carga de A.C.S en las plantas superiores del Colegio Mayor
es un 60% mayor el resto del año y se adoptará una inclinación de los
captadores de 5º por encima de la latitud de Madrid, es decir, de 45º.
1.3.1.6 Superficie real ocupada
A la una superficie ocupada por cada colector, habrá que añadir una
superficie adicional, ya que cada hilera de colectores debe llevar un pequeño
espacio a modo de pasillo para mantenimiento de unos 0.5 m.
Antonio Díaz Fernández
Página 199
1.3.1.7 Distancia mínima entre colectores
Se dispone de una superficie en cubierta de. Se optará por la opción de
colocar los colectores solares en filas, de manera que la distancia entre filas
sea la requerida para minimizar la sombra que proyectan unas sobre otras.,
considerando la inclinación de los colectores seleccionados de 50º dirección
Sur, así como la altura de los mismos
Se presenta debajo de estas líneas la distancia entre filas. Se colocarán
apoyados sobre su dimensión mayor para que la sombra proyectada sobre la
fila anterior sea menor.
Figura 39. Distancia mínima entre filas de colectores (Fuente: Censolar).
El pliego de condiciones técnicas de instalaciones solares térmicas de
baja temperatura del IDAE, indica que la distancia , medida sobre la
horizontal, entre una fila de captadores y un obstáculo de altura h0, que
pueda producir sombras sobre la instalación deberá garantizar un mínimo de
Antonio Díaz Fernández
Página 200
4 horas de sol en torno al mediodía del solsticio de invierno. Esta distancia d
será superior al valor obtenido por la expresión:
d =
donde:
h0 = (90º- Latitud) – 23,5º = 90º - 40,4 – 23,5 º = 26,1
Sustituyendo:
• Tubos de vacío
d =
= 4,48 m
d =
= 2,38 m
• Placa plana
1.3.1.8 Conexión de los colectores
Lo normal sería conectarlos en baterías de varios colectores en paralelo
y conectar éstas baterías a su vez en paralelo (conexión paralelo-paralelo)
para así asegurar el equilibrado del sistema, es decir, que pase el mismo
caudal por todos los colectores. Sin embargo esto implica un problema, que
Antonio Díaz Fernández
Página 201
es el elevado caudal que resultaría en la instalación. El caudal nominal
recomendado por Viessmann es de 80 l/h—m2 de superficie de colector. Para
solucionar este problema en instalaciones grandes recomiendan una
configuración determinada: consiste en instalar baterías de cuatro colectores
en paralelo-serie y conectar éstas baterías en paralelo. Con esto se consigue
reducir el caudal nominal a la mitad:
Figura 40. Configuración del campo de colectores.
1.3.1.8.1
Configuración del campo de colectores de tubos de vacío
Se instalarán 10 baterías de cuatro colectores serie-paralelo . El campo
de colectores se ordenará en forma de dos grupos conectados en paralelo.
Los captadores se dispondrán en dos filas constituidas por 5 baterías
cada una, separadas 8,02 metros cada una, respetando así la distancia
mínima de 4,48 metros que debe de existir para minimizar el efecto sombra
entre colectores. Se deberá prestar especial atención en la estanqueidad y
durabilidad de las conexiones del captador.
Antonio Díaz Fernández
Página 202
Cálculo del caudal total:
• Caudal por colector:
Qcol = 80 l/h—m2 — 3 m2/colector = 240 l/h—colector.
• Caudal por batería:
Qbat = 240 — 2 = 480 l/h—batería
Figura 41. Caudal que circula por cada batería de colectores
• Caudal baterías paralelo-serie de un grupo:
Qgrupo = 5 — 480 = 2400 l/h
• Caudal total:
QTotal = 2400 x 2 = 4800 l/h
La superficie de captación calculada es de 120 m2, lo que supone un
caudal por unidad de superficie de captación de 40 l/h—m2, frente a los 80
Antonio Díaz Fernández
Página 203
l/h—m2 recomendados por Viessmann, lo que se traducirá en un coste más
reducido.
1.3.1.8.2
Configuración del campo de colectores de placa plana
Se instalarán 12 baterías de cuatro colectores serie-paralelo . El campo
de colectores se ordenará en forma de dos filas conectadas en paralelo.
Los captadores se dispondrán en dos
filas constituidas por 6 y7
baterías respectivamente, separadas 8,02 metros cada uno, respetando así la
distancia mínima de 4,48 metros que debe de existir para minimizar el efecto
sobra entre colectores. Cálculo del caudal total:
• Caudal por colector:
Qcol = 80 l/h—m2 — 2,51 m2/colector = 200,80 l/h—colector.
• Caudal por batería:
Qbat = 200,80— 2 = 401,60 l/h—batería
• Caudal baterías paralelo-serie de cada fila:
Qfila1= 6 — 401,60 =2409,60l/h
Qfila2= 7— 401,60 =2811,20l/h
Antonio Díaz Fernández
Página 204
• Caudal total:
QTotal = 2409,60 + 2811,20 = 5220,80 l/h
La superficie de captación calculada es de 130,52 m2, lo que supone
un caudal por unidad de superficie de captación de 40 l/h—m2 , inferior, al
igual que en el caso de la instalación con colectores de tubo de vacío, al
caudal de 80 5 l/h—m2 recomendados por Viessmann.
1.3.1.9 Fluido caloportador
Como fluido caloportador de trabajo en el circuito primario se
utilizará una mezcla de agua y anticongelante (propilenglicol), más
concretamente
una
solución
acuosa
al
42%
de
1,2-propilenglicol
toxicológicamente inofensiva de la marca TYFOCOR, especial para
captadores de tubos de vacío. Mantiene limpias las superficies de
transmisión térmica, garantizando así un rendimiento del sistema de energía
solar elevado y uniforme. El producto contiene inhibidores de corrosión muy
efectivos que aportan una protección duradera contra la corrosión, la
degradación, la formación de depósitos en todos los metales y sus
combinaciones, así como también los materiales no metálicos utilizados. Esta
solución como fluido de trabajo presentará una resistencia a las heladas de
hasta 12º C por debajo de la temperatura mínima histórica en la Capital (-16 º
C), es decir, -28 º C.
Antonio Díaz Fernández
Página 205
El producto no debe ser mezclado con otros fluidos caloportadores ni
con agua; se entrega listo para su uso en la instalación.
1.3.1.10
Acumulador. Sistema Auxiliar
El acumulador se encarga de almacenar la energía térmica generada
por las placas solares. Resulta imprescindible en las instalaciones puesto que,
los periodos de radiación solar y la entrada de energía no suelen
corresponder con los periodos en los que tiene lugar el consumo de agua
caliente. En la producción de agua caliente se emplea el calor sensible
contenido en el propio agua. El almacenamiento de energía térmica se realiza
mediante la utilización de un acumulador y el tipo de acumulador depende a
lo que se destine: agua caliente sanitaria, climatización, calefacción o uso
industrial. Existen en el mercado aproximadamente unos mil acumuladores
diferentes en tipo y marca. Los más comunes son los acumuladores de agua
caliente sanitaria, de inercia o combinados.
Los acumuladores de agua caliente sanitaria deben ser capaces de
soportar los altos niveles de presión y temperaturas de trabajo previstas, no
sufrir deterioros por fenómenos de corrosión y han de cumplir
obligatoriamente con los requisitos exigidos al almacenamiento de agua
potable. Aparte se han de solicitar un buen aislamiento térmico, adecuada
estratificación de temperaturas, elevada capacidad térmica del medio de
almacenamiento, bajos costes y una vida útil de aproximadamente 25 años.
Antonio Díaz Fernández
Página 206
La radiación solar es una fuente de energía que no se puede controlar,
su producción llega de forma continuada durante una media de 12 horas
diarias, obteniendo entre 1400 y 1800 kWh anuales por metro cuadrado de
superficie. Por cada metro cuadrado se obtiene la energía equivalente a
quemar entre 165 y 200 litros de gasóleo. Los perfiles de consumo de las
instalaciones varían en función de su uso, pues en instalaciones de ACS
existen dos o tres picos de consumo al día. Para poder acoplar la producción
obtenida del sistema solar con el consumo será necesaria una acumulación de
energía solar. Las horas de radiación solar son aprovechadas por el uso de la
bomba de circulación del sistema de instalación solar. La bomba se activa
cuando se detecta que la temperatura del panel solar es mayor que la del
acumulador, haciendo así que el agua circule por el colector, retornando al
acumulador a una temperatura elevada. Cuando la demanda no se cubre
completamente mediante la energía captada por la radiación, el sistema
formado por la caldera de gasoil entra en funcionamiento, elevando hasta la
temperatura deseada el agua. Son necesarios controladores de temperatura
para el funcionamiento óptimo de la instalación, tanto del agua de los
paneles como del acumulador. El acumulador permitirá la conexión de la
caldera para apoyar, tanto al ACS, cuando la temperatura del depósito sea
inferior a un mínimo.
Antonio Díaz Fernández
Página 207
Figura 42. Esquema principio de funcionamiento de un sistema solar térmico con acumulador y sistema
auxiliar de caldera.
El sistema de acumulación solar aprovechará los actuales depósitos de
acumulación de la instalación actual de calefacción y A.C.S. del edificio.
Estos acumuladores son de configuración vertical, lo cual favorece la
distribución o estratificación de temperaturas en el interior de los mismos. Se
encuentran debidamente aislados para evitar pérdidas de calor.
El diseño de los depósitos tiene en cuenta los siguientes aspectos:
• Resistencia del conjunto a la máxima presión y temperatura.
• Tratamiento interno de materiales en contacto con agua sanitaria.
• Situación de conexiones de entrada y salida.
Antonio Díaz Fernández
Página 208
• Medidas para favorecer la estratificación y evitar la mezcla de agua
fría con caliente.
•
Previsión de corrosiones y degradaciones.
• La batería de acumuladores está provista de válvulas de corte para
cortar flujos al exterior del depósito no intencionados en caso de
daños del sistema.
La batería de acumuladores está formada por 3 depósitos de la marca
Viessmann, modelo Vitocell 100-V, con capacidad individual de 1000 litros.
Dado que el acumulador está directamente conectado con la red de
distribución de agua caliente sanitaria, deberá ubicarse un termómetro en un
sitio claramente visible por el usuario. El sistema deberá ser capaz de elevar
la temperatura del acumulador a 60°C y hasta 70°C con objeto de prevenir la
legionelosis, tal como dispone el RD 865/2003, de 4 de julio. Además, para
poder cumplir con las medidas de de prevención de legionella, y por tratarse
de una aplicación de A.C.S., será necesario prever un conexionado puntual
entre el sistema auxiliar y el solar de forma que se pueda calentar este último
con el auxiliar.
Antonio Díaz Fernández
Página 209
Figura 43. Acumulador VITOCELL 100-V (Viessmann).
• Depósito de acumulación de acero resistente a la corrosión con
esmaltado de dos capas Ceraprotect.
• El calentamiento solar se ubica en la parte inferior y calentamiento
convencional en la parte superior considerándose el acumulador
dividido en dos partes separadas por una de transición de,
Antonio Díaz Fernández
10
Página 210
centímetros de altura. La parte solar inferior cumple con los criterios
de dimensionado de estas prescripciones y la parte convencional
superior
cumple con los criterios y normativas habituales de
aplicación.
• Protección catódica adicional mediante ánodo de magnesio; ánodo de
corriente inducida suministrable como accesorio.
• Calentamiento de todo el volumen de agua a través de serpentines
que llegan hasta el fondo del interacumulador.
• Máximo confort de A.C.S. gracias al calentamiento rápido y uniforme
mediante serpentines de grandes dimensiones.
•
Pérdidas de calor mínimas gracias a un completo aislamiento térmico
de alta eficacia de espuma blanda de poliuretano en los modelos 1000
litros de capacidad.
• La entrada de agua de retorno de consumo está equipada con una
placa deflectora en la parte interior, a fin de que la velocidad residual
no destruya la estratificación en el acumulador o el empleo de otros
métodos contrastados que minimicen la mezcla.
• Las conexiones de entrada y salida se sitúan de forma que se eviten
caminos preferentes de circulación del fluido.
Antonio Díaz Fernández
Página 211
• Para facilitar la introducción, los Vitocell 100-V disponen de un
aislamiento térmico de espuma blanda de poliuretano que se
suministra por separado.
Datos Técnicos Vitocell 100-V. Equipo individual
Antonio Díaz Fernández
Página 212
Figura 44. Hoja de datos técnicos del acumulador VITOCELL 100-V (Viessmann)
Antonio Díaz Fernández
Página 213
Conexión del circuito secundario de A.C.S.
La batería de interacumuladores, según indica el pliego de
condiciones técnicas de instalaciones térmicas de edificios, será conectada en
serie invertida con el circuito de consumo, como se puede ver en la siguiente
figura:
Antonio Díaz Fernández
Página 214
Figura 45. Conexión de los acumuladores en serie invertida (Pliego de condiciones de instalaciones térmicas.
IDAE).
1.3.1.11
Bombas de circulación
Las bombas de circulación son los dispositivos electromecánico que
produce la circulación forzada del fluido a través de un circuito. La bomba
de circulación del circuito de colectores es otra parte más de toda instalación
solar térmica dedicada al calentamiento de agua.
Gobernada por el sistema de control, y arrancando y parando respecto
a unas temperaturas, es un aliado del sistema de control para moverse
exclusivamente cuando el sistema solar aporte calor al depósito de
acumulación.
Las bombas se caracterizan por las condiciones de funcionamiento
representadas, para un determinado fluido de trabajo, por el caudal
volumétrico y la altura de impulsión o manométrica.
Antonio Díaz Fernández
Página 215
La
instalación de calentamiento de A.C.S. con energía solar del
edificio cuenta con más de 50 m2 de superficie de captación, razón por la que
se montarán dos bombas idénticas en paralelo, dejando una de reserva, tanto
en el circuito primario como en el secundario. En este caso se preverá el
funcionamiento alternativo de las mismas, de forma manual o automática.
Las tuberías conectadas a las bombas se soportarán en las
inmediaciones de éstas, de forma que no provoquen esfuerzos recíprocos de
torsión o flexión. El diámetro de las tuberías de acoplamiento no será inferior
al diámetro de la boca de aspiración de la bomba.
1.3.1.12
Vaso de expansión
Un Vaso de expansión o depósito de expansión es un elemento
utilizado en circuitos de calefacción de edificios para absorber al aumento de
volumen que se produce al expandirse, por calentamiento, el fluido
caloportador que contiene el circuito primario.
Los vasos de expansión pueden ser de tipo abierto o cerrado.
Generalmente se identifican en las instalaciones de calefacción por estar
pintados de color naranja y tener forma de bombona.
• El vaso de expansión abierto es un recipiente que debe de estar
colocado en la parte más alta de la instalación para recoger el agua
sobrante de la expansión y devolverla cuando se enfría el
caloportador. Es importante que el agua contenida en este depósito
Antonio Díaz Fernández
Página 216
tenga el menor contacto posible con el aire, puesto que si se oxigena
produciría oxidación de los componentes de la instalación al
reintroducirse (es muy importante no renovar nunca o casi nunca el
agua contenida en una instalación de calefacción). El vaso de
expansión abierto debe tener, a menudo, algún dispositivo que evite
que el agua contenida se hiele (sistema de recirculación), lo que puede
ocurrir porque debe estar situado en la parte superior por encima de
la zona calefactada. Los vasos de expansión preferentemente se
conectarán en la aspiración de la bomba. La altura en la que se
situarán los vasos de expansión abiertos será tal que asegure el no
desbordamiento del fluido y la no introducción de aire en el circuito
primario.
