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UNIVERSIDAD DE SEVILLA
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS
Departamento de Ingeniería Energética
Grupo de Termodinámica y Energías Renovables
POTENCIAL DE APROVECHAMIENTO DE INSTALACIONES SOLARES PARA CUBRIR LA
DEMANDA TÉRMICA EN EDIFICIOS EN ESPAÑA
PROYECTO FIN DE CARRERA
Autor: Javier Antonio González Camacho
Tutor: Dr. Isidoro Lillo Bravo
Sevilla, 2013
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
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ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN……………………………..….…….…….…….…….……….…... 2
2. OBJETIVOS……………………………………….……...…………..…….….…….... 4
3. ENERGÍA SOLAR. SISTEMAS SOLARES….……………….…….……….….……. 6
3.1 Introducción………………………………………………….……..…….……….. 6
3.2 Sistemas solares activos………………….…………………………….………...... 7
3.3 Energía solar térmica…………………….…………………………….………...... 7
3.3.1 Introducción………………………………………………….…………... 7
3.3.2 Energía solar térmica de baja temperatura………………………….……. 9
3.3.3 Componentes de una instalación solar térmica de baja temperatura……. 10
3.3.3.1 Subsistema de captación………………………………………….….11
3.3.3.2 Subsistemas de intercambio y almacenamiento……….…..……….. 18
3.3.3.3 Subsistema auxiliar………………………………..……..……….… 20
3.3.3.4 Subsistema de consumo…………………………..….……….….…. 21
3.4 Sistemas de refrigeración solar………………………….….….………….….….. 24
3.4.1 Introducción……………………………….….……..……….……….…. 24
3.4.2 Procesos de ciclo cerrado: absorción y adsorción….….…..………….… 25
3.4.2.1 Absorción………………………………….…..…..…….………….. 25
3.4.2.2 Adsorción……………………………………….…………………... 31
3.4.3 Procesos de ciclo abierto: sistemas evaporativos con desecantes….....… 33
3.4.4 Estado del arte………………………………………..….…….….….…. 36
3.4.5 Ejemplos de instalaciones actualmente operativas….….….……..……... 41
4. POTENCIAL DE LOS SISTEMAS SOLARES………………….….….…….……... 46
4.1 Introducción…………………………………………….….….…………..…….. 46
4.2 Metodología……………………………………….….….……………….….…... 49
4.2.1 Caracterización de los perfiles de energía térmica producida….…...…... 51
4.2.2 Caracterización de los perfiles de demanda de energía térmica……........ 56
4.2.3 Ajuste de los perfiles…………………………….…….…….….…..…... 67
4.3 Resultados…………………………………….…….….…………………..…..… 71
5. CONCLUSIONES……………………………………………………………………. 85
6. ANEXO.………………………………………..….….……………….………..….…...89
7. BIBLIOGRAFÍA…………………………….…….……..……………………..…......100
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
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1. INTRODUCCIÓN
En los últimos años, la mayoría de países europeos han detectado un gran incremento en la
demanda de refrigeración y aire acondicionado en edificios, y se espera que este crecimiento se
mantenga en las próximas décadas. Algunas de las razones de este crecimiento general son las
exigencias de confort térmico, las nuevas tendencias arquitectónicas a instalar mayores áreas
acristaladas o el conocido cambio climático.
Esta creciente demanda conlleva indeseables incrementos en el consumo de combustibles
fósiles, así como posibles problemas en el suministro de energía eléctrica debidos a la existencia de
picos de demanda más elevados.
Por estos motivos, en Europa existe un interés creciente por el empleo de fuentes de energía
alternativas y la búsqueda de edificios cada vez más autosuficientes. Esto último se consigue
reduciendo la demanda energética de los edificios mediante técnicas arquitectónicas, disminuyendo
las cargas térmicas mediante sistemas pasivos y empleando energías renovables para cubrir total o
parcialmente el resto de demandas energéticas del edificio.
La principal fuente energética alternativa en edificios es el recurso solar, que permite la
producción tanto de energía eléctrica (células fotovoltaicas), como térmica (captadores solares
térmicos).
En el marco europeo, España goza de un escenario único para el aprovechamiento de la energía
solar, gracias al alto número de horas de Sol anuales y de radiación recibida. Además, en el mismo
momento en el que se produce la máxima demanda diaria de refrigeración, en numerosos lugares del
territorio español están disponibles grandes cantidades de radiación solar que podrían usarse para
procesos generados térmicamente.
Las soluciones de climatización solar contribuyen a un sistema de suministro respetuoso con el
medio ambiente en edificios, por los siguientes motivos:
• Ahorro en el consumo de energía primaria y reducción de emisiones de CO2.
• Disminución de la demanda de la red eléctrica pública, tanto en términos de energía pico como
de electricidad, contribuyendo a la estabilización de la red.
• Utilización del calor solar combinado para calentar, refrigerar y obtener agua caliente sanitaria
(ACS), permitiendo una alta utilización del sistema térmico solar durante todas las estaciones.
• No-utilización de refrigerantes peligrosos para el medio ambiente.
• Reducción de ruidos y vibraciones, comparado con las tecnologías de compresión clásicas.
En España, en edificios nuevos y en rehabilitaciones en los que se prevea una demanda de ACS,
la normativa exige que un porcentaje del aporte energético necesario sea cubierto mediante energía
solar. Dicho porcentaje variará en función de la demanda del edificio, la zona climática en que se
ubique y el tipo de fuente energética convencional a sustituir.
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Por otro lado, el Real Decreto 235/2013 impone que a partir del 1 de junio de 2013, la
presentación o puesta a disposición de los compradores o arrendatarios del certificado de eficiencia
energética de la totalidad o parte de un edificio, según corresponda, será exigible para los contratos
de compraventa o arrendamiento celebrados a partir de dicha fecha. Esto pone de manifiesto la
creciente preocupación por la sostenibilidad energética y la búsqueda de edificios de consumo
energético cero.
Puesto que hasta ahora la normativa española sólo exige el aporte de un determinado porcentaje
de la demanda térmica de ACS, viendo la evolución actual y las perspectivas de futuro en cuanto a
eficiencia energética, resulta de especial interés el estudio del potencial de una instalación solar para
la satisfacción total o parcial de todas las demandas térmicas de un edificio (calefacción,
refrigeración y ACS), tema que será el objetivo de este trabajo.
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2. OBJETIVOS
El presente trabajo analiza el potencial de aprovechamiento de una instalación solar térmica de
baja temperatura para satisfacer las demandas de calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria
(ACS) de un edifico tipo en todas las capitales de provincia de España en función de diferentes
criterios:
A. Fracción solar cubierta: dados diferentes valores impuestos para este parámetro (100%, 70%
y 40%), se determina en cada caso el porcentaje de aprovechamiento solar, así como las
áreas de captación requeridas.
B. Determinando la superficie máxima que permite que la energía no aprovechada sea nula, es
decir, el área de captación necesaria en cada caso tal que toda la energía solar térmica útil
producida sea aprovechada.
Para cada ciudad estudiada, se determinará:
• Distribución anual de la demanda diaria y mensual de calefacción por unidad de
superficie (��ℎ/��).
• Distribución anual de la demanda diaria y mensual de refrigeración por unidad de
superficie (��ℎ/��).
• Distribución anual de la demanda de energía térmica diaria y mensual para ACS a
45º C (��ℎ/��).
• Distribución anual de la producción diaria y mensual de una instalación solar térmica,
por unidad de superficie de captadores (��ℎ/��), utilizando captadores planos
orientados al Sur, con dos diferentes inclinaciones:
- Inclinación igual a la latitud del lugar menos 15º.
- Inclinación igual a la latitud del lugar más 15º.
Para cada una de las situaciones (inclinaciones y tamaño de la instalación) se evaluarán
ciertos parámetros que determinan el potencial de la instalación. Estos son:
• Porcentaje de Energía Solar Térmica Perdida (PEP): porcentaje de la energía
producida por la instalación solar que no se aprovecha ya que en ciertos períodos de
tiempo la demanda energética es menor que la energía producida por la instalación.
• Porcentaje de Aprovechamiento Solar (PAS): porcentaje de la energía producida por
la instalación solar que sí se aprovecha en satisfacer parte de la demanda total.
• Fracción solar cubierta (FSC): porcentaje de la demanda total de energía que es
cubierta por la instalación solar.
• Área de captación máxima para asegurar un aprovechamiento total de la energía
térmica producida (������%): área del campo de captadores tal que en todo
momento se cumple que PAS=100%, es decir, no hay energía útil producida y no
aprovechada.
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• Área de captación mínima para asegurar que la demanda de energía térmica del
edificio está cubierta por la energía térmica producida (������%): área del
campo de captadores tal que en todo momento del año la energía producida por la
instalación solar es igual o superior a la demandada, es decir, FSC=100%. En los casos
de FSC del 70% y del 40% se definirán las áreas correspondientes como ������% y
������%.
• Número de días al año en que la energía producida triplica la demanda energética
(��): este parámetro se calcula para el caso en que el área de captación instalada es
�������%.
• Valores máximos, mínimos y medios de las demandas mensuales de calefacción y
refrigeración, así como de demanda total. Se indicará el mes del año en que se
localizan cada uno de ellos.
• Tipo de perfil de demanda total de energía térmica. Los perfiles de demanda total de
energía térmica se clasificarán en 3 tipos:
� Tipo 1. La mayor parte de la demanda anual es de calefacción, sin existir apenas
demanda de refrigeración.
� Tipo 2. La demanda de refrigeración toma valores mayores respecto al perfil tipo
1, de tal forma que no existe un pico de demanda predominante.
� Tipo 3. El pico de demanda máxima tiene lugar en verano, y no existen picos de
demanda similares durante el resto del año. Se distinguirá del tipo 2 cuando el
pico de demanda en verano supere en un 40% al pico de demanda en invierno.
Figura 1. Perfiles tipo 1, 2 y 3, respectivamente.
Para la realización del trabajo se tendrán en cuenta ciertas hipótesis, que son presentadas más
adelante, en el apartado de ‘Metodología’.
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3. ENERGÍA SOLAR. SISTEMAS SOLARES
3.1 Introducción
La energía solar como recurso energético está constituida básicamente por la parte de radiación
que emite el Sol y llega a la Tierra. Constituye la fuente de energía más abundante de nuestro
planeta, y por ello se trata de un gran campo de investigación, puesto que hoy día no somos capaces
de aprovechar más que una pequeña parte de esta radiación recibida.
La cantidad de radiación solar teóricamente disponible sobre la superficie terrestre se representa
en mapas de irradiación media como el mostrado en la figura 1, que muestra localizaciones
potencialmente favorables para el empleo de este recurso energético.
Figura 2. Mapa de radiación global anual sobre superficie horizontal
Según la forma en que se aprovecha esta energía podemos distinguir:
- Sistemas pasivos: Aprovechan el calor y la luz del sol sin necesidad de sistemas mecánicos
ni aporte externo de energía. Incluye sistemas para el calentamiento de espacios, invernaderos, el
uso de materiales para suavizar las oscilaciones de la temperatura del aire y chimeneas solares
para mejorar la ventilación natural (arquitectura pasiva). Las tecnologías solares pasivas ofrecen
importantes ahorros, sobre todo en lo que respecta a la calefacción de espacios.
- Sistemas activos: mediante la captación de radiación solar permiten la generación de calor
y/o electricidad. La captación se realiza mediante módulos que pueden ser de diferentes tipologías
(planos, de vacío, sistemas de concentración, etc.) y estar instalados sobre soportes fijos o con
sistemas de seguimiento.
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3.2 Sistemas solares activos
Existen diferentes métodos de uso de la energía solar mediante sistemas activos:
- Energía solar térmica: consiste en la producción de calor, que puede usarse para procesos
industriales (destilación, secado, agua caliente de proceso…), producción de agua caliente para
viviendas (ACS, calefacción y climatización) y para producción de energía mecánica, y a partir
de ella, de energía eléctrica.
- Energía solar fotovoltaica: produce electricidad mediante placas de semiconductores que se
excitan con la radiación solar. El acoplamiento en serie de varios de estos semiconductores
permite alimentar a pequeños dispositivos electrónicos. A mayor escala, la corriente eléctrica
continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna y
ser utilizada para un uso aislado o ser inyectada en la red eléctrica.
- Energía solar fotoquímica: se basa en el empleo de la radiación solar para conducir
reacciones químicas.
- Energía solar híbrida: combina las anteriores con otras fuentes de energía, ya sean
renovables o no.
3.3 Energía solar térmica
3.3.1 Introducción
Los sistemas solares térmicos, en función de la temperatura de trabajo necesaria (ésta se
conseguirá mediante el empleo de diferentes captadores o sistemas de concentración), se clasifican
en:
o Baja temperatura. El fluido calentado no sobrepasa los 100 °C. Estas instalaciones se
caracterizan por emplear como elemento receptor de energía un captador fijo de placa plana
o un captador solar de vacío.
Entre las utilizaciones más extendidas basadas en esta fuente de energía de baja temperatura
figuran la producción de agua caliente sanitaria, la calefacción de edificios, la climatización
de piscinas, etc.
Posteriormente se describe con mayor detalle esta tecnología, puesto que es el tema de
estudio del presente trabajo.
o Media temperatura. La tecnología de media temperatura va destinada a aquellas aplicaciones
que requieren temperaturas más elevadas de trabajo. A partir de los 80 °C los captadores
planos convencionales presentan rendimientos bajos y cuando se pretende alcanzar
temperaturas entre 100 °C y 250 °C debe acudirse a otro tipo de elementos de captación.
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Para llegar a estos niveles de temperatura resulta indispensable utilizar sistemas que
concentren la radiación solar mediante lentes o espejos parabólicos en un foco lineal. Los
más desarrollados en la actualidad son los captadores cilindroparabólicos, que se valen de
espejos para calentar un fluido. En este tipo de instalaciones el fluido que se utiliza,
principalmente, es aceite o soluciones salinas porque permiten trabajar a temperaturas más
elevadas. Además, estos sistemas de concentración requieren un seguimiento continuo del
Sol, ya que sólo aprovechan la radiación directa. Por ello, en las tecnologías de media
temperatura son muy comunes los equipos de seguimiento en el eje Norte-Sur o Este-Oeste.
Otro sistema de concentración solar de media temperatura es la tecnología Fresnel, la cual
utiliza reflectores planos, simulando un espejo curvo por variación del ángulo ajustable de
cada fila individual de espejos en relación con el absorbedor. Se utiliza agua como fluido
caloportador.
Las aplicaciones más usuales son la producción de vapor para procesos industriales y la
generación de energía eléctrica en pequeñas centrales. También existen ejemplos de otras
aplicaciones tales como la desalinización o la refrigeración mediante energía solar.
Figura 3. Captador cilindro-parabólico y captador Fresnel
o Alta temperatura. Destinada a aquellas aplicaciones que requieran temperaturas superiores a
250 °C, hasta los 800°C.
Para alcanzar estas temperaturas es necesario emplear relaciones de concentración mayores,
utilizando receptores puntuales. Ejemplos de esta tecnología son los receptores de torre
(reciben la radiación reflejada por un campo de heliostatos) y los discos parabólicos.
Su principal aplicación es la generación de vapor para la producción de electricidad a gran
escala.
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Figura 4. Planta con receptor de torre e instalación con discos parabólicos
3.3.2 Energía solar térmica de baja temperatura
Como se ha comentado anteriormente, los principales usos de los sistemas solares de baja
temperatura son:
• Agua caliente sanitaria (ACS): producción de agua caliente para uso doméstico (baño,
ducha, cocina, etc.). Se estima que por término medio, el agua caliente de uso sanitario suponen
cerca del 25% del consumo energético de una vivienda. El suministro doméstico de agua caliente
precisa de una temperatura ideal de salida del agua caliente entre 37°C y 42°C.
• Calefacción. Se puede utilizar el agua calentada para que circule por el sistema de
calefacción o bien ceda calor a una piscina. Normalmente las instalaciones son mixtas, es decir,
producen ACS y apoyo a la calefacción. Puede ser utilizada para la calefacción por suelo radiante,
radiadores o fan-coils. La principal diferencia entre estos sistemas es la temperatura de trabajo;
mientras que los radiadores requieren para su funcionamiento temperaturas relativamente altas
(temperaturas de impulsión entre 60º y 80º C), los sistemas de calefacción mediante suelo radiante o
fan-coils requieren temperaturas de impulsión entre 40º y 45 ºC. Son éstos últimos los empleados
normalmente cuando la fuente de calor es solar, puesto que a estas temperaturas el rendimiento de los
captadores se ve favorecido.
• Refrigeración. El aprovechamiento de la energía solar para producir frío es una de las
aplicaciones térmicas con mayor futuro, pues las épocas en las que más se necesita enfriar el espacio
coinciden con las que se disfruta de mayor radiación solar. esta alternativa a los sistemas de
refrigeración convencionales es doblemente atractiva porque permite aprovechar las instalaciones
solares durante todo el año, empleándolas en invierno para la calefacción y en verano para la
producción de frío.
A los diferentes modos de generación de frío solar se les dedica posteriormente un apartado en el
que se describen detalladamente.
• Usos industriales. Son muchos los ejemplos en los que la industria se vale de calor solar para
desempeñar sus actividades: tintado y lavado de tejidos en la industria textil, procesos de obtención
de pastas químicas en la industria papelera, baños líquidos de pintura para la limpieza y
desengrasado de automóviles, secado de productos agrícolas, tratamiento de alimentos, etc.
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Entre los sistemas solares más utilizados con fines industriales destacan:
o Secaderos solares. En procesos de secado de semillas, tabaco, etc., así como en
procesos de secado de madera, pescado… los sistemas solares ofrecen una solución muy
apropiada. Mediante grandes tubos que actúan como captadores solares de aire, es posible
precalentar y elevar la temperatura en una planta industrial del orden de 10 a 15 °C, lo que es
suficiente en la mayoría de los procesos de secado. En estos ámbitos, los captadores de aire
presentan indudables ventajas, al no ser necesario estar pendientes de posibles fugas o
problemas de congelación.
o Precalentamiento de fluidos. Es factible la utilización de la energía solar (mediante
captadores de baja o media temperatura) para el precalentamiento de fluidos, obteniéndose
importantes ahorros energéticos. Los elementos y diseños para esta aplicación pueden ser los
mismos que los utilizados en agua caliente sanitaria. En consecuencia, se trata de sistemas
de aprovechamiento de la energía solar muy similares a los que se emplean en la vivienda.
3.3.3 Componentes de una instalación solar térmica de baja temperatura
El esquema general más básico de una instalación solar térmica es el siguiente:
Figura 5. Esquema básico de una instalación solar
En él se distinguen los diferentes subsistemas:
• Subsistema de captación. Compuesto de captadores solares, recibe la energía radiante y la
transmite al fluido caloportador en forma de energía térmica, que es transportada hasta los
elementos de intercambio y acumulación.
