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EFICIENCIA ENERGÉTICA

CTE‐HE4. CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA DE AGUA CALIENTE SANITARIA 1


0 Energía Solar Térmica de Baja Temperatura:

El procedimiento actual que se lleva a cabo en cualquier instalación solar térmica de

baja temperatura consiste en absorber la energía térmica contenida en los rayos

solares para calentar un fluido, que generalmente suele ser agua o agua más

anticongelante.



0 Energía Solar Térmica de Baja Temperatura: EL CAPTADOR

El captador solar es el elemento más importante de las instalaciones solares térmicas,

ya que es el encargado de transformar la radiación electromagnética que llega del Sol

en energía térmica aprovechable incrementando para ello la temperatura de un fluidoen energía térmica aprovechable, incrementando para ello la temperatura de un fluido.

En aplicaciones de baja temperatura los captadores más empleados son los

captadores planos y los de tubo de vacío.


Captador solar plano Captador solar de tubo de vacío


0 Energía Solar Térmica de Baja Temperatura: EL CAPTADOR PLANO

De serpentín: Todo el fluido de trabajo pasa por un solo tubo en forma de serpentín.

Generan mayor pérdida de carga, pero son de fabricación sencilla.

De parrilla: varios tubos finos en paralelo, unidos a tubos de distribución en cada

extremo del captador, se combinan para formar una disposición en forma de parrilla.


De tipo serpentín De tipo parrilla


0 Energía Solar Térmica de Baja Temperatura: EL INTERCAMBIADOR

El intercambiador de calor es el encargado de transferir la energía térmica procedente

del circuito primario y aportada por la radiación solar en el captador, hasta el fluido del

circuito secundario Si el intercambiador de calor se sitúa en el interior delcircuito secundario. Si el intercambiador de calor se sitúa en el interior del

acumulador como parte de este, se denomina Interacumulador.

Intercambiador externo Interacumulador



0 Energía Solar Térmica de Baja Temperatura: EL INTERCAMBIADOR



0 Energía Solar Térmica de Baja Temperatura: EL ACUMULADOR

El acumulador es el encargado se almacenar la energía térmica. Permite

desincronizar el aporte de energía solar de los consumos de ACS.

- Acumulador solar: La energía térmica la aporta la el sol- Acumulador solar: La energía térmica la aporta la el sol.

- Acumulador de apoyo: La energía térmica la aporta el sistema de

apoyo (combustible en el caso de una caldera o energía

eléctrica si es una resistencia).



0 Energía Solar Térmica de Baja Temperatura: ESQUEMAS



1 Ámbito de aplicación:

a) Nueva construcción o a edificios existentes en que se reforme íntegramente el edificio en

sí o la instalación térmica, o en los que se produzca un cambio de uso característico del

mismo, en los que exista una demanda de agua caliente sanitaria (ACS) superior a 50 l/día.

b) Ampliaciones o intervenciones, no cubiertas en el punto anterior en edificios existentes

con una demanda inicial de ACS superior a 5.000 l/día, que supongan un incremento

superior al 50% de la demanda inicial.

)c) Climatizaciones de:

1. Piscinas cubiertas nuevas

2 Pi i bi t i t t l l i t l ió té i2. Piscinas cubiertas existentes en las que se renueve la instalación térmica

3. Piscinas descubiertas existentes que pasen a ser cubiertas



2 Caracterización de las exigencias:

a) Se establece una contribución mínima de energía solar térmica en función de la zona

climática y de la demanda de ACS o de climatización de piscina del edificio.

ACS

entslr

QE ,

AÑO

AÑO

ENERGÍA)(DEMANDA APORTADA) SOLAR(ENERGÍA

MÍNIMA SOLAR ÓNCONTRIBUCI

b) En el caso de ampliaciones e intervenciones en edificios existentes, con una demanda

inicial de ACS superior a 5.000 l/día, la contribución solar mínima solo afectará al

incremento de la demanda de ACS sobre la demanda inicial.



