PROYECTO DE INSTALACIÓN DE
ENERGÍA SOLAR TÉRMICA PARA
PRODUCCIÓN DE:
AGUA CALIENTE SANITARIA
27 viviendas
Provincia: Toledo
Latitud: 39,9
Temperatura mínima histórica [ºC]: -9
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept. Oct. Nov. Dic. Anual
Tª. media ambiente diurna [ºC]: 8 9 13 15 19 24 28 27 23 17 12 8 16,9
Tª. media del agua de red [ºC]: 6 7 9 11 12 13 14 13 12 11 9 6 10,3
Radiación horizontal [kJ/m2/día]: 6.200 9.500 14.000 19.300 21.000 24.400 27.200 24.500 18.100 11.900 7.600 5.600 15.775
Radiación horizontal [kWh/m2/día]: 1,72 2,64 3,89 5,36 5,83 6,78 7,56 6,81 5,03 3,31 2,11 1,56 4,38
Radiación inclinada [kJ/m2/día]: 6.330 9.699 14.293 19.704 21.439 24.910 27.769 25.012 18.479 12.149 7.759 5.717 16.105 energía solar térmica, para ser instalado en una edificación de 27 viviendas en Toledo.
A efectos de cálculos de energía solar, se cuenta con los siguientes datos:
• Demanda de ACS: 1980 L/día a 60ºC. • Acumulación centralizada.
• Apoyo mediante caldera a gas individual en cada vivienda.
• Cubierta plana; Posible orientación los captadores solares: -36º (S-E) ó 54 (S-O);
Ausencia de sombras.
Los cálculos se van a realizar de acuerdo con el Pliego de Condiciones Técnicas de IDAE, el RITE y el Código Técnico de la Edificación (CTE).
Este estudio se va a realizar con captadores solares selectivos FÉRROLI ECOTOP V.
Los datos geográficos y climatológicos de la zona en la que se ubica la instalación solar son los siguientes:
Número total de viviendas: 27
Consumo estimado viviendas [L/día]: 1.980
Factor simultaneidad [0-1]: 1
Consumo estimado total [L/día]: 1.980
Temperatura de cálculo[ºC]: 60
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept. Oct. Nov. Dic. Anual
Consumo mensual de agua [m3]: 61,4 55,4 61,4 59,4 61,4 59,4 61,4 61,4 59,4 61,4 59,4 61,4 722,7
Incremento de temperatura [ºC]: 54 53 51 49 48 47 46 47 48 49 51 54 49,8 Energía Necesaria [Termias]: 3.315 2.938 3.130 2.911 2.946 2.792 2.823 2.885 2.851 3.008 3.029 3.315 35.943 Energía Necesaria [MJ]: 13.875 12.300 13.104 12.184 12.333 11.686 11.819 12.076 11.935 12.590 12.681 13.875 150.457 Energía Necesaria [kWh]: 3.854 3.417 3.640 3.384 3.426 3.246 3.283 3.354 3.315 3.497 3.523 3.854 41.794
DEMANDA DE ACS, NECESIDADES ENERGÉTICAS Y DIMENSIONAMIENTO: Demanda de ACS, aporte solar según la Normativa y recomendaciones técnicas:
• La demanda prevista de ACS es de:
• Según CTE-DB HE4: 22 L/persona /día a 60º C en el caso de viviendas multifamiliares.
La demanda de ACS, para el conjunto de las viviendas, es la siguiente:
• Según el CTE-DBHE4 en Zona IV y para el caso de apoyo por caldera a gas, se necesita
una contribución solar mínima del 60% para demandas de ACS inferiores a 5000 L/día.