• Subsistema de acumulación. Es necesario debido a la existencia de un desfase horario entre
la producción y el consumo de energía, por lo que se hace necesaria la instalación de un
depósito encargado de acumular la energía térmica.
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• Subsistema de circulación. Se encarga de transportar el fluido de los captadores al
acumulador a través de tuberías y accesorios mediante bombas.
• Subsistema auxiliar. Situado entre la acumulación y el consumo, se encarga de aportar la
energía necesaria en los períodos en que la energía solar no es suficiente para cubrir la
demanda.
• Subsistema de control. Controla todo el sistema mediante sondas, termostatos y relés.
3.3.3.1 Subsistema de captación
La elección del tipo de captador depende principalmente de la temperatura de trabajo deseada y
de las condiciones climáticas. El rendimiento de los captadores solares disminuye a medida que la
temperatura del fluido aumenta y la temperatura ambiente o la radiación disponible disminuyen.
Las características generales que debe reunir un captador solar térmico son:
- Resistente a las condiciones exteriores
- Resistencia a temperaturas altas y bajas
- Estable y duradero
- Fácil de montar
- Eficiente conversión de energía
Cuando se habla de superficie de un captador, se distinguen:
- Área total: es el área máxima proyectada por el captador completo.
- Área de apertura: área proyectada máxima a través de la cual penetra la radiación.
- Área del absorbedor: área máxima de la proyección del absorbedor (área útil).
i. Captadores solares de placa plana
Los captores solares térmicos vidriados planos de baja temperatura son los equipos más
empleados actualmente en las instalaciones comerciales para producción de ACS, calentamiento de
piscinas y calefacción solar.
El fluido que circula por el interior del absorbedor es generalmente agua (a menudo con aditivos
anticongelantes), aunque es posible utilizar otros fluidos.
Para incrementar la energía absorbida y reducir las pérdidas térmicas, estos captadores suelen
contar con una serie de elementos:
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- Placa absorbedora: Es el elemento donde la energía recibida en forma de radiación solar se
convierte en energía térmica y se transfiere al fluido caloportador. La superficie absorbedora
suele disponer de un tratamiento selectivo, es decir, recubrimientos diseñados para tener la
absortividad más alta posible del espectro visible e infrarrojo cercano y la emisividad más
baja posible del espectro infrarrojo correspondiente a las temperaturas de operación del
captador.
- Cubierta transparente: Esta puede ser simple o doble, tiene por objeto permitir el paso de la
radiación solar de una forma óptima y provocar el efecto invernadero además de reducir las
pérdidas.
- Aislamiento térmico, para el dorso y los bordes de la placa.
- Caja o carcasa: Alberga los elementos que componen el captador solar y el material aislante
que impide las pérdidas térmicas por la superficie no transparente del captador solar.
Figura 6. Componentes de un captador solar de placa plana
ii. Captadores solares de tubos de vacío
Como su nombre indica, los colectores de tubo de vacío están formados por hileras de tubos de
cristal conectados en paralelo a una tubería de cabecera. En cada uno de estos tubos se ha realizado el
vacío a fin de reducir al máximo las pérdidas de calor. Su geometría tubular es necesaria para
soportar la diferencia de presión entre la atmósfera y el vacío del interior. Permiten alcanzar
temperaturas de hasta 120° C.
Los captadores de tubos de vacío se pueden clasificar en dos grandes grupos:
- Tubos de flujo directo: este sistema fue el primero en desarrollarse, y su funcionamiento es
idéntico al de los captadores solares planos, en donde el fluido caloportador circula por el
tubo expuesto al sol, calentándose a lo largo del recorrido.
Figura 7. Tubos de vacío de flujo directo
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- Tubos tipo heat pipe o flujo indirecto: es una evolución del tubo de flujo directo que trata de
eliminar el problema del sobrecalentamiento, presente en los climas más calurosos. En este
sistema, se utiliza un fluido que se evapora al calentarse, ascendiendo hasta un
intercambiador ubicado en el extremo superior del tubo. Una vez allí, se enfría y vuelve a
condensarse, transfiriendo el calor al fluido principal. Este sistema presenta una ventaja en
los veranos de los climas cálidos, pues una vez evaporado todo el fluido del tubo, éste
absorbe mucho menos calor, por lo que es más difícil que los tubos se deterioren o estallen.
Figura 8. Tubo de vacío heat-pipe
Figura 9. Captadores solares de placa plana y de tubos de vacío
iii. Captador parabólico compuesto (CPC)
Estos sistemas buscan reducir las pérdidas del captador solar disminuyendo el área del
absorbedor con respecto del área de captación. Esto es posible gracias a que las pérdidas de calor son
proporcionales al área del absorbedor, pero no a la de captación (apertura).
La mayor concentración de radiación se obtiene mediante el uso de reflectores que, después de
una o más reflexiones, fuerzan la radiación incidente dentro de un cierto ángulo (llamado ángulo de
aceptación) en la dirección del absorbedor.
Rango de temperaturas: 80 – 120ºC.
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Figura 10. Componentes captador CPC
El gran ángulo de aceptación de estos dispositivos les permite aprovechar tanto la radiación
directa como la difusa de la misma forma que un captador solar plano. Ésta es una característica muy
interesante de este tipo de concentradores en comparación con los que requieren de un sistema de
seguimiento.
Otros tipos de captadores de uso menos extendido son:
iv. Captadores de vacío
Su funcionamiento es similar a los captadores solares de tubos de vacío, pero en este caso el
vacío se produce en el espacio entre absorbedor y cubierta. Por otro lado, es necesario incorporar
elementos que den rigidez a su estructura, para evitar el “pandeo” de la cubierta acristalada
v. Captadores sin cubierta
Este modelo de captador es el más sencillo. No presentan caja ni cubierta transparente que aísle
al captador. En éstos el incremento de temperatura es bajo y normalmente no trabajan a temperaturas
superiores a los 30 ºC. Son recomendados, sobre todo, para el calentamiento de piscinas.
Figura 11. Captador solar sin cubierta
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vi. Captadores solares de aire
El funcionamiento de los captadores solares de aire es similar al funcionamiento de los
captadores solares planos, con la diferencia de que el fluido caloportador utilizado es el aire y en
lugar de bombas se utilizan ventiladores para forzar la circulación.
Sus principales ventajas respecto a los captadores planos son: no presentan problemas de
congelación (en invierno) ni de estancamiento (verano), los componentes del sistema son más
simples que los de un sistema hidráulico y no hay riesgos de fugas.
Sus principales desventajas son: no existen sistemas de acumulación estándar en el mercado, el
consumo eléctrico de los ventiladores, a causa de las pérdidas de carga, es mayor que el de las
bombas de un sistema solar convencional equivalente y el rendimiento de estos captadores es menor
que el de los captadores planos.
Figura 12. Componentes de un captador de aire
Análisis energético
Centrándonos en los captadores solares de baja temperatura mayoritarios en el mercado (planos
y de tubos de vacío), se resumen sus principales características operativas, considerando como tales
la temperatura de trabajo y el rendimiento.
- Temperatura máxima de operación: como ya se ha dicho anteriormente, los captadores de
vacío permiten alcanzar temperaturas de trabajo mayores respecto a los planos.
Tipo de captador Temperatura máxima aprox. de operación (°C)
Placa plana 100
Tubos de vacío 80-150
- Curva de rendimiento: El principal parámetro que caracteriza la eficiencia de cualquier
captador solar es la curva de rendimiento. En general, se define el rendimiento de un
captador (η) como la relación entre la energía útil que transmite al fluido y el flujo
energético que le llega (es decir, la radiación solar). Este rendimiento es una función de la
radiación recibida (W/m2), la temperatura ambiente (°C) y la temperatura media del
captador (°C), � = ���, !"# , "$. Dependiendo del tipo de ensayo realizado, en ciertos
casos, en vez de la temperatura media del captador, se toma como parámetro la temperatura
de entrada al captador % .
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Diferentes formas de representar el rendimiento de un captador son:
o Aproximación lineal.
� = � − ' � % − !"#$�
Donde: A: factor óptico o factor de ganancia del captador.
B: factor de pérdidas del captador ��/��($.
o Aproximación de segundo orden.
� = )� − )� ∗ � " − !"#$� − )� ∗ � ∗ + " − !"#
� ,�
Donde: )�: factor de ganancia.
)�: coeficiente de pérdidas de primer orden ��/��($. )�: coeficiente de pérdidas de segundo orden (�/��(�).
Generalmente suele definirse:
"∗ = " − !"#�
La curva de rendimiento del captador vendrá dada en función de la temperatura de referencia
tomada en el ensayo, y de ésta dependerán también los coeficientes que caracterizan el captador.
Estos coeficientes son calculados siempre de manera experimental.
A continuación se muestran diferentes curvas de rendimiento para captadores solares de placa
plana y de tubos de vacío, en función del área tomada como referencia.
Figura 13. Curvas de rendimiento de un captador solar plano (izq.) y de tubos de vacío (der.) para diferentes
superficies de referencia
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Figura 14. Curvas de rendimiento de diferentes tipos de captadores
La figura 14 representa los tipos de captadores solares empleados según el rango de
temperaturas en el que se necesita trabajar.
Figura 15. Colectores solares y temperaturas de trabajo para diferentes aplicaciones
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En la tabla inferior se representa un resumen de las principales aplicaciones y modo de
funcionamiento de las tecnologías de captación solar empleadas en sistemas solares de baja
temperatura.
Tipo de captador Captador de aire Captador de placa
plana Captador parabólico
compuesto Captador de
tubos de vacío
Imagen
Esquema
Funcionamiento Calentamiento directo
de aire
Calentamiento de un líquido (agua,
agua/glicol)
Calentamiento de un líquido (agua, agua/glicol).
Concentración de RD sin seguimiento
Doble tubo con vacío para
reducir pérdidas
Principal aplicación Precalentamiento aire
de ventilación Preparación de
ACS
Preparación de agua caliente para uso
doméstico e industrial
Preparación de agua caliente
para uso doméstico e
industrial
Aplicación en sistemas solares
de acondicionamiento
de aire
Sistemas abiertos, p.ej. Refrigeración
evaporativa con desecante (DEC)
DEC. Máquinas térmicas de
refrigeración (simple efecto)
Máquinas térmicas de refrigeración (simple efecto)
Máquinas frigoríficas de simple o doble
efecto
Tabla 1. Tipos de captadores y diferentes aplicaciones
3.3.3.2 Subsistemas de intercambio y almacenamiento
Subsistema de intercambio:
Permite el intercambio energético entre el agua de consumo y el fluido caloportador del circuito
solar.
Se usan cuando se desea separar el agua de consumo del agua que circula por los captadores,
generalmente porque, en ocasiones, para evitar el problema de la congelación, se utiliza en el circuito
primario un líquido anticongelante. Los tipos más comunes de intercambiadores son:
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- Incorporados en el acumulador: doble envolvente y serpentín.
- Independientes: tubulares y de placa.
Subsistema de almacenamiento:
La necesidad de instalar un sistema de acumulación se debe al desfase existente entre los
períodos de radiación solar y los períodos de consumo.
Dependiendo del fluido caloportador empleado distinguimos:
- Depósitos de agua: el fluido es agua.
- Acumuladores en lecho de rocas: cuando el fluido es el aire.
Según la función del depósito:
- Acumulador solar de ACS: resistente a la corrosión debido a la presencia de
oxígeno y presión de trabajo igual a la de suministro del agua de red.
- Acumulador de inercia: se utiliza en grandes instalaciones, y es independiente del
circuito de ACS. Al trabajar en circuito cerrado es menos exigente la protección frente a la
corrosión y la presión de trabajo es independiente de la presión de suministro del agua de
red.
Los principales materiales utilizados son: acero galvanizado, acero vitrificado, acero inoxidable,
fibra de vidrio y hormigón.
Figura 16. Depósito de acumulación con intercambiador de serpentín (izq.). Intercambiador de placas (der.)
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
20
3.3.3.3 Subsistema auxiliar
El sistema de energía auxiliar es un elemento imprescindible en toda instalación solar si no se
quieren sufrir restricciones energéticas en aquellos períodos en los que no hay suficiente radiación
y/o el consumo es superior a lo previsto.
Puede tratarse tanto de equipos auxiliares para generación de calor como para generación de
frío. Es decir, dado el ejemplo de un equipo de absorción, si la fuente de calor (solar) no proporciona
la energía necesaria, ésta puede ser generada por otra fuente de calor, o bien un equipo independiente
genera el ‘frío’ necesario.
Un sistema auxiliar, genéricamente, debe cumplir con los siguientes requisitos:
o El sistema proporcionará una potencia equivalente a la que tendría si no hubiese
instalación solar, ya que existirán períodos sin recurso solar en la que su funcionamiento
será aislado y deberá proporcionar la punta de consumo.
o El sistema deberá estar correctamente controlado de forma que en cualquier
situación de prioridad a la instalación solar, entrando en funcionamiento sólo en caso de
insuficiencia energética vía solar.
o El sistema debería utilizar el mismo sistema de distribución y mismas unidades
terminales, para no ser redundante y evitar así sobrecoste en equipos e instalación.
o Los niveles de temperatura de impulsión y retorno deben ser equivalentes para el
equipo de absorción y el equipo auxiliar (en caso de ser independientes) para que puedan
tener un funcionamiento simultáneo cuando la carga frigorífica del local sea superior a la
potencia suministrada por la instalación solar.
Los tipos de sistema auxiliar que cumplen estos requisitos para máquinas de absorción podrían
ser:
o Caldera de gas o biomasa: su colocación puede ser en paralelo a la instalación solar, es
decir, no funcionen en ningún caso simultáneamente para evitar que la instalación solar
pueda ser un sumidero de energía o bien en serie a la instalación solar, proporcionando la
caldera el incremento de temperatura necesario. Esta configuración en serie presenta el
inconveniente de aumentar el nivel térmico de funcionamiento de la instalación solar,
disminuyendo por lo tanto su eficiencia, aunque se pueden realizar otras combinaciones en
el edificio cuando es para uso comunitario.
El comportamiento de las calderas frente a las condensaciones origina la siguiente
clasificación, de acuerdo al Real Decreto 275/1995 trasposición de la Directiva Europea
92/42/CEE:
• Caldera estándar: es aquella que no soporta los efectos de la condensación de los
humos, por lo que su funcionamiento se debe regular de manera que la temperatura de
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
21
retorno siempre sea superior al punto de rocío de los humos. Utiliza temperaturas del
agua de retorno superiores a 55 ºC.
• Caldera de baja temperatura: es aquella que ha sido diseñada de manera que, aunque el
agua retorne a temperaturas inferiores a las de condensación de los humos, los mismos
no llegan a condensar. Utiliza temperaturas del agua de retorno entre 35 – 40 ºC.
• Caldera de condensación: se fabrican con materiales especiales de modo que soporten
las condensaciones sin deteriorarse, siendo éste el fenómeno deseado, y con diseños que
permiten la correcta evacuación de condensados. Utiliza temperaturas del agua de
retorno entre 35 – 40 ºC.
Se debe tener en cuenta que, cuanto menor sea la temperatura de retorno del agua, mayor es
el aprovechamiento de la energía.
En instalaciones basadas en sistemas solares para el calentamiento de agua, es
imprescindible la instalación de calderas modulantes, que son aquellas que trabajan
continuamente, ajustando la potencia a la demanda. Básicamente, cuentan con una
electroválvula de gas que regula su grado de apertura en función de la temperatura de
impulsión de agua caliente.
Suelen incorporar también sondas de temperatura de entrada de agua fría para hacer un
control más preciso, y evitar sobrecalentamientos.
o Enfriadora de agua (compresión mecánica): este sistema consiste en una máquina que
genere agua fría y vaya instalada con un colector común a la máquina de absorción. Entrará
en funcionamiento sólo cuando los requisitos de caudal y/o temperatura de la corriente de
impulsión sean insuficientes por la parte solar.
3.3.3.4 Subsistema de consumo
Una vez conocidos los principales consumos finales de la energía solar térmica de baja
temperatura, a continuación se representan esquemas de diferentes instalaciones con diversos grados
de complejidad, en función de las demandas térmicas a cubrir.
1. Producción de ACS
Figura 17. Esquema de una instalación de producción de ACS
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
22
2. Producción de ACS y calefacción
Figura 18. Esquema de una instalación para producción de ACS y calefacción
El sistema es prácticamente como el de producción de ACS, pero con otra toma de agua caliente
dirigida al sistema de calefacción (radiadores, suelo radiante, fan-coils).
3. Producción de ACS, calefacción y refrigeración
Un esquema básico de cualquier instalación de este tipo es el siguiente:
Figura 19. Esquema de instalación solar para producción de ACS, calefacción y refrigeración.
El esquema muestra de manera organizada los diferentes componentes de una instalación solar
de baja temperatura para la satisfacción de las diferentes demandas energéticas.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
23
En él diferenciamos:
- Fuentes de calor, que pueden ser tanto de origen solar como de un equipo auxiliar.
- Sistema de almacenamiento de agua caliente.
- Sistema de distribución de agua caliente, con salidas a: ACS, calefacción,
climatización (empleo indirecto a través de equipos de tratamiento de aire) y/o producción
de frío (por medio de equipos de absorción o adsorción).
- Sistema de almacenamiento de agua fría.
- Sistema de distribución de agua fría, proveniente de la red o del sistema de
almacenamiento de agua fría, y distribuida a los sistemas de intercambio (equipos de
tratamiento de aire o paredes radiantes, por ejemplo) o empleada como agua corriente.
Existirán tantas variantes posibles como diferentes tipos y modos de instalación de cada uno de
los componentes existan en el mercado.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
24
3.4 Sistemas de refrigeración solar
3.4.1 Introducción
Las tecnologías existentes de aprovechamiento solar para refrigeración pueden resumirse en el
siguiente esquema:
Figura 20. Clasificación de los sistemas de refrigeración solar.
Este trabajo tiene como objeto el aprovechamiento de la energía solar para satisfacer las
demandas de ACS, calefacción y refrigeración. Es por ello que se centra en los sistemas térmicos, y
más concretamente en los basados en procesos de intercambio de calor.
Desde el punto de vista termodinámico, cualquier proceso de refrigeración de accionado
térmico opera a tres niveles de temperatura diferentes: calor -.%!/ suministrado al proceso a un
nivel de temperatura 0 , calor extraído de la parte fría produciendo así el ‘frío’ -1234 a una
temperatura � y calor resultante de la suma de los anteriores o calor expulsado (-5%6%1/) a un nivel
de temperatura media 7 . El calor conducido -.%!/ puede ser aportado mediante un sistema de
captador solar debidamente diseñado, tanto solo como combinado con fuentes de calor auxiliares.
Figura 21. Esquema básico de un proceso de enfriamiento térmico.
La mayoría de los sistemas de refrigeración por energía solar térmica, están formados por los
siguientes equipos:
- Colector solar
- Depósito de almacenamiento de agua caliente
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
25
- Unidad de refrigeración
- Unidad de evacuación de calor (normalmente torre de refrigeración)
- Unidad de tratamiento del aire (UTA)
- Sistemas de distribución y control
Considerando los diferentes equipos de producción de frío existentes, distinguimos:
3.4.2 Procesos de ciclo cerrado: absorción y adsorción
Producen agua refrigerada, que puede alimentar a equipos de tratamiento de aire, equipos de
deshumidificación o sistemas de techo radiante, por ejemplo.