3 Cuantificación de las exigencias:

1 Contribución solar mínima para ACS y/o piscinas cubiertas

TABLA 2.1 CONTRIBUCION SOLAR MINIMA ANUAL PARA ACS EN %V (T ) l/di Z li áti

1 Contribución solar mínima para ACS y/o piscinas cubiertas

VACS (Trfr) l/dia Zona climáticaI II III IV V

50-5.000 30 40 50 60305.000-10.000 40 50 60

70>10.000 50 60 70

TABLA 2.2 CONTRIBUCION SOLAR MINIMA EN % CASO CLIMATIZACION DE PISCINAS CUBIERTAS

Demanda total de ACS del edificio Zona climáticaDemanda total de ACS del edificio l/ día

Zona climáticaI II III IV V

Piscinas cubiertas 30 50 60 70




1 Contribución solar mínima para ACS y/o piscinas cubiertas1 Contribución solar mínima para ACS y/o piscinas cubiertas

Las zonas climáticas se han definido teniendo en cuenta la Radiación Solar Global

media diaria anual sobre superficie horizontal (H)media diaria anual sobre superficie horizontal (H).

Podrán emplearse los datos de Radiación Solar Global recogidos en “Atlas de

Radiación Solar en España utilizando datos del SAF de Clima de EUMETSAT”Radiación Solar en España utilizando datos del SAF de Clima de EUMETSAT .

TABLA 4.4 RADIACION SOLAR GOLOBAL MEIDA DIARIA MENSUAL SOBRE SUPERFICIE HORIZONTALDIARIA MENSUAL SOBRE SUPERFICIE HORIZONTAL

Zona climática MJ/m2 kWh/m2

I H<13,7 H<3,8II 13 7≤H<15 1 3 8≤H<4 2II 13,7≤H<15,1 3,8≤H<4,2III 15,1≤H<16,6 4,2≤H<4,6IV 16,6≤H<18,0 4,6≤H<5,0V H 18 0 H 5 0


V H≥18,0 H≥5,0


RADIACIÓN GLOBAL SOBRE EL PLANO HORIZONTAL (kWh/m2día)

ALBACETE 4,99 GUADALAJARA 4,83 PONTEVEDRA 4,09ALICANTE 5,06 HUELVA 5,23 SALAMANCA 4,73ALMERÍA 5,29 HUESCA 4,76 SAN SEBASTIÁN 3,56ÁVILA 4,64 JAÉN 5,18 S.C. de TENERIFE 5,41, , ,BADAJOZ 5,03 LAS PALMAS 5,07 SANTANDER 3,67BARCELONA 4,57 LEÓN 4,50 SEGOVIA 4,56BILBAO 3 55 LÉRIDA 4 80 SEVILLA 5 24BILBAO 3,55 LÉRIDA 4,80 SEVILLA 5,24BURGOS 4,32 LOGROÑO 4,23 SORIA 4,49CÁCERES 5,00 LUGO 3,84 TARRAGONA 4,65CÁDIZ 5 29 MADRID 4 89 TERUEL 4 73CÁDIZ 5,29 MADRID 4,89 TERUEL 4,73CASTELLÓN 4,76 MÁLAGA 5,21 TOLEDO 5,01CEUTA 4,91 MELILLA 5,09 VALENCIA 4,93CIUDAD REAL 5 03 MURCIA 5 14 VALLADOLID 4 67CIUDAD REAL 5,03 MURCIA 5,14 VALLADOLID 4,67CÓRDOBA 5,13 ORENSE 4,12 VITORIA 3,81CORUÑA 3,87 OVIEDO 3,58 ZAMORA 4,72


CUENCA 4,73 PALENCIA 4,62 ZARAGOZA 4,79GERONA 4,37 P. de MALLORCA 4,78GRANADA 5,21 PAMPLONA 4,05



2 Protección contra sobrecalentamientos2. Protección contra sobrecalentamientos

En ningún mes del año la energía producida por la instalación podrá superar el 110%

de la demanda energética y en no más de tres meses el 100% no teniendo en cuentade la demanda energética y en no más de tres meses el 100%, no teniendo en cuenta

aquellos periodos de tiempo en los cuales la demanda energética se sitúe un 50% por

debajo de la media correspondiente al resto del añodebajo de la media correspondiente al resto del año.