• El vaso de expansión cerrado está formado por dos zonas: una en
contacto con el circuito primario de calefacción y por tanto llena de
agua y una segunda zona llena de aire o gas nitrógeno en su caso.
Estas zonas están separadas por una membrana impermeable. Cuando
el agua se expande, aumentando de volumen, la membrana cede
comprimiendo el aire y logrando una presión de funcionamiento
estable. Este tipo de vaso produce una sobrepresión en el circuito,
cuestión que debe de estar prevista para que no dañe sus
componentes. Su ventaja es que puede estar en el mismo local que las
calderas y por lo tanto al abrigo de las heladas.
Antonio Díaz Fernández
Página 217
1.3.1.13
Equipos de medida
Los elementos de medida que incorpora una instalación proporcionan
la información suficiente para que el usuario conozca el estado de
funcionamiento de la instalación. Además de los aparatos de medida de
presión y temperatura que permitan la correcta operación, para el caso de la
presente instalación, por poseer una superficie mayor de 20 m2 se deberá
disponer al menos de un sistema analógico de medida local y registro de
datos que indique como mínimo las siguientes variables:
• Temperatura de entrada agua fría de red.
• Temperatura de salida acumulador solar.
• Caudal de agua fría de red.
• El tratamiento de los datos proporcionará al menos la energía solar
térmica acumulada a lo largo del tiempo.
1.3.1.14
Sistema de regulación y control
El diseño del sistema de control asegurará el correcto funcionamiento
de las instalaciones, procurando obtener un buen aprovechamiento de la
energía solar captada y asegurando un uso adecuado de la energía auxiliar.
El sistema de regulación y control comprende los siguientes sistemas:
Antonio Díaz Fernández
Página 218
• Control de funcionamiento del circuito primario y secundario (si
existe).
• Sistemas de protección y seguridad de las instalaciones contra
sobrcalentamientos, heladas, etc.
El sistema de control asegurará que en ningún caso se alcancen
temperaturas superiores a las máximas soportadas por los materiales,
componentes y tratamientos de los circuitos.
Con independencia de que realice otras funciones, el sistema de
control se realizará por control diferencial de temperaturas, mediante un
dispositivo electrónico que compare la temperatura de captadores con la
temperatura de acumulación o retorno.
El sistema de control actuará y estará ajustado de manera que las
bombas no estén en marcha cuando la diferencia de temperaturas sea menor
de 2°C y no estén paradas cuando la diferencia sea mayor de 7 °C. La
diferencia de temperaturas entre los puntos de arranque y de parada de
termostato diferencial no será menor de 2°C. De esta forma el
funcionamiento de la parte solar de una instalación se optimiza. Para
optimizar el aprovechamiento solar de la instalación y, cuando exista
intercambiador
exterior,
se
podrán
instalar
también
dos
controles
diferenciales.
Antonio Díaz Fernández
Página 219
Se almacenará cuando la temperatura a la salida de los colectores sea
superior a la del acumulador en 5ºC. Se detendrá la acumulación cuando la
diferencia de temperaturas sea inferior a 2ºC o la temperatura en el
acumulador sea igual o mayor al máximo permitido, en este caso 90 ºC. Con
esto también se asegura que no se sobrepasen los 110ºC fijados como máximo
por el fabricante.
Cuando se acabe de almacenar ACS, su intercambiador entra en bypass mediante una válvula accionada electrónicamente. Cuando haya
consumo de ACS se accionará la bomba de descarga del acumulador, sea
cual sea su temperatura.
El sistema de control asegurará que en ningún punto la temperatura
del fluido de trabajo descienda por debajo de una temperatura tres grados
superior a la de congelación del fluido.
Las sondas de temperatura para el control diferencial se colocarán en
la parte superior de los captadores, de forma que representen la máxima
temperatura del circuito de captación.
Antonio Díaz Fernández
Página 220
1.4 Dimensionamiento técnico de la instalación de calefacción,
refrigeración y A.C.S. por energía geotérmica
En los siguientes puntos se presenta una descripción y un
dimensionamiento técnico del sistema por energía geotérmica de baja
entalpía propuesto para el Colegio Mayor Jorge Juan. A diferencia de la
instalación solar indicada en el presente proyecto, y considerando el
dimensionamiento de la instalación, ésta cubrirá , además de la demanda de
A.C.S.,
las
necesidades
de
climatización
del
edificio,
supliendo
completamente la utilización del gasoil como fuente de energía.
1.4.1 Potencia teórica de la instalación
En la determinación de la potencia requerida para satisfacer las
necesidades de calor, frío y calentamiento de agua del edificio se parte, en
primer lugar, del cálculo de la previsión de demanda térmica de calefacción
y refrigeración de los recintos climatizados. De los cálculos realizados en el
punto 1.2.3 “Demanda térmica de la instalación” y expuestos en el presente
proyecto se extraen los siguientes resultados:
• Previsión de demanda térmica de calefacción de la instalación: 211,94
KW.
• Previsión de demanda térmica de refrigeración de la instalación:
330,59 KW.
Antonio Díaz Fernández
Página 221
La potencia teórica de la bomba para cubrir la climatización vendrá
dada por la mayor de las demandas , dado que la potencia instalada deberá
de cubrir las necesidades térmicas de ambos escenarios. Por tanto, ésta
vendrá dada por la previsión de demanda térmica en los meses de verano,
que supera en un 56 % a la de los meses de invierno (330,59 KW > 211,94
KW).
En segundo lugar, y cubiertas las necesidades de calor y frío, a la
potencia teórica total de la que se proveerá a la instalación se le deberá
añadir la demanda térmica de A.C.S. (15,86 KW), determinada en el punto
1.2.3.3 “Demanda Térmica de A.C.S.” . La potencia teórica instalada será de
346,45 KW.
1.4.2 Potencia real de la instalación.
La potencia teórica de climatización y A.C.S. constituirá la base para el
cálculo de la potencia real de suministro de la instalación y la elección de la
Bomba de calor geotérmica.
Se requerirá aplicar un factor de seguridad de sobredimensionamiento
de la potencia teórica a modo de gap, de manera que exista un colchón de
potencia en los puntos de máxima demanda. Este sobredimensionamiento
será de un 10%, de tal manera que la potencia real será:
Preal = Pteórica (1 + 0,10)= 346,45 KW . 1,1 = 379,71 KW
Antonio Díaz Fernández
Página 222
1.4.3 Elección del sistema de intercambio de calor con el subsuelo.
Es interesante hacer constar que, en la mayoría de los casos, no será el
precio unitario de los materiales o su cantidad lo que rentabilice un tipo de
intercambio u otro. La disponibilidad del recurso geotérmico y la sencillez de
instalación sobre el terreno puede ser uno de los factores decisivos para la
elección del sistema pues, en suma, éste constituye
la partida más
importante del presupuesto de la inversión económica del proyecto.
En el caso de estudio la utilización de colectores horizontales
enterrados supondría una serie de limitaciones:
• Utilización de una superficie de terreno con una sobrexcavación
añadida. La instalación objeto del presente proyecto requiere una alta
potencia de refrigeración, que revierte en la utilización de una mayor
superficie de terreno.
• Una restricción en el empleo de dicha superficie, pues no admitirá,una
vez enterrada la red de captadores, ninguna planta de raíces
profundas o con ramificaciones en profundidad. La finca en la que
está emplazado el edificio cuenta además con jardines con algunos
árboles de la antigüedad del edificio.
• Supondrá una dificultad para cualquier servicio añadido posterior que
deba atravesar el subsuelo.
Antonio Díaz Fernández
Página 223
Dadas estas desventajas, así como la presencia de mejores condiciones
de captación del terreno, se optará por una instalación vertical.
La proximidad del río Manzanares y los sondeos hidrológicos
realizados en las proximidades a la ubicación del Colegio Mayor Jorge Juan y
publicados, como se ha citado anteriormente, en las bases de datos del
Ministerio de Medio Ambiente de España, como es el caso del sondeo 5682
de dicha base de datos, realizado en la Ciudad Universitaria, y que arroja la
presencia de la capa freática a una profundidad de 50,50 metros, evidencian
la existencia, aunque con oscilaciones, durante todo el año de aguas
subterráneas en el subsuelo en la zona en la que está emplazado el edificio.
Además, los valores de la conductividad térmica y de la capacidad térmica
volumétrica son mucho más elevados en presencia de agua subterránea.
Antonio Díaz Fernández
Página 224
Figura 46. Sondeo número 5682 realizado en la Ciudad Universitaria de Madrid (Ministerio de medio
ambiente y medio marino)
Por otro lado, las características físicas del terreno, formado por
arenas y arcillas, permiten una excavabilidad normal de la litología
dominante del terreno.
Además, un foco frío ideal es aquel que tiene una temperatura elevada
y estable a lo largo de la estación en que es necesario calefactar, está
Antonio Díaz Fernández
Página 225
disponible en abundancia, no es corrosivo o contaminante, tiene propiedades
termodinámicas favorables, y no requiere costes elevados de inversión o
mantenimiento. Este es el caso de las aguas subterráneas en el entorno del
Colegio, que se hallan a una temperatura constante a lo largo del año y de
las cuales la eficiencia obtenida será elevada.
Por todo esto y dado que la permeabilidad del terreno es
suficientemente elevada puede recurrirse a explotar la capa freática mediante
dos sondeos, uno de producción, con una bomba sumergida que conduce el
agua a la bomba de calor para, una vez extraída su energía y enfriada, ser
devuelta a la capa freática por otro de reinyección.
Figura 47. Esquema de calefacción seleccionado utilizando sondeos de captación de agua de la capa freática.
1.4.4 Características técnicas del sistema de intercambio elegido
Como se ha indicado en el punto precedente, el sistema de
intercambio de calor con el subsuelo elegido es el aprovechamiento de aguas
Antonio Díaz Fernández
Página 226
someras presentes en el nivel freático del terreno. Este sistema será de bucle
abierto.
Durante el verano se extrae agua del pozo frío usándola para
refrigerar el edificio. El calor del edificio aumenta la temperatura del agua, la
cual es ahora inyectada en el pozo caliente.
En invierno, el proceso se reinvierte. El agua es bombeada desde el
pozo caliente y provee una fuente de calor, por ejemplo para bombas de
calor. Las bombas de calor suministran total o parcialmente el requerimiento
de calefacción, y como consecuencia la temperatura del agua subterránea
desciende. El agua enfriada es re-inyectada en el subsuelo a través del pozo
frío. No se consumirá agua subterránea ni se desechará el agua desde el
acuífero. Toda el agua extraída desde un pozo es re-inyectada en el otro. Esto
significa que la extracción neta de agua subterránea es cero, minimizando así
el impacto ambiental.
Antonio Díaz Fernández
Página 227
Figura 48. Esquema de captación Invierno-Verano (Guía de la Geotermia de la Comunidad de Madrid)
Para evitar el enfriamiento o calentamiento del agua subterránea, los
sondeos de toma y restitución de agua se situarán respectivamente aguas
arriba y aguas abajo del flujo subterráneo, sin que se vean interferidos entre
ellos hidráulica y térmicamente, reduciendo la eficiencia del sistema. Estos
sondeos cumplirán el principio anterior y alcanzarán ambos el nivel freático.
Para determinar la longitud de los tubos se contemplan dos posibilidades:
• Ejecución de un sondeo de perforación vertical y conocer así la
profundidad a la que se encuentra la capa freática y perforar las dos
sondas considerando el dato obtenido y el requisito aguas arriba y
aguas debajo entre las mismas.
Antonio Díaz Fernández
Página 228
• Determinación de una profundidad arbitraria considerando la
previsión de presencia de aguas subterráneas en torno a los 50 metros
de profundidad.
1.4.5 Perforación del pozo
Para esta bomba de calor geotérmica, según la guía del
fabricante, hay que hacer una instalación geotérmica de circuito
cerrado con 2 perforaciones (de tubo PE en doble U Ø 32 mm). Una
alcanzará los 80 metros para la toma de agua freática, y la segunda de
90 metros para la devolución de la misma al subsuelo. Siguiendo un
criterio preventivo, esta profundidad se localiza por debajo de los 50
metros para cubrir un margen razonablemente amplio
ante el
previsible descenso del nivel de aguas en períodos de estío. Los tubos
serán de polietileno de diámetro de Ø 80 mm. La separación entre
ambos será de 15 metros, distancia mínima recomendada por los
fabricantes para realizar sondeos.
Figura 49. Sección de sondas geotérmicas en doble "U" (Fuente:Geothermal Aplications. Climate
Master.2006).
Antonio Díaz Fernández
Página 229
El esquema de la zona de captación queda como se muestra a
continuación:
Figura 50. Esquema de sondeos de captación de la instalación geotérmica.
El agua de la capa freática se halla a una temperatura constante a lo
largo, y ha de estar dentro del rango de temperaturas en el que puede
funcionar la bomba de calor. En las especificaciones técnicas del fabricante,
fijan el caudal de agua freática que se debe proporcionar, a qué presión y con
qué diámetro de tubo. El fabricante también marca la potencia que genera la
bomba para una determinada temperatura del agua freática.
Antonio Díaz Fernández
Página 230
1.4.6 Sistema de climatización y calentamiento
A continuación se describirán los equipos y componentes que
conformarán las instalaciones de climatización y calentamiento de A.C.S.
propuestas para el edificio.
1.4.6.1 Bomba de calor geotérmica. Bomba agua-agua
Una bomba de calor agua-agua permite aprovechar la energía
contenida en el agua subterránea, produciendo unos rendimientos
energéticos mejores que la que utiliza aire exterior, debido a la mayor
uniformidad de la temperatura del agua a lo largo del año. Un calentamiento
o enfriamiento del acuífero podría considerarse una contaminación térmica,
convirtiéndose en una razón para las autoridades competentes a la hora de
conceder o denegar los permisos requeridos.
• En el modo calefacción, el fluido refrigerante cede el calor al agua
caliente en el circuito de ACS o en el circuito de climatización, y ésta
es bombeada.
• En el modo refrigeración, el fluido refrigerante extrae calor del agua
que circula por las unidades de distribución y lo disipa en el terreno.
El equipo seleccionado será reversible, de manera que se pueda
invertir el ciclo de climatización al comienzo de cada estación y la instalación
distribuya calor en los meses de invierno y frío en los de verano,
Antonio Díaz Fernández
Página 231
convirtiéndose así el suelo en foco y vertedero de calor en invierno y verano
respectivamente.
En función de la potencia real necesaria, calculada en el punto 1.2.3
“Potencia real de la instalación”, se selecciona la bomba de calor del fabricante
Waterkotte, serie DS 5240, modelo W35. Se trata de un equipo compacto en
modo de construcción abierto, listo para conexión, con bastidores de
protección giratorios, compresor helicoidal semi-hermético, control térmico
mediante sensores PTC (coeficiente positivo de temperatura) y revestimiento
de chapa desmontable sin separación de las conexiones de tuberías.
Figura 51.Bomba de Calor Geotérmica Waterkotte DS 5240,3 (Waterkotte).