Figura 22. Técnicas de refrigeración para diferentes niveles de temperatura de agua fría.
3.4.2.1 Absorción
En zonas geográficas que dispongan de un número de horas de sol al año razonable, las
máquinas de absorción accionadas por energía solar pueden ser una alternativa eficiente y ecológica
a los sistemas convencionales de climatización para edificios de oficinas, hospitales, centros
comerciales, etc. La energía solar podría cubrir una gran parte de la demanda diaria, entrando a
funcionar el grupo de apoyo en las horas de mayor demanda o cuando la radiación solar es más baja.
Podría darse también la situación inversa, es decir, que el sistema de refrigeración solar funcionara
como grupo de apoyo de un sistema convencional, ya que normalmente los picos de demanda se dan
a las horas de mayor temperatura ambiental, que suele coincidir con las horas de mayor radiación
solar.
Las primeras aplicaciones industriales de los principios termodinámicos de la absorción de un
vapor por un líquido, con el fin de conseguir la refrigeración de otro líquido, datan de los primeros
años 30. La comercialización a mayor escala de plantas frigoríficas de absorción con ciclo
Amoniaco-Agua comienzan en los 40 y la puesta en el mercado de las primeras plantas con ciclo
agua-Bromuro de Litio tiene lugar a principio de los 50.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
26
Los ciclos de absorción se basan físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias,
tales como el agua y algunas sales como el Bromuro de Litio, para absorber, en fase líquida, vapores
de otras sustancias tales como el Amoniaco y el agua, respectivamente.
Los equipos de absorción son las máquinas de enfriamiento accionadas térmicamente más
distribuidas en el mundo. La compresión térmica del refrigerante se consigue usando una solución
refrigerante-absorbente y una fuente de calor, que sustituye a la energía eléctrica empleada en las
máquinas de compresión mecánica.
Para agua enfriada por encima de 0 °C, que es el caso típico para aire acondicionado, se emplea
una solución H2O/LiBr con agua como refrigerante. Otras soluciones pueden ser utilizadas, como
H2O/LiCl o NH3/H2O, que permite alcanzar temperaturas por debajo de 0 °C.
Tipos de máquinas de absorción:
Las máquinas de absorción más desarrolladas actualmente son las de simple efecto y las de
doble efecto.
Máquinas de simple efecto
El esquema de la instalación es el siguiente:
Figura 23. Máquina de refrigeración mediante ciclo de absorción de simple efecto.
Los principales componentes se muestran en las figuras siguientes, y son descritos a
continuación.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
27
Figura 24. Ciclo de absorción de simple efecto simplificado y diagrama P-T del ciclo
Generador (“G”): Mediante el aporte de energía térmica se produce la evaporación de parte del
agua de la solución de bromuro de litio-agua, concentrándose dicha solución. El vapor de agua
(refrigerante) se dirige al condensador, mientras que la solución concentrada se dirige al absorbedor.
Condensador (“C”): el vapor de agua cede su calor latente y se condensa. Normalmente la
condensación se realiza mediante otra corriente de agua (enviada a una torre de refrigeración),
aunque hay algunos equipos que condensan con aire. La presión de trabajo del condensador varía en
función del refrigerante empleado. Si se utiliza vapor de agua, se trabaja por debajo de la presión
atmosférica, pero si se emplea amoniaco la presión será muy superior a la atmosférica.
Válvula de expansión (“V1”): reduce la presión del refrigerante antes de entrar en el
evaporador. Las características de la válvula dependerán del refrigerante empleado.
Evaporador (“E”): en él, el refrigerante se evapora tomando la energía necesaria de otra
corriente (normalmente agua), produciéndose en dicha corriente el efecto frigorífico. Es importante
indicar la necesidad de que no se produzca arrastre de absorbente, ya que modificaría la presión de
trabajo en el evaporador y porque además se podría producir cristalización de la sal de bromuro de
litio.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
28
Absorbedor (“AB”): en él, se ponen en contacto el refrigerante (vapor de agua) y la solución
concentrada que proviene del generador. La solución concentrada absorbe el vapor de agua
diluyéndose la solución, volviendo a las condiciones de partida. Dicho proceso de mezcla es
exotérmico, por lo que es necesario evacuar el calor generado para que dicho calor no eleve la
temperatura del absorbedor y se ralentice el proceso de mezcla. Para ello se emplea una corriente
auxiliar de agua que evacua dicha energía y posteriormente la disipa en la torre de refrigeración.
Normalmente, es la misma corriente de agua la que se usa para refrigerar el absorbedor y el
condensador, primero pasa por el absorbedor, y luego pasa por el condensador.
Bomba (“B”): se encarga de elevar la presión de la solución e impulsarla hacia el generador.
Intercambiador de calor (“HE”): antes de llegar al generador, la solución entra en contacto
(indirecto) con la solución concentrada que proviene del generador y se dirige al absorbedor,
disminuyendo la temperatura de ésta, y aumentado la suya. Con esto se consigue disminuir las
necesidades de refrigeración del absorbedor y también disminuye el aporte energético necesario a
realizar en el generador.
Actualmente, las máquinas de absorción de simple efecto tienen un EER en condiciones
nominales de 0,65-0,75 aproximadamente, y trabajan con temperaturas de accionamiento
comprendidas entre 70 °C y 100 °C.
A continuación se muestra un esquema de una instalación que emplea una máquina de
absorción de simple efecto:
Figura 25. Instalación de refrigeración mediante ciclo de absorción de simple efecto.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
29
Máquinas de doble efecto
El elegir un ciclo de doble efecto implica que necesitaremos calentar el fluido caloportador
(normalmente agua) a una temperatura entre 140 y 180 ºC. Esto supone que a la hora de elegir el
dispositivo solar que se empleará para calentar el agua sea necesario emplear algún equipo de
concentración, ya sea colectores cilindro-parabólicos o Fresnel para poder alcanzar las condiciones
necesarias y alimentar al generador de alta presión. Los captadores solares de baja temperatura
quedan descartados, ya que la temperatura máxima que podremos alcanzar será cercana a los 90 ºC,
si bien se podrían emplear para aportar energía para el funcionamiento del generador de baja presión;
o también pueden emplearse como sistema de apoyo, reduciendo el salto térmico a proporcionar por
una caldera.
Las mayores temperaturas requeridas por los equipos de doble efecto pueden alcanzarse por
diferentes métodos: agua caliente presurizada, vapor, llama directa o calor cedido por gases de
escape.
El incremento notable de temperatura tiene su reflejo en el EER, que pasa del 0,65-0,75 para los
ciclos de simple efecto a 1,2-1,35 para los ciclos de doble efecto. Esto se consigue añadiendo un
generador, un condensador y un intercambiador de calor solución-solución al ciclo de simple efecto a
un nivel de presión superior.
Esto es posible en las máquinas que operan con el par LiBr-H2O, ya que trabajan con niveles de
presión muy bajos, mientras que no es posible en el caso de trabajar con la mezcla NH3-H2O, puesto
que introducir una nueva etapa incrementaría la temperatura de trabajo, y el incremento de presión
que esto conlleva es demasiado alto.
Las figuras siguientes muestran los esquemas de equipos, flujos y el diagrama p-T.
Figura 26. Diagrama P-T de un ciclo de absorción de doble efecto.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
30
Figura 27. Ciclo de absorción de doble efecto simplificado.
La máquina de absorción de doble efecto se compone de dos generadores, uno de alta (G1) y
otro de baja temperatura (G2), dos recuperadores de calor (HE1 y HE2), dos condensadores (C1 y
C2), un evaporador (E), un absorbedor (AB), una bomba (B) y válvulas de expansión.
En la tabla 2 se representan algunas de las características principales (temperaturas de operación
y potencias desarrolladas) correspondientes a máquinas de absorción de simple y doble efecto.
Absorción Simple efecto Doble efecto
Medio Agua caliente Agua
sobrecal.
Agua
sobrecal. Vapor
Tª generador (°C) 95-75 130-83 150-187 140-185
Tª sal/ent agua fría (°C) 6-12 6-12 4.5-15 6-12
Tª ent/sal agua refrigeración (°C) 15-35
27-35
15-32
27-35
15-40
27-35 26-34
Potencia (kW) 35-6000 300-4900 1300-7000 350-5000
EER 0.6-0.75 0.72-0.75 1-1.15 1-1.2 Tabla 2. Características de máquinas de absorción.
Compuestos más usados:
- Bromuro de Litio / Agua (8�9/:;'<$: solución compuesta de bromuro de litio, como
sustancia absorbente, y agua como refrigerante. Estos equipos se caracterizan porque el enfriamiento
se lleva a cabo en el absorbedor y el condensador es refrigerado por agua. Operan a temperaturas
mayores de 0 °C.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
31
- Amoníaco / Agua �=8>/8�9): solución compuesta de amoníaco (refrigerante) y agua
(absorbente). Se utilizan para refrigeración de alimentos y como equipos de climatización de hasta 20
kW de potencia. El enfriamiento se lleva a cabo en el absorbedor y el condensador es refrigerado,
generalmente, por aire. Pueden operar a temperaturas inferiores a 0 °C.
Recientemente están siendo desarrollados ciclos de triple efecto, alcanzando valores de EER
entre 1.6 y 1.9, con temperaturas de accionamiento entre 200 °C y 250°C.
3.4.2.2 Adsorción
Los procesos de absorción y adsorción son en principio muy similares en cuanto a su resultado
neto, la refrigeración por adsorción solo se diferencia de la de absorción en la naturaleza de las
sustancias adsorbedoras (en la adsorción la sustancia es un sólido mientras que en la absorción es un
liquido), el refrigerante y sus temperaturas de trabajo.
Como adsorción se conoce la capacidad que tienen algunas sustancias de adsorber y retener
dentro de su estructura a moléculas de otras sustancias. Generalmente un calentamiento posterior,
hace que la molécula retenida se libere y el elemento adsorbedor quede “limpio”. Hay muchas
sustancias con esa capacidad, pero las más utilizadas en la práctica son el carbón vegetal activo, el
gel de sílice, las zeolitas, las alúminas y la tierra de Fuller. De todas las parejas
adsorbente/refrigerante, la más usada es la compuesta por gel de sílice como adsorbente y agua como
refrigerante.
Se trata de una operación cuasi continua, por lo que se requieren al menos dos compartimentos
con material de adsorción. La figura 27 muestra los componentes de una enfriadora de adsorción.
Los sistemas disponibles en el mercado utilizan agua como refrigerante y gel de sílice como
adsorbente.
Figura 28. Máquina enfriadora de adsorción.
Mientras que el sorbente en el primer compartimento es desorbente (retira el agua adsorbida),
utilizando el agua caliente de la fuente de calor externa, por ejemplo del captador solar, el sorbente
en el segundo compartimento adsorbe el vapor refrigerante que entra desde el evaporador; este
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
32
compartimento debe enfriarse para incrementar la eficiencia del proceso. El refrigerante, condensado
en el condensador enfriado y transferido al evaporador, se vaporiza a baja presión en el evaporador.
Aquí se produce el enfriamiento útil. Periódicamente, los compartimentos sorbentes se intercambian
en sus funciones de adsorción a desorción. Esto se produce a través del control de cambios de las
válvulas externas.
Los típicos valores EER de enfriadoras de adsorción son 0.5-0.6. Una ventaja de las enfriadoras
está en sus bajas temperaturas generadoras, empezando desde 55°C, la ausencia del bombeo de una
solución y un funcionamiento relativamente libre de ruido.
El proceso es capaz de funcionar en un amplio rango de temperaturas del agua. Se regula
fácilmente y se controla el rendimiento utilizando múltiples programas de control. Para obtener el
mejor rendimiento, el agua caliente debe estar a unos 90 °C, el agua de refrigeración entre 24 – 30 °C
y el agua fría en la salida entre 11 – 5 °C.
Figura 29. Esquema de la instalación de climatización por adsorción.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
33
3.4.3 Procesos de ciclo abierto: sistemas evaporativos con desecantes
Figura 30. Ciclo de refrigeración regenerado por energía solar
En estos sistemas se emplea agua como refrigerante y material desecante para facilitar el
intercambio de calor sensible y latente del flujo de aire acondicionado. El término abierto se usa para
indicar que el refrigerante es desechado del sistema después de proporcionar el efecto refrigerante, y
se suministra nuevo refrigerante en su lugar. En un sistema abierto no hay separación entre el aire
que está siendo enfriado y el refrigerante, estando los dos en contacto directo entre sí.
Básicamente, todas aquellas sustancias que absorban agua pueden ser usadas como desecante.
Los principales ejemplos son el gel de sílice, carbón activo, zeolitas, LiCl y LiBr.
Cuando un desecante se pone en contacto con aire a una determinada presión de vapor, el vapor
será transferido desde el aire al desecante cuando éste se encuentra a una temperatura menor que la
del ambiente y en la dirección inversa cuando las temperaturas son mayores que ésta. Así, a bajas
temperaturas del desecante, la deshumidificación del aire tendrá lugar en un proceso de adsorción (en
el caso de desecantes sólidos), mientras que a altas temperaturas del desecante se usaría el mismo
aire para regenerar el desecante, reduciendo su contenido en agua a través de un proceso de
desorción.
Un proceso de adsorción siempre genera un calor que es debido principalmente a la
condensación de vapor en la superficie del desecante. La desorción, por el contrario requiere un
aporte de calor para separar y evaporar agua del desecante.
Un sistema de aire acondicionado desecante consta, básicamente, de dos ciclos:
acondicionamiento y regeneración.
� El ciclo de acondicionamiento consta de dos etapas:
- Etapa deshumidificante con eliminación simultánea del calor de condensación: el vapor de
agua es extraído del aire y condensa en la superficie del desecante, la temperatura del aire
aumenta debido al calor de condensación, posteriormente el aire seco caliente se enfría sin
cambio en la humedad a través de un intercambiador de calor usando un medio
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
34
moderadamente frio, como puede ser agua procedente de una torre de refrigeración o aire
ambiente enfriado por evaporación.
- Etapa humidificante: el aire pasa a través de un enfriador evaporativo donde el calor
sensible se transforma en calor latente. La temperatura del aire se reduce y el contenido en
agua aumenta a un valor ligeramente por debajo del valor inicial.
� En el ciclo de regeneración, el agua contenida en el desecante se elimina poniendo éste en
contacto con aire caliente. Para obtener este aire caliente se necesita una fuente de calor,
que en este caso se trata del agua calentada en los sistemas de captación solar.
En un sistema de refrigeración con desecante líquido, el líquido desecante circula entre un
absorbedor y un regenerador de manera similar a los sistemas de absorción. La principal
diferencia es que la temperatura de equilibrio de este líquido está determinada no por la
presión total, sino por la presión parcial del agua en el aire húmedo al que está expuesta la
solución.
En la figura 30 se muestra un sistema con líquido desecante. En el deshumidificador, una
solución concentrada es pulverizada en el punto A sobre el intercambiador de calor B mientras aire
de retorno o aire del ambiente es impulsado creando una corriente de aire. La solución absorbe la
humedad del aire y es enfriada por el intercambiador. El resultado de este proceso son el aire frío
deshumidificado (2) y la solución diluida (C). En ocasiones se realiza un posterior enfriamiento de la
corriente de aire.
En el regenerador, la solución diluida es pulverizada sobre el intercambiador de calor E (fuente
de calor, conectada a los colectores solares) y aire ambiente 4 es impulsado a través de esta corriente.
Parte del agua es absorbida por el aire cuando la solución es calentada en el intercambiador. El
resultado es una solución concentrada (F) y aire caliente húmedo expulsado al exterior (5).
Un recuperador de calor emplea la corriente de solución concentrada caliente para precalentar la
solución diluida antes de entrar en el regenerador, lo que implica un aumento del rendimiento (EER).
Figura 31. Ciclo solar de refrigeración con desecante líquido
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
35
A continuación, se describe un sistema con desecante sólido:
a) El aire de retorno del local acondicionado primero atraviesa un enfriador evaporativo y
posteriormente entra en una rueda intercambiadora de calor (A-B). Este aire enfría parte de
la rueda (B-C). Este aire ‘templado’ y húmedo es calentado a alta temperatura mediante
agua procedente de los colectores solares (C-D). El aire caliente y húmedo resultante es el
encargado de regenerar la rueda desecante, y posteriormente es expulsado al exterior (D-
E).
b) Por otro lado, aire del ambiente atraviesa la rueda desecante (1-2), saliendo de ella como
aire caliente y seco, que es enfriado por la rueda intercambiadora de calor hasta cierta
temperatura (2-3). Dependiendo de la temperatura deseada, esta corriente puede ser
posteriormente enfriada por algún otro sistema (3-4). La temperatura en el punto 3 no
puede ser menor que la del punto B, que a su vez es función de las condiciones de retorno
A.
Figura 32. Ciclo solar de refrigeración con desecante sólido
Entre las variables que tienen un impacto importante en el dimensionado y rendimiento de un
sistema desecante están la humedad del aire del proceso, la temperatura y velocidad del aire a través
del desecante, la temperatura del aire de regeneración, la velocidad y carga de humedad del aire que
pasa a través del desecante, la cantidad de desecante presente en las corrientes de aire de
regeneración y de entrada y las características deshidratantes de la adsorción.
En principio, el EER de un ciclo abierto con desecantes es similar al de su homólogo en circuito
cerrado (absorción/adsorción), alcanzando valores de 0,6-0,7.
Estos sistemas ofrecen un control de la humedad más eficiente que las tecnologías anteriores.
Cuando existen grandes demandas de ventilación o deshumidificación, los sistemas con desecantes
accionados solarmente pueden ser una gran opción.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
36
Figura 33. Esquema de un sistema de refrigeración evaporativa con energía solar y diagrama psicrométrico
correspondiente
3.4.4 Estado del arte
Absorción
En el mercado puede encontrarse una amplia gama de máquinas de absorción, por lo que casi
todas las instalaciones que demanden refrigeración entrarán dentro del rango de estas máquinas.
La mayoría de equipos comerciales de H20-LiBr de simple efecto son de gran potencia (350
kW-5,2 MW). Algunos de estos equipos pueden ser activados con agua caliente a una temperatura de
115 a 150 °C. Para potencias menores a los 300 kW, la oferta existente en el mercado es menor.
Estos equipos son fabricados para ser accionados con fuentes de baja temperatura (90 °C). El
desarrollo de estas máquinas de menor potencia es relativamente reciente, como consecuencia de la
necesidad de equipar a pequeñas instalaciones de este tipo de tecnología.