Disipador de calor estático


Disipador de calor estático



3 Perdidas por orientación inclinación y sombras3. Perdidas por orientación, inclinación y sombras

Las pérdidas se expresan como porcentaje de la radiación solar que incidiría sobre la

superficie de captación orientada al sur a la inclinación óptima y sin sombrassuperficie de captación orientada al sur, a la inclinación óptima y sin sombras.

Las pérdidas serán inferiores a los límites establecidos en la tabla 2.3





La orientación óptima se sitúa siempre hacia el sur, mientras que la inclinación óptima

dependerá del período preferente de la demanda térmica así:dependerá del período preferente de la demanda térmica, así:

a) Demanda constante anual: la latitud geográficaa) Demanda constante anual: la latitud geográfica

b) Demanda preferente en invierno: la latitud geográfica + 10º

c) Demanda preferente en verano: la latitud geográfica ‐10ºc) Demanda preferente en verano: la latitud geográfica 10




4 Sistema de medida de energía suministrada4. Sistema de medida de energía suministrada

a) Si Pn > 14 kW sistema de medida para programa de gestión energética y las

inspecciones periódicas de eficiencia energéticainspecciones periódicas de eficiencia energética.

b) El usuario debe comprobar de forma directa, visual e inequívoca el correcto

funcionamiento.

c) En viviendas podrá ser verificada de forma centralizada por quien la comunidad

delegue o de manera individualizada por cada usuario

d) En el caso de acumulación solar distribuida será suficiente la contabilizaciónd) En el caso de acumulación solar distribuida será suficiente la contabilización

centralizada hacia los acumuladores individuales.




5 Sistemas de acumulación solar y conexión de sistema de generación auxiliar5. Sistemas de acumulación solar y conexión de sistema de generación auxiliar

a) Sistema de acumulación solar función de la energía a lo largo del día, y no solo en

función de la potencia del generador (captadores solares) por tanto se debefunción de la potencia del generador (captadores solares), por tanto se debe

prever una acumulación acorde con la demanda.

b) Para ACS, el área de los captadores tendrá un valor tal que

50 < V/A < 180

A: suma de las áreas de los captadores [m²]; V: volumen de la acumulación solar [litros].

) N it l ió d i t d ió ili l l dc) No se permite la conexión de un sistema de generación auxiliar en el acumulador

solar.




5 Sistemas de acumulación solar y conexión de sistema de generación auxiliar5. Sistemas de acumulación solar y conexión de sistema de generación auxiliar



4 Cálculo de la demanda de ACS:




En el uso residencial privado el cálculo del número de personas por vivienda deberáhacerse utilizando como valores mínimos los que se relacionan a continuación.

En los edificios de viviendas multifamiliares se utilizará el factor de centralizacióncorrespondiente al número de viviendas del edificio que multiplicará la demanda diaria dea a aliente sanitaria a 60 ºC al ladaagua caliente sanitaria a 60 ºC calculada.




En los casos en los que la localidad no coincida con la capital de provincia se corregirá latemperatura de agua de red media mensual (Tred,loc) según la temperatura de la capital deprovincia (Tred,cap) y la diferencia de altura con respecto a esta (Δz = Altura de la localidad –Altura de la Capital de provincia) mediante la siguiente expresión:

T T Z . ,red lcl red cptT T Z

d ddonde

β=0,0066 Para los meses de octubre a marzoβ 0 0033 P l d b il ti bβ=0,0033 Para los meses de abril a septiembre



5 Cálculo de las pérdidas por orientación e inclinación:

El objeto de este apartado es determinar los límites en la orientación e inclinación de losmódulos de acuerdo a las pérdidas máximas permisibles.

