presentacion pfm frio solar [modo de compatibilidad]
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Estudio de viabilidad de instalación de refrigeración solar con máquina de absorción
de doble efecto alimentada por colectores cilindro parabólicos
Proyecto fin de MásterAutor: L. Carlos Hernández IglesiasTutor: Manuel Macías MirandaSeptiembre 2009
INDICE:
1.- ¿Por qué refrigeración solar?
2.- CCP y doble efecto
3.- Descripción del edificio
4.- Demanda del edificio
5.- Dimensionado
6.- Análisis de resultados obtenidos
7.- Comparativa con tubos de vacío
8.- Conclusiones
¿ Por qué Refrigeración Solar ?
• El consumo eléctrico en la refrigeración de los edificios su poneel 12% del total y equivale a la producción de 3 nucleares
• El 98% de este consumo corresponde al sector terciario
• La potencia instalada está en torno a los 9.000 MW
• Este hecho acentúa mucho la curva de demanda y obliga atener una potencia eléctrica instalada muy grande
• Estas puntas suponen el 20% de la potencia eléctrica instala da
• Solo en 1 hora se pueden llegar a emitir 3.000 Tn de CO 2
1.-¿ Por qué Refrigeración Solar ?
¿ Por qué Refrigeración Solar ?
Ventajas de esta tecnología:
Reduce los gastos de la factura energética, tanto por contra taciónde potencia eléctrica, como por tener menor consumo
Utiliza equipos libres de agentes refrigerantes nocivos
Posibilidad de hibridarlo con biomasa o gas
Apoyo de las administraciones a la tecnologías solares
Adecuación de la demanda al recurso solar
Posibilidad de almacenamiento
Suaviza la curva de demanda y reduce la dependencia energéti cadel exterior
¿ Por qué Refrigeración Solar ?
La curva de radiación solar seadapta bastante bien a la curva de demanda de climatización
CCP y absorción de doble efecto
• Tubos de vacío• Concentradores lineales Fresnel• Colectores cilindro parabólicos
CCP y absorción de doble efecto
Ventajas
Se pueden alcanzar altas temperaturas ( hasta 400 ºC)
Se pueden asociar a máquinas de absorción de dobleefecto que alcanzan COP de hasta 1,35
Retorno de la inversión menor que con tubos de vací o
Posibilidad de usar agua como fluido caloportador
La maquina de absorción es un equipo silencioso
Áreasde
mejora
Tamaño de los colectores, para que se puedan usar e n un rango mas pequeño de superficies
Mayor nº de fabricantes
Sistemas de almacenamiento mas eficaces
CCP y doble efecto. Esquema de funcionamiento
Descripción del edificio
Palacio de Justicia de Murcia
- 2 sótanos y 4 plantas- 36.220 m2 construidos- forma de T , dividido en
5 módulos y vestíbulo- uso administrativo
Descripción del edificio
Demanda energética del edificio
Con el programa CL WIN calculamos tanto la carga frigorífica máximadel edificio, como la demanda energética para de esta forma p oderdimensionar el campo solar y la potencia de la máquina de abso rción
Demanda energética del edificio
Dimensionado. Condicionantes básicos
• El uso al que va destinado el campo solar determina la orienta ción,a su vez la disponibilidad de espacio condiciona esta orient ación
Norte- Sur
Hasta 4 veces mas energía en Verano
que en Invierno
Ideal para edificios con mucha mas
demanda de refrigeración que de
calefacción
Este - Oeste
Diferencias menos acusadas entre
Verano e Invierno
Ideal para climas mas de interior
donde la demanda de calefacción es
mas alta
Dimensionado. Condicionantes básicos
En función de lo anterior y de las necesidades energéticas de l edificio,tendremos que afrontar posiblemente la mayor dificultad de este tipode proyecto, que no son otros que los arquitectónicos.