Se estimará el siguiente porcentaje anual de utilización:
Para esta demanda de ACS y perfil de utilización, las necesidades energéticas son:
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept. Oct. Nov. Dic. Anual % de ocupación: 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Número de captadores: 15 A: Área total de captadores [m2]: 33,45
V: Volumen de acumulación [L]: 2.000 M: Consumo diario ACS [L] 1.980
Cumple criterio (V/A) 60 SI valor entre 50 < V/A < 180 Superficie de intercambio serpentín [m2] > 5,02 Para cumplir criterio CTE Caudal de trabajo por captador [L/h/m2] 50
Caudal de trabajo por captador ([L/h] 111,6 Caudal primario solar [m3/h] 1,67 Ahorro en ACS [Termias] 22.377
Rendimiento [%]: 45,9
Inclinación adoptada [º]: 40,0 Desorientación o azimut [º]: -36,00
Meses Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept. Oct. Nov. Dic. Anual
Energía Necesaria [Termias]: 3.315 2.938 3.130 2.911 2.946 2.792 2.823 2.885 2.851 3.008 3.029 3.315 35.943 Ahorros [Termias]: 904 1.245 1.842 2.125 2.195 2.358 2.704 2.729 2.338 1.863 1.216 858 22.377 Ahorros [MJ]: 3.785 5.210 7.712 8.895 9.188 9.870 11.320 11.423 9.788 7.798 5.090 3.591 93.669
Ahorros [kWh]: 1.052 1.447 2.142 2.471 2.552 2.742 3.144 3.173 2.719 2.166 1.414 997 26.019
Emisión de CO2 evitada [kg] 208,2 286,6 424,1 489,2 505,4 542,9 622,6 628,2 538,3 428,9 279,9 197,5 5.151,8
Ahorros [%]: 27,3 42,4 58,9 73,0 74,5 84,5 95,8 94,6 82,0 61,9 40,1 25,9 62,3
NECESIDADES Y AHORROS ( ACS )
1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 KCAL x 1000 AHORROS NECESIDADES
siguientes tablas donde se calculan el nº de colectores y los ahorros de energía generados. El dimensionamiento del sistema que cumple con todos los requisitos de la Normativa es el siguiente.
La cobertura solar anual conseguida con esta configuración cumple la exigencia del CTE. Se ha elegido la orientación -36º S-E para los captadores, ya que con la otra posible orientación (54º S-O ) se obtiene un menor aporte solar, y sería necesario 1 captador más para poder superar el 60% exigido.
La instalación estará compuesta por los siguientes productos FERROLI:
CAMPO COLECTORES
ACS: 15 Colectores solares FÉRROLI modelo ECOTOP V (para disposición ver apdo.
3.1. sobre la disposición del sistema de captación).
Estructuras para instalación en cubierta plana
CAMPO ACUMULADORES
2 x Interacumuladores Férroli EPOXUNIT /ES 1000 – PB (el de 1000 L no puede ir
en intemperie). Ver anexo 1 para cálculos del volumen de acumulación (*).
Centralita Delta Unit.
Líquido solar Férroli (para porcentaje, consultar anexo liquido solar )
Dos opciones para las viviendas:
o 27 x Válvula mezcladora termostática Férroli (una unidad por cada vivienda).
o 27 x kit intercambiador de placas con válvula de 2 vías + Válvula mezcladora
termostática Férroli (una unidad por cada vivienda).
(*) En las siguientes zonas:
Costa Mediterránea (Cabo de Creus –Tarifa). Islas Baleares e Islas Canarias. Portugal: Zona de Leiría y proximidades, así como zona de El Algarve. Zona de Ciudad Real y Toledo. Zonas de utilización de
CENTRALITA FERROLI DELTA UNIT 15 x ECOTOP V FERROLI EPOXUNIT /ES 1000 - PB Intercambiador de placas LEYENDA Captador solar Electrocirculador Purgador automático Válvula antirretorno Válvula de corte Válvula de seguridad Válvula de vaciado Manómetro
Termómetro Vaso de expansión cerrado Filtro asiento inclinado
EPOXUNIT /ES 1000 - PB
VÁLVULA MEZCLADORA TERMOSTÁTICA FERROLI
VÁLVULA MEZCLADORA TERMOSTÁTICA FERROLI Caldera FERROLI
Caldera FERROLI
Caldera FERROLI
VÁLVULA MEZCLADORA TERMOSTÁTICA FERROLI
VÁLVULA MEZCLADORA TERMOSTÁTICA FERROLI
VÁLVULA MEZCLADORA TERMOSTÁTICA FERROLI Caldera FERROLI Caldera FERROLI A.C.S. gas gas A.C.S. gas A.C.S. A.F.S.