Antonio Díaz Fernández
Página 232
Figura 52. Hoja de datos técnicos de la Bomba de Calor Geotérmica WATERKOTTE DS-5240 (Waterkotte)
Como se indica en la hoja técnica anterior, este modelo aportará al
sistema una potencia de 194 KW, menor que la necesidad térmica real del
edificio (379,71 KW). Por lo tanto, la solución técnica será la combinación de
dos bombas de calor geotérmico iguales, lo cual representa una potencia
nominal total de 388 KW, superior a la requerida. La casa Waterkotte ofrece
dentro de sus series de bombas compactas el modelo DS 6500, con una
potencia nominal individual de 485,1 KW. No obstante, utilizar este modelo
supondría un sobredimensionamiento notable, con el consiguiente sobrante
de energía, que no es aconsejable en este tipo de instalaciones.
1.4.6.2 Bomba de aspiración/infiltración de agua
Para extraer e impulsar el agua desde el nivel freático, es decir, desde
el pozo de captación, hasta la instalación de climatización, se empleará una
bomba hidráulica sumergible con capacidad suficiente para bombear el
Antonio Díaz Fernández
Página 233
caudal de agua necesario en el caso de que la instalación se encuentre
funcionando al 100%. Esta bomba, al ser sumergible, se instalará en el pozo
de captación.
Se requerirá una bomba que impuse el agua procedente de la capa
freática a través del pozo de extracción, devolviéndola tras haber pasado por
la Bomba de Calor a través del pozo de inyección. El fabricante de ésta
especifica en su hoja de características técnicas un caudal de agua de 20
m3/h, lo que representa un caudal nominal máximo requerido de 60 m3/h en
la instalación con dos bombas de calor.
Se instalará una bomba sumergible de la casa Grundfos, modelo SP 70,
con un caudal nominal de impulsión de 70 m3/h, superior al volumen
requerido por la instalación.
Figura 53. Bomba sumergible GRUNDFUS, SP-70
Antonio Díaz Fernández
Página 234
1.4.6.3 Unidad de control
El controlador de las bombas de calor WATERKOTTE, WPCU, se
encarga de la regulación del sistema en función de la temperatura exterior y
de la temperatura del sistema de climatización en el retorno. A partir de las
teclas de programación/visualización se tiene acceso a varios menús donde
se puede programar las curvas de calefacción, refrescamiento y agua caliente
sanitaria. Están también disponibles para consulta en el LCD del controlador
todos los valores medidos por los sensores de presión y temperatura
localizados en la bomba de calor (12 sensores en total). Incluyendo el sensor
exterior de temperatura y el interior (opcional).
1.4.6.4 Radiadores
Los radiadores de los que está provisto el actual sistema de
distribución del calor en invierno serán las unidades terminales de calor de la
instalación geotérmica.
Finalmente, y a pesar de los ventajosos beneficios derivados de su uso,
entre los cuales se encuentra, además de una distribución más homogénea
del calor y una mayor confortabilidad del usuario, la optimización del
rendimiento de la instalación geotérmica, se ha descartado la opción del
suelo radiante por representar ésta un incremento muy importante en la
inversión y, sobre todo, debido a la envergadura que supondría la obra de
incorporación de este sistema, con el consiguiente perjuicio sobre la vida
Antonio Díaz Fernández
Página 235
colegial, viéndose alterada temporalmente la capacidad de ocupación del
Colegio.
1.4.6.5 Refrigeración
Actualmente, el Colegio Mayor Jorge Juan no cuenta con instalación
de refrigeración en la zona destinada a residencia de los colegiales. Dadas
estas circunstancias y aprovechando la coyuntura de este proyecto, se optará
por introducir una instalación que cubra las necesidades de frío a través del
sistema de captación solar y creando una instalación para tal fin.
La distribución interior se realizará, mediante unidades terminales de
tipo fancoil. La interconexión entre la unidad exterior y las unidades
interiores, para el transporte del fluido refrigerante se realiza mediante
tubería de cobre deshidratada de secciones adecuadas según la cantidad de
refrigerante
a
transportar.
Dichas
tuberías
se
encuentran
aisladas
convenientemente para evitar pérdidas de energía y condensaciones en las
propias tuberías.
El uso de fancoils solamente en el área de refrigeración se justifica con
el hecho de que éstos se recomienda que vayan emplazados bajo el techo de
las dependencias a climatizar, dado que esto asegurará una distribución
adecuada del frío. Como bien es sabido, el frío y el calor se desplazan en
sentidos opuestos. Por tanto, la solución adoptada es la utilización de dos
tipos diferentes de unidades terminales, fancoils para la refrigeración y
radiadores para la calefacción.
Antonio Díaz Fernández
Página 236
La situación ideal establece que cada unidad fancoil debe estar
adaptada a la potencia necesaria en cada habitación, tanto de refrigeración
como de calefacción, pero por economía de costes se optará por instalar unos
equipos genéricos estándares de igual potencia para cubrir estas necesidades.
En aquellas dependencias en las que sea necesario instalar unidades de
mayor potencia, para alcanzar unas condiciones de confort adecuadas, así se
hará.
El modelo elegido de fancoil será el MAYOR 426 y 434, de 2 tubos, del
fabricante CIAT. El primero estará destinado a las habitaciones de los
colegiales, ya que su potencia frigorífica de este oscila entre los 1,3 y los 2
kW, cubriendo sobradamente las necesidades de frío en estas dependencias
(valores recogidos en el punto 1.2.3.2. “Demanda térmica de refrigeración en
verano”). El segundo, con una potencia frigorífica comprendida entre los 3,3
kW y los 4,9 Kw, se destinará a cada uno de los baños, dado que el volumen
de estos espacios es mayor. Las características técnicas de estos equipos se
presentan a continuación:
Antonio Díaz Fernández
Página 237
En cuanto a los niveles sonoros y de acuerdo con la Instrucción
Técnica Complementaria ITE.02.2.3 del RITE, se toman las medidas de
atenuación necesarias en los puntos en los que los niveles de presión sonora
puedan superar los valores indicados en la tabla 3 de dicho apartado, al igual
que se consideran las medidas de acuerdo con la NBE-CA-88 "Condiciones
Acústicas en los Edificios".
La selección de elementos terminales de difusión de aire (rejillas,
difusores, etc.) se realiza de forma que cumplan las condiciones de alcance y
velocidad residual de aire en la zona ocupada y el nivel de presión sonora en
elemento terminal sea inferior a 30 dB. El nivel sonoro equivalente en dB (A)
no será superior en ambientes a lo indicado en la tabla 3 de la ITE 02.2.3.1.
1.4.6.6 Acumuladores
Para llevar a cabo la instalación proyectada se utilizarán, en el caso de
la calefacción, los elementos existentes en la instalación de distribución
actual, incluyendo bombas de impulsión y retorno y tuberías. Asimismo, se
reutilizarán los acumuladores presentes en la instalación, un total de 3
unidades marca Viessman modelo Verticell de capacidad adecuada para los
Antonio Díaz Fernández
Página 238
requerimientos de la instalación. Éstos se encuentran ubicados en la sala de
calderas, localizada en el sótano del edificio.
Figura 54. Vista parcial de uno de los 3 acumuladores instalados en la sala de calderas del C.M.U. Jorge Juan.
Antonio Díaz Fernández
Página 239
Figura 55. Circuito de impulsión actual.
Antonio Díaz Fernández
Página 240
Figura 56. Circuito de retorno actual
Antonio Díaz Fernández
Página 241
1.5 Estudio de viabilidad económica
La finalidad última de instalaciones de este tipo es conseguir un
beneficio económico aprovechando una energía que llega gratuitamente
hasta el lugar de consumo. Se hace imprescindible saber si el gasto que
supone construir una instalación de estas características nos va a
proporcionar ese beneficio y en cuanto tiempo lo hará. En este capítulo se
estudiará la rentabilidad de la inversión en un proyecto de la magnitud antes
descrita mediante medios analíticos. Para realizar dicho estudio se partirá de
una serie de datos económicos que harán posible dicho cálculo.
Para que la inversión sea rentable, el coste de la energía que se ahorra
a lo largo del tiempo debe ser superior al coste de la instalación durante su
vida útil.
Para la evaluación del estudio económico se tienen en cuenta los
siguientes parámetros:
• Vida útil de la instalación.
•
Coste inicial de la instalación.
• Indice de Precios de Consumo: 2,5 % anual.
•
Ahorro energético.
• Subvención.
Antonio Díaz Fernández
Página 242
1.5.1 Subvenciones
Según el B.O.C.M. 154/2008, se considerarán subvencionables las
actuaciones siguientes:
a) Solar térmica de baja temperatura: sistemas de energía solar para
calentamiento de un fluido a partir de la captación de la radiación
solar mediante captadores cuyo coeficiente global de pérdidas sea
inferior a 9 W/m2ºC. Se considerarán también las instalaciones con
sistemas prefabricados, las aplicaciones de refrigeración u otras
aplicaciones especiales y los proyectos innovadores, que cumplan los
criterios definidos en el apartado de energía solar térmica del Plan de
Energías Renovables 2005-2010.
Se considerarán costes elegibles los correspondientes a los
equipos e instalaciones que forman parte del equipo, es decir,
captadores solares térmicos, acumuladores, intercambiadores de
calor, bombas de circulación, tuberías, válvulas y conexiones, vasos
de expansión, aislamientos, sistema eléctrico y de control, equipos de
medida y demás equipos secundarios, así como el montaje y
conexionado del conjunto, obra civil asociada, diseño de ingeniería de
la instalación, dirección de obra, puesta en marcha, documentación
técnica, manuales de uso y operación y tramitaciones de permisos y
ayudas.
Antonio Díaz Fernández
Página 243
Todos los equipos e instalaciones cumplirán con la normativa
vigente para este tipo de instalaciones y el Pliego de Condiciones
Técnicas del IDAE para instalaciones solares térmicas.
No se considerarán subvencionables las aplicaciones de energía
solar térmica, o la parte correspondiente, que se instalen de forma
obligatoria en virtud de lo establecido en el Código Técnico de la
Edificación o en Ordenanzas Municipales.
No serán tampoco subvencionables las instalaciones que tengan
una superficie de captación solar útil inferior a 6 m2. Tampoco serán
subvencionables las ampliaciones de instalaciones en las que la
superficie útil de ampliación sea inferior a 6 m2. Se exceptúan de lo
indicado en el párrafo anterior las instalaciones en centros de
enseñanza y otras ubicaciones en que el objeto principal sea su
carácter demostrativo, divulgativo o ejemplarizante.
b) Aprovechamiento de recursos geotérmicos de acuíferos del subsuelo.
c) Instalaciones mixtas de dos o más de los tipos anteriores.
1.5.2 Variables económicas
• VAN (Valor Actual Neto)
• TIR (Tasa Interna de Retorno)
Antonio Díaz Fernández
Página 244
• Flujos de Caja (Cash Flow)
• Pay-back
VAN
El Valor Actual Neto (VAN) es el valor actual de los flujos de fondos
disponibles. Un euro hoy vale más que un euro dentro de un año. Cuando se
hace una inversión se pretende obtener una cantidad extra de dinero que
compense de: la inflación; el riesgo de la pérdida del dinero y el costo de
oportunidad de renunciar a la tenencia de los euros durante todo ese
periodo. El valor presente se calculará como la suma de los valores presentes
de cada flujo.
siendo:
-
∆hn = Flujo de caja del año n, que es igual a:
(Ahorro) — (1+c) n – (Costes mantenimiento) — (1+i) n
Siendo “c” el porcentaje de aumento del precio del combustible
e “i” la tasa de inflación.
-
k = tasa de descuento o rentabilidad.
Antonio Díaz Fernández
Página 245
-
n = número de años de amortización .
-
I = valor inicial de la inversión
TIR
La tasa interna de retorno o rentabilidad de una inversión (TIR) es la
tasa de rendimiento requerida, que produce como resultado un valor
presente neto de cero cuando se utiliza como tasa de descuento. Es decir, la
tasa de descuento “k” que hace que el VAN sea cero. Es una medida, en
porcentaje, de la rentabilidad del capital invertido.
Se trata, en definitiva, de obtener el tipo de interés compuesto que
retribuye al presente proyecto a lo largo del horizonte temporal, tomando
como datos los flujos del cash flow (CF). La TIR debe ser positiva para poder
afirmar que el proyecto es rentable.
Este método es un proceso complejo de repetición que normalmente
requiere el uso de una calculadora. Sin embargo, permite la comparación de
casi cada tipo de opción de inversión, que significa que todas las opciones de
la inversión pueden ser ordenadas por su tasa interna de retorno,
empezando con el proyecto que dé el valor más alto.
Antonio Díaz Fernández
Página 246
Pay-back
El payback de un proyecto informa de cuánto tiempo tiene que
transcurrir hasta haber recuperado la inversión inicial. Es una medida de la
liquidez del proyecto, en el sentido de que, cuanto más corto sea el payback,
se podrá decir que la liquidez del proyecto es mayor.
1.5.3 Instalación Solar con tubos de vacío. Estudio de viabilidad
económica
1.5.3.1 Vida útil de la instalación
Las instalaciones de energía solar térmica son muy duraderas si se
sigue el mantenimiento mínimo.
Partiendo de la premisa básica de que cualquier fabricante de
captadores solares garantiza una vida útil para sus paneles de 20 años como
mínimo, que es prácticamente la misma vida útil que una bomba de calor
geotérmica, se hará el estudio de viabilidad del proyecto para 20 años.
Antonio Díaz Fernández
Página 247
1.5.3.2 Coste de inversión.
La inversión inicial a realizar por el cliente para llevar a cabo el
sistema de calentamiento propuesto asciende a la cantidad de 146.699,02 €.
Esta cifra engloba los costes de los equipos, el transporte de los mismos, su
montaje y el beneficio industrial. El presente importe no incluye ningún
impuesto de carácter administrativo y legal.
El desglose de la cantidad citada anteriormente es:
Resumen
Material Solar
Material Hidráulico
Material Eléctrico
Material aislante
Instalación y puesta en marcha
Ingeniería
Partida
93.750,00
12.287,33
1.037,97
1590
10.866,53
6932,846
SUBTOTAL
IVA (16%)
TOTAL
126.464,68
20.234,35
146.699,02
Para más detalle de cada uno de los apartados anteriores consultar el
documento 4 “Presupuestos” del presente proyecto.
1.5.3.3 Cuantía de la subvención
El objetivo de esta subvención es la promoción de actuaciones de
utilización de fuentes de energía renovables en el ámbito territorial de la
Antonio Díaz Fernández
Página 248
Comunidad de Madrid, incentivando el autoabastecimiento energético y la
protección del medio ambiente.
• Aplicaciones de refrigeración: 300 euros/m2 de superficie útil de
captación.
•
Resto de aplicaciones: 200 euros/m2 de superficie útil de captación.
Por lo tanto los costes iniciales, aplicando el descuento de la
subvención, son los siguientes:
Presupuesto inicial
Superficie colectora (m2)
146.699,02
120
200
24.000,00
122.699,02
2
Subvención (€/m )
Total Subvención
Inversión inicial con subvención
1.5.3.4 Factura de gasóleo sin captación solar
En este apartado se determina la factura anual de gasóleo C que
supone la instalación actual.