L é did l l á f ió dLas pérdidas por este concepto se calcularán en función de:

a) ángulo de inclinación, β

b) ángulo de acimut, α




Se corregirán los límites de inclinación aceptables en función de la diferencia entrela latitud del lugar en cuestión y la de 41º, de acuerdo a las siguientes fórmulas:

a) inclinación máxima = inclinación (φ = 41º) – (41º - latitud)

b) inclinación mínima = inclinación (φ = 41º) – (41º-latitud); siendo 5º su valor) (φ ) ( );mínimo.




Ejemplo:

IST en MadridIST en Madrid(Latitud = 41º)

Inclinación = 48ºAzimut = 15º



6 Cálculo de las pérdidas sombras:

Distancia mínima entre filas de captadores: (PET-REV-enero 2009)Distancia mínima entre filas de captadores: (PET REV enero 2009)

La distancia d, medida sobre la horizontal, entre una fila de captadores y un obstáculo dealtura h, que pueda producir sombras sobre la instalación deberá garantizar un mínimod 4 h d l l di dí d l l i i d i i di i d áde 4 horas de sol en torno al mediodía del solsticio de invierno. Esta distancia d serásuperior al valor obtenido por la expresión:

hkd k 1hkd Latitudk

º61tan1




Ejemplo:IST en Alicante(Latitud = 38º) md FILAS 5,3

)3861tan(15,1 (Latitud 38 )

Inclinación = 50º)3861tan(

Definición ValorDefinición ValorFabricante y modelo GenéricoFactor de ganancia 0,80Factor de pérdidas W/m2ºC 3,90Caudal l/h 50‐200Volumen l 2,3Pérdida de carga a 200 l/h mca 0,028Temperatura de estancamiento ºC 190Área de apertura m2 2,40Alt 1 90Alto m 1,90Ancho m 1,30




Cálculo de pérdidas por obstáculos circundantesCálculo de pérdidas por obstáculos circundantes

El procedimiento consiste en la comparación del perfil de obstáculos que afecta a lasuperficie de estudio con el diagrama de trayectorias del sol. Los pasos a seguir son losi isiguientes:

1. Localización de los principales obstáculos que afectan a la superficie, en términos ded d d i ió i t (á l d d i ió t lsus coordenadas de posición acimut (ángulo de desviación con respecto a la

dirección sur) y elevación (ángulo de inclinación con respecto al plano horizontal).Para ello puede utilizarse un teodolito.

2. Representación del perfil de obstáculos en el diagrama de la figura 3.4, en el que semuestra la banda de trayectorias del sol a lo largo de todo el año, válido paralocalidades de la Península Ibérica y Baleares (para las Islas Canarias el diagramalocalidades de la Península Ibérica y Baleares (para las Islas Canarias el diagramadebe desplazarse 12º en sentido vertical ascendente). Dicha banda se encuentradividida en porciones, delimitadas por las horas solares (negativas antes delmediodía solar y positivas después de éste) e identificadas por una letra y un


mediodía solar y positivas después de éste) e identificadas por una letra y unnúmero (A1, A2, ..., D14).



3. Cada una de las porciones de la figura 3.4 representa el recorrido del sol en un ciertoperiodo de tiempo (una hora a lo largo de varios días) y tiene, por tanto, una determinadacontribución a la irradiación solar global anual que incide sobre la superficie de estudio.Así, el hecho de que un obstáculo cubra una de las porciones supone una cierta pérdidade irradiación, en particular aquélla que resulte interceptada por el obstáculo. Debeescogerse para el cálculo la tabla de referencia más adecuada de entre las que se incluyenen el anejo B.

4. La comparación del perfil de obstáculos con el diagrama de trayectorias del sol permitecalcular las pérdidas por sombreado de la irradiación solar global que incide sobre lasuperficie, a lo largo de todo el año. Para ello se han de sumar las contribuciones deaquellas porciones que resulten total o parcialmente ocultas por el perfil de obstáculos

t d E l d lt ió i l tili á l f t d ll d (f iórepresentado. En el caso de ocultación parcial se utilizará el factor de llenado (fracciónoculta respecto del total de la porción) más próximo a los valores: 0,25, 0,50, 0,75 ó 1.3.6.3




Las tablas incluidas en esta Sección se refieren a distintas superficies caracterizadas porsus ángulos de inclinación y orientación (β y α, respectivamente). Debe escogerseaquélla que resulte más parecida a la superficie en estudio. Los números que figuran encada casilla se corresponden con el porcentaje de irradiación solar global anual que seperdería si la porción correspondiente resultase interceptada por un obstáculo.