Los equipos de doble efecto que existen en el mercado son del mismo rango de capacidad que
los de simple efecto, utilizándose un combustible para su accionamiento (llama directa) o vapor de
agua a una presión entre los 1100 y 1200 kPa (una temperatura de 175 a 185 ºC). Muchos de estos
equipos también pueden ser activados con agua caliente presurizada a temperaturas que varían entre
los 155 y 205 ºC.
Los EER de estos equipos varían del valor 0,7 para sistemas de simple efecto al valor de 1,2
para sistemas de doble efecto. De igual forma, las temperaturas requeridas también varían desde los
80-110ºC para sistemas de simple efecto a los 130-160ºC para los de doble efecto.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
37
Respecto a los equipos que trabajan con la mezcla NH3-H20, eran fabricados inicialmente para
la industria de la refrigeración industrial de grandes potencias (250-700 kW), para temperaturas de
evaporación cercana o por debajo de 0 ºC, pero actualmente estos equipos son los más comunes en
aplicaciones domésticas de pequeña potencia (10-17.4 kW). Debido a las altas presiones de
operación de estos equipos, estos se limitan a los sistemas de simple efecto.
En la tabla 3 se presentan algunos ejemplos de máquinas de absorción diseñadas por los
principales fabricantes.
Adsorción
La pareja adsorbente-sustancia adsorbida constituida por carbón activo y metanol es uno de los
sistemas más importantes en la producción de frío solar.
El rango de potencia de los equipos que utilizan la tecnología de adsorción se encuentra entre 8
y 1000 kW lo cual permite su uso en buena parte de las ocasiones, aunque su instalación en paralelo
hace que se pueda suministrar refrigeración en instalaciones de mayor demanda.
El EER de estos equipos está entre 0,3 y 0,7, y los rangos de temperatura a introducir en el
sistema (a aportar por la instalación solar) entre 45 y 90 ° C.
Todo ello permite utilizar estos sistemas en muchas ocasiones y acoplar buena parte de los
sistemas solares, ya que una instalación de captadores planos conectados en serie puede suministrar
perfectamente la temperatura del agua requerida. De igual forma se podrán utilizar sistemas solares
térmicos con captadores de vacío.
En contra, el EER bajo de estas instalaciones y la falta de fabricantes, convierten a estos
sistemas en poco rentables y caros.
En la tabla 4 se presentan algunos ejemplos de máquinas de adsorción presentes en el mercado.
Figura 34. Comparación de rendimientos de distintas tecnologías según la temperatura de la fuente de calor
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
38
Fabricante Serie Tipo Potencia
(kW)
Temperatura trabajo agua caliente (°C)
EER nominal
Fluido refrigeración
Mezcla de
trabajo
Yazaki WFC-SC SE 17.6 – 175.8
88 0.7 Agua LiBr-H2O
EAW SE 15 85 0.7 Agua LiBr-H2O
ClimateWell
ClimateWell AB
SE 10 90 0.7 Agua LiCl-H2O
ClimateWell 10
SE 20 50° superior
al condensador
0.68 Aire-Agua LiCl-H2O
Rotártica Solar 045 SE 4.5 90 0.67 Aire LiBr-H2O
Broad BDH SE 209-6138 98 0.75 Agua LiBr-H2O
BH DE 233-
11630 180 1.34 Agua LiBr-H2O
Carrier
16LJ SE 264-1846 95 0.7 Agua LiBr-H2O
16TJ SE 352-2461 Vapor
saturado 10 kPa
0.65 Agua LiBr-H2O
16NK DE 345-4652 Vapor
saturado 784 kPa
Agua LiBr-H2O
Trane ABSC SE 394-1635 132 0.63 Agua LiBr-H2O
ABTF DE 1266-6053
1.2 Agua LiBr-H2O
York YIA SE 280-3150 80-128 0.69 Agua LiBr-H2O
Thermax
Cogenie SE 35-739 70-110 0.67-0.7 Agua LiBr-H2O
LT SE 70-4048 70-110 0.67-0.7 Agua LiBr-H2O
MT DE 350-7000 110-150 1.4 Agua LiBr-H2O
HT DE 176-7000 150-200 1.4 Agua LiBr-H2O Tabla 3. Máquinas de absorción
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
39
Fabricante Potencia
(kW) EER
Tª agua
caliente (°C)
Tª agua
refrigeración
(°C)
Tª agua fría
(°C) Par de trabajo
SORTECH ACS 08 8 0.6 55-95 22-37 6 a 20 Gel de
sílice/Agua
SORTECH ACS 15 15 0.6 55-95 22-37 6 a 20 Gel de
sílice/Agua
GBU 50-430 0.55-0.62 60-100 31-37 3 a 14 Gel de
sílice/Agua
Invensor LTC 09 9 0.61 45-100 20-37 10 a 24 Zeolita/Agua
Invensor HTC 11 11 0.53 45-100 20-37 10 a 24 Zeolita/Agua
NISHIYODO ADCM 11-1050 0.65 50-90 20-35 6 a 15 Gel de
sílice/Agua
SWAC 8.5 0.4 85 32 5 Gel de
sílice/Agua Tabla 4. Máquinas de adsorción
Refrigeración evaporativa con desecante
En sistemas evaporativos con rueda desecante, el EER es más difícil de valorar, puesto que
depende más de la operación del sistema. Es útil definir aquí el EER sólo para el modo operativo
desecante, porque en este modo se requiere del calor. Las experiencias de las plantas DEC han
mostrado que se pueden alcanzar los valores del EER comparados con enfriadores de simple efecto.
Figura 35. Diagrama de elección de la tecnología solar según la tecnología de refrigeración. Fuente: Proyecto Promotion Air
Conditioning
• SAC: Colector solar de aire.
• FPC: Colector solar plano.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
40
• CPC: Colector parabólico compuesto.
• EHP: Colector de tubo de vacío
• EDF: Colector de tubo de vacío de flujo directo
• SYC: Colector de tubo de vacío de concentración.
En el siguiente esquema se presenta una comparación orientativa entre diferentes métodos de
refrigeración, empleando como fuente la energía solar, ya sea fotovoltaica o térmica.
Figura 36. Esquema comparativo
Para concluir, se presenta una tabla resumen con las características principales de las máquinas
de refrigeración solar vistas anteriormente.
Tipo de ciclo Cerrado Abierto
Fase del sorbente Sólido Líquido Sólido
Materiales más
usados Agua-Gel de sílice
Agua-Bromuro de Litio
Amoníaco-Agua
Agua-Gel de sílice
Agua-Cloruro de
litio
Tecnología Adsorción Absorción Refrigeración con
desecantes Simple efecto Doble efecto
Potencias 8 kW - 1000 kW 4.5 kW - 5MW 1 MW - 7MW 20 - 350 kW por
módulo
EER 0.55 - 0.65 0.65 - 0.75 1.2 - 1.35 0.5 - 1
Temperaturas de
accionamiento 55 - 100 °C 80 - 110 °C 140 - 180 °C 50 - 95 °C
Tabla 5. Tabla resumen máquinas de refrigeración solar
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
41
3.4.5 Ejemplos de instalaciones actualmente operativas
A. Plantas con ciclo cerrado de absorción
• Edificio de oficinas de IBA AG, Fürth, Alemania
Figura 37. Esquema IBA AG, Fürth, Alemania
Se emplea un sistema de enfriamiento de agua de ciclo cerrado con un equipo de absorción de
tamaño medio. El calor necesario es suministrado por un sistema solar; existe una caldera de gas,
pero sólo se emplea en invierno para calefacción. El circuito de extracción de calor del sistema de
enfriamiento de agua está conectado a una torre de refrigeración. Para evitar sobrecalentamientos en
el colector, el exceso de calor en éste se suministra a un balneario cercano.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
42
Unidad central de aire acondicionado
Capacidad nominal 30 kW
Tipo de sistema Absorción
Marca del equipo de enfriamiento EAW Wegracal SE 30
Utilización del agua fría Techos fríos, fan coils
Deshumidificación En fan coils
Evacuación de calor Torre refrigeración
Sistema solar
Tipo captador Plano
Marca captador Solvis F-802-S, F-652-D
Área captación 87,7 m2
Ángulo y orientación 25° Sur
Fluido Agua/Glicol
Temperatura de operación 86 °C
Configuración
Almacenamiento calor 3,7 m3 Agua
Almacenamiento frío 1,4 m3 Agua
Fuente calor auxiliar Caldera gas
Uso del sistema auxiliar Calefacción
Enfriador auxiliar No
• Bodega en Banyuls sur MEr, Francia
Se trata de una bodega situada en la costa mediterránea de Francia. La superficie a acondicionar
es de 4500 m2, repartidos en tres plantas: la planta baja (0), empleada como despacho de vinos y dos
plantas inferiores (-1,-2) en las que se almacena el vino. Cada una de ellas se mantiene a diferentes
temperaturas. El sistema solar se utiliza tanto para la refrigeración de cada planta como para la
calefacción de la planta baja en invierno.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
43
Unidad central de aire acondicionado
Capacidad nominal 52 kW
Tipo de sistema Absorción
Marca del equipo de enfriamiento YAZAKI
Utilización del agua fría UTA
Deshumidificación No
Evacuación de calor Torre refrigeración
Sistema solar
Tipo captador Tubos de vacío
Marca captador Giorcano Cortec 2
Área captación 130 m2
Ángulo y orientación 15°, 15° W
Fluido Agua
Temperatura de operación 85 °C
Configuración
Almacenamiento calor 1 m3 Agua
Almacenamiento frío No
Fuente calor auxiliar No
Uso del sistema auxiliar _
Enfriador auxiliar No
B. Plantas con ciclo cerrado de adsorción.
• Hospital Universitario en Freiburg, Alemania
En los meses de verano, un edificio de laboratorios del hospital es acondicionado por una
enfriadora de agua con apoyo solar. La temperatura del agua fría es de aproximadamente 9 ºC, y se
emplea para abastecer a dos equipos de tratamiento de aire. Debido a la utilización del laboratorio, la
demanda de refrigeración puede existir también durante la noche. La fuente de calor auxiliar para
garantizar el funcionamiento de la máquina de adsorción la constituye la red interna de vapor del
hospital. En invierno, el sistema solar cubre parte de la demanda de calefacción.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
44
Figura 38. Esquema Hospital Universitario de Freiburg, Alemania
Unidad central de aire acondicionado
Capacidad nominal 70 kW
Tipo de sistema Adsorción
Marca del equipo de enfriamiento Nishiyodo NAK 20/70
Utilización del agua fría Aire acondicionado
Deshumidificación Ocasionalmente
Evacuación de calor Torre refrigeración
Sistema solar
Tipo captador Tubos de vacío
Marca captador Seido 2-16
Área captación 167 m2
Ángulo y orientación 30° y 45° S
Fluido Agua/Glicol
Temperatura de operación nominal 75 °C
Configuración
Almacenamiento calor 6 m3 Agua
Almacenamiento frío 2 m3 Agua
Fuente calor auxiliar Red interna vapor
Uso del sistema auxiliar Calefacción y refrigeración
Enfriador auxiliar No
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
45
C. Plantas con ciclo abierto
• Biblioteca en Mataró, España
Este edificio fue diseñado para integrar una instalación fotovoltaica junto con otra solar térmica
para cubrir las demandas de electricidad y calor.
El fluido de trabajo es aire, y existe un equipo de enfriamiento por compresión eléctrica y una
caldera auxiliar para complementar al sistema solar.
Figura 39. Esquema biblioteca de Mataró, España
Unidad central de aire acondicionado
Capacidad nominal 81 kW
Tipo de sistema DEC
Material desecante Gel de sílice
Caudal aire nominal 12000 m3/h
Caudal aire mínimo 6000 m3/h
Marca del equipo Siegle+Epple(ETA), Seibu Giken (rueda)
Sistema solar
Tipo captador Colector de aire
Marca captador Grammer
Área captación 88 m2
Ángulo y orientación 20°, 5° W
Fluido Aire
Temperatura de operación nominal 65 °C
Configuración
Almacenamiento calor _
Almacenamiento frío _
Fuente calor auxiliar Caldera gas
Uso del sistema auxiliar Calefacción
Enfriador auxiliar Sí, compresión eléctrica, 246 kW
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
46
4. POTENCIAL DE LOS SISTEMAS SOLARES
4.1 Introducción
La gran abundancia del recurso solar tanto en España como en gran parte de Europa hace de la
energía solar térmica una tecnología de gran interés. En este marco, España goza de una posición
privilegiada respecto a la mayoría de países europeos.
Una muestra de la cantidad de energía disponible en esta zona geográfica la proporcionan los
mapas de radiación solar representados en las figuras siguientes.
Figura 40. Mapa de radiación recibida en Europa
Zonas climáticas en España
En España, podemos distinguir diferentes zonas climáticas en función de los parámetros que se
tengan en cuenta:
1) Teniendo en cuenta la Radiación Solar Global media diaria anual sobre superficie horizontal
(H), se distinguen 5 zonas climáticas. En la tabla 6 se marcan los límites de zonas
homogéneas.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
47
Figura 41. Estimación de la cantidad de energía media diaria por unidad de superficie (irradiación) en España, según 5
zonas climáticas.
Tabla 6. Zonas climáticas según radiación solar global.
2) En función de las severidades climáticas de invierno (A, B, C, D, E) y verano (1, 2, 3, 4) de
la localidad en cuestión, se definen 12 zonas climáticas.
Figura 42. Zonas climáticas según severidades climáticas de invierno y verano.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
48
Tabla 7. Zonas climáticas correspondientes a las capitales de provincia y método de cálculo para el resto de localidades.
Otro dato de interés es el número de horas de Sol al año en cada provincia, representado en la
figura inferior.
Figura 43. Número de horas de Sol anuales por provincia.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
49
4.2 Metodología
Hipótesis:
Dada la gran cantidad de variables que influyen en los resultados, en el presente trabajo se han
realizado las siguientes hipótesis:
1.- La producción energética de la instalación de energía solar se ha calculado considerando
dos casos hipotéticos:
1) Caso pesimista: la instalación solar tiene un rendimiento bajo, del 35%.
2) Caso optimista: la instalación solar tiene un rendimiento relativamente alto, del
50%.
En general, los valores de rendimiento de una instalación solar se situarán entre estos dos
límites.
El rendimiento de la instalación solar dependerá no sólo del rendimiento de los captadores
solares, dado por la orientación e inclinación de los captadores, la temperatura ambiente, la
temperatura del agua de entrada a los captadores y la radiación solar, sino también por las
características del sistema de intercambio y acumulación.
Así, uno de los factores que más afecta al rendimiento de la instalación es la relación entre el
volumen de acumulación y el área del campo de captadores, ?/�. Cuando la relación ?/�
aumenta, las pérdidas térmicas disminuyen, aumentando de esta manera el rendimiento de la
instalación. Por otra parte, se produce una disminución del nivel térmico alcanzado en el acumulador.
Es decir, la obtención de rendimientos mayores, en general, está penalizada con temperaturas de
generación menores.
2.- Los datos de radiación solar de las ciudades se han tomado del programa Meteonorm, para
las dos inclinaciones del campo de captadores.
3.- El nivel térmico del agua caliente producida por los captadores planos se sitúa en torno a
40°C-50°C. Se asume que existirá un sistema de energía auxiliar modulante que aportará la energía
restante necesaria para cubrir la demanda y alcanzar los niveles de temperatura que en cada caso se
requieran.
4.- Las demandas de ACS, calefacción y refrigeración consideradas están publicadas en el
documento ‘Escala de calificación energética para edificios de nueva construcción’, redactado por
AICIA y publicado por el IDAE.
5.- Como sistema de refrigeración se emplea una máquina de absorción con un EER=0,7. Éste
es un valor medio estándar para máquinas de simple efecto. Con máquinas de doble efecto se
alcanzan valores de rendimiento de 1,2 en cuyo caso el nivel térmico necesario es bastante mayor.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
50
Zonas climáticas:
Como se ha visto anteriormente, existen diversos métodos para clasificar las zonas climáticas;
por ello, las ciudades se clasificarán dentro de las 12 zonas según la clasificación en función de las
severidades climáticas, y a su vez se tendrá en cuenta la zona a la que pertenecen en función de la
radiación media recibida. De esta forma se pretende analizar la relación existente entre ambas
clasificaciones, es decir, si para una zona climática (por ejemplo, zona IV) concreta, las ciudades
situadas en ella pertenecerán a zonas con severidades climáticas similares o bien puedan tener
severidades climáticas muy diferentes.
Inicialmente, se tomarán 12 ciudades que representen a cada una de las zonas climáticas. Éstas
son las mostradas en la tabla 8, donde distinguimos dos clasificaciones:
- Zona climática I: zona climática correspondiente en función de la radiación solar global
media diaria recibida (I, II, III, IV, V).
- Zona climática II: zona climática correspondiente en función de las severidades climáticas
de invierno (A, B, C, D, E) y verano (1, 2, 3, 4).
Zona climática I Zona climática II
Santander I C1
Valladolid II D2
Lugo II D1
Gerona III C2
León III E1
Cádiz IV A3
Ciudad Real IV D3
Granada IV C3
Valencia IV B3
Almería V A4
Badajoz V C4
Sevilla V B4 Tabla 8. Zonas climáticas de las diferentes ciudades
En adelante se trabajará con estas 12 ciudades, hasta llegar al apartado ‘Resultados’, donde se
mostrarán los datos obtenidos para todas las capitales de provincia.
A continuación se describe el procedimiento general empleado en el estudio de las ciudades.
Para una mejor comprensión, la descripción de este proceso se acompaña con los resultados
obtenidos para la ciudad de Sevilla. El procedimiento será idéntico para el resto de ciudades.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
51
4.2.1 Caracterización de los perfiles de energía térmica producida
a) Perfiles de radiación recibida.
Conociendo la ciudad en estudio y la inclinación del campo de captadores, el programa
Meteonorm genera ficheros meteorológicos con valores horarios anuales de radiación y temperatura
ambiente, para cada una de las inclinaciones consideradas.
Estos datos son exportados a Excel, donde se analizan para obtener valores de radiación diarios
y mensuales.
De este modo se obtienen los perfiles de radiación. En el caso concreto de Sevilla:
Figura 44. Radiación global diaria. Sevilla.
Se observa cómo en los meses de verano, en los cuales la altura del Sol es mayor, la radiación
captada es mayor para el caso de los captadores instalados con menor inclinación (latitud del lugar -
15º). De la misma manera, en los meses de invierno, la menor altura solar conlleva valores de
radiación captada superiores para una mayor inclinación de los captadores (latitud del lugar +15º).
La figura siguiente muestra los valores de radiación mensuales, calculados como suma de los
valores diarios de cada mes.
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
1 27 53 79 105 131 157 183 209 235 261 287 313 339 365
kWh
/m2
Día
Radiación diaria.
Inc. Lat -15 Inc. Lat +15
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
52
Figura 45. Radiación global mensual. Sevilla.
La representación de valores mensuales nos ofrece una observación más clara de los perfiles de
radiación recibida, evitando las perturbaciones correspondientes a la representación de valores
diarios.