Para determinar el consumo en litros y la
cuantía en euros que representa este consumo se utilizan:
• Demanda media mensual de A.C.S (KW)
• PCI: 10.200 Kcal/kg
• Densidad: 0,850 l/kg
Antonio Díaz Fernández
Página 249
La potencia calorífica necesaria para el calentamiento mensual
se ha obtenido del cálculo de la demanda térmica mensual media de
A.C.S en el apartado 1.2.3.3. “Demanda térmica de A.C.S.”
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Potencia gasosil (KW)
17,27
16,95
16,31
15,67
15,35
15,03
6,13
6,26
15,35
15,67
16,31
17,27
Consumo gasoil
1.274,62
1.129,95
1.203,80
1.119,29
1.132,99
1.073,60
452,41
462,24
1.096,44
1.156,60
1.164,97
1.274,62
Coste ud. (€/l) Coste total (€)
0,712
907,53
0,712
804,52
0,712
857,11
0,712
796,93
0,712
806,69
0,712
764,40
0,712
322,12
0,712
329,12
0,712
780,67
0,712
823,50
0,712
829,46
0,712
907,53
Total anual(€)
8.929,56
La factura media anual debida al A.C.S. asciende a un total de 8.829,56 €.
1.5.3.5 Factura de gasóleo con captación solar
La contribución solar media mensual representa un ahorro como
consecuencia de la reducción en la quema de combustible fósil, que fluctúa a
lo largo del año dado que la radiación solar es cambiante como consecuencia
al ángulo de incidencia de los rallos, así como a la disminución o incremento
del número medio de horas solares en el transcurso del año. En la tabla que
se presenta a continuación se pueden contemplar la demanda térmica de
gasóleo C de la instalación, obtenida como diferencia entre la contribución
Antonio Díaz Fernández
Página 250
solar mensual (1.3.1.3.2 “Contribución solar mínima”) y la demanda térmica de
A.C.S.
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Potencia gaosil (KW)
9,26
5,94
4,15
1,76
2,15
0,44
0
0
0,83
3,48
6,86
9,64
Consumo gasoil
683,26
395,94
306,06
125,75
158,87
31,39
0
0
59,59
256,89
489,85
711,48
Coste ud. (€/l)
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
Total anual(€)
Coste total (€)
486,48
281,91
217,91
89,53
113,12
22,35
0
0
42,43
182,91
348,77
506,57
2.291,98
El total de la factura de gasóleo en este nuevo escenario ascenderá a
un total de 2.291,98 €.
1.5.3.6 Ahorro económico
Los resultados anteriores evidencian una reducción en el consumo de
gasoil por parte de la instalación de calentamiento termosolar. En la tabla
que se presenta más abajo se puede contemplar el ahorro medio mensual en
el consumo de combustible fósil derivado del funcionamiento de la
instalación solar térmica.
Antonio Díaz Fernández
Página 251
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
NOVIEMBRE
Diciembre
Potencia solar(KW)
8,01
11,01
12,16
13,91
13,20
14,59
6,13
6,26
14,52
12,19
9,45
7,63
Ahorro gasoil (l)
591,36
734,00
897,75
993,54
974,12
1042,21
452,41
462,24
1036,86
899,70
675,12
563,14
Ahorro ud. (€/l) Ahorro total (€)
0,712
421,05
0,712
522,61
0,712
639,20
0,712
707,40
0,712
693,57
0,712
742,05
0,712
322,12
0,712
329,12
0,712
738,24
0,712
640,59
0,712
480,69
0,712
400,95
Total anual(€)
6.637,58
El ahorro medio anual que supone la contribución solar es de
6.637,580 €. Se puede concluir que el ahorro no es significativo con relación a
la inversión. No obstante, es preciso un estudio de las variables financieras
para analizar la viabilidad del proyecto.
1.5.3.7 Coste anual de mantenimiento
A partir de la información del IDAE sobre costes anuales de
mantenimiento en instalaciones similares, se estima en 500 € /año.
1.5.3.8 VAN sin subvención
A continuación se presenta el cálculo de los flujos de caja de los 20
años de horizonte de estudio, considerando el ahorro anual, el coste de
Antonio Díaz Fernández
Página 252
mantenimiento de la instalación y el incremento del IPC y del precio del
combustible en un 2,5% anual:
Año
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Flujo de Caja (€)
-146.669,02
6.291,02
6.448,29
6.609,50
6.774,74
6.944,11
7.117,71
7.295,65
7.478,05
7.665,00
7.856,62
8.053,04
8.254,36
8.460,72
8.672,24
8.889,05
9.111,27
9.339,05
9.572,53
9.811,84
10.057,14
El cálculo del VAN en esta situación y con una tasa de descuento del
3% se halla diferentes años y el valor, en euros, es el siguiente:
Años
10
15
20
25
Antonio Díaz Fernández
VAN (3%)
-84.376,95 €
-56.408,62 €
-29.112,57 €
-29112,57
Página 253
El VAN en el horizonte de estudio de 20 años y realizando el estudio
sin subvención resulta ser negativo. Esto es consecuencia de la necesidad de
realizar una alta inversión en relación con una contribución calorífica solar
que da cobertura únicamente al del calentamiento del 70,49% del A.C.S (ver
1.3.1.3.2 “Cálculo de la contribución solar mínima”),
el cual representa
actualmente una demanda de gasoil muy inferior al consumo de combustible
por parte de la instalación de calefacción.
1.5.3.9 VAN con subvención
A continuación se presenta el cálculo de los flujos de caja de los 20
años de horizonte de estudio, considerando el ahorro anual, el coste de
mantenimiento de la instalación, el incremento del IPC y del precio del
combustible en un 2,5% anual y la subvención por cuantía de 24.000 euros
correspondiente a este proyecto.
Antonio Díaz Fernández
Página 254
Año
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Flujo de Caja (€)
-122.669,02
6.291,02
6.448,29
6.609,50
6.774,74
6.944,11
7.117,71
7.295,65
7.478,05
7.665,00
7.856,62
8.053,04
8.254,36
8.460,72
8.672,24
8.889,05
9.111,27
9.339,05
9.572,53
9.811,84
10.057,14
El cálculo del VAN en esta situación y con una tasa de descuento del
3% se halla para diferentes años y el valor, en euros, es el siguiente:
Años
10
15
20
VAN
-61.075,98 €
-33.107,65 €
-5.811,60 €
En este escenario, al igual que en el caso de no aplicar la subvención
en los costes de inversión del proyecto, éste no resulta rentable
económicamente. Además de las razones esgrimidas en el punto anterior, y
Antonio Díaz Fernández
Página 255
dentro de los costes finales del presupuesto, se debe añadir que la tecnología
de tubo de vacío encarece muchísimo la instalación. Su precio es más del
doble los captadores de placa plana convencionales de baja temperatura
(véase el documento 4, punto 4.1.2. “Precios unitarios” dentro del apartado
“Presupuestos”) . Partiendo de esta premisa, se realizará el estudio de
viabilidad económica instalando los colectores de placa plana.
1.5.4 Colector de placa plana. Estudio de viabilidad económica
1.5.4.1 Vida útil de la instalación
El estudio económico se desarrollará tomando un horizonte de estudio
de 20 años, como se explicó Como ya se explicó en el apartado 1.3.3.1 ” Vida
útil de la instalación”.
1.5.4.2 Coste de la inversión
La inversión inicial a realizar por el cliente para llevar a cabo el
sistema de climatización propuesto asciende a la cantidad de 65.890,23 €. Esta
cifra engloba los costes de los equipos, el transporte de los mismos, su
montaje y el beneficio industrial. El presente importe no incluye ningún
impuesto de carácter administrativo y legal.
Antonio Díaz Fernández
Página 256
Resumen
Material Solar
Material Hidráulico
Material Eléctrico
Material aislante
Instalación y puesta en marcha
Ingeniería
SUBTOTAL
IVA (16%)
TOTAL
Partida
33.935,00
12.458,18
1.037,97
1748
4.917,92
2704,85325
56.801,92
9.088,31
65.890,23
Para ver el informe completo de los costes iniciales puede examinarse
el documento 4, apartado 4.1 “ Presupuestos”, en el cual está detallado con
detalle los precios unitarios, costes de montaje, etc.
1.5.4.3 Cuantía de la subvención
• Aplicaciones de refrigeración: 300 euros/m2 de superficie útil de
captación.
•
Resto de aplicaciones: 200 euros/m2 de superficie útil de captación.
Por lo tanto los costes iniciales, aplicando el descuento de la subvención, son
los siguientes:
Antonio Díaz Fernández
Página 257
Presupuesto inicial
Superficie colectora (m2)
2
Subvención (€/m )
Total Subvención
Inversión inicial con subvención
65.890,23
130,52
200
26.104,00
39.786,23
1.5.4.4 Factura de gasóleo con captación solar
La contribución solar media mensual representa un ahorro como
consecuencia de la reducción en la quema de combustible fósil, que fluctúa a
lo largo del año dado que la radiación solar es cambiante como consecuencia
al ángulo de incidencia de los rallos, así como a la disminución o incremento
del número medio de horas solares en el transcurso del año. En la tabla que
se presenta a continuación se pueden contemplar la demanda térmica de
gasóleo c de la instalación, así como el coste total que representa. La potencia
requerida cada mes se ha calculado como la diferencia entre la demanda
térmica de A.C.S y la aportada por el sistema solar a partir de los datos
resultados obtenidos en el cálculo de la contribución solar, que están
reflejados en el apartado 1.3.1.3.2 “Cálculo de la contribución solar mínima”.
Antonio Díaz Fernández
Página 258
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Potencia gaosil (KW)
9,15
5,73
3,91
1,55
1,22
0,15
0
0
0,51
3,25
6,68
9,51
Consumo gasoil
675,00
381,99
288,55
110,65
90,22
10,94
0
0
36,48
239,80
476,78
701,88
Coste ud. (€/l)
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
0,712
Total anual(€)
Coste total (€)
480,60
271,98
205,45
78,78
64,24
7,79
0
0
25,97
170,74
339,47
499,74
2.144,76
El total de la factura de gasóleo en este nuevo escenario ascenderá a
un total de 2.144,98 €.
1.5.4.5 Ahorro económico
Los resultados anteriores evidencian una reducción en el consumo de
gasoil por parte de la instalación de calentamiento termosolar. En la tabla
que se presenta más abajo se puede contemplar el ahorro medio mensual en
el consumo de combustible fósil derivado del funcionamiento de la
instalación solar térmica.
Antonio Díaz Fernández
Página 259
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
NOVIEMBRE
Diciembre
Potencia solar(KW)
8,13
11,22
12,40
14,12
14,13
14,88
6,13
6,26
14,84
12,42
9,64
7,76
Ahorro gasoil (l)
599,62
747,95
915,25
1008,63
1042,77
1062,66
452,41
462,24
1059,97
916,80
688,19
572,73
Ahorro ud. (€/l) Ahorro total (€)
0,712
426,93
0,712
532,54
0,712
651,66
0,712
718,15
0,712
742,45
0,712
756,61
0,712
322,12
0,712
329,12
0,712
754,70
0,712
652,76
0,712
489,99
0,712
407,78
Total anual(€)
6784,81
El ahorro medio anual que supone la contribución solar , sin
considerar el IPC y el incremento del coste del combustible en el transcurso
del horizonte de estudio, es de 6784,81 €.En este instante, es preciso un
estudio de las variables financieras para analizar la viabilidad del proyecto.
1.5.4.6 Otros gastos
Además de la inversión inicial, contemplada en el apartado 1.5.4.1 “Coste de
la inversión”, se consideran los siguiente costes en el estudio de la
instalación:
• Costes de operación
• Costes de mantenimiento
Los costes de operación corresponden a los gastos económicos
originados por las facturas, calculados en los apartados 1.5.4.3 “Factura de
Antonio Díaz Fernández
Página 260
gasóleo con captación solar”. Quedan por tanto los costes de mantenimiento. A
partir de la información del IDAE sobre costes anuales de mantenimiento en
instalaciones similares, se estima en 500 € /año.
1.5.4.7 VAN sin subvención
A continuación se presenta el cálculo de los flujos de caja de los 20
años de horizonte de estudio, considerando el ahorro anual, el coste de
mantenimiento de la instalación y el incremento del IPC y del precio del
combustible en 2,5%.
Año
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Flujo de Caja (€)
-65.890,23
6.441,93
6.602,98
6.768,05
6.937,25
7.110,69
7.288,45
7.470,66
7.657,43
7.848,87
8.045,09
8.246,22
8.452,37
8.663,68
8.880,27
9.102,28
9.329,84
9.563,08
9.802,16
10.047,21
10.298,39
El cálculo del VAN en esta situación y con una tasa de descuento del
3% se halla para diferentes años y el valor, en euros, es el siguiente:
Antonio Díaz Fernández
Página 261
Años
10
15
20
VAN
-4.559,14 €
24.080,11 €
52.030,94 €
El cálculo del VAN para una tasa de descuento del 10% es el
siguiente:
Años
10
15
20
VAN
-20.352,85 €
-8.888,79 €
-835,12 €
1.5.4.8 VAN con subvención
Año
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
11,00
12,00
13,00
14,00
15,00
16,00
17,00
18,00
19,00
20,00
Antonio Díaz Fernández
Flujo de Caja (€)
-39.786,23
6.441,93
6.602,98
6.768,05
6.937,25
7.110,69
7.288,45
7.470,66
7.657,43
7.848,87
8.045,09
8.246,22
8.452,37
8.663,68
8.880,27
9.102,28
9.329,84
9.563,08
9.802,16
10.047,21
10.298,39
Página 262
El cálculo del VAN en esta situación y con una tasa de descuento del
3% se halla diferentes años y el valor, en euros, es el siguiente:
Años
10
15
20
VAN (3%)
20.784,55 €
49.423,79 €
77.374,63 €
El cálculo del VAN para una tasa de descuento del 10% es el siguiente:
Años
10
15
20
VAN (10%)
3.378,06 €
14.842,12 €
22.895,79 €
1.5.4.9 TIR sin subvención
Se evaluará la tasa interna de rentabilidad para 10, 15 y 20 años después
de la creación del proyecto. Los resultados son los siguientes:
Años
10
15
20
1.5.4.10
TIR
2%
7%
10%
TIR con subvención
Se evaluará la tasa interna de rentabilidad para 10, 15 y 20 años después
de la creación del proyecto con subvención. Los resultados son los siguientes:
Antonio Díaz Fernández
Página 263
Años
10
15
20
1.5.4.11
TIR
12%
16%
18%
Pay-back
Para el cálculo del Pay-back o período de retorno de la inversión se
calcularán los flujos de caja acumulados a lo largo del período de estudio. El
valor de éste se encontrará en el año en el que el flujo de caja acumulado
supere a la inversión.
Año
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Antonio Díaz Fernández
Flujo de Caja (€)
-65.890,23
6.441,93
6.602,98
6.768,05
6.937,25
7.110,69
7.288,45
7.470,66
7.657,43
7.848,87
8.045,09
8.246,22
8.452,37
8.663,68
8.880,27
9.102,28
9329,84
9563,08
9802,16
10047,21
10298,39
Flujo de caja acumulado (€)
-65.890,23
-59.448,30
-52.845,32
-46.077,27
-39.140,01
-32.029,33
-24.740,88
-17.270,21
-9.612,78
-1.763,91
6.281,17
14.527,39
22.979,76
31.643,44
40.523,71
49.625,99
58.955,83
68.518,91
78.321,07
88.368,28
98.666,67
Página 264
120.000,00
100.000,00
80.000,00
60.000,00
Flujo de Caja (€)
40.000,00
20.000,00
Flujo de caja acumulado
(€)
0,00
-20.000,00
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20
-40.000,00
-60.000,00
-80.000,00
Tanto de manera analítica como gráfica se pude contemplar como el
proyecto comienza a ser rentable a partir del décimo año. Por lo tanto, el
Pay-back es 10.
