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Colegio Oficial de Aparejadores y Arquitectos Colegio Oficial de Aparejadores y Arquitectos TTéécnicos de Ccnicos de Cáádizdiz

Curso CCurso C óódigo Tdigo T éécnico de la Edificacicnico de la Edificaci óónn

DBDB--HE Ahorro de EnergHE Ahorro de Energ ííaa

Septiembre Septiembre -- Octubre de 2006Octubre de 2006

Departamento de Departamento de IngenierIngenieríía Energa Energéética tica

Grupos de Grupos de Termotecnia y Termotecnia y TermodinTermodináámicamica HE.4: Contribución solar mínima de

agua caliente sanitaria

Germán López Lara

1. Generalidades

2. Caracterización y cuantificación de las exigencias

3. Cálculo y dimensionado

4. Mantenimiento

ContenidoContenido

HE 4 CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA DE AGUA CALIENTE SANITARIA

En los edificios nuevos y en rehabilitaciones en los que se

prevea una demanda de ACS. El porcentaje de aporte variará

en función de:

• Demanda del edificio (l/día).

• Zona climática donde se ubique.

• Tipo de combustible convencional a sustituir.

Existencia de consumo de ACS Energía solar térmica

hasta un determinado

aporte (30%-70%)Piscina cubierta

GeneralidadesGeneralidades ÁÁmbito de aplicacimbito de aplicacióónn


ÁMBITO DE APLICACIÓN:• Nueva construcción y rehabilitación de edificios existentes

• Disminución justificada de la contribución solar mínima en los siguientes casos:

a) Aprovechamiento de energías renovables, procesos de cogeneración o fuentes de energía residuales procedentes de la instalación de recuperadores de calor ajenos a la propia generación de calor del edificio.

b) Sobrepasar los criterios de cálculo que marca la normativa de aplicación.

c) Inaccesibilidad al sol por barreras externas.

d) Limitaciones no subsanables de la normativa urbanística aplicable.

e) Protección histórico-artística.


Justificación medidas ahorro térmico o emisiones• Mejora aislamiento térmico

• Rendimiento energético equipos

CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LAS EXIGENCIAS.

• Contribución solar mínima (%). Caso General


7070707052> 20.000

707070704517.500-20.000

707070703515.000-17.500

707070703012.500-15.000

707070653010.000-12.500

70707055309.000-10.000

70706552308.000-9.000

70706345307.000-8.000

70706135306.000-7.000

70655530305.000-6.000

706050303050-5.000

VIVIIIIII

Zona climáticaDemanda total de ACS del edificio (l/d)


• Contribución solar mínima (%). Caso Efecto Joule


70707069513.000-4.000

70707070584.000-5.000

70707070625.000-6.000

7070707070> 6.000

70707066502000-3000

70707063501000-2000

707070605050-1000

VIVIIIIII

Zona climáticaDemanda total de ACS del edificio (l/d)


• Contribución solar mínima (%). Climatización piscinas


7060503030Piscinas cubiertas

VIVIIIIII

Zona climática

Ocupaciones parciales de instalaciones de uso turístico:

• Aproximarse al máximo al nivel de contribución solar mínima.

• Limitado por el cumplimiento de la condición que en ningún mes del año la energía producida por la instalación podrá superar el 110 % de la demanda de consumo y no más de tres meses el 100 %.

• A estos efectos no se tomarán en consideración aquellos periodos de tiempo en los cuales la demanda se sitúe un 50 % por debajo de la media correspondiente al resto del año, tomándose las medidas de protección adecuadas.


Si en un mes del año el aporte solar real sobrepasa el 110 % o en más de tres meses seguidos el 100 % de la demanda energética:

a) Disipación excedentes.

b) Tapado parcial campo de captadores.

c) Vaciado parcial campo de captadores.

d) Desvío excedentes a otras aplicaciones existentes.


SEGURIDAD INTRSEGURIDAD INTRÍÍNSECANSECA

Límites de pérdidas por orientación, inclinación y sombras:

Orientación óptima Sur.Inclinación óptima función del periodo de utilización.

50 %20 %40 %Integración arquitectónica

30 %15 %20 %Superposición

15 %10 %10 %General

Total OI+S

SombrasS

Orientación e inclinación

OI


• Datos previos

• Condiciones generales de la instalación

• Criterios generales de cálculo

• Componentes

• Cálculo de las perdidas por orientación e inclinación

• Cálculo de las perdidas de radiación por sombras

CCáálculo y dimensionadolculo y dimensionado


• Tabla de referencia de consumos unitarios a 60 ºC (personas, cama, servicio, alumno, etc..).