VÁLVULA MEZCLADORA TERMOSTÁTICA FERROLI
ida calefacción retorno calefacción gas A.C.S. INTERCAMBIADOR ida calefacción retorno calefacción gas A.C.S. Caldera FERROLI INTERCAMBIADOR ida calefacción retorno calefacción gas A.C.S. INTERCAMBIADOR A.F.S.
(*) Nota: este esquema de principio representa en esencia el dimensionado de los principales componentes de la instalación. No pretende ser exhaustivo ni completo, sino una propuesta esquemática de funcionamiento, con el fin de realizar una oferta comercial de componentes. La instalación final debe de ser realizada por un Instalador Autorizado que se responsabilizará de la instalación y la someterá a las pruebas de funcionamiento pertinentes..
Anexo 1.- Cálculo volumen de acumulación (ACS):
El volumen de acumulación cumplirá las especificaciones IDAE y CTE sobre área de los colectores y volumen de acumulación:
50 ≤ V/A ≤ 180
Siendo A los m2 de superficie de paneles y V el volumen de acumulación de ACS. A = 33,45 m2
Luego: 1673 L < V < 6021 L
Anexo 2.- Cálculo circulador (
ACS
):
Para el Captador FÉRROLI ECOTOP el caudal es 1,86 N litros/minuto/captador. Donde N es el número de captadores.
En este caso para los 15 captadores dispuestos, realizando la hipótesis de que se instalen en 3 baterías de 5 captadores, se tiene:
Caudal por una batería = 5 * 1,86 L/minuto = 5 * 111,6 L/h = 558 L/h.
El caudal total que proporcionará la bomba del primario es de 15 * 111,6 L/h = 1674 L/h
Observación: la pérdida de carga de la bomba dependerá del diámetro, de la longitud de la tubería, de los codos, válvulas, T y demás accesorios de la instalación.
Anexo 3.- Cálculo Sistema de intercambio (ACS):
En este caso la opción propuesta como sistema de intercambio es la instalación de interacumuladores con serpentín de intercambio integrado.
En este caso la superficie mínima del serpentín deberá cumplir la relación:
S > 0,15 * A
donde A es el área total de captadores instalados en m2.
Por tanto para A = 33,45 m2 S ≥ 5,02 m2
En este caso, el Interacumulador FERROLI EPOXUNIT /ES 1000 – PB tiene una superficie de intercambio de 2,58 m2. Como se instalan 2 unidades, el área de intercambio total es de: 2 x 2,58 = 5,06 m2 que es superior a la relación exigida por el CTE.
ANEXO 4.- CALCULO TUBERIAS
El dimensionado de la tubería se realizará de acuerdo con el caudal de cálculo, teniendo en cuenta que la pérdida de carga unitaria de cada tramo no supere los 40 mm.c.a. por metro lineal y se obtenga una velocidad inferior a 2 m/s para evitar ruido y favorecer el flujo laminar.
El Caudal típico de trabajo del Captador Férroli ECOTOP es de 1,86 N litros/minuto/captador. Donde N es el número de captadores.
Este caudal es equivalente a 111,6 N L/hora/captador. Como este captador tiene superficie de 2,23 m2 (supf. últil, área de apertura), el caudal es equivalente a 50,04 N L/hora/m2 de captadores instalados.
Según las indicaciones del apartado 3.3.5.1 párrafo 2 del CTE calculamos el caudal del fluido del circuito primario, teniendo en cuenta el valor recomendado de caudal esté comprendido entre 1,2 y 2 l/seg. por cada 100 m2 de superficie de captadores instalada (o lo que es igual entre 43,2 y 72 l/h por m2 de colectores instalados).
Tomaremos un caudal de diseño de 50 l/h por m2 de captador, que está dentro de lo permitido por el CTE y cumple con las especificaciones técnicas del captador.