En la figura 44 se distinguen dos períodos: uno en el que la radiación recibida es mayor para la
menor inclinación del campo de captadores (latitud del lugar -15º) y otro en el que ésta es menor,
siendo superada por la configuración con una inclinación mayor (latitud del lugar +15º).
A continuación se presentan los valores mensuales de radiación recibida para ambas
inclinaciones, así como la diferencia entre ambos.
Valores de radiación mensual ��ℎ/�� Diferencia (��ℎ/��)
Mes Latitud -15° Latitud +15° Lat-15° - (Lat+15°)
1 116.0 143.7 -27.7
2 120.1 135.8 -15.7
3 174.3 179.2 -4.9
4 170.9 154.6 16.3
5 206.2 170.9 35.3
6 211.1 167.6 43.6
7 233.0 187.6 45.4
8 211.3 185.3 26.0
9 185.7 183.1 2.7
10 152.8 167.7 -14.9
11 103.8 122.9 -19.1
12 100.0 124.8 -24.9
Total 1985.2 1923.2 Tabla 9. Radiación mensual recibida para distintas inclinaciones. Diferencia entre ambas. Sevilla.
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
Mes
Radiación mensual.
Inc. Lat -15 Inc. Lat +15
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
53
A partir de esta diferencia, es posible calcular el porcentaje de radiación recibida por una sobre
la otra.
Diferencia de radiación (��ℎ/��) cuando:
% Superior
Lat-15 es mayor (verano) 169.3 16.1%
Lat+15 es mayor (invierno) 107.2 14.0% Tabla 10. Porcentaje de radiación recibida por una configuración sobre otra. Sevilla.
Es decir, en los meses en que la radiación recibida es mayor para una inclinación de los
captadores igual a la latitud del lugar -15º, la diferencia total de energía recibida respecto a una
inclinación igual a la latitud +15º durante esos meses es de 169.3 ��ℎ/��, lo que supone un 16,1%
más respecto a esta segunda configuración.
En cuanto a valores anuales totales, a partir de la tabla 9 se observa que la radiación total anual
recibida por la instalación con la menor inclinación de los captadores (1985.2 ��ℎ/��) es un
3,22% mayor que la recibida con una inclinación de +15º (1923.2 ��ℎ/��).
b) Perfiles de energía térmica producida.
Posteriormente, a estos valores de radiación se les aplican los diferentes rendimientos del
sistema solar térmico expuestos anteriormente, obteniendo finalmente la energía térmica útil que
genera la instalación solar térmica.
-ÚABC = ��.�ECFG ∗ 8���ℎ/��$
Donde:
��.�ECFG = rendimiento del sistema solar (en este caso, 35 ó 50%).
H = Irradiación. Energía de la radiación incidente durante un período de tiempo sobre una
superficie determinada (��ℎ/��).
Así, trabajando con 2 inclinaciones diferentes y con la hipótesis de 2 rendimientos diferentes, se
obtendrán 4 resultados diversos para los perfiles de energía producida por m� de captador solar.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
54
En el caso de Sevilla:
Figura 46. Energía mensual producida por m2 de superficie de captación. Sevilla.
De este modo se observa cómo afectan la inclinación y el rendimiento a los perfiles de
producción.
Mientras que diferentes inclinaciones de los captadores modifican la forma del perfil, los
diferentes rendimientos no suponen ninguna variación en la forma de éste, sino únicamente un
desplazamiento vertical, es decir, variaciones cuantitativas en la producción. Lo mismo ocurrirá con
la superficie de captación instalada: a mayor superficie, mayores niveles de producción, pero
idénticos perfiles.
Puesto que los perfiles de energía térmica producida son proporcionales a los perfiles de
radiación recibida para cada inclinación, en sistemas con el mismo rendimiento pero diferentes
inclinaciones existirán períodos en que la energía producida con una inclinación menor supere a la
producida con una inclinación mayor, y viceversa, tal como ocurría en el análisis de la radiación
recibida.
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
120.0
140.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
Mes
Energía mensual producida por m2 de superficie de captación.
Rend 35% inc. Lat -15 Rend 35% inc. Lat +15 Rend 50% inc. Lat -15 Rend 50% inc. Lat +15
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
55
Energía producida (kWh/m2 captador) para cada una de las hipótesis de rendimiento y diferentes inclinaciones.
Rendimiento 35% 50%
Inclinación captadores
Latitud -15º Latitud +15º Diferencia Lat-15 - (Lat+15)
Latitud -15º Latitud +15º Diferencia Lat-15-
(Lat+15) Mes
1 40.6 50.3 -9.7 58.0 71.8 -13.9
2 42.0 47.5 -5.5 60.1 67.9 -7.8
3 61.0 62.7 -1.7 87.1 89.6 -2.5
4 59.8 54.1 5.7 85.4 77.3 8.1
5 72.2 59.8 12.4 103.1 85.4 17.7
6 73.9 58.7 15.2 105.6 83.8 21.8
7 81.6 65.7 15.9 116.5 93.8 22.7
8 74.0 64.8 9.1 105.6 92.6 13.0
9 65.0 64.1 0.9 92.9 91.5 1.3
10 53.5 58.7 -5.2 76.4 83.9 -7.5
11 36.3 43.0 -6.7 51.9 61.4 -9.5
12 35.0 43.7 -8.7 50.0 62.4 -12.4
Anual 694.8 673.1
992.6 961.6 Tabla 11. Energía mensual producida por las diferentes configuraciones. Sevilla.
A partir de la tabla anterior puede realizarse una comparación entre los valores de energía
térmica producida en las diferentes situaciones:
Diferencia de energía producida cuando:
Rendimiento 35% Rendimiento 50%
kWh/m2 % Superior kWh/m2 % Superior
Lat-15 es mayor (verano) 59.2 16.1% 84.63 16.1%
Lat+15 es mayor (invierno) 37.5 14.0% 53.61 14.0% Tabla 12. Porcentaje de energía producida por una configuración sobre otra. Sevilla.
Como era de esperar, al ser los perfiles de energía producida proporcionales a los de radiación
recibida, las diferencias porcentuales entre ellos son idénticas a las de la radiación recibida.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
56
4.2.2 Caracterización de los perfiles de demanda de energía térmica
Para cada una de las ciudades existen unos valores anuales de demanda de ACS, calefacción y
refrigeración para viviendas unifamiliares y bloques de viviendas (‘Escala de calificación energética
para edificios de nueva construcción’, IDAE).
En este caso se hará uso de los correspondientes a bloques de viviendas, que se recogen en la
siguiente tabla:
Demandas anuales en bloques de viviendas JKL/MN
Ciudad Calefacción Refrigeración ACS
Almería 10.8 19.1 12.1
Badajoz 27.4 17.1 12.6
Cádiz 9 14.6 12.3
Ciudad Real 45 13.2 13
Gerona 42.4 6.4 13
Granada 37.4 12.5 12.9
León 65.5 0 13.6
Lugo 60.2 0 13.5
Santander 33 0 13
Sevilla 16.6 23.4 12.3
Valencia 21.3 12.6 12.5
Valladolid 60.6 4.5 13.3 Tabla 13. Demandas anuales en bloques de viviendas. Fuente: ‘Escala de calificación energética’, IDAE
Los datos están dados por ��de vivienda, luego habrá que tener en cuenta el número de
viviendas consideradas por bloque y la superficie de cada una de ellas.
Para cubrir las demandas térmicas habrá que tener en cuenta los coeficientes de eficiencia
energética de los sistemas empleados. En el caso de calefacción, si se empleara una bomba de calor,
se consideraría un COP=1, mientras que para refrigeración se ha considerado la instalación de una
máquina de absorción con un EER=0.7, es decir, la energía térmica primaria necesaria para cubrir la
demanda de refrigeración será:
-/,5%O5PQ =-5%O5PQ%5!1PóR
SST
-5%O5PQ%5!1PóR= valor de la demanda de refrigeración, dado por la tabla 13.
En adelante, al hablar de demanda de refrigeración, se considerará la demanda corregida
mediante el EER de la máquina instalada, puesto que será la demanda real de energía térmica
primaria.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
57
Demanda JKL/MN
Ciudad Refrigeración Refrigeración corregida
(EER=0,7)
Almería 19.1 27.3
Badajoz 17.1 24.4
Cádiz 14.6 20.9
Ciudad Real 13.2 18.9
Gerona 6.4 9.1
Granada 12.5 17.9
León 0 0.0
Lugo 0 0.0
Santander 0 0.0
Sevilla 23.4 33.4
Valencia 12.6 18.0
Valladolid 4.5 6.4 Tabla 14. Demandas de refrigeración corregidas mediante el EER de la máquina de absorción.
En el caso de Sevilla, las demandas totales anuales y sus porcentajes correspondientes quedan
representados en el siguiente gráfico.
Figura 47. Demandas anuales de ACS, calefacción y refrigeración (corregida mediante el EER). Sevilla.
Para las demandas de calefacción, refrigeración y ACS se tendrá en cuenta:
- Horario de funcionamiento. El sistema de climatización estará activo desde las 08:00h
hasta las 23:00h.
- Demanda total del edificio. Se considerarán un total de 30 viviendas, cada una de ellas
con una superficie de 90 m�.
Calefacción; 16.60; 27%
Refrigeración; 33.43; 53%
ACS; 12.30; 20%
Demandas anuales (kWh/m2)
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
58
a) Demanda de calefacción
Se considera cuando la temperatura ambiente desciende por debajo de 21 °C. A partir de esta
temperatura y la temperatura ambiente media diaria durante las horas en que el sistema de
climatización está activo (ver tabla 15), pueden generarse gráficos diarios y mensuales que
representen esta diferencia media de temperaturas:
Figura 48. Diferencia de temperatura diaria para calefacción. Sevilla.
Para obtener una representación más clara, con el objeto de observar la evolución de la demanda
de calefacción a lo largo del año evitando las perturbaciones correspondientes a la representación
diaria, se representa a continuación la diferencia de temperaturas media mensual a lo largo del año:
Figura 49. Diferencia de temperatura mensual para calefacción. Sevilla.
Puesto que el valor de demanda de calefacción viene dado como total anual, habrá que emplear
algún método para ponderar esta demanda anual y estimar la demanda diaria.
-20.00
-15.00
-10.00
-5.00
0.00
5.00
10.00
15.00
1 51 101 151 201 251 301 351
Día
Diferencia de temperatura diaria
21-Ta
-15.00
-10.00
-5.00
0.00
5.00
10.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mes
Diferencia media mensual de temperatura
21 - Ta
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
59
Para ello se procede del siguiente modo: para cada hora del día en que el sistema de
climatización está activo, se calcula la diferencia de temperatura entre la establecida (21°C) y la
temperatura ambiente (21ºC- !"#). Cuando esta diferencia de temperatura es positiva, el sistema
entrará en funcionamiento. Para cada día, se realiza el sumatorio de los términos positivos de estas
diferencias.
La siguiente tabla muestra lo descrito anteriormente:
Mes Día T (ºC)
ambiente Horas de
funcionamiento 21 - Ta 21-Ta > 0
2 17 12 0 0 0
2 17 11 0 0 0
2 17 10.1 0 0 0
2 17 9.6 0 0 0
2 17 9.1 0 0 0
2 17 8.6 0 0 0
2 17 8.3 0 0 0
2 17 7.9 0 0 0
2 17 8.3 9 12.7 12.7
2 17 11 10 10 10
2 17 13.9 11 7.1 7.1
2 17 16.5 12 4.5 4.5
2 17 18.7 13 2.3 2.3
2 17 20.4 14 0.6 0.6
2 17 21.5 15 -0.5 0
2 17 22 16 -1 0
2 17 21.8 17 -0.8 0
2 17 20.7 18 0.3 0.3
2 17 18.8 19 2.2 2.2
2 17 17 20 4 4
2 17 15.8 21 5.2 5.2
2 17 14.7 22 6.3 6.3
2 17 13.6 23 7.4 7.4
2 17 12.5 0 0 0
Total 62.6
Tabla 15. Diferencia horaria entre la temperatura ambiente y 21ºC para el día 17 de febrero.
Repitiendo este procedimiento para cada día del año, los valores obtenidos se emplean para
ponderar la demanda de calefacción, conocida le demanda de calefacción anual (16.6 ��ℎ/��). Así
se obtienen los valores aproximados de demanda diaria de calefacción, representados a continuación.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
60
Figura 50. Demanda diaria de calefacción. Sevilla.
Los valores de demanda de calefacción mensuales, calculados como suma de los valores diarios
correspondientes a cada mes, quedan representados en la siguiente figura.
Figura 51. Demanda mensual de calefacción. Sevilla.
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
1 51 101 151 201 251 301 351
kWh/
m2
Día
Demanda diaria de calefacción
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kW
h/m
2
Mes
Demanda mensual de calefacción
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
61
b) Demanda de refrigeración
Se considera cuando la temperatura ambiente es superior a 24 °C. La estimación de la demanda
diaria de refrigeración se hará de la misma manera en que se ha realizado el cálculo de la demanda
diaria de calefacción, teniendo en cuenta que en este caso el sistema se activa cuando la diferencia
( !"#-24ºC) es positiva.
Las figuras siguientes muestran los resultados.
Figura 52. Diferencia de temperatura diaria para refrigeración. Sevilla.
Figura 53. Diferencia de temperatura mensual para refrigeración. Sevilla.
A partir de los valores de diferencia de temperatura diarios es posible ponderar la demanda total
anual de refrigeración (33.43 ��ℎ/��), y estimar los valores diarios.
-20.00
-15.00
-10.00
-5.00
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
1 51 101 151 201 251 301 351
Día
Diferencia de temperatura diaria
Ta - 24
-15.00
-10.00
-5.00
0.00
5.00
10.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mes
Diferencia media mensual de temperatura
Ta - 24
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
62
Figura 54. Demanda diaria de refrigeración. Sevilla.
Nuevamente, a partir de los valores diarios, se calculan las demandas mensuales de
refrigeración.
Figura 55. Demanda mensual de refrigeración. Sevilla.
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
1 51 101 151 201 251 301 351
kWh/
m2
Día
Demanda diaria de refrigeración
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kW
h/m
2
Mes
Demanda mensual de refrigeración
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
63
c) Demanda de ACS
Para un volumen de demanda diario constante, el perfil de demanda de energía térmica para
ACS sólo se ve afectado por la temperatura de entrada de agua fría. De este modo, puede hallarse
una distribución aproximada representando la diferencia entre la temperatura del ACS (45 °C, según
la norma UNE 94002:2005) y la temperatura media mensual de agua fría (proporcionada también por
la norma UNE 94002:2005).
Temperatura diaria mensual de agua fría (°C)
Mes Sevilla
Ene 11
Feb 11
Mar 13
Abr 14
May 16
Jun 19
Jul 21
Ago 21
Sep 20
Oct 16
Nov 13
Dic 11 Tabla 16. Temperatura media diaria mensual de agua fría. Sevilla.
La diferencia de temperatura mensual queda reflejada en la siguiente figura.
Figura 56. Diferencia de temperatura mensual para ACS. Sevilla.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mes
Diferencia de temperatura mensual
45-tAF
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
64
Puesto que la diferencia de temperaturas será idéntica para todos los días del mismo mes, la
demanda de energía para ACS tendrá valores constantes a lo largo de cada mes. Ponderando la
demanda total de energía para ACS (12.38 ��ℎ/��) en función de esta diferencia de temperaturas
y del número de días de cada mes, se hallan los valores mensuales y diarios de demanda de energía
térmica para ACS.
Figura 57. Demanda mensual de energía térmica para ACS. Sevilla.
Figura 58. Demanda diaria de energía térmica para ACS. Sevilla.
Estas diferencias mensuales en los valores de demanda térmica para ACS apenas se notarán
cuando se representen todas las demandas térmicas conjuntamente, puesto que las demandas de
calefacción y refrigeración se mueven en rangos mucho más elevados.
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kW
h/m
2
Mes
Demanda mensual de ACS
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
0.045
1 51 101 151 201 251 301 351
kWh/
m2
Día
Demanda diaria de ACS
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
65
d) Demanda total de energía térmica
La demanda total de energía térmica se obtiene como suma de las demandas de calefacción,
refrigeración y ACS. Las siguientes figuras presentan los valores diarios y mensuales.
Figura 59. Demandas diarias de energía térmica. Sevilla.
Figura 60. Demandas mensuales de energía térmica. Sevilla.
Mediante el análisis de los valores mensuales de demanda se obtienen los valores máximos,
medios y mínimos de demanda energética, así como el mes en que tienen lugar.
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
1 51 101 151 201 251 301 351
kWh
/m2
Día
Demandas diarias
Calefacción Refrigeración ACS Total
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
Mes
Demandas mensuales
Calefacción Refrigeración ACS Total
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
66
DEMANDAS
Calefacción Refrigeración Total
��ℎ/�� Mes ��ℎ/�� Mes ��ℎ/�� Mes
Máximo 4.18 1 9.24 7 10.08 7
Mínimo - - 2.39 4
Medio 1.38 2.79 5.19 Tabla 17. Valores máximos, medios y mínimo de demandas térmicas. Sevilla.
Por último, representando los valores de demanda total mensual a lo largo del año y
aproximándolos mediante un ajuste polinómico se puede observar claramente a qué tipo de perfil
pertenece.
Figura 61. Perfil de demanda térmica total a lo largo del año. Sevilla.
Se trata por tanto de un perfil de tipo 3.
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
Mes
Perfil demanda térmica total
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
67
4.2.3 Ajuste de los perfiles
Una vez conocidos los perfiles de demanda de energía térmica y de energía térmica producida
con las diferentes configuraciones, se procede al análisis de los mismos.
Figura 62. Perfil de demanda total de energía térmica y perfiles de energía térmica producida. Sevilla.
Como se aprecia, ante un perfil de demanda térmica que es función únicamente del tamaño y
del número de viviendas (haciendo referencia a una misma localización geográfica), existirán
diferentes perfiles de producción de energía térmica, dependiendo de las características de la
instalación. En nuestro caso, se han considerado dos inclinaciones del campo de captadores, dos
rendimientos de la instalación solar y diferentes tamaños del campo solar.
En cada caso, se obtendrán los valores correspondientes para cada uno de los parámetros de
estudio: Porcentaje de Energía Solar Térmica Perdida (PEP), Porcentaje de Aprovechamiento Solar
(PAS), Fracción Solar Cubierta (FSC), área de captación máxima para asegurar un aprovechamiento
total de la energía térmica producida (�UF����%), área de captación mínima para asegurar que la
demanda de energía térmica del edificio está cubierta por la energía térmica producida (�������%),
y número de días al año en que la energía producida triplica la demanda energética (=4). Estos
índices serán los indicadores de la viabilidad técnica de la instalación.
Para el caso concreto de Sevilla, se analizarán los resultados obtenidos considerando un bloque
de 30 viviendas de 90 m� cada una.
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
120.0
140.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
Mes
Energía mensual producida por m2 de sup. captación y demanda total por m2 de vivienda.