• Adaptación de la temperatura de diseño a las características de uso.

• Ocupación plena (salvo uso turístico con ocupaciones parciales justificadas).

• A efectos de cálculo se agruparán los edificios de un recinto.

CCáálculo de la Demandalculo de la Demanda


CÁLCULO Y DIMENSIONADO.

• Datos previos.

� Valores de la demanda según tabla a 60ºC.



• Datos previos.

� Para demandas a diferentes temperaturas, se debe utilizar la siguiente expresión:

donde:

� En el uso residencial vivienda el cálculo del número de personas se obtiene de la siguiente manera:

� En caso de justificar un nivel de demanda de ACS que presente diferencias de más del 50% entre los diversos días de la semana, se considerará la correspondiente al día medio de la semana y la capacidad de acumulación seráigual a la del día de la semana de mayor demanda.


Zona 1: H < 3,8

Zona 2: 3,8 ≤ H <4,2 Zona 3: 4,2 ≤ H < 4,6 Zona 4: 4,6 ≤ H<5,0 Zona 5: H ≥ 5,0

H se mide en kWh/m2

Fuente: INM .Generado a partir de isolineas de radiación solar global media diaria anual sobre superficie horizontal.

Zonas ClimZonas Climááticasticas


• Datos previos



• Componentes







ACSconsumo

suministro red

� Instalaciones con circuito primario y secundario independientes.

� Las instalaciones de más de 10 m2 correspondiendo a un solo circuito primario, éste será de circulación forzada.

� Fijación de unas condiciones en el fluido de trabajo respecto al:

• pH

• salinidad

• contenido en sales de calcio

• dióxido de carbono libre

� Fuera de los rangos establecidos el agua deberá ser tratada.


Condiciones generalesCondiciones generales



• Condiciones generales de la instalación.

� El fabricante, suministrador final, instalador o diseñador del sistema deberáfijar la mínima temperatura permitida en el sistema. Todas las partes del sistema que estén expuestas al exterior deben ser capaces de soportar la temperatura especificada sin daños permanentes en el sistema.

� 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 debe dotar a las instalaciones solares de dispositivos de control manuales o automáticos que eviten los sobrecalentamientos de la instalación.

� Sistema disponga de drenajes como protección ante sobrecalentamientos, el agua caliente o vapor del drenaje no puede suponer peligro para los habitantes y no se produzcan daños en el sistema.

� En sistemas de ACS, temperatura de agua caliente en los puntos de consumo >60 °C debe instalarse un sistema automático de mezcla u otro sistema que limite la temperatura de suministro a 60 °C.


• Datos previos



• Componentes





� Captador certificado por el organismo competente conforme al RD 891/1980 de 14 de abril.

� Captadores del mismo modelo (recomendación).

� Para producción de ACS se recomiendan captadores con coeficiente global de pérdidas <10 Wm2/ºC.

� Conexionado de captadores en filas de igual número en serie o paralelo:

• Filas constituidas, preferentemente, por el mismo número de elementos conectados en serie, en paralelo ó en serie-paralelo.

• Dentro de una fila, para la aplicación de ACS entre 6 y 10 m2 de captador en serie dependiendo de la zona climática.

• Instalación de válvulas de cierre y de seguridad en cada batería de captadores.

� La conexión entre captadores y filas equilibradas hidráulicamente.

Sistema de captación

Criterios generales de cCriterios generales de cáálculolculo


Conexionado de baterConexionado de baterííasas


Equilibrado de circuitosEquilibrado de circuitos


� Cálculo y diseño en función de las características de acumulación de la instalación.

� 50 < V/A < 180

� Si hay varios depósitos se conectarán en serie invertida o en paralelo con los circuitos primario y secundario equilibrados.

� Instalaciones prefabricadas con termómetro en sitio visible para el usuario.

� Acumuladores superiores a 2 m3 con válvulas de corte u otros dispositivos para cortar los flujos al exterior del depósito no intencionados en caso de daños al sistema.

� No se permite la conexión de un sistema de generación auxiliar en el acumulador solar.

Sistema de acumulación solar



�La conexión de entrada de agua caliente

procedente de los captadores se

realizará preferentemente entre el 50-

75 % de la altura del acumulador.