Caudal por una batería = 5 * 1,86 L/minuto = 5 * 111,6 L/h = 558 L/h.
El diámetro de tubería se calculará para cada uno de los tramos mediante la fórmula:
D = J * C^0,35
Donde:
D es el diámetro de la tubería en cm C es el caudal en L/h
J vale 2,2 para tuberías metálicas
Con los datos anteriormente obtenidos sobre caudales, obtenemos el rango de diámetros de las tuberías en Cobre: 7,1 Caudal Tramo [L/h] Diam. Int. Calculado [mm] Diam. Int. comercial Diam. ext. Comercial nº tramos (ida y retorno) Longitud (m) Volumen (m3) Vol (L) Tramo 1 558 20,1 20 22 2 14,2 0,004 4,5 Tramo 2 1116 25,7 26 28 2 14,2 0,008 7,5 Tramo 3 1674 29,6 32 35 2 14,2 0,011 11,4 0,023 23,4 Tuberías primario (parte conocida)
Anexo 5.- Cálculo del vaso de expansión
Los vasos de expansión se calcularán según Norma UNE 100155.
Terminología:
La variación neta del volumen que debe ser absorbida por el sistema de expansión, puede expresarse mediante la siguiente fórmula resumida, válida entre 30ºC y 120º C:
1.- Cálculo del volumen total de líquido (agua + líquido solar) contenido en el circuito primario: 15 Captadores x 1,7 L por captador = 25,5 L
Estimación volumen tuberías primario (parte conocida): 23,4 L Volumen serpentín interacumuladores: 2 x 17,4 L = 34,8 L Parte desconocida: tramo entre captadores e interacumuladores.
Total capacidad estimada componentes conocidos del primario solar = 83,7 (Falta conocer la longitud exacta de tubería entre captadores e interacumuladores)
2.- Temperatura máxima de funcionamiento del sistema: 120 º C 3.- Coeficiente de expansión:
En nuestro caso para t = 120 º C
4.- Presiones de trabajo En nuestro caso, suponiendo: PM = 10 bar y Pm = 3 bar Tenemos: Cp = 10 / 7 = 1,4286 5.- Cálculo del vaso de expansión
En nuestro caso:
Vt = Vprimario x Cp x Ce x fc = (83,7 + volumen tuberías desconocido) x 1,4286 x 0,0654 Escoger un vaso de expansión superior a este volumen.
t = 120
G (contenido anticongelante) = 40 Prever -24º C máximo, por tanto 40%
a = 29,93292
b= -0,58898
fc= 1,16376404
Ce= 0,0562033
1 Normativa de aplicación y consulta
1.1 Normativa aplicable
Para la elaboración de esta Memoria se han tenido en cuenta los siguientes Reglamentos y Normativa:
• Código técnico de la edificación DB-HE-4, Real Decreto 314/2006, de 17 de
Marzo.
• Pliego de Condiciones Técnicas del I.D.A.E. para instalaciones de energía solar
técnica de baja temperatura - 2002.
• Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) y sus
Instrucciones Técnicas Complementarias. Real Decreto 1027/2007 de 20 de Julio.
• Real Decreto 865/2003, de 4 de Julio por el que se establecen los criterios
higiénicos sanitarios para la prevención y control de la legionelosis
• Reglamento de Recipientes a Presión (RAP)
• Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) y sus Instrucciones
Técnicas Complementarias ITC
• Ordenanzas de Seguridad e Higiene en el Trabajo (OSHT).
• Ley de Protección del Ambiente Atmosférico (LPAA).
1.2 Normativa de consulta
UNE-EN 12975-1: Sistemas solares térmicos y componentes. Captadores solares. Parte 1: Requisitos generales.
UNE-EN 12975-2: Sistemas solares térmicos y componentes. Captadores solares. Parte 2: Métodos de ensayo.
UNE-EN 12976-1: Sistemas solares térmicos y componentes. Sistemas solares prefabricados. Parte 1: Requisitos generales.
UNE-EN 12976-2: Sistemas solares térmicos y componentes. Sistemas solares prefabricados. Parte 2: Métodos de ensayo.