Rend 35% inc. Lat -15
Rend 35% inc. Lat +15
Rend 50% inc. Lat -15
Rend 50% inc. Lat +15
Demanda total
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
68
a) Inclinación de captadores igual a la latitud del lugar -15°.
Figura 63. Perfil de demanda térmica total y diferentes perfiles de producción en función del área de captación y del
rendimiento del sistema solar. Inclinación igual a la latitud -15º. Sevilla.
b) Inclinación de captadores igual a la latitud del lugar +15°.
Figura 64. Perfil de demanda térmica total y diferentes perfiles de producción en función del área de captación y del
rendimiento del sistema solar. Inclinación igual a la latitud +15º. Sevilla.
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
Mes
Perfil de demanda y perfiles de producción para diferentes tamaños del campo solar.
Inclinación = Latitud -15°
Demanda total
60 m2 η=35%
120 m2 η=35%
180 m2 η=35%
240 m2 η=35%
60 m2 η=50%
120 m2 η=50%
180 m2 η=50%
240 m2 η=50%
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
Mes
Perfil de demanda y perfiles de producción para diferentes tamaños del campo solar.Inclinación = Latitud +15°
Demanda total
60 m2 η=35%
120 m2 η=35%
180 m2 η=35%
240 m2 η=35%
60 m2 η=50%
120 m2 η=50%
180 m2 η=50%
240 m2 η=50%
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
69
Se observa lo indicado anteriormente: cambios en la inclinación conllevan modificaciones
cualitativas del perfil, y cambios en la superficie de captación o en el rendimiento conllevan
modificaciones cuantitativas.
En los gráficos anteriores se observa cómo para cada perfil de producción de energía térmica
pueden darse los siguientes casos:
- La energía térmica producida (kWh) no supera en ningún momento a la demanda
térmica. Por tanto, toda la energía térmica útil producida es aprovechada.
- La energía térmica producida supera a la demanda térmica en ciertos intervalos, y por
tanto, parte de la energía útil producida no es aprovechada.
De este modo, se pueden considerar dos casos límite:
i. La producción energética es tal que la instalación solar cubre la demanda térmica del
edificio en todo momento. Es decir, el área de captación es la menor de las áreas
necesarias para asegurar que la demanda total del edificio está cubierta en todo
momento por el sistema solar (FSC=100%). Esta área es la denominada �������%.
ii. La producción energética es tal que la energía útil producida por la instalación solar es
totalmente aprovechada en todo momento, es decir, el Porcentaje de Aprovechamiento
Solar es máximo (PAS=100%). El área de captación será por tanto la máxima que
garantice lo anterior, y se denomina �UF����%.
Los valores máximos y mínimos de área requerida no tienen por qué coincidir con los puntos de
mayor y menor demanda respectivamente, puesto que el área necesaria se calcula mediante:
�5%V = WX�)YZ)/2/!3 ���ℎ$SYX<[í)\<]Z^_;Z)���ℎ
�� $
Y la energía producida cada mes no es constante. Además, empleando sistemas de refrigeración
solar, los meses de mayor demanda suelen coincidir con los de mayor producción energética.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
70
Por ejemplo, veamos el caso en que la inclinación de los captadores es la latitud del lugar -15º y
el rendimiento del sistema solar es del 35%.
Demanda total (kWh)
Energía producida (kWh/m2)
Área necesaria para satisfacer
toda la demanda (m2)
Mes
1 14483.8 40.58 356.9
2 10996.2 42.05 261.5
3 8008.2 60.99 131.3
4 6444.2 59.81 107.7
5 10391.7 72.18 144.0
6 20406.2 73.90 276.1
7 27209.2 81.55 333.6
8 26501.2 73.95 358.3
9 13791.7 65.01 212.2
10 7036.3 53.48 131.6
11 9502.7 36.33 261.6
12 13515.7 34.99 386.3 Tabla 18. Áreas necesarias para cumplir las demandas mensuales.
El primer caso supone la instalación de una superficie de captación solar muy grande, lo que
implica un elevado coste inicial de la instalación y, además, un porcentaje de aprovechamiento solar
bajo, puesto que a medida que nos alejamos de los puntos de mayor demanda, el porcentaje de
energía solar térmica perdida aumenta.
En el segundo caso, el coste inicial de la instalación será el mínimo requerido (podrían
instalarse áreas de captación menores, pero no tendría mucho sentido), pero por otra parte la fracción
solar cubierta también será reducida, y habrá que hacer uso de la fuente de energía auxiliar durante
prácticamente todo el año.
Por tanto, para decidir el tamaño de la instalación, se necesita llegar a una solución de
compromiso entre la fracción solar cubierta, el porcentaje de aprovechamiento solar, el coste inicial
de la instalación y el coste de la energía térmica auxiliar.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
71
4.3 Resultados
En la siguiente figura se muestran, para las diferentes inclinaciones, los perfiles de producción
necesarios para cumplir cada uno de los casos descritos anteriormente:
Figura 65. Perfil de demanda y perfiles de producción para satisfacer las condiciones de PAS y FSC.
El área de captación necesaria para lograr los niveles de producción exigidos en cada caso
dependerá del rendimiento del sistema solar: a mayor rendimiento, menor área de captación y
viceversa.
La tabla siguiente muestra un resumen de las áreas necesarias en los casos límite para la ciudad
de Sevilla. Para cada una de las posibles configuraciones, se presenta el área necesaria para satisfacer
cada uno de los casos descritos anteriormente, así como los valores de PAS y FSC correspondientes.
Para el caso en que el área de captación instalada es �������%, se representa también el
número de días al año en que la energía térmica producida por dicha instalación triplica el valor de la
demanda térmica del edificio (parámetro definido como =4).
Demanda total anual (kWh/m2) 62.33 Superficie viviendas (m2) 2700 Demanda total anual (kWh) 168287.14 Inclinación Latitud -15° Latitud +15°
Rendimiento sistema solar 35% 50% 35% 50%
Energía anual producida (kWh/m2) 694.8 992.6 673.1 961.6
PAS=100% A_(PAS=100%) (m2) 107.7 75.4 119.1 83.4
FSC 44.48% 47.63%
FSC=100%
A_(FSC=100%) (m2) 386.3 270.4 414.4 290.1
PAS 62.70% 60.33%
N_d (días) 89 93
Tabla 19. Resumen de áreas instaladas en los casos límite. Sevilla.
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
Mes
Perfil de demanda y perfiles de producción para satisfacer las condiciones de PAS y FSC.
Demanda total PAS 100% Lat-15 FSC 100% Lat-15
PAS 100% Lat+15 FSC 100% Lat+15
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
72
Una vez conocidos los casos límite, se calculan las diferentes variables para diversos valores del
área de captación. De este modo se consigue la generación de un gráfico que relacione la variación
de las variables respecto al área de captación.
Inclinación Rend.
Sistema solar
Índices Área captadores
(m2) CIUDAD
LATI
TUD
-1
5°
35%
Porcentaje energía solar térmica perdida
60 0.00%
120 0.88%
180 9.98%
240 17.44%
300.0 25.21%
Porcentaje aprovechamiento solar
60 100.00%
120 99.12%
180 90.02%
240 82.56%
300.0 74.79%
Fracción Solar Cubierta
60 24.77%
120 49.11%
180 66.90%
240 81.81%
300.0 92.64%
50%
Porcentaje energía solar térmica perdida
60 0.00%
120 8.71%
180 19.26%
240 30.72%
300.0 43.49%
Porcentaje aprovechamiento solar
60 100.00%
120 91.29%
180 80.74%
240 69.28%
300.0 56.51%
Fracción Solar Cubierta
60 35.39%
120 64.62%
180 85.72%
240 98.08%
300.0 100.00%
Tabla 20. Valor de las variables para diferentes áreas de captación. Inclinación latitud -15º. Sevilla.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
73
Inclinación Rend.
Sistema solar
Índices Área captadores
(m2) CIUDAD
LATI
TUD
+1
5°
35%
Porcentaje energía solar térmica perdida
60 0.00%
120 0.07%
180 8.65%
240 16.97%
300.0 25.46%
Porcentaje aprovechamiento solar
60 100.00%
120 99.93%
180 91.35%
240 83.03%
300.0 74.54%
Fracción Solar Cubierta
60 24.00%
120 47.96%
180 65.77%
240 79.70%
300.0 89.44%
50%
Porcentaje energía solar térmica perdida
60 0.00%
120 7.46%
180 19.70%
240 31.09%
300.0 41.66%
Porcentaje aprovechamiento solar
60 100.00%
120 92.54%
180 80.30%
240 68.91%
300.0 58.34%
Fracción Solar Cubierta
60 34.28%
120 63.45%
180 82.58%
240 94.50%
300.0 100.00%
Tabla 21. Valor de las variables para diferentes áreas de captación. Inclinación latitud +15º. Sevilla.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
74
- Generación de un gráfico de relación entre las diferentes variables
Con el objetivo de simplificar la interpretación de las tablas anteriores, se representa un gráfico
que relaciona las diferentes variables con el área de captación. Para su representación, se considera el
caso de mayor rendimiento (50%) y óptima inclinación. En el caso de Sevilla, la inclinación más
favorable será la latitud del lugar -15º.
Figura 66. Variación de los parámetros con el área de captación. Sevilla.
En el gráfico anterior se observa cómo para áreas inferiores al �UF����% el Porcentaje de
Aprovechamiento Solar es máximo hasta alcanzar dicha área, a partir de la cual comienza a
disminuir de manera lineal. Por otra parte, la Fracción Solar Cubierta crece hasta alcanzar su valor
máximo (100%) cuando el área de captación es �������%, a partir de la cual se mantiene constante,
mientras que el PAS sigue disminuyendo.
La inclinación óptima dependerá también del parámetro en estudio. Dependiendo de la ciudad
estudiada, existirán casos en que una menor inclinación favorezca a la FSC (menor área requerida
respecto a una mayor inclinación) pero, a su vez, inclinaciones mayores favorezcan al PAS
(�UF����%`abc�d° < �UF����%`abg�d° ). En estos casos, se representarán las gráficas de variación
de los parámetros correspondientes a ambas inclinaciones del campo de captadores.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
50 90 130 170 210 250 290 330
Superficie de captación (m2)
Evolución de los parámetros PEP, PAS y FSC respecto a la superficie de captación.
PEP PAS FSC
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
75
Por último, se representa una tabla resumen con todos los parámetros estudiados anteriormente,
así como algunos de los gráficos extraídos a lo largo del análisis.
Las tablas resumen correspondientes al resto de ciudades se encuentran en el Anexo.
Tabla 22. Tabla resumen de todos los parámetros para la ciudad de Sevilla.
CIUDAD: LATITUD:
Calefacción Refrigeración ACS Total
16.60 33.43 12.30 62.33
kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes
Máximo 4.18 1 9.24 7 10.08 7
Media 1.38 - 2.79 - 5.19 -
Mínimo - - - - 2.39 4
35% 50% 35% 50%
694.8 992.6 673.1 961.6
107.7 75.4 119.1 83.4
386.3 270.4 414.4 290.1
SEVILLA 37° 22′ 59″ N
3Tipo de perfil:
DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA
Demandas anuales (kWh/m2)
Picos de demandas mensuales y media
Calefacción
Rendimiento sistema solar
Energía anual producida (kWh/m2)
47.63%
Refrigeración Total
Inclinación Latitud -15° Latitud +15°
ENERGÍA TÉRMICA PRODUCIDA
Casos límite (Área total de viviendas 2700 m2)
Relación de las variables con el área de captación en el caso óptimo (Rendimiento 50%)
PAS=100%
Inclinación:
Latitud -15°
A_(PAS=100%) (m2)
FSC 44.48%
FSC=100%
A_(FSC=100%) (m2)
PAS 62.70% 60.33%
N_d (días) 89 93
27%
53%
20%
Calefacción
Refrigeración
ACS
0
2
4
6
8
10
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
50 100 150 200 250 300m2
PEP
PAS
FSC
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
76
Para recoger los resultados de todas las capitales de provincia, se elaboran las tablas mostradas
a continuación, en las que se representan las siguientes situaciones:
- PAS = 100%. Inclinación óptima, área de captación necesaria y FSC correspondiente.
- FSC = 100%. Inclinación óptima, área de captación necesaria y PAS correspondiente.
- FSC = 70%. Inclinación óptima, área de captación necesaria y PAS correspondiente.
- FSC = 40%. Inclinación óptima, área de captación necesaria y PAS correspondiente
Además, para cada ciudad se indica la zona climática en que se sitúa, distinguiendo entre zonas
climáticas tipo I y II (véase tabla 8), y el tipo de perfil de demanda térmica anual correspondiente.
PAS = 100%
Capital de provincia Z.C.
I Z.C.
II Tipo de perfil
Inclinación �UF����%
(m2) FSC
Demanda total anual (kWh)
Albacete V D3 2 lat -15° 79.5 36.6% 205354.3
Alicante V B4 3 lat -15° 47.6 35.2% 133264.3
Almería V A4 3 lat -15° 56.2 41.8% 135501.4
Ávila IV E1 1 lat -15° 37.9 16.0% 224640.0
Badajoz V C4 2 lat -15° 82.5 46.9% 173957.1
Barcelona II C2 2 lat -15° 66.6 43.2% 141827.1
Bilbao I C1 1 lat -15° 61.4 30.2% 143100.0
Burgos II E1 1 lat -15° 50.2 17.6% 245430.0
Cáceres V C4 2 lat -15° 87.8 43.9% 194245.7
Cádiz IV A3 3 lat -15° 48.9 44.2% 113824.3
Castellón IV B3 3 lat -15° 62.5 40.8% 142058.6
Ceuta V B3 2 lat -15° 37.2 35.5% 105415.7
Ciudad Real IV D3 2 lat -15° 94.4 43.3% 207514.3
Córdoba IV B4 3 lat +15° 80.0 42.3% 183330.0
Cuenca III D2 1 lat -15° 73.9 32.3% 221940.0
Gerona III C2 1 lat -15° 77.7 39.5% 174265.7
Granada IV C3 2 lat -15° 86.5 49.8% 184024.3
Guadalajara IV D3 1 lat -15° 80.0 37.5% 201535.7
Huelva V B4 3 lat +15° 66.2 48.4% 137815.7
Huesca III D2 1 lat -15° 80.2 36.0% 202461.4
Jaén IV C4 3 lat -15° 92.0 49.5% 189964.3
La Coruña I C1 1 lat -15° 47.2 31.5% 116100.0
Las Palmas de Gran Canaria
V A3 3 lat -15° 40.5 47.1% 84124.3
León III E1 1 lat -15° 33.6 14.4% 213570.0
Lleida III D3 2 lat -15° 83.2 39.5% 196328.6
Logroño II D2 1 lat -15° 84.7 37.9% 186377.1
Lugo II D1 1 lat -15° 65.8 26.4% 198990.0
Madrid IV D3 2 lat -15° 84.2 40.8% 193397.1
Málaga IV A3 3 lat -15° 55.8 43.5% 131490.0
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
77
Melilla V A3 3 lat -15° 39.8 35.5% 112821.4
Murcia IV B3 3 lat -15° 57.2 41.8% 135424.3
Ourense II C2 1 lat -15° 92.6 46.1% 173725.7
Oviedo I C1 1 lat -15° 59.0 25.7% 166320.0
Palencia II D1 1 lat -15° 32.2 14.3% 201690.0
Palma de Mallorca IV B3 3 lat -15° 56.9 39.7% 133688.6
Pamplona II D1 1 lat -15° 43.2 17.6% 191160.0
Pontevedra I C1 1 lat -15° 37.0 28.7% 106380.0
Salamanca III D2 1 lat -15° 66.4 28.4% 215074.3
San Sebastián I C1 1 lat -15° 55.3 24.0% 162270.0
Santa Cruz de Tenerife V A3 3 lat -15° 44.8 40.9% 101481.4
Santander I C1 1 lat -15° 44.6 25.5% 124200.0
Segovia III D2 1 lat -15° 84.0 34.1% 230040.0
Sevilla V B4 3 lat -15° 75.4 44.5% 168287.1
Soria III E1 1 lat -15° 42.9 16.6% 231660.0
Tarragona III B3 3 lat -15° 61.1 36.6% 155597.1
Teruel III D2 1 lat -15° 61.4 26.2% 221400.0
Toledo IV C4 2 lat -15° 105.2 47.3% 212760.0
Valencia IV B3 2 lat -15° 59 39.0% 139860.0
Valladolid II D2 1 lat -15° 77 31.8% 216887.1
Vitoria I D1 1 lat -15° 37.2 13.6% 213030.0
Zamora III D2 1 lat -15° 82.2 35.9% 208362.9
Zaragoza IV D3 2 lat -15° 86.5 41.4% 188421.4
Total 3345.1 34.2% 8992388.6
Superficie de captación media necesaria 64.3 Tabla 23. Superficies de captación necesarias para satisfacer PAS=100% en bloques de viviendas de 2700m2, en diferentes
capitales de provincia, así como FSC correspondiente.
La penúltima fila representa el área total necesaria a instalar en España, si en cada capital de
provincia existiera un bloque de viviendas con las dimensiones dadas y con una instalación solar que
cumpliera con el objetivo de PAS=100% durante todo el año. Dada la demanda térmica total de estos
52 edificios y el área de captación necesaria, se alcanzaría un valor de FSC global del 34.2%.
La última fila representa el área de captación media necesaria en España, calculada como media
aritmética de las áreas necesarias en cada ciudad.
Las ciudades con menor y mayor área de captación necesaria son:
Capital de provincia
Z.C. I Z.C. II Tipo de perfil Inclinación �UF����%
(m2) FSC Demanda total
anual (kWh) �UF����%,"PR Palencia II D1 1 lat -15° 32.2 14.3% 201690.0
�UF����%,"ái Toledo IV C4 2 lat -15° 105.2 47.3% 212760.0
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
78
FSC = 100%
Capital de provincia Z.C.
I Z.C.