Antonio Díaz Fernández
Página 265
1.5.4.12
Pay-back con subvención
Año
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Flujo de Caja (€) Flujo de caja acumulado (€)
-39.786,23
-39.786,23
6.441,93
-33.344,30
6.602,98
-26.741,32
6.768,05
-19.973,27
6.937,25
-13.036,01
7.110,69
-5.925,33
7.288,45
1.363,12
7.470,66
8.833,79
7.657,43
16.491,22
7.848,87
24.340,09
8.045,09
32.385,17
8.246,22
40.631,39
8.452,37
49.083,76
8.663,68
57.747,44
8.880,27
66.627,71
9.102,28
75.729,99
9.329,84
85.059,83
9.563,08
94.622,91
9.802,16
104.425,07
10.047,21
114.472,28
10.298,39
124.770,67
140.000,00
120.000,00
100.000,00
80.000,00
Flujo de Caja (€)
60.000,00
40.000,00
Flujo de caja acumulado
(€)
20.000,00
0,00
-20.000,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-40.000,00
-60.000,00
Antonio Díaz Fernández
Página 266
En el escenario del proyecto con subvención, el Pay-back es 6.
1.5.4.13
Ratio VAN/Inversión
El ratio VAN/Inversión es un indicador de la rentabilidad
económica de un proyecto, dado que, como se puede observar de manera
analítica, informa del nivel de rentabilidad de cada unidad monetaria
invertida en el mismo.
RVAN/Inversión = VAN/I
siendo:
I = Inversión inicial del proyecto
Sin subvención
Tasa descuento (%)
3
10
RVAN/Inversión 3
VAN10
-4.559,14 €
-20.352,85 €
Negativo
VAN15
24.080,11 €
-8.888,79 €
37%
VAN20
52.030,94 €
-835,12 €
79%
RVAN/Inversión 10
Negativo
Negativo
Negativo
Se obtiene una rentabilidad máxima, para una tasa de descuento
del 3% y en el año horizonte de estudio (año 20), del 79% es decir, 0,798 €
por cada euro invertido. Para una tasa de descuento del 10%, este ratio
Antonio Díaz Fernández
Página 267
resulta ser negativo, lo que se traduce en que cada euro invertido del
proyecto no reporta rentabilidad.
Con subvención
Tasa descuento (%)
3
10
RVAN/Inversión 3
VAN10
20.784,55 €
3.378,06 €
52%
VAN15
49.423,79 €
14.842,12 €
124%
VAN20
77.374,63 €
22.895,79 €
194%
RVAN/Inversión 10
8,49%
37,30%
57,55%
Se obtiene una rentabilidad máxima, para una tasa de descuento
del 3% y en el año horizonte de estudio (año 20), del 194%, es decir, 1,94 €
por cada euro invertido.
1.5.5 Comparativa de la viabilidad del proyecto con y sin subvención.
En este punto se realizará un análisis comparativo de la viabilidad
económica del proyecto en los dos escenarios resultantes de la aplicación o
no de la subvención oficial por parte de la Comunidad de Madrid. Este
análisis se desarrollará de manera analítica en base a los resultados obtenidos
en el estudio económico previo, siendo ilustradas las conclusiones de manera
gráfica mediante la herramienta Microsoft Excel.
Partiendo de la premisa de que la instalación solar contará con la
subvención oficial citada en el punto 1.5.4.2 “Cuantía de la inversión”, con este
estudio comparativo se pretende atestiguar y contemplar de manera tangible
Antonio Díaz Fernández
Página 268
las ventajas que reporta una ayuda de este tipo a la rentabilidad del proyecto.
Asimismo, se analizarán los resultados en el estudio de viabilidad que se
obtendrían en caso de no aplicar esta subvención.
1.5.5.1 VAN
80.000 €
70.000 €
60.000 €
50.000 €
CON SUBVENCIÓN
40.000 €
30.000 €
SIN SUBVENCIÓN
20.000 €
10.000 €
0€
-10.000 €
VAN (3%)
VAN (10%)
El proyecto sin subvención no resulta viable para una tasa de
descuento del 10%. Asimismo, se observa como la rentabilidad de la
instalación es notablemente mayor aplicando la subvención a la inversión,
dado que ésta se reduce en un 36,42% en este caso, resultando un VAN, para
una tasa de descuento del 3%, un 30% mayor.
Antonio Díaz Fernández
Página 269
1.5.5.2 TIR
18%
16%
14%
12%
10%
TIR con subvención
TIR sin subvención
8%
6%
4%
2%
0%
La TIR es positiva en ambos escenarios. Sin embargo, esta variable
es un 70% mayor cuando el proyecto cuenta con la subvención oficial inicial.
1.5.5.3 Pay-back
140.000,00
120.000,00
100.000,00
80.000,00
Flujo de caja con
subvención
60.000,00
40.000,00
Flujo de caja acumulado
con subvención
20.000,00
0,00
-20.000,00
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20
-40.000,00
-60.000,00
Antonio Díaz Fernández
Página 270
120.000,00
100.000,00
80.000,00
60.000,00
Flujo de caja sin
subvención
40.000,00
20.000,00
Flujo de caja acumulado
sin subvención
0,00
-20.000,00
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20
-40.000,00
-60.000,00
-80.000,00
A la vista de los dos gráficos, correspondientes al escenario con y
sin subvención, se concluye que el período de recuperación de la inversión
inicial es 3 años menor cuando el proyecto está subvencionado.
1.5.6 Estudio de viabilidad económica de la instalación geotérmica
1.5.6.1 Vida útil de la instalación
Se desarrollará el estudio tomando un horizonte de estudio de 20
años, correspondiente a la vida útil de una bomba de calor geot´rmica
Antonio Díaz Fernández
Página 271
1.5.6.2 Coste de la inversión
La inversión inicial a realizar por el cliente para llevar a cabo el
sistema de climatización propuesto asciende a la cantidad de 495.329,16 €.
Esta cifra engloba los costes de los equipos, el transporte de los mismos, su
montaje y el beneficio industrial. El presente importe no incluye ningún
impuesto de carácter administrativo y legal.
En la tabla siguiente se presenta el resumen de la inversión:
Resumen
Material geotérmico
Material diverso
Aire acondicionado
Albañilería
Instalación y puesta en marcha
Ingeniería
Partida
89.145,56
603,00
80.274,45
7263,5
43.479,48
54038,2995
SUBTOTAL
IVA (16%)
TOTAL
307.724,86
49.235,98
356.960,84
Para ver el desglose detallado consular el documento 4, apartado 4.1
“Presupuestos”.
1.5.6.3 Cuantía de la subvención
Como se indica en el apartado 1.5.3 “Subvenciones”, al comienzo de
este
capítulo
“Estudio
de
viabilidad
económica”,
se
considerarán
subvencionables aquellas instalaciones que aprovechen los recursos
Antonio Díaz Fernández
Página 272
geotérmicos del subsuelo. Según el B.O.M., la cuantía de la subvención se
corresponderá al 30% de los costes incurridos en la inversión.
Una vez aplicada la subvención, los costes de inversión quedarán
como sigue:
Presupuesto inicial
% Subvención
Subvención (€/m2)
Inversión inicial con subvención
356.960,84
30%
107.088,25
249.872,59
1.5.6.4 Factura de gasoil sin energía renovable
En este apartado se determina la factura anual de gasóleo c que
supone la instalación actual.
Para determinar el consumo en litros y la
cuantía en euros que representa este consumo se utilizan:
• Demanda media mensual de A.C.S (KW)
• Demanda térmica media de calefacción en invierno
• PCI: 10.200 Kcal/kg
• Densidad: 0,850 l/kg
Antonio Díaz Fernández
Página 273
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Pot. calefacción (KW)
99,79
99,79
99,79
99,79
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
99,79
99,79
Pot. A.C.S. (KW)
17,23
16,91
16,27
15,63
15,31
14,99
6,11
6,25
15,31
15,63
16,27
17,23
Pot. Total (KW) Consumo gasoil Coste ud. (€/l) Coste total (€)
117,02
8.635,97
0,71
6.148,81
116,70
7.778,90
0,71
5.538,58
116,06
8.565,12
0,71
6.098,37
115,42
8.243,12
0,71
5.869,10
15,31
1.129,87
0,71
804,47
14,99
1.070,57
0,71
762,24
6,11
450,91
0,71
321,05
6,25
461,25
0,71
328,41
15,31
1.093,42
0,71
778,52
15,63
1.153,48
0,71
821,28
116,06
8.288,83
0,71
5.901,65
117,02
8.635,97
0,71
6.148,81
Total anual(€) 39.521,27
1.5.6.5 Factura eléctrica sin energía renovable
En este apartado se determinará la factura total que origina la actual
instalación, la cual sólo tiene capacidad para la producción de A.C.S. durante
todo el año y para cubrir la demanda térmica de invierno. Actualmente, el
Colegio Mayor Jorge Juan no cuenta ya con una instalación de aire
acondicionado. Para hacer verosímil la comparación de la instalación actual
con el sistema de climatización propuesto en el presente proyecto, se
calcularán los costes que supondría al centro climatizar en verano la
edificación con sistemas eléctricos de aire acondicionado.
Para ello se supondrá que el edificio cuenta con una instalación de
refrigeración a cargo de con 4 bombas de calor, marca MITSUBISHI
ELECTRIC serie Mr. Slim, modo PEHDZ-RP6VGA, potencia de 103.200
kcal/h (120 kw) en bomba de calor. La potencia frigorífica de las 3 bombas
Antonio Díaz Fernández
Página 274
asciende a 360 kW. Considerando un REE de la instalación de 2,5 kW/Kw,
los kW consumidos por la misma son 144 kW, lo que se traduce en 370.944
kWh/año. De esta forma, la factura eléctrica estará formado por el consumo
de energía eléctrica de una ficticia instalación de refrigeración.
Término de energía: 370.944 kWh/año* 0,11473 €/kWh = 47.662,44 €/año
Término de potencia = 360 kW x 1,689849 €/Kw/mes x 6 meses/año = 365,01
€/año.
Por tanto:
Factura eléctrica sin energía renovable (€/año)
48.027,45
1.5.6.6 Factura sin energía renovable
Partiendo de las facturas de consumo de gasóleo para la cobertura
de la calefacción y del calentamiento del A.C.S. (1.5.6.1 “Factura de gasoil sin
energía renovable”), y del gasto en electricidad que supone la instalación de
aire acondicionado durante los meses de verano (1.5.6.2. “Factura elétrica sin
energía renovable), se obtiene el total de la factura sin existir la instalación
geotérmica.
Concepto
Factura de gasoil (€/año)
Factura eléctrica (€/año)
Antonio Díaz Fernández
Cantidad
39.521,27
48.027,45
Página 275
Total factura sin energía renovable
87.548,72 €
1.5.6.7 Factura de gasoil con energía renovable
En la instalación de climatización por energía geotérmica de baja
entalpía propuesta, los costes en concepto de gasoil son nulos, puesto que
tanto la calefacción como el A.C.S. son generadas íntegramente por las
bombas de calor geotérmicas con las que cuenta la instalación. Dicho esto:
Factura de gasoil con energía renovable
0 €/año
1.5.6.8 Factura eléctrica con energía renovable
La factura eléctrica en el sistema de climatización propuesto
corresponderá al consumo de los equipos instalados, es decir, tanto a las
bombas de calor geotérmicas como a los fancoils que climatizan las
diferentes dependencias.
Se considera que para cada mes, la demanda térmica es la máxima
posible calculada en el apartado 1.2.3. “Demanda térmica de la instalación” del
presente proyecto. De esta forma se cubre el caso más desfavorable desde el
punto de consumo. Considerando un funcionamiento de la instalación de 14
horas diarias y un COP de 4,20 kW/kW, se obtiene el siguiente cuadro de
consumo eléctrico:
Antonio Díaz Fernández
Página 276
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Demanda térmica (kWh)
50.786,68
45.746,40
50.370,04
48.476,40
150.120,60
145.143,60
146.127,80
146.188,56
145.278,00
150.259,48
48.745,20
50.786,68
Consumo BCG (kWh)
12.092,07
10.892,00
11.992,87
11.542,00
35.743,00
34.558,00
34.792,33
34.806,80
34.590,00
35.776,07
11.606,00
12.092,07
280.483,19
Consumo fan coils (kWh)
4.450,32
4.450,32
4.450,32
4.450,32
4.450,32
4.450,32
4.450,32
4.450,32
4.450,32
4.450,32
4.450,32
4.450,32
53.403,84
Mencionar que la demanda térmica también incluye la demanda
de A.C.S de la instalación para cada mes.
Como resultado, la factura eléctrica quedará:
Término de energía:(280.483,19+53.403,84) kWh
x 0,095576 €/kWh =
31.911,59 €
Término de potencia: 233,74 kW x 0,16571717 €/Kw/mes x 12 meses/año =
464,808816 €/año.
Factura eléctrica con energía renovable (€/año)
Antonio Díaz Fernández
32.376,40
Página 277
1.5.6.9 Factura con energía renovable
Dado que solamente se consume energía eléctrica por parte de las
BCG, la factura con energía renovables de corresponderá con la factura
eléctrica.
Factura con energía renovable (€/año)
1.5.6.10
32.376,40
Ahorro económico
Partiendo de las facturas de las instalaciones actual y la
geotérmica, calculadas en los apartados 1.5.6.3 “Factura sin energía renovable”
y 1.5.6.6 “Factura con energía renovable”, se calcula seguidamente el ahorro que
representa la segunda:
Concepto
Factura sin energía renovable
Factura con energía renovable
Ahorro con energía geotérmica(€/año)
Cantidad
87.548,72 €/año
32.376,40 €/año
55.172,42 €/año
Se puede contemplar que la instalación geotérmica representa un
ahorro anual significativo. No obstante, es necesario desarrollar un análisis
de viabilidad económica para concluir que el proyecto es viable
económicamente.
Antonio Díaz Fernández
Página 278
1.5.6.11
Otros gastos
Para realizar el estudio económico es necesario determinar:
• Inversión inicial
• Costes de operación
• Costes de mantenimiento
La inversión inicial ya fue determinada en el apartado . “Coste de la
inversión”, los costes de operación corresponden a los gastos económicos
originados por las facturas, calculados en los apartados 1.5.6.3 “Factura sin
energía renovable” y 1.5.6.6 “Factura con energía renovable”. Quedan por tanto
los costes de mantenimiento. Esto ascienden a la cantidad de 650 €/año de
coste de mantenimiento de la instalación geotérmica.
1.5.6.12
VAN sin subvención
A continuación se presenta el cálculo de los flujos de caja de los 20
años de horizonte de estudio, considerando el ahorro anual, el coste de
mantenimiento de la instalación y el incremento del IPC y del precio del
combustible en un 2,5%.