UNE-EN 12977-1: Sistemas solares térmicos y componentes. Sistemas solares a medida. Parte 1: Requisitos generales.
UNE-EN 12977-2: Sistemas solares térmicos y componentes. Sistemas solares a medida. Parte 2: Métodos de ensayo.
2 Configuración básica de la instalación
La instalación de colectores solares térmicos para el abastecimiento de agua caliente sanitaria está formada por los elementos siguientes:
• Sistema de captación constituido por un conjunto de captadores solares, cuya
misión será la de transformar la radiación solar incidente en energía térmica utilizada para el calentamiento del fluido que discurre a través de ellos.
• Sistema de acumulación e intercambio solar formado por acumuladores e
intercambiadores de placas.
• Circuito hidráulico, formado por el conjunto de tuberías con los
correspondientes aislamientos, bombas de circulación, vaso de expansión, sistemas de seguridad, llenado, purga, válvulas y accesorios, y cuya misión es generar y posibilitar el movimiento del fluido caliente entre los sistemas de captación, acumulación e intercambio.
• Sistema de energía auxiliar utilizado para asegurar la continuidad en el
abastecimiento de la demanda térmica en los casos en que el aporte solar suministrado no sea suficiente o el consumo sea superior al previsto.
• Sistema de sensores y control, de tipo diferencial, que asegurará que en ningún
caso se alcancen temperaturas superiores a las máximas soportadas por los materiales, componentes y tratamientos del circuito primario, ni temperaturas inferiores a tres grados por encima de la temperatura de congelación del fluido. También se encargará de la puesta en marcha y parada de las bombas en función de la diferencia de temperaturas entre la salida de la batería de colectores y el depósito de acumulación solar.
El funcionamiento de todo el conjunto está basado en la transferencia de la energía solar captada en los colectores al agua de consumo a través de un intercambiador de serpentín integrado en el propio interacumulador.
Para ello se hace circular el fluido contenido en el circuito primario, de tal modo que se caliente al paso por los colectores solares y se enfríe transfiriendo la energía térmica almacenada al agua de consumo cuando pasa a través de los sistemas de intercambio. El agua caliente del sistema de acumulación queda almacenada y dispuesta para ser consumida. Cuando la temperatura del agua caliente solar es inferior a la establecida para el consumo, el sistema de energía auxiliar se encarga de realizar el calentamiento adicional hasta alcanzar la temperatura deseada.
3 Criterios generales de diseño
3.1 Diseño del Sistema de Captación
3.1.2 Orientación, inclinación, sombras e integración arquitectónica
La orientación e inclinación del sistema de captación y las posibles sombras sobre el mismo son tales que las pérdidas respecto al óptimo, son inferiores a los límites de definidos por el CTE-DB HE4 para el caso que nos concierne, de disposición “general” de los paneles. Cumpliendo tres condiciones:
pérdidas por orientación e inclinación pérdidas por sombreado
pérdidas totales inferiores a los límites estipulados respecto a los valores óptimos
Para permitir la integración arquitectónica, los captadores irán orientados según la disposición de la
cubierta: ángulo acimut -36º. La inclinación propuesta para los captadores solares es de
40º.
Cálculo de pérdidas por orientación e inclinación: Siguiendo el método del apdo. 3.5 del CTE-DB HE4
La intersección de la recta que señala el acimut de -36ºº con la inclinación de
40º,
está dentro della zona que entrega un porcentaje de energía solar de entre el 90 y el 100% respecto al máximo posible, es decir las pérdidas máximas están entre un 0% y un 10%, que están dentro de los límites permitidos por el CTE.
Cálculos de pérdidas por sombras: en este caso no hay pérdidas por sombras que pudieran proyectar otros edificios.
Para calcular la distancia mínima a mantener entre captadores a fin de evitar problemas por sombras, se va a emplear el método del Pliego de Condiciones de IDAE para captación de energía solar térmica.
Para el Colector solar ECOTOP V inclinado 40º respecto de la horizontal: h = 2 x sin (40) = 1,3 m
d = h / tan (61 – 39,9) = 3,4m
Por tanto, para cumplir el pliego de IDAE en cuanto a sombras la separación horizontal de colectores debe ser la distancia “d” indicada en este caso.