SUR




El ángulo de elevación puede determinarse trigonométricamente con el triángulo queEl ángulo de elevación puede determinarse trigonométricamente, con el triángulo queforman la altura de los vértices del perfil de sombras, y la distancia al punto medio de lainstalación solar. Para el caso que nos ocupa los valores son los que se muestran en la

El azimut y la inclinación de los puntos analizados han sido

Punto 1 2 3 4 5 6Inclinación (β) 5,47 11,28 21,75 30,22 16,24 6,44Azimut (α) -59 -38 -38 44 44 85


( )



3

4

1 2

3

5 6




A i ió h d l ib i d ll i lA continuación se han de sumar las contribuciones de aquellas porciones que resultentotal o parcialmente ocultas por el perfil de obstáculos representado. En el caso deocultación parcial se utilizará el factor de llenado (fracción oculta respecto del total de laporción) más próximo a los valores: 0 25 0 50 0 75 ó 1porción) más próximo a los valores: 0,25, 0,50, 0,75 ó 1.

Para el caso en cuestión los valores utilizados son: A9=0,25; A5=0,25; A3=0,25; A2=0,25;A4=0 5; A6=0 75; A8=0 5; A10=0 75; B6=0 25; B10=0 25; B12=0 75

5,08A75,06A5,04A25,02A25,03A25,05A25,09APérdidassombras

A4=0,5; A6=0,75; A8=0,5; A10=0,75; B6=0,25; B10=0,25; B12=0,75Por tanto,

75,012B25,010B25,06B75,010A

5,08A75,06A5,04A25,02A25,03A25,05A25,09APérdidas sombras




C d d l i t l id d l S l i t i d d tiCada una de las porciones representa el recorrido del Sol en un cierto periodo de tiempo(una hora a lo largo de varios días) y tiene, por tanto, una determinada contribución a lairradiación solar global anual que incide sobre la superficie de estudio. Así, el hecho deque un obstáculo cubra una de las porciones supone una cierta pérdida de irradiaciónque un obstáculo cubra una de las porciones supone una cierta pérdida de irradiación,en particular aquélla que resulte interceptada por el obstáculo.

Debe escogerse para el cálculo la tabla de referencia más adecuada Para el caso delDebe escogerse para el cálculo la tabla de referencia más adecuada. Para el caso delejemplo se opta por utilizar la tabla de β=35º, α=30º, por ser la más próxima a los datosde la instalación proyectada.

%10,575,006,025,071,025,082,175,018,05,033,175,014,25,093,225,016,325,024,225,032,125,002,0

sombrasPérdidas




C tó i i i l t l bi t ti i li ió d β 20ºComo se comentó inicialmente, la cubierta tiene una inclinación de β=20º y unacimut de α=15º. Puesto que se ha optado por la integración arquitectónica de loscaptadores, éstos adoptan los mismos ángulos de inclinación y acimut que lacubiertacubierta.

Utilizando las formulas con los ángulos correspondientes, el valor de pérdidas pororientación e inclinación resulta de 3 5% (utilizando la imagen 3 3 saldría el valororientación e inclinación resulta de 3,5% (utilizando la imagen 3.3 saldría el valorentre 0 y 5 % de perdidas)

Este dato de pérdidas junto con el de sombras se utilizará en los cálculos para el

︶P1︵︶P1︵P1

Este dato de pérdidas junto con el de sombras se utilizará en los cálculos para eldimensionamiento de la instalación. Las Pérdidas totales vienen dadas por:

︶P1︵︶P1︵P1 ORIINCLSOMBRASTOT

%)4,8(084,0)035,01()051,01(1 TOTP


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