Antonio Díaz Fernández
Página 279
Año
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Flujo de Caja (€)
-356.960,84
55.449,51
56.835,74
58.256,64
59.713,05
61.205,88
62.736,03
64.304,43
65.912,04
67.559,84
69.248,84
70.980,06
72.754,56
74.573,42
76.437,76
78.348,70
80.307,42
82.315,10
84.372,98
86.482,31
88.644,36
En base a estos flujos de caja se determinará el VAN para el horizonte de
estudio. Por tanto, el cálculo del VAN para diferentes años hasta llegar al horizonte de
estudio de 20 (calculado mediante software Microsoft Excel), para una tasa de
descuento, del 3% resulta ser de:
Años
10
15
20
VAN (3%)
164.829,98 €
411.344,90 €
651.934,26 €
El cálculo del VAN para una tasa de descuento del 10% es el siguiente:
Antonio Díaz Fernández
Página 280
Años
10
15
20
1.5.6.13
VAN (10%)
15.897,69 €
114.575,59 €
183.898,35 €
VAN con subvención
Año
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Flujo de Caja (€)
-249.872,59
55.449,51
56.835,74
58.256,64
59.713,05
61.205,88
62.736,03
64.304,43
65.912,04
67.559,84
69.248,84
70.980,06
72.754,56
74.573,42
76.437,76
78.348,70
80.307,42
82.315,10
84.372,98
86.482,31
88.644,36
El cálculo del VAN en esta situación y con una tasa de descuento del
3% se halla diferentes años y el valor, en euros, es el siguiente:
Antonio Díaz Fernández
Página 281
Años
10
15
20
VAN (3%)
268.799,15 €
515.314,08 €
755.903,44 €
El VAN para una tasa de descuento del 10 % será:
Años
10
15
20
1.5.6.14
VAN (10%)
113.250,65 €
211.928,55 €
281.251,30 €
TIR sin subvención
Se evaluará la tasa interna de rentabilidad para 10, 15 y 20 años después
de la creación del proyecto. Los resultados son los siguientes:
Años
10
15
20
1.5.6.15
TIR
11%
15%
17%
TIR con subvención
Se evaluará la tasa interna de rentabilidad para 10, 15 y 20 años después
de la creación del proyecto con subvención. Los resultados son los siguientes:
Antonio Díaz Fernández
Página 282
Años
10
15
20
1.5.6.16
TIR
20%
23%
24%
Pay-back sin subvención
Para el cálculo del Pay-back o período de retorno de la inversión se
calcularán los flujos de caja acumulados a lo largo del período de estudio. El
valor de éste se encontrará en el año en el que el flujo de caja acumulado
supere a la inversión.
Año
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Antonio Díaz Fernández
Flujo de Caja (€) Flujo de caja acumulado (€)
-356.960,84
-356.960,84
55.449,51
-301.511,33
56.835,74
-244.675,59
58.256,64
-186.418,95
59.713,05
-126.705,90
61.205,88
-65.500,02
62.736,03
-2.763,99
64.304,43
61.540,44
65.912,04
127.452,48
67.559,84
195.012,32
69.248,84
264.261,16
70.980,06
335.241,21
72.754,56
407.995,77
74.573,42
482.569,19
76.437,76
559.006,95
78.348,70
637.355,65
80.307,42
717.663,07
82.315,10
799.978,18
84.372,98
884.351,16
86.482,31
970.833,47
88.644,36
1.059.477,83
Página 283
1.200.000,00
1.000.000,00
800.000,00
600.000,00
Flujo de Caja (€)
400.000,00
Flujo de caja acumulado (€)
200.000,00
0,00
-200.000,00
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20
-400.000,00
-600.000,00
Tanto analítica como gráficamente, se contempla como el Pay-back del
proyecto sin subvención es de 7 años.
Antonio Díaz Fernández
Página 284
1.5.6.17
Pay-back con subvención
Año
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Flujo de Caja (€) Flujo de caja acumulado (€)
-249.872,59
-249.872,59
55.449,51
-194.423,08
56.835,74
-137.587,34
58.256,64
-79.330,70
59.713,05
-19.617,64
61.205,88
41.588,24
62.736,03
104.324,26
64.304,43
168.628,69
65.912,04
234.540,73
67.559,84
302.100,57
69.248,84
371.349,41
70.980,06
442.329,46
72.754,56
515.084,02
74.573,42
589.657,45
76.437,76
666.095,20
78.348,70
744.443,90
80.307,42
824.751,32
82.315,10
907.066,43
84.372,98
991.439,41
86.482,31
1.077.921,72
88.644,36
1.166.566,08
En esta situación, el proyecto comenzará a ser rentable a partir del 5º
año. Seguidamente se presenta una presentación gráfica de los flujos de caja
acumulados a lo largo de los 20 años del período de estudio del proyecto. En
él se puede contemplar el momento en que los flujos de caja acumulados
superan el eje de abscisas (Pay-back del proyecto).
Antonio Díaz Fernández
Página 285
1.400.000,00
1.200.000,00
1.000.000,00
800.000,00
Flujo de Caja (€)
600.000,00
Flujo de caja acumulado (€)
400.000,00
200.000,00
0,00
-200.000,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-400.000,00
Figura 57. Pay-back del proyecto sin subvención
1.5.6.18
Ratio VAN/Inversión sin subvención
Tasa descuento (%)
3
10
RVAN/Inversión 3
VAN10
164.829,98 €
15.897,69 €
46%
VAN15
411.344,90 €
114.575,59 €
115%
VAN20
651.934,26 €
183.898,35 €
183%
RVAN/Inversión 10
4,45%
32,10%
51,52%
Se obtiene una rentabilidad máxima, para una tasa de descuento
del 3% y en el año horizonte de estudio (año 20), del 183%, es decir, 1,83 €
por cada euro invertido.
Antonio Díaz Fernández
Página 286
1.5.6.19
Ratio VAN/Inversión con subvención
Tasa descuento (%)
3
10
RVAN/Inversión 3
VAN10
268.799,15 €
113.250,65 €
108%
VAN15
515.314,08 €
211.928,55 €
206%
VAN20
755.903,44 €
281.251,30 €
302,52%
RVAN/Inversión 10
45,32%
84,81%
112,56%
El ratio máximo obtenido con una tasa de descuento del 3% es del
302,52 %, lo que se traduce en una rentabilidad de 3,03 € por cada euro
invertido. Anótese comparando los dos escenarios previos (1.5.6.15 “Ratio
VAN/Inversión
sin
subvención”
y
1.5.6.16
“Ratio
VAN/Inversión
con
subvención”), como la rentabilidad del proyecto con subvención resulta ser
casi del doble que en el caso de no beneficiarse el proyecto de la misma.
1.5.7 Comparativa de la rentabilidad del proyecto geotérmico con y sin
subvención
En este apartado se pretenden ilustrar gráficamente los beneficios
que reporta una subvención como la que asume la Comunidad de Madrid en
el proyecto de climatización y calentamiento por energía geotérmica de baja
entalpía, al cumplir lo estipulado en el B.O.C.M. 154/2008, más allá de la
obviedad de que cualquier ayuda, por más o menos significativa que sea, se
traducirá en una mayor rentabilidad del proyecto de estudio, así como de
que en el caso de la presente instalación, ambos escenarios resultan viables a
efectos económicos.
Antonio Díaz Fernández
Página 287
1.5.7.1 VAN
Es notable como la rentabilidad del proyecto es considerablemente
mayor para una tasa de descuento del 3%, frente a una tasa del 10%. En el
siguiente gráfico, se representa para esta primera el VAN con y sin
subvención. Véase como la subvención representa un incremento del 53 % en
el valor neto con respecto a la no subvención.
Antonio Díaz Fernández
Página 288
1.5.7.2 TIR
Como se ha explicado en este capítulo, la rentabilidad de un
proyecto en un escenario es tanto mayor como lo sea su TIR. En
consecuencia, y dada una TIR cercana al 25% que supone la aplicación de la
Antonio Díaz Fernández
Página 289
subvención, se puede aseverar como el proyecto subvencionado es cerca de
un 10 % más rentable.
1.5.8 Pay-back
1.400.000,00
1.200.000,00
1.000.000,00
800.000,00
600.000,00
Flujo caja acumulado con
subvención
400.000,00
Flujo caja acumulado sin
subvención
200.000,00
0,00
-200.000,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-400.000,00
-600.000,00
Véase como la subvención adelanta la recuperación de la inversión
en dos años.
Antonio Díaz Fernández
Página 290
1.6 Comparativa
Con el objetivo de realizar una comparativa definitiva y esclarecedora
entre los dos sistemas estudiados en el presente proyecto, se representan
gráficamente las principales variables financieras de análisis de viabilidad:
VAN, TIR, Payback. En ambos casos, se contempla la subvención. Dentro del
sistema solar térmico se utilizarán los resultados del estudio de viabilidad
correspondientes a la instalación de colectores de placa plana, tras
descartarse los de tubo de vacío, como se determina en el 1.5.3.9 “Van con
subvención” dentro del apartado 1.5.3 “Sistema solar con tubos de vacío. Estudio
de viabilidad”.
1.6.1.1 VAN
En la que se contemplan bajo estas líneas se presentan el VAN de la
instalación solar y el del sistema geotérmico. Los datos han sido recogidos de
los puntos 1.5.4.8 y 1.5.6.13 “VAN con subvención” respectivamente.
Solar térmica
Geotérmica
VAN (3%)
77.374,63
755.903,44
VAN(10%)
22.895,79
281.251,30
Gráficamente:
Antonio Díaz Fernández
Página 291
En contraposición a una inversión sustancialmente mayor de la
geotermia frente al sistema solar térmico (ver “Coste la inversión” en cada
uno de los estudios de viabilidad), el Valor Actual Neto de la primera en
relación con la segunda es abrumadoramente superior. Éste hecho es
consecuencia de la triple cobertura
que supone el sistema geotérmico
(calentamiento, calefacción y climatización), que se traduce en un ahorro
medio anual de gasóil considerablemente mayor.
1.6.1.2 TIR
A continuación se muestran los datos concernientes al TIR obtenido en
cada uno de los escenarios, mostrado en los puntos 1.5.4.10 y 1.5.6.15 “TIR
con subvención”
Solar térmica
Geotérmica
Antonio Díaz Fernández
TIR
18%
24%
Página 292
Gráficamente:
El TIR permite la comparación de casi cada tipo de opción de
inversión, que significa que todas las opciones de la inversión pueden ser
ordenadas por su tasa interna de retorno, empezando con el proyecto que dé
el valor más alto. Por lo tanto, la primera opción de inversión ha de ser la
geotérmica.
1.6.1.3 Payback
Solar térmica
Geotérmica
Antonio Díaz Fernández
Payback
6 años
5 años
Página 293
El Payback del sistema geotérmico es más corto. En conclusión, se
puede afirmar que la liquidez del proyecto geotérmico es mayor.
Antonio Díaz Fernández
Página 294
1.7 Comparativa de costes anuales de operación entre el sistema actual de
combustibles fósiles, los propuestos por el presente proyecto y otros
sistemas
En este apartado se compararán los costes de operación entre el
sistema actual instalado, el sistema de calentamiento mixto del A.C.S.
con energía solar y combustible fósil y calefacción con este último, y la
instalación de calentamiento, calefacción y refrigeración geotérmico con
otros sistemas de calefacción. Éstos serán: caldera de biomasa, caldera de
propano, caldera de gasóleo C y radiadores eléctricos.
Se
fija
una
necesidad
energética
de
1.178.029
kWh/año,
correspondiente al consumo máximo posible por la edificación objeto del
presente proyecto en un año, considerando la necesidad calorífica de
calentamiento del A.C.S y la demanda térmica de calefacción y
refrigeración.
Los datos de referencia para realizar los cálculos se muestran a
continuación y en la siguiente página. Se utilizan aquellos que sean
necesarios y se actualizan y modifican tarifas y otros conceptos cuando
proceda.
Antonio Díaz Fernández
Página 295
A partir de los datos que se muestran sobre estas líneas se obtienen los
costes de operación anuales que se presentan debajo:
Tipo de instalación
Geotermia
Solar + Gasóleo
Caldera GN
Biomasa
Caldera de propano
Caldera de gasóleo C
Radiadores eléctricos
Coste de operación anual (€)
32.376,40
48.601,61
89.550,00
61.323,24
67.850,26
76.527,51
139.332,29
Cabe mencionar que estos costes abarcan tanto los de consumo de
combustible en el caso del gasóleo, propano, biomasa o gas natural, como el
coste eléctrico de los radiadores eléctricos o de la bomba de calor y los
fancoils en su caso. Salvo la instalación geotérmica, ninguna de las
Antonio Díaz Fernández
Página 296
modalidades de energía estudiadas dan cobertura en el caso de la instalación
objeto de estudio a la climatización en verano. Entonces, se ha considerado la
factura eléctrica calculada en el apartado 1.5.6.2 “Factura eléctrica sin energía
renovable” dentro del estudio de viabilidad económica de la geotermia, al
suponer una instalación hipotética de aire acondicionado con las
características que se detallan en ese punto.
Asimismo, los costes de mantenimiento de estas instalaciones han sido
tenidos en cuenta según las recomendaciones del IDAE y los datos de
referencia utilizados para el cálculo de dichos costes.
Debajo de estas líneas se comparan gráficamente los costes de
operación correspondientes a las distintas fuentes de energía comparadas.
140.000,00
120.000,00
Geotermia
100.000,00
Solar + Gasóleo C
Biomasa
80.000,00
Propano
60.000,00
Gasóleo C
40.000,00
Gas natural
20.000,00
Radiadores eléctrios
0,00
1
Figura 58. Comparativa entre costes anuales de operación
Antonio Díaz Fernández
Página 297
Se puede concluir que el tipo de instalación que incurre en menos
costes de operación anualmente es la geotérmica, siendo el ahorro
significativo.
1.7.1 Comparativa de costes de operación entre la instalación solar
térmica y la geotérmica
En términos de costes de operación anuales, el sistema geotérmico
en el edificio objeto de estudio está seguido en orden creciente por la
instalación de calentamiento solar de A.C.S., auxiliada por la caldera de
gasóleo (33.026,40 < 48.601,61). A pesar de que la geotermia da cobertura
a la totalidad de la demanda térmica del bloque de habitaciones del
Colegio Mayor Jorge Juan, como se explica en el apartado 1.5.6.5 “Factura
eléctrica con energía renovable”, en la instalación geotérmica tanto la Bomba
de Calor Geotérmica como los fancoils requieren un consumo de corriente
eléctrica para funcionar, cuyo precio supone un encarecimiento en el
funcionamiento del sistema. No obstante, la opción geotérmica continúa
siendo menos cara que la solar a efectos de costes de operación.
Antonio Díaz Fernández
Página 298
1.8 Impacto ambiental
1.8.1 Emisiones de CO2 a la atmósfera
Se deben resaltar las ventajas medioambientales, puesto que la
generación de energía con sistemas convencionales posee unos costes
ambientales muy importantes (emisiones de CO2, cambio climático, vertidos,
residuos nucleares, lluvia ácida, etc.) en comparación con los sistemas
solares. Como térmico medio, un metro cuadrado de captador solar térmico
es capaz de evitar cada año la emisión de una tonelada de CO2. Las
instalaciones que emplean bombas de calor geotérmicas para calefacción,
refrigeración y producción de agua caliente sanitaria sólo consumen energía
eléctrica para el funcionamiento de los compresores eléctricos, de las bombas
de circulación y de los ventiladores del interior del edificio. Las emisiones
equivalentes de gases son únicamente las correspondientes a la producción
en origen de esa energía, muy inferiores a las de los sistemas tradicionales,
pues el consumo de electricidad se reduce notablemente.