3.1.3 Conexionado
Los captadores se disponen en baterías en paralelo.
Caso I: Conexión en paralelo: se respetarán las instrucciones del fabricante que en este caso permite un máximo de 7 captadores conectados en paralelo.
En todos los casos se instalarán válvulas de cierre en la entrada y salida de las distintas baterías de captadores y entre las bombas, de manera que puedan utilizarse para aislamiento de estos componentes en labores de mantenimiento, sustitución, etc.
El diseño de la instalación garantiza igual recorrido hidráulico en todas las baterías de captadores. En general se alcanzara un flujo equilibrado mediante el sistema de retorno invertido, disponiendo válvulas de equilibrado en los puntos necesarios para asegurar el recorrido hidráulico del sistema.
3.1.4 Estructura soporte
Las estructuras de soporte de los captadores cumplen los requerimientos del CTE DB-HE4 3.3.2.3. , ya que están calculadas para resistir rachas de viento de 150 Km/h y sobrecargas de nieve de 1,25 kN/m2, de acuerdo con las Normas ENV 1991-2-3 y ENV 1991-2-4.
3.1.5 Protección contra heladas
Cualquier componente que vaya a ser instalado en el interior de un recinto donde la temperatura pueda caer por debajo de los 0 °C, deberá estar protegido contra las heladas.
Se utilizará fluido caloportador “Liquido Solar Férroli” en función de la temperatura mínima exterior de la zona según la siguiente proporción:
3.1.6 Protección contra sobrecalentamientos
Se debe dotar a las instalaciones solares de dispositivos de control manuales o automáticos que eviten los sobrecalentamientos de la instalación que puedan dañar los materiales o equipos y penalicen la calidad del suministro energético. En el caso de dispositivos automáticos, se evitarán de manera especial las pérdidas de fluido anticongelante, el relleno con una conexión directa a la red y el control del sobrecalentamiento mediante el gasto excesivo de agua de red. Especial cuidado se tendrá con las instalaciones de uso estacional en las que en el periodo de no utilización se tomarán medidas que eviten el sobrecalentamiento por el no uso de la instalación.
Cuando el sistema disponga de la posibilidad de drenajes como protección ante
sobrecalentamientos, la construcción deberá realizarse de tal forma que el agua caliente o vapor del drenaje no supongan ningún peligro para los habitantes y no se produzcan daños en el sistema, ni en ningún otro material en el edificio o vivienda.
Cuando las aguas sean duras, es decir con una concentración en sales de calcio entre 100 y 200 mg/l, se realizarán las previsiones necesarias para que la temperatura de trabajo de cualquier punto del circuito de consumo no sea superior a 60 °C, sin perjuicio de la aplicación de los requerimientos necesarios contra la legionella. En cualquier caso, se dispondrán los medios necesarios para facilitar la limpieza de los circuitos.
3.1.7 Protección contra quemaduras
En sistemas de Agua Caliente Sanitaria, donde la temperatura de agua caliente en los puntos de consumo pueda exceder de 60 °C debe instalarse un sistema automático de mezcla u otro sistema
Se aconseja instalar a la salida del sistema de apoyo auxiliar (caldera, termo, etc.) la válvula mezcladora termostática Férroli de forma que se limite la temperatura de suministro de ACS a 45ºC para evitar quemaduras.
3.1.8 Protección de materiales contra altas temperaturas
El sistema deberá ser calculado de tal forma que nunca se exceda la máxima temperatura permitida por todos los materiales y componentes.
3.1.9 Resistencia a presión
Los circuitos deben someterse a una prueba de presión de 1,5 veces el valor de la presión máxima de servicio. Se ensayará el sistema con esta presión durante al menos una hora no produciéndose daños permanentes ni fugas en los componentes del sistema y en sus interconexiones. Pasado este tiempo, la presión hidráulica no deberá caer más de un 10 % del valor medio medido al principio del ensayo.