II Tipo de perfil
Inclinación �������%
(m2) PAS
Producción total anual
(kWh)
Albacete V D3 2 lat +15° 530.0 43.1% 476354.2
Alicante V B4 3 lat -15° 254.3 53.3% 250173.5
Almería V A4 3 lat -15° 282.8 47.6% 284549.7
Ávila IV E1 1 lat +15° 700.6 35.6% 630339.8
Badajoz V C4 2 lat +15° 358.6 50.8% 342261.1
Barcelona II C2 2 lat +15° 305.6 52.3% 271412.8
Bilbao I C1 1 lat +15° 530.2 40.9% 350087.0
Burgos II E1 1 lat +15° 880.3 34.4% 713014.7
Cáceres V C4 2 lat +15° 418.7 49.8% 390083.5
Cádiz IV A3 3 lat -15° 211.2 52.3% 217478.5
Castellón IV B3 3 lat +15° 252.4 63.2% 224828.3
Ceuta V B3 2 lat +15° 173.2 62.5% 168785.6
Ciudad Real IV D3 2 lat +15° 562.3 40.4% 513563.0
Córdoba IV B4 3 lat +15° 321.7 58.9% 311482.5
Cuenca III D2 1 lat +15° 617.5 38.9% 570776.5
Gerona III C2 1 lat +15° 468.8 43.6% 399495.4
Granada IV C3 2 lat +15° 323.1 55.3% 332721.8
Guadalajara IV D3 1 lat +15° 615.3 36.6% 550492.3
Huelva V B4 3 lat -15° 212.3 62.5% 220446.6
Huesca III D2 1 lat +15° 666.7 35.4% 572575.3
Jaén IV C4 3 lat +15° 328.5 58.9% 322495.8
La Coruña I C1 1 lat +15° 439.3 36.5% 318089.4
Las Palmas de Gran Canaria
V A3 3 lat -15° 153.1 56.2% 149680.0
León III E1 1 lat +15° 756.9 32.5% 656533.6
Lleida III D3 2 lat +15° 485.5 45.6% 430528.9
Logroño II D2 1 lat +15° 670.6 35.4% 526794.6
Lugo II D1 1 lat +15° 820.9 32.4% 614188.4
Madrid IV D3 2 lat +15° 614.4 35.2% 548668.7
Málaga IV A3 3 lat -15° 228.3 56.2% 234050.9
Melilla V A3 3 lat -15° 237.2 47.2% 238861.4
Murcia IV B3 3 lat +15° 222.0 63.8% 212331.8
Ourense II C2 1 lat +15° 519.8 40.8% 425288.0
Oviedo I C1 1 lat +15° 637.1 38.6% 430571.5
Palencia II D1 1 lat +15° 782.3 30.8% 655821.4
Palma de Mallorca IV B3 3 lat -15° 238.8 60.0% 222677.1
Pamplona II D1 1 lat +15° 829.6 31.7% 603938.8
Pontevedra I C1 1 lat +15° 370.5 36.9% 288016.8
Salamanca III D2 1 lat +15° 657.8 37.4% 574809.9
San Sebastián I C1 1 lat +15° 697.5 35.4% 458867.8
Santa Cruz de Tenerife V A3 3 lat -15° 213.4 51.3% 198007.2
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
79
Santander I C1 1 lat +15° 504.7 36.9% 336178.7
Segovia III D2 1 lat +15° 703.9 36.9% 623390.9
Sevilla V B4 3 lat -15° 270.4 62.7% 268417.7
Soria III E1 1 lat +15° 720.3 38.1% 607942.9
Tarragona III B3 3 lat +15° 296.0 59.5% 261518.8
Teruel III D2 1 lat +15° 687.4 35.8% 619280.1
Toledo IV C4 2 lat +15° 471.0 49.7% 428306.6
Valencia IV B3 2 lat +15° 261.1 59.8% 233756.6
Valladolid II D2 1 lat +15° 797.9 32.1% 676593.0
Vitoria I D1 1 lat +15° 943.3 31.0% 687882.2
Zamora III D2 1 lat +15° 676.3 36.0% 579490.3
Zaragoza IV D3 2 lat +15° 584.5 37.9% 497772.9
Total 25506.1 41.4% 21721674.9
Superficie de captación media necesaria 490.5 Tabla 24. Superficies de captación necesarias para satisfacer FSC=100% en bloques de viviendas de 2700m2, en diferentes
capitales de provincia, así como PAS correspondiente.
Al igual que en el caso anterior, al final de la tabla se representa el área total necesaria a
instalar, considerando un edificio en cada ciudad, para cubrir el 100% de la demanda térmica durante
todo el año, así como el total de energía térmica producida por las instalaciones y el PAS global
resultante, en este caso el 41.4%.
Las ciudades con menor y mayor área de captación necesaria son:
Capital de provincia Z.C. I Z.C. II
Tipo de perfil
Inclinación �������%
(m2) PAS Producción total
anual (kWh) �������%,"íR
Las Palmas de Gran Canaria
V A3 3 lat -15° 153.1 56.2% 149680.0
�������%,"ái Vitoria I D1 1 lat +15° 943.3 31.0% 687882.2
Este mismo estudio se muestra a continuación para los casos de FSC del 70% y del 40%.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
80
FSC = 70%
Capital de provincia Z.C.
I Z.C.
II Tipo de perfil
Inclinación AFSC (m2)
PAS Producción total anual
(kWh)
Albacete V D3 2 lat +15° 185.2 86.3% 166458.7
Alicante V B4 3 lat -15° 112.8 84.1% 110987.7
Almería V A4 3 lat -15° 108.3 87.0% 108980.4
Ávila IV E1 1 lat +15° 256.6 68.1% 230867.8
Badajoz V C4 2 lat +15° 145.4 87.7% 138785.8
Barcelona II C2 2 lat +15° 124.0 90.1% 110126.4
Bilbao I C1 1 lat +15° 200.5 75.7% 132376.5
Burgos II E1 1 lat +15° 324.8 65.3% 263084.9
Cáceres V C4 2 lat +15° 157.9 92.5% 147091.4
Cádiz IV A3 3 lat -15° 87.1 88.8% 89704.1
Castellón IV B3 3 lat +15° 122.6 91.1% 109189.2
Ceuta V B3 2 lat +15° 82.4 91.9% 80279.0
Ciudad Real IV D3 2 lat +15° 182.1 87.4% 166302.0
Córdoba IV B4 3 lat +15° 147.0 90.1% 142338.7
Cuenca III D2 1 lat +15° 225.1 74.7% 208078.8
Gerona III C2 1 lat +15° 179 80.0% 152524.3
Granada IV C3 2 lat +15° 135.6 92.2% 139637.4
Guadalajara IV D3 1 lat +15° 197.8 79.7% 176960.1
Huelva V B4 3 lat -15° 103.3 90.0% 107251.1
Huesca III D2 1 lat +15° 225.0 73.4% 193223.9
Jaén IV C4 3 lat +15° 148.5 91.2% 145776.1
La Coruña I C1 1 lat +15° 143.4 78.3% 103821.9
Las Palmas de Gran Canaria
V A3 3 lat -15° 68.1 88.4% 66597.9
León III E1 1 lat +15° 294.1 58.6% 255089.0
Lleida III D3 2 lat +15° 182.5 84.9% 161838.4
Logroño II D2 1 lat +15° 213.5 77.8% 167711.6
Lugo II D1 1 lat +15° 257.3 72.3% 192504.7
Madrid IV D3 2 lat +15° 175.2 86.5% 156446.9
Málaga IV A3 3 lat -15° 101.8 88.2% 104343.8
Melilla V A3 3 lat -15° 96.5 81.3% 97159.6
Murcia IV B3 3 lat +15° 106.8 92.8% 102169.5
Ourense II C2 1 lat +15° 165.6 89.8% 135499.1
Oviedo I C1 1 lat +15° 237.5 72.6% 160515.0
Palencia II D1 1 lat +15° 281.2 59.9% 235728.8
Palma de Mallorca IV B3 3 lat -15° 113.9 88.1% 106197.0
Pamplona II D1 1 lat +15° 290.6 63.3% 211555.1
Pontevedra I C1 1 lat +15° 132.9 72.1% 103310.1
Salamanca III D2 1 lat +15° 250.7 68.7% 219066.3
San Sebastián I C1 1 lat +15° 248.7 69.4% 163605.1
Santa Cruz de Tenerife V A3 3 lat -15° 91.1 84.0% 84535.0
Santander I C1 1 lat +15° 188.4 69.3% 125504.5
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
81
Segovia III D2 1 lat +15° 241.4 75.3% 213775.4
Sevilla V B4 3 lat -15° 134.2 88.5% 133206.3
Soria III E1 1 lat +15° 286.1 67.2% 241487.1
Tarragona III B3 3 lat +15° 135.5 91.0% 119710.2
Teruel III D2 1 lat +15° 267.9 64.2% 241355.9
Toledo IV C4 2 lat +15° 180.9 90.5% 164506.4
Valencia IV B3 2 lat +15° 122.2 89.5% 109396.6
Valladolid II D2 1 lat +15° 263.1 68.1% 223108.4
Vitoria I D1 1 lat +15° 354.4 57.7% 258439.5
Zamora III D2 1 lat +15° 232.2 73.3% 198972.6
Zaragoza IV D3 2 lat +15° 181.9 85.1% 154905.6
Total 9490.6 77.4% 8132087.7
Superficie de captación media necesaria 182.5 Tabla 25. Superficies de captación necesarias para satisfacer FSC=70% en bloques de viviendas de 2700m2, en diferentes
capitales de provincia, así como PAS correspondiente.
En términos globales, pasar de una FSC impuesta del 100% a la nueva del 70% conlleva una
reducción de aproximadamente el 60% del área de captación total necesaria, y el PAS se incrementa
en un 75% respecto al caso anterior.
Los emplazamientos con menor y mayor área requerida son:
Capital de provincia Z.C. I Z.C. II
Tipo de perfil
Inclinación ������%
(m2) PAS
Producción total anual
(kWh)
������%,"íR Las Palmas de Gran Canaria
V A3 3 lat -15° 68.1 88.4% 66597.9
������%,"ái Vitoria I D1 1 lat +15° 354.4 57.7% 258439.5
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
82
FSC = 40%
Capital de provincia Z.C. I Z.C. II Tipo de perfil Inclinación ������%
(m2) PAS
Producción total anual
(kWh)
Albacete V D3 2 lat +15° 91.4 100.0% 82150.8
Alicante V B4 3 lat -15° 55.0 98.6% 54116.3
Almería V A4 3 lat -15° 53.9 100.0% 54238.7
Ávila IV E1 1 lat +15° 118.7 84.2% 106796.6
Badajoz V C4 2 lat +15° 72.9 100.0% 69583.8
Barcelona II C2 2 lat +15° 63.9 100.0% 56750.6
Bilbao I C1 1 lat +15° 89.7 96.6% 59222.8
Burgos II E1 1 lat +15° 144.4 84.0% 116962.6
Cáceres V C4 2 lat +15° 83.4 100.0% 77691.1
Cádiz IV A3 3 lat -15° 44.2 100.0% 45521.5
Castellón IV B3 3 lat +15° 63.8 100.0% 56821.1
Ceuta V B3 2 lat +15° 43.3 100.0% 42185.4
Ciudad Real IV D3 2 lat +15° 90.9 100.0% 83014.0
Córdoba IV B4 3 lat +15° 75.7 100.0% 73299.6
Cuenca III D2 1 lat +15° 97.4 98.6% 90035.0
Gerona III C2 1 lat +15° 82 99.8% 69871.5
Granada IV C3 2 lat +15° 71.5 100.0% 73628.8
Guadalajara IV D3 1 lat +15° 90.1 100.0% 80607.2
Huelva V B4 3 lat -15° 53.1 100.0% 55131.0
Huesca III D2 1 lat +15° 95.6 98.6% 82098.7
Jaén IV C4 3 lat +15° 77.4 100.0% 75980.3
La Coruña I C1 1 lat +15° 66.0 97.2% 47784.1
Las Palmas de Gran Canaria
V A3 3 lat -15° 34.4 100.0% 33641.2
León III E1 1 lat +15° 126.8 77.7% 109980.6
Lleida III D3 2 lat +15° 88.6 100.0% 78569.2
Logroño II D2 1 lat +15° 95.8 99.1% 75254.2
Lugo II D1 1 lat +15° 113.3 93.9% 84767.9
Madrid IV D3 2 lat +15° 86.8 99.9% 77509.1
Málaga IV A3 3 lat -15° 51.3 100.0% 52581.9
Melilla V A3 3 lat -15° 45.5 98.6% 45811.0
Murcia IV B3 3 lat +15° 56.7 100.0% 54241.7
Ourense II C2 1 lat +15° 84.9 100.0% 69467.9
Oviedo I C1 1 lat +15° 106.2 92.7% 71775.5
Palencia II D1 1 lat +15° 125.6 76.6% 105290.0
Palma de Mallorca IV B3 3 lat -15° 57.4 99.9% 53518.1
Pamplona II D1 1 lat +15° 124.8 84.2% 90853.7
Pontevedra I C1 1 lat +15° 57.8 94.7% 44930.9
Salamanca III D2 1 lat +15° 107.3 91.8% 93760.7
San Sebastián I C1 1 lat +15° 109.1 90.4% 71770.5
Santa Cruz de Tenerife V A3 3 lat -15° 43.8 100.0% 40643.6
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
83
Santander I C1 1 lat +15° 80.1 93.1% 53359.4
Segovia III D2 1 lat +15° 104.3 99.7% 92364.4
Sevilla V B4 3 lat -15° 67.8 100.0% 67298.0
Soria III E1 1 lat +15° 131.0 83.8% 110572.6
Tarragona III B3 3 lat +15° 70.5 100.0% 62284.6
Teruel III D2 1 lat +15° 113.1 86.9% 101893.8
Toledo IV C4 2 lat +15° 93.6 100.0% 85117.7
Valencia IV B3 2 lat +15° 62.5 100.0% 55951.6
Valladolid II D2 1 lat +15° 104.4 98.0% 88531.0
Vitoria I D1 1 lat +15° 149.6 78.1% 109093.0
Zamora III D2 1 lat +15° 98.1 99.2% 84062.1
Zaragoza IV D3 2 lat +15° 88.5 100.0% 75366.4
Total 4403.9 94.8% 3793753.9
Superficie de captación media necesaria 84.7 Tabla 26. Superficies de captación necesarias para satisfacer FSC=40% en bloques de viviendas de 2700m2, en diferentes
capitales de provincia, así como PAS correspondiente.
Habiendo reducido la fracción solar cubierta impuesta hasta el 40%, el área total necesaria se
reduce en más de un 50% respecto al caso de FSC=70%, y el valor de PAS global roza el 95%.
Nuevamente, las ciudades con menor y mayor superficie de captación requerida serán:
Capital de provincia Z.C. I Z.C. II Tipo de perfil
Inclinación ������%
(m2) PAS
Producción total anual
(kWh) ������%,"íR
Las Palmas de Gran Canaria
V A3 3 lat -15° 34.4 100.0% 33641.2
������%,"íR Vitoria I D1 1 lat +15° 149.6 78.1% 109093.0
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
84
Por último, las tablas siguientes representan la lista de ciudades ordenadas en función de la zona
climática a la que pertenecen, de manera que pueda establecerse una relación entre las zonas
climáticas descritas en función de los dos criterios presentados, y a su vez con el tipo de perfil de
demanda característico de cada una de ellas.
Tabla 27. Clasificación de las ciudades en función de la zona climática a la que pertenecen.
De las tablas anteriores se puede concluir que, por lo general:
1- Ciudades situadas en zonas con inviernos duros y veranos suaves (E1, D2, D1, C2, C1)
presentarán perfiles de demanda total tipo 1.
2- Ciudades situadas en zonas con veranos calurosos e inviernos suaves (A4, A3, B4, B3)
presentarán perfiles de demanda total tipo 3.
3- El resto de casos intermedios (D3, C4, C3) presentarán perfiles de demanda total tipo2.
Capital de provincia Z.C. I Z.C. II Tipo de perfil
Vitoria I D1 1
Pontevedra I C1 1
La Coruña I C1 1
Santander I C1 1
San Sebastián I C1 1
Bilbao I C1 1
Oviedo I C1 1
Burgos II E1 1
Valladolid II D2 1
Logroño II D2 1
Lugo II D1 1
Pamplona II D1 1
Palencia II D1 1
Barcelona II C2 2
Ourense II C2 1
León III E1 1
Soria III E1 1
Lleida III D3 2
Teruel III D2 1
Salamanca III D2 1
Cuenca III D2 1
Huesca III D2 1
Zamora III D2 1
Segovia III D2 1
Gerona III C2 1
Tarragona III B3 3
Capital de provincia Z.C. I Z.C. II Tipo de perfil
Ávila IV E1 1
Madrid IV D3 2
Guadalajara IV D3 1
Zaragoza IV D3 2
Ciudad Real IV D3 2
Jaén IV C4 3
Toledo IV C4 2
Granada IV C3 2
Córdoba IV B4 3
Palma de Mallorca IV B3 3
Murcia IV B3 3
Valencia IV B3 3
Castellón IV B3 3
Málaga IV A3 3
Cádiz IV A3 3
Albacete V D3 2
Badajoz V C4 2
Cáceres V C4 2
Alicante V B4 3
Huelva V B4 3
Sevilla V B4 3
Ceuta V B3 2
Almería V A4 3
Santa Cruz de Tenerife V A3 3
Melilla V A3 3
Las Palmas G. Canaria V A3 3
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
85
5. CONCLUSIONES
De acuerdo a las hipótesis, cálculos y resultados obtenidos, se concluye lo siguiente:
El aprovechamiento de la instalación solar es mayor, como es lógico, mientras más se asemeje
la demanda al perfil de radiación. Cuantitativamente se obtienen los siguientes resultados:
a) Porcentaje de aprovechamiento solar máximo (PAS = 100%)
La superficie requerida, �UF����%, depende fundamentalmente del perfil de demanda y de la
severidad climática del emplazamiento. A nivel nacional varía entre 32,2 y 105,2 ��, y por perfiles
los valores son:
Tipo de perfil �UF����% (��) Ciudad FSC Ciudad
1
Máxima 92.6 Ourense Máxima 46.10% Ourense
Mínima 32.2 Palencia Mínima 13.60% Vitoria
Media 60.3 Media 27.10%
2
Máxima 105.2 Toledo Máxima 49.80% Granada
Mínima 37.2 Ceuta Mínima 35.50% Ceuta
Media 79.4 Media 42.60%
3
Máxima 92 Jaén Máxima 49.50% Jaén
Mínima 39.8 Melilla Mínima 35.20% Alicante
Media 59 Media 42.30%
En función de la zona climática correspondiente respecto a la cantidad de radiación recibida
(Z.C. I), los valores varían de la siguiente forma:
Z.C. I �UF����% (��) Ciudad FSC Z.C. II Tipo de perfil
I Máxima 61.4 Bilbao 30.20% C1 1
Mínima 37.2 Vitoria 13.60% D1 1
II Máxima 92.6 Ourense 46.10% C2 1
Mínima 32.2 Palencia 14.30% D1 1
III Máxima 84 Segovia 34.10% D2 1
Mínima 33.6 León 14.40% E1 1
IV Máxima 105.2 Toledo 47.30% C4 2
Mínima 37.9 Ávila 16.00% E1 1
V Máxima 87.8 Cáceres 43.90% C4 2
Mínima 37.2 Ceuta 35.50% B3 2
De esta forma se obtiene una estimación del rango de áreas necesarias según el perfil de
demanda o la zona climática
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
86
b) Fracción solar cubierta máxima (FSC = 100%)
De nuevo, es interesante distinguir entre aquellos lugares que necesitan una menor área de
captación para cumplir este objetivo, y aquellos otros en los que, para una fracción solar cubierta del
100%, el aprovechamiento solar es mayor.