Longitud de la fila en la orientación adecuada para darnos el salto de tª, que requiere la potencia de diseño de la instalación
Disponibilidad de espacio para poder meter la filas suficientes, guardando la distancia para evitar que se hagan sombras entre ellas (min 2,8 veces el ancho de apertura)
Disponibilidad de espacio para poner los equipos de la instalación y una estructura del edificio que aguante el peso de los equipos y permita su fácil acceso
Dimensionado. Proceso
Datos meteorológicos:Radiación directa 5 minutalTª ambiente 5 minutal
Datos de consumo y cargafrigorífica horaria
DIMENSIONADO INICIAL :Campo de colectores:orientación, longitud filas, nº de filasPotencia m. de absorción / torre
Producción energética diaria,mensual y anualDiferencias en cobertura
Dimensionado Depósito de acumulación
Análisis económico:coste inicialcoste mantenimientosubvencionesfinanciación
Dimensionado .Colector IST PT-1
EmpresaIST
Modelo PT1
País Estados Unidos
Fuente IST, 2008
Temperatura de operación (ºC) 288
Área de apertura (m 2) 14,03
Ancho de apertura (m) 2,3
Longitud (m) 6,1
Distancia focal (m) 0,80
Diámetro exterior receptor (m) 0,051
Diámetro exterior cubierta (m) 0,075
Ángulo apertura (º) 72
Ángulo aceptancia (º) 2,40
Razón de concentración 14,41
Eficiencia óptica 0,7625
Reflectividad 0,89
Transmisividad 0,95-0,96
Absortividad 0,96-0,98
Emisividad (a la temp. (ºC)) 0,15-0,25 (80)
Dimensionado campo de colectores
Datos de
Partida
• fluido : aceite therminol VP-1• tª entrada colector : 293 ºC• tª salida colector : 393º C• tª media fluido : 343º C• presión de trabajo : 30 bar• día diseño : 21 de junio• tª ambiente : 27 º C• radiación directa : 850 w/m 2
• latitud : 40,25º N• longitud : 6,25 O • rendimiento del colector• modificador del ángulo incidencia• orientación ( Norte- Sur )• área de apertura del colector (545 m 2 )• nº de módulos que tiene el colector ( 8)• diámetro interior tubo absorbedor(0,065 )• valores de densidad • valores de calor especifico • valores de viscosidad dinámica
Dimensionado del campo de colectores: incremento tª en la fila
Cálculo ángulo incidencia
Densidad y calor específico f(t)en forma poli nómica, datos delPrograma “ Monsanto”ρ (Kg/m 3) = 1131 – 1,065 tCp ( kj /kg .K ) = 1,479 + 0,0028 t
Adoptamos nº Reynolds 7 .10 5
Caudal másico de diseño de la fila
M= 6,52 Kg/sCalor del sol al colector
-Pérdidas térmicas
Calor del colector al fluido276,72 Kw
M. ∆H =
6,52(1,479*(TOUT-Tm)+1/2*0,0028 *(TOUT2-Tm
2)
TOUT=360,21º ∆tª = 17,21º C
Dimensionado del campo de colectores: nº de colecto res en serie y nº de filas en paralelo
• Sabiendo que el salto que hemos diseñado es de 18º, tendremos queponer 2 colectores en serie y por tanto la potencia de cada fil a será:
58, 9 * 2 = 105,8 Kw
• Con datos 5 minutales de tª y radiación, integramos la energí a que nosda la fila para el día de diseño y obtenemos 1246 Kwh .Como necesitamos una potencia frigorífica de 434 Kw y nuestr amáquina de absorción tiene un COP de 1,25, la potencia térmic a quedebe suministrar el campo para 10 horas, será:
437/1,25= 347,2 Kw * 10 horas de funcionamiento= 3.472 Kwh
• Luego el nº de filas en paralelo será:
3472/1246=2,8 , es decir 3 filas
Dimensionado. Disponibilidad de espacio
Dimensionado. Energía anual de campo
Debemos calcular la energía de un día típico claro de cada mes y a continuaciónhacer una estimación de los días claros que tendrá cada mes , p ara elloutilizaremos la siguiente regla:
Nº días claros del mes: días claros + 0,4 * días nublados
Dimensionado. Porcentaje de cobertura
Dimensionado de acumulación
Se dimensiona la instalaciónpara almacenar los excedentes de 2 días del mes de diseño.