El circuito de consumo deberá soportar la máxima presión requerida por las regulaciones
nacionales/europeas de agua potable para instalaciones de agua de consumo abierta o cerrada. En caso de sistemas de consumo abiertos con conexión a la red, se tendrá en cuenta la máxima presión de la misma para verificar que todos los componentes del circuito de consumo soportan dicha presión.
3.1.10 Prevención de flujo inverso
La instalación del sistema deberá asegurar que no se produzcan pérdidas energéticas relevantes debidas a flujos inversos no intencionados en ningún circuito hidráulico del sistema.
La circulación natural que produce el flujo inverso se puede favorecer cuando el acumulador se encuentra por debajo del captador por lo que habrá que tomar, en esos casos, las precauciones oportunas para evitarlo.
Para evitar flujos inversos es aconsejable la utilización de válvulas antirretorno, salvo que el equipo sea por circulación natural.
3.2 Diseño del sistema de acumulación solar
3.2.1 Generalidades
El interacumulador para A.C.S. y las partes que estén en contacto con agua potable, cumplirán los requisitos de UNE EN 12897.
El volumen de acumulación cumplirá las especificaciones IDAE y CTE sobre área de los colectores y volumen de acumulación:
50 ≤≤≤≤ V/A ≤≤≤≤ 180
Siendo A los m2 de superficie de paneles y V el volumen de acumulación de ACS.
Preferentemente, el sistema de acumulación solar estará constituido por un solo depósito, será de configuración vertical y estará ubicado en zonas interiores. El volumen de acumulación podrá fraccionarse en dos o más depósitos, que se conectarán, preferentemente, en serie invertida en el circuito de consumo ó en paralelo con los circuitos primarios y secundarios equilibrados.
3.2.2 Situación de las conexiones
Con objeto de aprovechar al máximo la energía captada y evitar la pérdida de la estratificación por temperatura en los depósitos, la situación de las tomas para las diferentes conexiones serán las establecidas en los puntos siguientes:
• La conexión de entrada de agua caliente procedente del intercambiador o de los
captadores al acumulador se realizará, a una altura comprendida entre el 50 % y el 75 % de la altura total del mismo
• La conexión de salida de agua fría del acumulador hacia el intercambiador o los
captadores se realizará por la parte inferior de éste.
• La alimentación de agua fría de consumo al depósito se realizará por la parte
inferior. La extracción de agua caliente del depósito se realizará por la parte superior.
3.2.3 Disposición de los acumuladores
El sistema de acumulación dispone de varios depósitos, cuyo volumen se calculará en el anejo de cálculos.
La conexión de suministro permite la desconexión del acumulador sin interrumpir el funcionamiento de la instalación.
3.3 Diseño del sistema de intercambio para ACS
Existen al menos dos posibilidades de intercambio en el primario solar: Caso A: instalación de un acumulador + intercambiador de placas externo.
Caso B: instalación de un interacumulador con serpentín integrado en el interior del mismo.
Caso A: intercambiador de placas externo
La potencia mínima de diseño del intercambiador P, en W, en función del área de captadores A, en
El cálculo de la potencia del intercambiador se presenta en Anexo Caso B: interacumulador con serpentín integrado en su interior
En este caso la superficie mínima del serpentín deberá cumplir la relación:
S > 0,15 * A
donde A es el área total de captadores instalados en m2.
Es decir, la superficie del serpentín será al menos el 15% del área de captadores instalados.
3.4 Diseño del circuito hidráulico
3.4.1 Tuberías
Con objeto de evitar pérdidas térmicas, la longitud de tuberías del sistema deberá ser tan corta como sea posible, evitando al máximo los codos y pérdidas de carga en general.
El diseño y los materiales deberán ser tales que no exista posibilidad de formación de obturaciones o depósitos de cal en sus circuitos que influyan drásticamente en el rendimiento del sistema. El dimensionado de la tubería se realizará de acuerdo con el caudal de cálculo, teniendo en cuenta que la pérdida de carga unitaria de cada tramo no supere los 40 mm.c.a. por metro lineal y se obtenga una velocidad inferior a 2 m/s para evitar ruido y favorecer el flujo laminar.