�La salida de agua fría del acumulador

hacia los captadores se realizará por la

parte inferior de este.

�La alimentación del agua fría se

realizará por la parte inferior y la salida

a consumo por la parte superior.





• Criterios generales de cálculo.

� Caudal de diseño entre 1,2 l/s y 2 l/s por cada 100 m2 de red de captadores

� Los tramos horizontales tendrán siempre una pendiente mínima del 1% en el sentido de la circulación.

� El aislamiento de las tuberías de intemperie deberá llevar una protección externa que asegure la durabilidad ante las acciones climatológicas.

� 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 superiores a 50 m² se montarán dos bombas idénticas en paralelo, dejando una de reserva, tanto en el circuito primario como en el secundario.

� Los vasos de expansión preferentemente se conectarán en la aspiración de la bomba.


� Obligatoriedad de un sistema de energía convencional de apoyo.

� Diseño del sistema para cubrir el servicio como si no se dispusiera del sistema solar.

� Prohibido el uso de energía convencional de apoyo en el circuito primario de captadores.

� Sistema de energía preparado para cumplir con la legislación en prevención y control de la legionelosis.

� Si el sistema de energía convencional de apoyo es instantáneo, este será modulante.

Sistema de energía convencional de apoyo



S2

S1S3

S4

Q

CCáálculo y dimensionadolculo y dimensionado Criterios generales de cCriterios generales de cáálculolculo

� Correcto funcionamiento de las instalaciones.

� Buen aprovechamiento de la energía solar

• Heladas

• Sobrecalentamientos

� Funcionamiento de las bombas tipo diferencial.

Diseño del sistema de control� Instalaciones mayores de 20 m2

deberán tener al menos un sistema

analógico de medida local que indique

como mínimo:

•Tª y caudal del agua fría de red

•Tª salida acumulador solar

� El tratamiento de datos

proporcionará la energía solar térmica

acumulada en el tiempo.

Diseño del sistema de medida


• Datos previos



• Componentes





� Se recogen las características mínimas que deberán tener los componentes y materiales utilizados en el montaje de las instalaciones solares térmicas.

Captadores:

• No está permitido el uso de captadores con absorbente de hierro.

• Utilizar captadores adecuados para la/s aplicación/es correspondiente/s según las especificaciones del fabricante.

Acumuladores:

• Listado de tratamientos y características de los acumuladores válidos.

Tuberías

•Materiales del circuito primario y secundario.

Válvulas:

• Recomendación del uso de válvulas de acuerdo a la función que desempeñan.

Componentes



Sistemas de llenado

•Recomendación de un llenado automático con depósito de recarga para mantener el circuito presurizado. Casos en los que es obligatorio.

•Válvula de llenado automático sin depósito de recarga.

•Llenado manual.

Sistema eléctrico y de control.

•Sensores de temperatura colocados adecuadamente para medir correctamente la temperatura y aislados de las condiciones ambientales.

•Sondas de inmersión (preferentemente).

Componentes



MANTENIMIENTO.

• Plan de vigilancia.

� Operaciones que permiten asegurar que los valores operacionales de la instalación sean correctos.


MANTENIMIENTO.

• Plan de mantenimiento.

� Operaciones de inspección visual, verificación de actuaciones y otros, que aplicados a la instalación deben permitir mantener dentro de limites aceptables las condiciones de funcionamiento, prestaciones, protección y durabilidad de la instalación.

� Revisión anual de la instalación para instalaciones con superficie de captación inferior a 20 m2 y una revisión cada seis meses para instalaciones con superficie de captación superior a 20 m2.

� Realizado por personal técnico cualificado. Todas las operaciones registradas en el libro de mantenimiento.

� Deben incluirse todas las operaciones de mantenimiento y sustitución de elementos fungibles o desgastados por el uso.


MANTENIMIENTO.

• Plan de mantenimiento. Sistema de captación


MANTENIMIENTO.

• Plan de mantenimiento. Sistema de intercambio


1. Hotel de 3 estrellas con 100 camas en las zonas I y V.

Combustible auxiliar caldera de gasóleo.