Las bombas de calor geotérmicas utilizan sistemas de refrigeración
sellados en fábrica, con menos cantidad de refrigerante que los sistemas de
aire acondicionados, que rara vez o nunca son recargados, por lo que no
contribuyen a la destrucción de la capa de ozono. En el resto de aplicaciones
directas del calor y en la producción de energía eléctrica, las emisiones
pueden llegar a ser casi nulas, reinyectando las aguas geotermales a sus
acuíferos.
Antonio Díaz Fernández
Página 299
A continuación, se estimarán las emisiones de CO2 por parte de la
instalación con los sistemas de captación solar y geotérmica propuestos en el
presente proyecto, frente a la instalación de gasóleo actual. Para el estudio se
parten de los siguientes datos de cálculo.
450000
400000
350000
300000
Geotermia
250000
150000
Caldera de gasóleo C +
Solar térmica
100000
Caldera de gasóleo C
200000
50000
0
1
El salto de emisiones de CO2 entre el sistema de captación
geotérmico y el sistema mixto caldera de gasoil-captación solar y la
instalación actual es considerable. Cabe recordar que éste primero da
cobertura al conjunto de necesidades de climatización y calentamiento,
mientras que el segundo, que utiliza calentamiento solar, sólo supone la
contribución al 85% del A.C.S, cuya demanda es pequeña en comparación
con las necesidades de calefacción y refrigeración del bloque de habitaciones
Antonio Díaz Fernández
Página 300
del edificio, que son cubiertas, junto con la porción restante del A.C.S. por la
caldera de gasóleo.
Antonio Díaz Fernández
Página 301
1.9 Conclusiones
• Considerando que el Colegio Mayor Jorge Juan fue construido a
finales de la década de los años 50 del siglo XX, se justifican los
resultados obtenidos en el cálculo de los parámetros característicos
(transmitancias) de los diferentes cerramientos que conforman la
envolvente térmica del bloque de habitaciones (muros interiores,
fachadas, forjados de entreplantas y cubierta), los cuales exceden los
límites establecidos por la norma actual, el CTE, para edificios
construidos en la zona climática correspondiente a su emplazamiento.
Partiendo de esta realidad, se aconseja al cliente acometer una
remodelación profunda a través de la adición o incorporación al
edificio de nuevas soluciones constructivas, que refuercen la
resistencia de los cerramientos a la transferencia de calor o frío, de
manera que la edificación se adapte a la normativa vigente y se
permita una mejor y más homogénea distribución de la energía de
climatización.
• Tanto a nivel técnico, como a nivel económico, un sistema basado en
una bomba de calor geotérmica puede sustituir perfectamente a una
instalación solar térmica, proporcionando además, muchas más
prestaciones al usuario final y con un mayor aprovechamiento anual
de energía renovable. En el presente proyecto, esta aseveración se
confirma con el hecho de que el sistema geotérmico, más allá del
calentamiento del A.C.S., sume la doble cobertura de calefacción en
Antonio Díaz Fernández
Página 302
invierno y refrigeración en verano, prescindiendo completamente del
sistema actual de gasoil.
•
Una instalación solar térmica requiere que el Sol esté presente para
poder
producir
energía.
Una
instalación
geotérmica
de
las
características de la estudiada puede producir calor en verano o frío
en invierno en cualquier instante independientemente de las
temperaturas estacionales o la climatología de la zona, gracias al
hecho de que por debajo de los 15 metros de profundidad
aproximadamente
la
temperatura
del
terreno
se
mantiene
prácticamente constante. El agua freática como recurso geotérmico
utilizado, supone un aumento de la conductividad térmica por sus
propiedades termodinámicas y es sencilla de explotar.
• Una instalación solar térmica presenta problemas de regularidad en la
producción ya que no dispone de la misma cantidad de irradiación en
los meses de verano que en invierno. Un sistema geotérmico viene a
producir prácticamente lo mismo a lo largo de todo el año.
• Para poder estar operativa, una instalación solar térmica necesita
utilizar parte de la superficie de la cubierta y una serie de tuberías de
conexión dentro del edificio. La instalación geotérmica no presenta
problemas de estética ni integración arquitectónica.
Antonio Díaz Fernández
Página 303
• La tecnología de tubo de vacío encarece muchísimo la instalación. Su
precio es más del triple de lo que cuestan los captadores de placa
plana convencionales de baja temperatura. Esta tecnología se usará en
casos muy concretos donde el consumo energético para climatización
esté muy optimizado, como en las instalaciones de suelo radiante.
• Existe una ausencia de reglamentación específica relativa a la
perforación de sondeos para instalar sondas geotérmicas. Por otro
lado, los organismos competentes de la Administración Central han
apoyado la implantación de paneles solares para la producción de
ACS en los hogares, llegando a hacerlo obligatorio en los edificios de
nueva construcción, olvidándose de la energía geotérmica.
• La nueva instalación propuesta de refrigeración geotérmica durante
los meses de verano subsana la carencia actual de refrigeración en
verano que presenta la edificación, con el consiguiente aumento del
confort en las habitaciones y en la calidad de vida de los colegiales.
•
En la Comunidad de Madrid, una instalación de captación geotérmica
de las características de la estudiada en el presente proyecto puede
beneficiarse de una subvención equivalente al 30 % de su presupuesto
de ejecución material, lo cual, de aplicarse, representará un
Antonio Díaz Fernández
Página 304
incremento en la rentabilidad del proyecto con respecto a la
instalación solar, como se ha concluido tras el análisis comparativo de
las principales variables financieras en el estudio de viabilidad
económica, con un VAN un 53 % mayor y una TIR de un 24%, un 6%
mayor. Una instalación de captación solar de las características de la
estudiada en el presente proyecto puede beneficiarse de una
subvención por m2 de superficie colectora de 200 €.
•
Se concluye de la elaboración del presupuesto, que la ejecución
material de un proyecto de la envergadura de la instalación
geotérmica, que proporciona una triple cobertura (calentamiento del
A.C.S, calefacción y refrigeración) es muy elevada, (356.960,84 euros,
sin subvención). No obstante, el ahorro en el consumo de combustible
y la factura eléctrica representa un gasto anual el primer año un 57,76
% inferior que el sistema actual. El riesgo del mismo es mínimo, por
lo que la tasa de retorno a exigirle no será elevada (se utilizará como
referencia el tipo de renta fija), y el Pay-back será de 5 años que,
dentro de un horizonte de estudio de 20 años, resulta ser
notablemente positivo.
• En contraposición con la mayor carga de inversión citada en el punto
anterior, el sistema de calentamiento y climatización geotérmico es
líder en viabilidad y prestaciones sobre instalación solar térmica
propuesta, con valores más rentables de las variables financieras
estudiadas (VAN, TIR, Pay-Back) al representar el mayor ahorro de
Antonio Díaz Fernández
Página 305
las tres alternativas estudiadas en el presente proyecto, cercano al 60%
con respecto al sistema actual a lo largo del horizonte de estudio, y
proporcionar además una cobertura completa a las necesidades
térmicas del edificio (A.C.S., calefacción y refrigeración), frente al
sistema solar térmico, que sólo aporta un porcentaje en torno al 80%
del A.C.S.
• El sistema de calentamiento y climatización propuesto prescinde
completamente de la combustión actual de gasóleo C. La emisión de
CO2 y otros gases nocivos de efecto invernadero, corresponderá a la
que representa la generación de la corriente eléctrica consumida por la
BCG y los fancoils en su funcionamiento, suponiendo una reducción
de estos gases en más de un 95%. Se concluye que la energía
geotérmica es muy sostenible a nivel medioambiental, liderando con
creces la reducción de estas emisiones. En un contexto actual de una
gran sensibilidad y concienciación con el fenómeno medioambiental y
de la dependencia energética del exterior y dentro de un marco social,
económico y político de creciente difusión de las necesidades actuales
de sostenibilidad, que requiere un decidido compromiso por todas las
partes, este hecho, junto con el ahorro, tendrá un peso importante en
la elección de la tecnología geotérmica por la dirección del Colegio
Mayor. A éste se suma los beneficios que un sistema de estas
características reporta de cara a un mayor confort y habitabilidad de
los colegiales residentes durante los meses de calor.
Antonio Díaz Fernández
Página 306
1.10
Importe Fecha y Firma
El coste total de la instalación geotérmica, incluyendo montaje y
puesta en marcha en el C.M.U Jorge Juan asciende a la cantidad de
TRESCIENTOS CINCUENTA Y SEIS MIL NOVECIENTOS SESENTA MIL
euros, con OCHENTA Y CUATRO céntimos de euro.
El presente presupuesto no incluye ningún impuesto de carácter
administrativo y legal.
Madrid, a junio del 2010
Fdo.: Antonio Díaz Fernández
Antonio Díaz Fernández
Página 307
1.11
Anejos
1.11.1 Catálogo Colector Vitosol 200-T
Antonio Díaz Fernández
Página 308
Antonio Díaz Fernández
Página 309
Antonio Díaz Fernández
Página 310
Antonio Díaz Fernández
Página 311
1.11.2 Catálogo colector Vitosol 300-F
Antonio Díaz Fernández
Página 312
Antonio Díaz Fernández
Página 313
Antonio Díaz Fernández
Página 314
1.11.3 Catálogo acumulador Vitocell 100-V
Antonio Díaz Fernández
Página 315
Antonio Díaz Fernández
Página 316
Antonio Díaz Fernández
Página 317
Antonio Díaz Fernández
Página 318
Antonio Díaz Fernández
Página 319
Antonio Díaz Fernández
Página 320
Antonio Díaz Fernández
Página 321
Antonio Díaz Fernández
Página 322
1.11.4 BCG Waterkotte Serie DS 5240
Antonio Díaz Fernández
Página 323
Antonio Díaz Fernández
Página 324
1.11.5 Catálogo Fancoils Ciat serie Major 2
Antonio Díaz Fernández
Página 325
Antonio Díaz Fernández
Página 326
2. Documento 2
2.1 Listado de planos
Los planos constituyen parte esencial del proyecto en su fase constructiva
y sin ellos es muy difícil trasladar a los ejecutores materiales del proyecto los
resultados obtenidos en los estudios y cálculos incluidos en la Memoria. Los
planos deben agruparse por conceptos y especialidades, de tal forma que
cada grupo incluya información homogénea desde el punto de vista de la
posterior ejecución material del proyecto.
1. Plano planta sótano
2. Plano planta baja
3. Plano planta tipo
4. Plano cubierta
5. Esquema del principio de instalación actual de calefacción y A.C.S.
Antonio Díaz Fernández
Página 327
4. Documento 4
4.1 Presupuesto
El presupuesto supone la evaluación total del proyecto, según los
criterios del proyectista, y su grado de acierto no se puede comprobar hasta
después de su ejecución. El presupuesto no es una parte vinculante del
proyecto ya que está sujeta a múltiples variaciones no controladas por el
proyectista. El presupuesto se hace en una fecha y condiciones determinadas,
y cualquier variación de éstas puede modificar el importe previsto, sin
merma del buen criterio del proyectista en su momento.
El presupuesto consta de cuatro partes distintas:
• Mediciones
• Precios unitarios
• Sumas parciales
• Presupuesto general
4.1.1 Mediciones
Las mediciones recogen de forma ordenada, según los distintos
capítulos en que puede descomponerse el proyecto, las cantidades de los
Antonio Díaz Fernández
Página 328
distintos materiales que se van a utilizar en su ejecución así como los equipos
que se van a incluir.
4.1.1.1
Mediciones instalación solar con colectores de placa
plana
Unidades
Descripción
Referencia
52
Colector VITOSOL
Viessmann
300-F
13
Estructura
acero
galvanizado para terraza
plana. Batería 4 captadores
A01
A02
Unidades
Descripción
Referencia
3 Ud.
Acumulador VITOCELL
100-V
B01
2 Ud.
Vaso
de
expansión
cerrado 100 l
B02
2 Ud.
Bombas
impulsión/retorno
circuito primario STARST
B03
4 Ud.
Termómetros de esfera
B04
16 Ud.
Válvulas de seguridad 6
B05
Antonio Díaz Fernández
Página 329
bar con manómetro
30 Ud.
Válvulas de corte de
aislamiento de baterías
B06
4 Ud.
Válvulas antiretorno
B07
10 Ud.
Válvulas equilibrado
B08
13 Ud.
Grifos de vaciado
B09
23 Ud.
Purgadores
B10
3 Ud.
Codo
purgador/Botellón
desaireador
B11
200 l
Líquido anticongelante.
Propilenglicol
B12
150 m
Tubería de cobre 18/20
B13
1 Ud.
Diverso material
conexionado
B14
de
Unidades
Descripción
Referencia
1 Ud.
Centralita de control.
STECA
para
3
acumuladores
C01
1 Ud.
Diverso
eléctrico
C02
Antonio Díaz Fernández
material
Página 330
160 m
Espuma elastomérica
D01
160 m
Coquillas de aislamiento D02
HT/Armaflex 30 mm
espesor
Adhesivo Armaflex
4.1.1.2
D03
Mediciones instalación solar con tubos de vacío
Unidades
Descripción
Referencia
52
Colector VITOSOL
Viessmann
13
Estructura
acero
galvanizado para terraza
plana. Batería 4 captadores
Unidades
300-F
Descripción
A01
A02
Referencia
3 Ud.
Acumulador VITOCELL
100-V
B01
2 Ud.
Vaso
de
expansión
cerrado 100 l
B02
2 Ud.
Bombas
impulsión/retorno
B03
Antonio Díaz Fernández
Página 331
circuito primario STARST
4 Ud.
Termómetros de esfera
B04
13 Ud.
Válvulas de seguridad 6
bar con manómetro
B05
24 Ud.
Válvulas de corte de
aislamiento de baterías
B06
4 Ud.
Válvulas antiretorno
B07
10 Ud.
Válvulas equilibrado
B08
10 Ud.
Grifos de vaciado
B09
20 Ud.
Purgadores
B10
3 Ud.
Codo
purgador/Botellón
desaireador
B11
200 l
Líquido anticongelante.
Propilenglicol
B12
150 m
Tubería de cobre 18/20
B13
1 Ud.
Diverso material
conexionado
B14
de
Unidades
Descripción
Referencia
1 Ud.
Centralita de control.
STECA
para
3
acumuladores
C01
Antonio Díaz Fernández
Página 332
1 Ud.
Diverso
eléctrico
150 m
Espuma elastomérica
D01
150 m
Coquillas de aislamiento
HT/Armaflex 30 mm
espesor
D02
Adhesivo Armaflex
D03
1Ud.
4.1.1.3
2 Ud.
2 Ud.
1 Ud.
1 Ud.
2Ud.
1 Ud.
C02
Mediciones instalación geotérmica
Unidades
1 Ud.
material
Descripción
Tubería Pes de de 16x2 PHD para formar el
conjunto de sondas captadoras. Se incluye 9
piezas de: pie de sondas, ayuda de inserción,
pesa de 25 Kg Aditivo de anticongelante, y
preparación.
BCG Waterkotte, serie DS 5240, modelo W35 (194
Kw)
Perforación a rotopercusión con diámetro
adecuado para introducir las sondas.
Set de captación de agua freática. Filtros
antifango,
bomba,
termómetro, válvula
antirretorno, bypass…
Colector/Distribuidor con salida y retorno
para el circuito exterior de captación.