20.000 LITROS
Análisis de viabilidad económica .Presupuesto estim ado
Costes de mantenimiento: 0,5 % inversión ( 2.138 €/ año)
Análisis de viabilidad económica . Ahorros
subvención 30% 139.064
recursos propios 162.242
Préstamo ( 4 % ) 162.242
463.548
TIR_ Proyecto 9.77%VAN_Proyecto 201.528
Retorno Inversión: 11,5 años
Comparativa con tubos de vacio
Si pensáramos en una instalación con tubos de vacio , asociada a una máquina de absorción de simple efecto ( COP 0,65) que nos t uviera que proporcionar la misma energía frigorífica y seleccionando un pa nel de una marca de reconocido prestigio como el VITOSOL 200 T, habrí a que instalar:
RESULTADOSNúmero de colectores 328 colectoresSuperficie Instalada 1006.96 m2
REFRIGERACIÓNEnergía demandada: 675.304 kWh/añoEnergia sustituida: 534.765 kWh/añoEnergia sustituida: 79.2 %
CALEFACCIÓNEnergía demandada: 62085.4 kWh/añoEnergia sustituida: 62085.4 kWh/añoEnergia sustituida: 100.0 %
TOTALEnergía demandada: 737389.4 kWh/añoEnergia sustituida: 596850.0 kWh/añoEnergia sustituida: 80.9 %
Comparativa con tubos de vacio. Energía captada
Superficie m2 Energía captada KWh/mes
Enero 1006.96 61.903
Febrero 1006.96 77.797
Marzo 1006.96 88.975
Abril 1006.96 97.794
Mayo 1006.96 111.940
Junio 1006.96 109.698
Julio 1006.96 124.288
Agosto 1006.96 115.374
Septiembre 1006.96 97.615
Octubre 1006.96 82.891
Noviembre 1006.96 59.374
Diciembre 1006.96 50.380
Total 1.078.029
La energía captada es mayor, pero el % de energía para Refrigeración es del 82 %, frente al 90% de los ccp
Comparativa tubos de vacío. Presupuesto estimado
Precio de los colectores de vacío: PVP( 2.833 €) – 40 % dto = 1.700 €Costes de mantenimiento: 0,5 % inversión ( 3.996 €/ año)
Comparativa tubos de vacío. Análisis de viabilidad económica
subvención 30% 239.796
recursos propios 279.763
Préstamo ( 4 % ) 279.762
799.321
TIR_ Proyecto 6,97%VAN_Proyecto 146.179
Retorno inversión: 14,5 años
Emisiones evitadas por la instalación
Refrigeración
Calefacción
Conclusiones
Económicamente es rentable, puesto que la inversión se recupera en 12 años, y en un futuro escenario de fiscalidad ambiental también sería muy rentable al evitar tener que pagar menos en concepto de emisiones.
Medioambientalmente se evitan emitir 104, 6 Tn de CO2, sin embargo hay que pedir a los fabricantes un esfuerzo para que los equipos consuman menos agua.
Instalaciones especialmente indicadas para zonas de clima suave, y en edificios donde pese mucho más la demanda de refrigeración que la de calefacción, además es imprescindible el almacenamiento térmico para su correcta explotación y en este sentido investigar con los materiales de cambio de fase.
Se hace necesario contar con colectores más pequeños que nos permitan adaptarnos mejor a las distintas configuraciones de la cubiertas, para poder dar siempre la orientación que mas nos convenga
Aumenta la competitividad de las empresas y del país en general al disminuir los costes energéticos , reduce nuestra dependencia del exterior y como toda energía distribuida evita la implantación de nuevas y costosas líneas eléctricas
Muchas gracias
lchiglesias@gmail.com
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