2. Edificio multifamiliar de 40 viviendas con tres dormitorios

cada vivienda en las zonas I y V. Combustible auxiliar gas

natural

Ejemplos de aplicación


1. Tipo de edificio

2. Cálculo de la demanda

3. Zona climática

4. Tipo de combustible a sustituir

5. Contribución solar mínima

6. Dimensionado de la instalación para cubrir este aporte



Aporte mínimo exigido

Zona climáticaDemanda diaria

Edificio multifamiliar de 40 viviendas

Superficie instalación

(m2)

Tipo edificio

Hotel 3*100 camas



.../...

por cama55Residencia (ancianos, estudiantes, etc)

por cama35Hostal/Pensión *

por emplazamiento40Camping

por cama40Hotel/Hostal **

por cama55Hotel ***

por cama70Hotel ****

por cama55Hospitales y clínicas

por persona22Viviendas multifamiliares

por persona30Viviendas unifamiliares

Litros ACS/día a 60º CCriterio de demanda

Cálculo de la demanda. Ejemplo 1

100 camas * 55 l/cama (60ºC) = 5.500 l/día



Zona V


Zona I

Zona climática

100 camas * 55 l/cama (60 ºC) = 5.500 l/d

demanda diaria



(m2)

Tipo edificio

Hotel 3*100 camas



Porcentajes de aporte solar para ACS: Caso General

Contribución solar mínima. Ejemplo 1

Demanda total de ACS del edificio (I/d)

Zona climática I II III IV V

30 30 50 60 70 30 30 55 65 70

50-5.000 5.000-6.000 6.000-7.000 30 35 61 70 70

30 45 63 70 70 30 52 65 70 70

7.000-8.000 8.000-9.000 9.000-10.000 30 55 70 70 70

30 65 70 70 70 30 70 70 70 70

10.000-12.500 12.500-15.000 15.000-17.500 35 70 70 70 70

45 70 70 70 70 17.500-20.000 > 20.000 52 70 70 70 70



11470 %Zona V


Zona I

Zona climática

100 camas * 55 l/cama (60 ºC) = 5.500 l/d

demanda diaria



(m2)

Tipo edificio

5630 %Hotel 3*100 camas



…………..

por cama55Hotel ***

por cama70Hotel ****

por cama55Hospitales y clínicas

por persona22Viviendas multifamiliares

por persona30Viviendas unifamiliares

Litros ACS/día a 60º CCriterio de demanda

40 viv. * 4 per/viv. * 22 l/per (60ºC) = 3.520 l/día

Cálculo de la demanda. Ejemplo 2



Zona V

11470 %Zona V


Zona I

Zona I

Zona climática

40 viv. * 4 per./viv. * 22 l/ per.(60ºC)= 3.520 l/d

100 camas * 55 l/cama (60 ºC) = 5.500 l/d

demanda diaria


Superficie instalación (m2)

Tipo edificio




Porcentajes de aporte solar para ACS: Caso General

Demanda total de ACS del edificio (I/d)

Zona climática I II III IV V

30 30 50 60 70 30 30 55 65 70

50-5.000 5.000-6.000 6.000-7.000 30 35 61 70 70

30 45 63 70 70 30 52 65 70 70

7.000-8.000 8.000-9.000 9.000-10.000 30 55 70 70 70

30 65 70 70 70 30 70 70 70 70

10.000-12.500 12.500-15.000 15.000-17.500 35 70 70 70 70

45 70 70 70 70 17.500-20.000 > 20.000 52 70 70 70 70

Contribución solar mínima. Ejemplo 2



70 %Zona V

11470 %Zona V


Zona I

Zona I

Zona climática


100 camas * 55 l/cama (60 ºC) = 5.500 l/d

demanda diaria

30 %Edificio multifamiliar de 40 viviendas


(m2)

Tipo edificio




−−

×=i

iii TT

TCDTD

60)º60()(

∑=12

1

)( (T) DTD i

40 viv * 4 per./viv. * 32 l/ pers.= 5.120 l/día

40 viv. * 4 per/viv. * 22 l/per (60ºC) = 3.520 l/día

32 l/ persona

Dimensionado de la instalación para cubrir este aporte. Ejemplo 2


Dimensionado a 45ºC:


6270 %Zona V

11470 %Zona V


Zona I

Zona I

Zona climática


40 viv. * 4 per./viv. * 32 l/per.(45ºC)= 5.120 l/d

100 camas * 55 l/cama (60 ºC) = 5.500 l/d

demanda diaria

32 30 %Edificio multifamiliar de 40 viviendas


(m2)Tipo edificio




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