Vaso de expansión de 100 litros.
Unidad de Control Watterkotte WPCU.
Antonio Díaz Fernández
Referencia
A01
A02
A03
A04
A05
A06
A07
Página 333
1 Ud.
Anticongelante
Unidades
6 Ud.
60 Ud.
A08
Descripción
Aparato de señalización y alumbrado de
emergencia, fluorescente.
Punto de luz sencillo, realizado con tubo de PVC
corrugado, tipo "Forroplast"
Referencia
B01
B02
Unidades
Descripción
Referencia
2 Ud.
6 Ud.
Electrobomba agua fría GRUNDFUS SP-70
Ventiladores de extracción aire acondicionado.
Rejilla de extracción de aire acondicionado,
marca Airflow o similar, de doble deflexión,
construida en aluminio de dimensiones 300 X 150
con regulador de caudal y marco de montaje.
Completamente instalada.
Instalación eléctrica para alimentación a los
equipos, incluida acometida desde cuadro
general.
C01
C02
126 Ud.
1 Ud.
C03
C04
Conducto de impulsión de agua refrigerada,
572 m2
incluyendo codos, tes y derivaciones, así como
C05
240
material de sujeción.
Fancoil horizontal sin envolvente, modelo Major
2 NCH Y 426 "CIATESA
Fancoil horizontal sin envolvente, modelo Major
2 NCH Y 434
Válvula de esfera de latón niquelado para roscar
de 1/2".
C08
140
Válvula de corte tipo mariposa
C09
120 Ud.
6 Ud.
Antonio Díaz Fernández
C06
C07
Página 334
Unidades
1 Ud.
325 m2
325 m2
120 Ud.
Descripción
Referencia
Planchas de pladur del lateral del ascensor para
los tubos de agua de refrigeración
Falso techo ciego de pladur en pasillo de
habitaciones a nueva altura.
Pintura plástica blanca lisa sobre paramentos
horizontales de pasillo
Pintura plástica color similar al existente sobre
paramentos
verticales
interiores
de
las
habitaciones, incluso repasos de gota y tapado de
huecos
debidos
a
las
instalaciones
contraincendios, en cada habitación.
D01
D02
D03
D04
4.1.2 Precios unitarios
En este apartado se ven reflejados los precios de todos los materiales y
equipos que van a integrar el proyecto.
4.1.2.1
Precios unitarios instalación solar con paneles de placa
plana
Referencia
A01
Antonio Díaz Fernández
Descripción
Colector VITOSOL
Viessmann
Precio (€)
300-F
720
Página 335
A02
Estructura acero galvanizado
para terraza plana. Batería 4
captadores
395
Referencia
Descripción
Precio (€)
B01
Acumulador VITOCELL
100-V
2.507
B02
Vaso
de
expansión
cerrado 100 l
565
B03
Bombas
impulsión/retorno
circuito primario STARST
552,14
B04
Termómetros de esfera
B05
Válvulas de seguridad 6
bar con manómetro
11,40
B06
Válculas de corte de
aislamiento de baterías
3,55
B07
Válvulas antiretorno
4,80
B08
Válvulas equilibrado
10
B09
Grifos de vaciado
15
B10
Purgadores
27
B11
Codo
purgador/Botellón
desaireador
Antonio Díaz Fernández
15
78,50
Página 336
B12
Líquido anticongelante.
Propilenglicol
260
B13
Tubería de cobre 18/20
3,82
B14
Diverso material
conexionado
400
de
Referencia
Descripción
Precio (€)
C01
Centralita de control.
STECA
para
3
acumuladores
687,97
C02
Referencia
Diverso
eléctrico
material
Descripción
350
Precio (€)
160 m
Espuma elastomérica
5,8
160 m
Coquillas
de
aislamiento
HT/Armaflex 30 mm
espesor
3,5
20 m
Adhesivo Armaflex
13
Antonio Díaz Fernández
Página 337
4.1.2.2
Precios unitarios instalación solar con colectores de
tubos de vacío.
Referencia
Descripción
Precio (€)
A01
Colector VITOSOL
Viessmann
200-T
A02
Estructura acero galvanizado
para terraza plana. Batería 4
captadores
720
395
Referencia
Descripción
Precio (€)
B01
Acumulador VITOCELL
100-V
2.507
B02
Vaso
de
expansión
cerrado 100 l
565
B03
Bombas
impulsión/retorno
circuito primario STARST
552,14
B04
Termómetros de esfera
B05
Válvulas de seguridad 6
bar con manómetro
11,40
B06
Válculas de corte de
aislamiento de baterías
3,55
B07
Válvulas antiretorno
4,80
B08
Válvulas equilibrado
10
Antonio Díaz Fernández
15
Página 338
B09
Grifos de vaciado
15
B10
Purgadores
27
B11
Codo
purgador/Botellón
desaireador
78,50
B12
Líquido anticongelante.
Propilenglicol
260
B13
Tubería de cobre 18/20
3,82
B14
Diverso material
conexionado
400
de
Referencia
Descripción
Precio (€)
C01
Centralita de control.
STECA
para
3
acumuladores
687,97
C02
Referencia
Diverso
eléctrico
material
Descripción
350
Precio (€)
160 m
Espuma elastomérica
5,8
160 m
Coquillas
de
aislamiento
HT/Armaflex 30 mm
espesor
3,5
20 m
Adhesivo Armaflex
13
Antonio Díaz Fernández
Página 339
4.1.2.3
Precios unitarios instalación geotérmica
Referencia
A01
A02
A03
A04
A05
A06
Descripción
Precio (€)
Tubería Pex de de 16x2 PHD para formar el
conjunto de sondas captadoras. Se incluye 9
piezas de: pie de sondas, ayuda de inserción,
pesa de 25 Kgr. Aditivo de anticongelante, y
preparación.
BCG Waterkotte, serie DS 5240, modelo W35 (194
kW)
Perforación a rotopercusión con diámetro
adecuado para introducir las sondas.
Set de captación de agua freática. Filtros
antifango,
bomba,
termómetro,
vávula
antirretorno, by-pass…
Colector/Distribuidor con salida y retorno
para el circuito exterior de captación.
Unidad de Control Watterkotte WPCU
A08
Anticongelante
Unidades
B01
6.000
4.950
3.450
725,90
6,66
Descripción
Aparato de señalización
emergencia, fluorescente.
Antonio Díaz Fernández
65.198
565
Vaso de expansión de 100 litros.
A07
8.250
y
Precio (€)
alumbrado
de
25,50
Página 340
B02
Punto de luz sencillo, realizado con tubo de PVC
corrugado, tipo "Forroplast"
7,50
Referencia
Descripción
Precio (€)
C01
C02
Electrobomba agua fría
Ventiladores de extracción aire acondicionado.
Rejilla de extracción de aire acondicionado,
marca Airflow o similar, de doble deflexión,
construida en aluminio de dimensiones 300 X 150
con regulador de caudal y marco de montaje.
Completamente instalada.
Instalación eléctrica para alimentación a los
equipos, incluida acometida desde cuadro
general.
652
355
C03
C04
10,36
1.395,45
Conducto de impulsión de agua refrigerada,
C05
incluyendo codos, tes y derivaciones, asi como
8,4
C08
material de sujeción.
Fancoil horizontal sin envolvente, modelo Major
2 NCH Y 426 "CIATESA”
Fancoil horizontal sin envolvente, modelo Major
2 NCH Y 434
Válvula de esfera de latón niquelado para roscar
de 1/2".
C09
Válvula de corte tipo mariposa
7,32
Referencia
Descripción
Precio (€)
C06
C07
D01
D02
Planchas de pladur del lateral del ascensor para
los tubos de agua de refrigeración
Falso techo ciego de pladur en pasillo de
habitaciones a nueva altura.
Antonio Díaz Fernández
445,89
476,20
11,40
250
9,38
Página 341
D03
D04
Pintura plástica blanca lisa sobre paramentos
horizontales de pasillo
Pintura plástica color similar al existente sobre
paramentos
verticales
interiores
de
las
habitaciones, incluso repasos de gota y tapado de
huecos debidos a las instalaciones contraincedios,
en cada habitación.
5,55
6,65
4.1.3 Sumas parciales
Las constituye el resultado de multiplicar las cantidades establecidas en la medición por
los precios unitarios de materiales y equipos.
4.1.3.1
Sumas parciales instalación solar con colectores de
placa plana
Referencia
Descripción
Precio (€)
A01
Colector VITOSOL
Viessmann
300-F
28.800
A02
Estructura acero galvanizado
para terraza plana. Batería 4
captadores
5.135
Referencia
Descripción
Precio (€)
B01
Acumulador VITOCELL
100-V
7.521
Antonio Díaz Fernández
Página 342
B02
Vaso de expansión
cerrado 100 l
1.130
B03
Bombas
impulsión/retorno
circuito primario STARST
1.104,28
B04
Termómetros de esfera
60
B05
Válvulas de seguridad 6
bar con manómetro
182,40
B06
Válculas de corte de
aislamiento de baterías
56,80
B07
Válvulas antiretorno
19,20
B08
Válvulas equilibrado
100
B09
Grifos de vaciado
195
B10
Purgadores
621
B11
Codo
purgador/Botellón
desaireador
B12
Líquido anticongelante.
Propilenglicol
260
B13
Tubería de cobre 18/20
573
B14
Diverso material de
conexionado
400
Antonio Díaz Fernández
235,50
Página 343
Referencia
Descripción
Precio (€)
C01
Centralita de control.
STECA para 3
acumuladores
C02
Diverso material
eléctrico
350
D01
Espuma elastomérica
928
D02
Coquillas de aislamiento
HT/Armaflex 30 mm
espesor
560
D03
Adhesivo Armaflex
260
4.1.3.2
687,97
Sumas parciales instalación solar con colectores de
tubos de vacío
Referencia
Descripción
Precio (€)
A01
Colector VITOSOL
Viessmann
A02
Estructura acero galvanizado
para terraza plana. Batería 4
captadores
Antonio Díaz Fernández
200-T
89.800
3.950
Página 344
Referencia
Descripción
Precio (€)
B01
Acumulador VITOCELL
100-V
7.521
B02
Vaso
de
expansión
cerrado 100 l
1.130
B03
Bombas
impulsión/retorno
circuito primario STARST
1.104,28
B04
Termómetros de esfera
60
B05
Válvulas de seguridad 6
bar con manómetro
148,120
B06
Válculas de corte de
aislamiento de baterías
46,15
B07
Válvulas antiretorno
19,20
B08
Válvulas equilibrado
100
B09
Grifos de vaciado
150
B10
Purgadores
540
B11
Codo
purgador/Botellón
desaireador
235,50
B12
Líquido anticongelante.
Propilenglicol
260
B13
Tubería de cobre 18/20
573
B14
Diverso
400
Antonio Díaz Fernández
material
de
Página 345
conexionado
Referencia
Descripción
Precio (€)
C01
Centralita de control.
STECA
para
3
acumuladores
687,97
Diverso
eléctrico
C02
Referencia
Descripción
350
Precio (€)
D01
Espuma elastomérica
870
D02
Coquillas
de
aislamiento
HT/Armaflex 30 mm
espesor
525
D03
Adhesivo Armaflex
195
4.1.3.3
Sumas parciales instalación geotérmica
Referencia
A01
material
Descripción
Tubería Pex de de 16x2 PHD para formar el
conjunto de sondas captadoras. Se incluye 9
piezas de: pie de sondas, ayuda de inserción,
pesa de 25 Kgr. Aditivo de anticongelante, y
preparación.
Antonio Díaz Fernández
Precio
(€)
8.250
Página 346
A02
A03
A04
A05
A06
BCG Waterkotte, serie DS 5240, modelo W35
(194 kW)
Perforación a rotopercusión con diámetro
adecuado para introducir las sondas.
130.396
Set de captación de agua freática. Filtros
antifango, bomba, termómetro, vávula
antirretorno, by-pass…
4.950
Colector/Distribuidor con salida y retorno
para el circuito exterior de captación.
Vaso de expansión de 100 litros.
A07
Unidad de Control Watterkotte WPCU
A08
Anticongelante
Referencia
B01
B02
6.000
3.450
565
725,90
6,66
Descripción
Aparato de señalización y alumbrado de
emergencia, fluorescente.
Punto de luz sencillo, realizado con tubo de
PVC corrugado, tipo "Forroplast"
Precio
153
450
Referencia
Descripción
Precio (€)
C01
C02
Electrobomba agua fría
Ventiladores de extracción aire acondicionado.
Rejilla de extracción de aire acondicionado,
marca Airflow o similar, de doble deflexión,
construida en aluminio de dimensiones 300 X
150 con regulador de caudal y marco de
montaje. Completamente instalada.
1.304
2.130
C03
Antonio Díaz Fernández
1.243,2
Página 347
C04
Instalación eléctrica para alimentación a los
equipos, incluida acometida desde cuadro
general.
1.395,45
conducto de impulsión de agua refrigerada,
C05
incluyendo codos, tes y derivaciones, asi como
4.804,80
material de sujeción.
C06
Fancoil horizontal sin envolvente, modelo
Major 2 NCH Y 426 "CIATESA
C08
Fancoil horizontal sin envolvente, modelo
Major 2 NCH Y 426 "CIATESA”
Válvula de esfera de latón niquelado para
roscar de 1/2".
C09
Válvula de corte tipo mariposa
C07
Referencia
D01
D02
D03
D04
Descripción
Planchas de pladur del lateral del ascensor para
los tubos de agua de refrigeración
Falso techo ciego de pladur en pasillo de
habitaciones a nueva altura.
Pintura plástica blanca lisa sobre paramentos
horizontales de pasillo
Pintura plástica color similar al existente sobre
paramentos verticales interiores de las
habitaciones, incluso repasos de gota y tapado
de huecos debidos a las instalaciones contra
incendios, en cada habitación.
Antonio Díaz Fernández
65.506,80
2.854
11,40
1.024,8
Precio (€)
250
3.048,5
1.803,75
2.161,25
Página 348
4.1.4 Presupuesto general
4.1.4.1
Presupuesto instalación solar con colectores de placa
plana
Resumen
Material Solar
Material Hidráulico
Material Eléctrico
Material aislante
Instalación y puesta en marcha (+10%)
Ingeniería (5%)
SUBTOTAL
IVA (16%)
TOTAL
Partida
33.935,00
12.458,18
1.037,97
1748
4.917,92
2704,85325
56.801,92
9.088,31
65.890,23
4.1.4.2
Presupuesto instalación solar con colectores de tubos
de vacío
Resumen
Material Solar
Material Hidráulico
Material Eléctrico
Material aislante
Instalación y puesta en marcha
Ingeniería
Partida
93.750,00
12.287,33
1.037,97
1590
10.866,53
6932,846
SUBTOTAL
IVA (16%)
TOTAL
126.464,68
20.234,35
146.699,02
Antonio Díaz Fernández
Página 349
4.1.4.3
Presupuesto instalación geotérmica
Resumen
Material geotérmico
Material diverso
Aire acondicionado
Albañilería
Instalación y puesta en marcha
Ingeniería
Partida
89.145,56
603,00
80.274,45
7263,5
43.479,48
54038,2995
SUBTOTAL
IVA (16%)
TOTAL
307.724,86
49.235,98
356.960,84
Antonio Díaz Fernández
Página 350
Antonio Díaz Fernández
Página 351
Antonio Díaz Fernández
Página 352