El cálculo de tuberías se presenta en Anexo.
3.4.2 Bombas
Siempre que sea posible, las bombas en línea se montarán en las zonas más frías del circuito, teniendo en cuenta que no se produzca ningún tipo de cavitación y siempre con el eje de rotación en posición horizontal.
En instalaciones con superficies de captación superiores a 50 m2 se montarán dos bombas
idénticas en paralelo, dejando una de reserva, tanto en el circuito primario como en el secundario. En este caso se establecerá el funcionamiento alternativo de las mismas, de forma manual o automática.
Según las indicaciones del apartado 3.3.5.1 párrafo 2 del CTE calculamos el caudal del fluido del circuito primario, teniendo en cuenta el valor recomendado de caudal esté comprendido entre 1,2 y 2 l/seg. por cada 100 m2 de superficie de captadores instalada (o lo que es igual entre 43,2 y 72 l/h por m2 de colectores instalados).
3.4.4 Purga de aire
En los puntos altos de la salida de baterías de captadores y en todos aquellos puntos de la instalación donde pueda quedar aire acumulado, se colocarán sistemas de purga constituidos por botellines de desaireación y purgador manual o automático. El volumen útil del botellín será
superior a 100 cm3. Este volumen podrá disminuirse si se instala a la salida del circuito solar y
antes del intercambiador un desaireador con purgador automático.
3.5 Diseño del sistema eléctrico y de 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:
• Control de funcionamiento del circuito primario y secundario.
• Sistemas de protección y seguridad de las instalaciones contra
sobrecalentamientos, 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 (módulo de control diferencial) que compare la temperatura de captadores con la temperatura de acumulación. 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 cuando exista
intercambiador exterior, se podrán instalar también dos controles diferenciales.
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
instalaciones con varias aplicaciones deberán ir dotadas con un sistema individual para seleccionar la puesta en marcha de cada una de ellas, complementado con otro que regule la aportación de energía a la misma. Esto se puede realizar por control de temperatura o caudal actuando sobre una válvula de reparto, de tres vías todo o nada, bombas de circulación... o por combinación de varios mecanismos.
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. Cuando exista, el sensor de temperatura de la acumulación se colocará preferentemente en la parte inferior, en una zona no influenciada por la circulación del circuito secundario o por el calentamiento del intercambiador si éste fuera incorporado.
4 Diseño del sistema de energía auxiliar
Para asegurar la continuidad en el abastecimiento de la demanda térmica, las instalaciones de energía solar deben disponer de un sistema de energía auxiliar.
Queda prohibido el uso de sistemas de energía auxiliar en el circuito primario de captadores. El diseño del sistema de energía auxiliar se realizará en función de la aplicación (o aplicaciones) de
• No se recomienda la conexión de un retorno desde el acumulador de energía auxiliar al
acumulador solar, salvo que existan períodos de bajo consumo estacionales, en los que se prevea elevadas temperaturas en el acumulador solar. La instalación térmica deberá efectuarse de manera que en ningún caso se introduzca en el acumulador solar energía procedente de la fuente auxiliar.
Para la preparación de agua caliente sanitaria, se permitirá la conexión del sistema de energía auxiliar en paralelo con la instalación solar cuando se cumplan los siguientes requisitos:
• Exista previamente un sistema de energía auxiliar constituido por uno o varios
calentadores instantáneos no modulantes y sin que sea posible regular la temperatura de salida del agua.
• Exista una preinstalación solar que impida o dificulte el conexionado en serie.
• Para sistemas con energía auxiliar en paralelo y especialmente en aplicaciones de
climatización, usos industriales y otras aplicaciones en ese rango de temperaturas, es necesario un sistema de regulación del agua calentada por el sistema solar y auxiliar de forma que se aproveche al máximo la energía solar.
En los dos últimos puntos, la conmutación de sistemas será fácilmente accesible.
Para A.C.S., el sistema de aporte de energía auxiliar con acumulación o en línea siempre dispondrá de un termostato de control sobre la temperatura de preparación que en condiciones