Agrupándolos por perfiles:
Tipo de perfil �������% Ciudad PAS Ciudad
1
Máxima 943.3 Vitoria Máxima 43.6% Gerona
Mínima 370.5 Pontevedra Mínima 30.8% Palencia
Media 667.8 Media 35.6%
2
Máxima 614.4 Madrid Máxima 62.5% Ceuta
Mínima 173.2 Ceuta Mínima 35.2% Madrid
Media 424.0 Media 46.2%
3
Máxima 328.5 Jaén Máxima 63.8% Murcia
Mínima 153.1 Las Palmas Mínima 47.2% Melilla
Media 248.2 Media 56.9%
Como se hizo en el apartado anterior, otro criterio de clasificación es en función de la zona
climática:
Z.C. I �������% Ciudad PAS Z.C. II Tipo de perfil
I Máxima 943.3 Vitoria 31.00% D1 1
Mínima 370.5 Pontevedra 36.90% C1 1
II Máxima 880.3 Burgos 34.40% E1 1
Mínima 305.6 Barcelona 52.30% C2 2
III Máxima 756.9 León 32.50% E1 1
Mínima 296 Tarragona 59.50% B3 3
IV Máxima 700.6 Ávila 35.60% E1 1
Mínima 211.2 Cádiz 52.30% A3 3
V Máxima 530 Albacete 43.10% D3 2
Mínima 153.1 Las Palmas 56.20% A3 3
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
87
c) Fracción solar cubierta del 70% y 40%
En estos casos particulares con menor FSC exigida se observará cómo se reducen las áreas de
captación necesarias, y cómo aumenta el porcentaje de aprovechamiento solar.
Agrupando los resultados por perfiles, los casos extremos son:
Tipo de perfil ������% Ciudad PAS Ciudad
1
Máxima 354.4 Vitoria Máxima 89.8% Ourense
Mínima 132.9 Pontevedra Mínima 57.7% Vitoria
Media 238.3 Media 69.7%
2
Máxima 185.2 Albacete Máxima 92.5% Cáceres
Mínima 82.4 Ceuta Mínima 84.9% Lleida
Media 154.6 Media 88.5%
3
Máxima 148.5 Jaén Máxima 92.8% Murcia
Mínima 68.1 Las Palmas Mínima 81.3% Melilla
Media 111.8 Media 88.5%
Tipo de perfil ������% Ciudad PAS Ciudad
1
Máxima 149.6 Vitoria Máxima 100.0% Ourense
Mínima 57.8 Pontevedra Mínima 76.6% Palencia
Media 104.6 Media 90.8%
2
Máxima 93.6 Toledo Máxima
Mínima 43.3 Ceuta Mínima
Media 78.1 Media 100.0%
3
Máxima 77.4 Jaén Máxima
Mínima 34.4 Las Palmas Mínima
Media 56.7 Media 99.8%
Para una FSC del 40%, en lugares con perfiles de demanda tipo 2 y 3, el porcentaje de
aprovechamiento solar es prácticamente el 100% en todos los casos.
Los numerosos casos intermedios quedan recogidos en las tablas mostradas en el apartado
‘Resultados’.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
88
Líneas de trabajo
Para concluir, a partir de los resultados obtenidos, pueden sugerirse líneas de trabajo futuras:
- Análisis de sensibilidad modificando las hipótesis de partida del estudio.
- Estudio de los parámetros resultantes suprimiendo la cobertura de alguna de las
demandas térmicas, como la de refrigeración o la de calefacción.
- Estudio de zonas geográficas exteriores al territorio español.
- Incorporación en el estudio de aspectos económicos y comparativos con otras
tecnologías.
- Análisis para otros sectores, como terciarios o industriales.
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
89
6. ANEXO
En este anexo se presentan las tablas-resumen correspondientes a cada una de las 12 ciudades
consideradas como representativas de cada zona climática, con el mismo formato que el empleado en
la tabla 22 para la ciudad de Sevilla. De esta manera se representan todos los climas y perfiles, no
siendo necesario adjuntarlo para todas las ciudades.
Tabla 28. Resultados obtenidos. Almería
CIUDAD: LATITUD:
Calefacción Refrigeración ACS Total
10.80 27.29 12.10 50.19
kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes
Máximo 2.13 1 9.87 8 10.69 8
Media 0.90 - 2.27 - 4.18 -
Mínimo - - - - 2.09 10
35% 50% 35% 50%
704.4 1006.3 689.8 985.4
80.3 56.2 96.0 67.2
404.0 282.8 457.1 319.9
Relación de las variables con el área de captación en el caso óptimo (Rendimiento 50%)
PAS=100%
Inclinación:
Latitud -15°
A_(PAS=100%) (m2)
FSC 41.75%
FSC=100%
A_(FSC=100%) (m2)
PAS 47.62% 42.98%
N_d (días) 166 197
Refrigeración Total
Inclinación Latitud -15° Latitud +15°
Rendimiento sistema solar
Energía anual producida (kWh/m2)
48.88%
ENERGÍA TÉRMICA PRODUCIDA
Casos límite (Área total de viviendas 2700 m2)
ALMERÍA 36° 50′ 0″ N
3Tipo de perfil:
DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA
Demandas anuales (kWh/m2)
Picos de demandas mensuales y media
Calefacción
22%
54%
24%
Calefacción
Refrigeración
ACS
0
2
4
6
8
10
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
50 100 150 200 250 300m2
PEP
PAS
FSC
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
90
Tabla 29. Parámetros obtenidos. Badajoz.
CIUDAD: LATITUD:
Calefacción Refrigeración ACS Total
27.40 24.43 12.60 64.43
kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes
Máximo 6.31 1 7.20 7 8.06 7
Media 2.28 - 2.04 - 5.37 -
Mínimo - - - - 2.56 10
35% 50% 35% 50%
692.3 989.0 668.2 954.5
117.8 82.5 120.9 84.6
639.1 447.4 512.2 358.6
BADAJOZ 38° 52′ 59″ N
2Tipo de perfil:
DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA
Demandas anuales (kWh/m2)
Picos de demandas mensuales y media
Calefacción
Rendimiento sistema solar
Energía anual producida (kWh/m2)
46.42%
Inclinación:
Latitud +15°
Refrigeración Total
Inclinación Latitud -15° Latitud +15°
ENERGÍA TÉRMICA PRODUCIDA
Casos límite (Área total de viviendas 2700 m2)
Relación de las variables con el área de captación en el caso óptimo (Rendimiento 50%)
PAS=100%
Inclinación:
Latitud -15°
A_(PAS=100%) (m2)
FSC 46.89%
FSC=100%
A_(FSC=100%) (m2)
PAS 39.32% 50.83%
N_d (días) 173 129
42%
38%
20%
Calefacción
Refrigeración
ACS
0
2
4
6
8
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
50 150 250 350 450m2
PEP
PAS
FSC
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
50 90 130 170 210 250 290 330 370
m2
PEP
PAS
FSC
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
91
Tabla 30. Parámetros obtenidos. Cádiz.
CIUDAD: LATITUD:
Calefacción Refrigeración ACS Total
9.00 20.86 12.30 42.16
kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes
Máximo 1.77 1 7.44 8 8.31 8
Media 0.75 - 1.74 - 3.51 -
Mínimo - - - - 1.93 5
35% 50% 35% 50%
720.9 1029.9 701.7 1002.4
69.8 48.9 84.2 58.9
301.7 211.2 341.3 238.9
CÁDIZ 36° 32′ 0″ N
3Tipo de perfil:
DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA
Demandas anuales (kWh/m2)
Picos de demandas mensuales y media
Calefacción
Rendimiento sistema solar
Energía anual producida (kWh/m2)
51.91%
Inclinación:
Latitud +15°
Refrigeración Total
Inclinación Latitud -15° Latitud +15°
ENERGÍA TÉRMICA PRODUCIDA
Casos límite (Área total de viviendas 2700 m2)
Relación de las variables con el área de captación en el caso óptimo (Rendimiento 50%)
PAS=100%
Inclinación:
Latitud -15°
A_(PAS=100%) (m2)
FSC 44.22%
FSC=100%
A_(FSC=100%) (m2)
PAS 52.34% 47.54%
N_d (días) 144 173
21%
50%
29%
Calefacción
Refrigeración
ACS
0
2
4
6
8
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
40 90 140 190 240 290m2
PEP
PAS
FSC
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
50 90 130 170 210 250 290 330
m2
PEP
PAS
FSC
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
92
Tabla 31. Parámetros obtenidos. Ciudad Real.
CIUDAD: LATITUD:
Calefacción Refrigeración ACS Total
45.00 18.86 13.00 76.86
kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes
Máximo 9.27 1 6.50 7 10.55 1
Media 3.75 - 1.57 - 6.40 -
Mínimo - - - - 3.05 9
35% 50% 35% 50%
666.8 952.5 639.3 913.2
134.9 94.4 137.5 96.2
975.9 683.1 803.4 562.3
40.41%
N_d (días) 208 165
Inclinación Latitud -15° Latitud +15°
ENERGÍA TÉRMICA PRODUCIDA
Casos límite (Área total de viviendas 2700 m2)
Rendimiento sistema solar
Energía anual producida (kWh/m2)
42.35%
Inclinación:
Latitud +15°
Relación de las variables con el área de captación en el caso óptimo (Rendimiento 50%)
PAS=100%
Inclinación:
Latitud -15°
A_(PAS=100%) (m2)
FSC 43.35%
FSC=100%
A_(FSC=100%) (m2)
PAS 31.89%
CIUDAD REAL 38° 59′ 0″ N
2Tipo de perfil:
DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA
Demandas anuales (kWh/m2)
Picos de demandas mensuales y media
Calefacción Refrigeración Total
59%
24%
17%
Calefacción
Refrigeración
ACS
0
2
4
6
8
10
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
50 100 150 200 250 300 350 400 450m2
PEP
PAS
FSC
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
50 90 130 170 210 250 290 330 370 410 450
m2
PEP
PAS
FSC
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
93
Tabla 32. Parámetros obtenidos. Gerona.
CIUDAD: LATITUD:
Calefacción Refrigeración ACS Total
42.40 9.14 13.00 64.54
kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes
Máximo 8.02 1 3.26 8 9.27 1
Media 3.53 - 0.76 - 5.38 -
Mínimo - - - - 2.28 9
35% 50% 35% 50%
619.1 884.4 596.5 852.1
111.0 77.7 114.4 80.1
839.9 588.0 669.8 468.8
43.62%
N_d (días) 202 166
Inclinación Latitud -15° Latitud +15°
ENERGÍA TÉRMICA PRODUCIDA
Casos límite (Área total de viviendas 2700 m2)
Rendimiento sistema solar
Energía anual producida (kWh/m2)
39.15%
Inclinación:
Latitud +15°
Relación de las variables con el área de captación en el caso óptimo (Rendimiento 50%)
PAS=100%
Inclinación:
Latitud -15°
A_(PAS=100%) (m2)
FSC 39.45%
FSC=100%
A_(FSC=100%) (m2)
PAS 33.51%
GERONA 41° 59′ 4″ N
1Tipo de perfil:
DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA
Demandas anuales (kWh/m2)
Picos de demandas mensuales y media
Calefacción Refrigeración Total
66% 14%
20%
Calefacción
Refrigeración
ACS
0
2
4
6
8
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh/
m2
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
50 100 150 200 250 300 350 400m2
PEP
PAS
FSC
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
50 90 130 170 210 250 290 330 370 410 450 490
m2
PEP
PAS
FSC
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
94
Tabla 33. Parámetros obtenidos. Granada.
CIUDAD: LATITUD:
Calefacción Refrigeración ACS Total
37.40 17.86 12.90 68.16
kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes
Máximo 7.25 1 6.35 7 8.50 1
Media 3.12 - 1.49 - 5.68 -
Mínimo - - - - 3.03 9
35% 50% 35% 50%
741.5 1059.3 720.8 1029.8
123.5 86.5 126.2 88.4
582.0 407.4 461.6 323.1
55.31%
N_d (días) 146 96
Inclinación Latitud -15° Latitud +15°
ENERGÍA TÉRMICA PRODUCIDA
Casos límite (Área total de viviendas 2700 m2)
Rendimiento sistema solar
Energía anual producida (kWh/m2)
49.44%
Inclinación:
Latitud +15°
Relación de las variables con el área de captación en el caso óptimo (Rendimiento 50%)
PAS=100%
Inclinación:
Latitud -15°
A_(PAS=100%) (m2)
FSC 49.77%
FSC=100%
A_(FSC=100%) (m2)
PAS 42.64%
GRANADA 37° 10′ 27″ N
2Tipo de perfil:
DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA
Demandas anuales (kWh/m2)
Picos de demandas mensuales y media
Calefacción Refrigeración Total
55%
26%
19%
Calefacción
Refrigeración
ACS
0
2
4
6
8
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh/
m2
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
50 90 130 170 210 250 290 330 370 410m2
PEP
PAS
FSC
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
50 90 130 170 210 250 290 330
m2
PEP
PAS
FSC
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
95
Tabla 34. Parámetros obtenidos. León.
CIUDAD: LATITUD:
Calefacción Refrigeración ACS Total
65.50 0.00 13.60 79.10
kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes
Máximo 11.70 1 0.00 1 12.98 1
Media 5.46 - 0.00 - 6.59 -
Mínimo - - - - 1.37 8
35% 50% 35% 50%
639.2 913.1 607.1 867.4
48.0 33.6 59.7 41.8
1328.8 930.2 1081.3 756.9
LEÓN 42° 35′ 59″ N
1Tipo de perfil:
DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA
Demandas anuales (kWh/m2)
Picos de demandas mensuales y media
Calefacción Refrigeración Total
Inclinación:
Latitud +15°
Relación de las variables con el área de captación en el caso óptimo (Rendimiento 50%)
PAS=100%
Inclinación:
Latitud -15°
A_(PAS=100%) (m2)
FSC 14.38%
FSC=100%
A_(FSC=100%) (m2)
PAS 25.14%
ENERGÍA TÉRMICA PRODUCIDA
Casos límite (Área total de viviendas 2700 m2)
Rendimiento sistema solar
Energía anual producida (kWh/m2)
16.97%
32.53%
N_d (días) 215 204
Inclinación Latitud -15° Latitud +15°
83%
17%
Calefacción
Refrigeración
ACS
0
2
4
6
8
10
12
14
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh/
m2
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390m2
PEP
PAS
FSC
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390
m2
PEP
PAS
FSC
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
96
Tabla 35. Parámetros obtenidos. Lugo.
CIUDAD: LATITUD:
Calefacción Refrigeración ACS Total
60.20 0.00 13.50 73.70
kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes
Máximo 8.64 1 0.00 1 9.89 1
Media 5.02 - 0.00 - 6.14 -
Mínimo - - - - 2.20 8
35% 50% 35% 50%
558.4 797.7 523.7 748.2
94.0 65.8 107.9 75.6
1359.8 951.8 1172.7 820.9
LUGO 43° 1′ 0″ N
1Tipo de perfil:
DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA
Demandas anuales (kWh/m2)
Picos de demandas mensuales y media
Calefacción Refrigeración Total
Inclinación:
Latitud +15°
Relación de las variables con el área de captación en el caso óptimo (Rendimiento 50%)
PAS=100%
Inclinación:
Latitud -15°
A_(PAS=100%) (m2)
FSC 26.36%
FSC=100%
A_(FSC=100%) (m2)
PAS 26.21%
ENERGÍA TÉRMICA PRODUCIDA
Casos límite (Área total de viviendas 2700 m2)
Rendimiento sistema solar
Energía anual producida (kWh/m2)
28.41%
32.40%
N_d (días) 215 200
Inclinación Latitud -15° Latitud +15°
82%
18%
Calefacción
Refrigeración
ACS
0
2
4
6
8
10
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
50 100 150 200 250 300 350 400m2
PEP
PAS
FSC
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
50 100 150 200 250 300 350 400
m2
PEP
PAS
FSC
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
97
Tabla 36. Parámetros obtenidos. Santander.
CIUDAD: LATITUD:
Calefacción Refrigeración ACS Total
33.00 0.00 13.00 46.00
kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes
Máximo 5.30 1 0.00 1 6.48 1
Media 2.75 - 0.00 - 3.83 -
Mínimo - - - - 1.26 8
35% 50% 35% 50%
497.3 710.5 466.3 666.2
63.7 44.6 73.8 51.6
856.0 599.2 720.9 504.7
192
Inclinación Latitud -15° Latitud +15°
ENERGÍA TÉRMICA PRODUCIDA
Casos límite (Área total de viviendas 2700 m2)
Rendimiento sistema solar
Energía anual producida (kWh/m2)
27.70%
Inclinación:
Latitud +15°
Relación de las variables con el área de captación en el caso óptimo (Rendimiento 50%)
PAS=100%
Inclinación:
Latitud -15°
A_(PAS=100%) (m2)
FSC 25.49%
FSC=100%
A_(FSC=100%) (m2)
PAS 29.17% 36.94%
N_d (días) 204
SANTANDER 43° 27′ 46″ N
1Tipo de perfil:
DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA
Demandas anuales (kWh/m2)
Picos de demandas mensuales y media
Calefacción Refrigeración Total
72%
28%
Calefacción
Refrigeración
ACS
0
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520m2
PEP
PAS
FSC
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520
m2
PEP
PAS
FSC
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
98
Tabla 37. Parámetros obtenidos. Valencia.
CIUDAD: LATITUD:
Calefacción Refrigeración ACS Total
21.30 18.00 12.50 51.80
kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes
Máximo 4.56 1 6.44 8 7.30 8
Media 1.78 - 1.50 - 4.32 -
Mínimo - - - - 2.03 10
35% 50% 35% 50%
647.3 924.7 626.7 895.2
84.4 59.0 100.8 70.5
459.6 321.7 373.0 261.1
106
Inclinación Latitud -15° Latitud +15°
ENERGÍA TÉRMICA PRODUCIDA
Casos límite (Área total de viviendas 2700 m2)
Rendimiento sistema solar
Energía anual producida (kWh/m2)
45.14%
Inclinación:
Latitud +15°
Relación de las variables con el área de captación en el caso óptimo (Rendimiento 50%)
PAS=100%
Inclinación:
Latitud -15°
A_(PAS=100%) (m2)
FSC 39.04%
FSC=100%
A_(FSC=100%) (m2)
PAS 47.01% 59.83%
N_d (días) 145
VALENCIA 39° 28′ 12″ N
2Tipo de perfil:
DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA
Demandas anuales (kWh/m2)
Picos de demandas mensuales y media
Calefacción Refrigeración Total
41%
35%
24%
Calefacción
Refrigeración
ACS
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh/
m2
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
50 90 130 170 210 250 290 330m2
PEP
PAS
FSC
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
50 90 130 170 210 250 290
m2
PEP
PAS
FSC
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
99
Tabla 38. Parámetros obtenidos. Valladolid.
CIUDAD: LATITUD:
Calefacción Refrigeración ACS Total
60.60 6.43 13.30 80.33
kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes
Máximo 10.61 1 2.33 7 11.91 1
Media 5.05 - 0.54 - 6.69 -
Mínimo - - - - 2.90 9
35% 50% 35% 50%
627.9 897.0 593.6 848.0
110.0 77.0 132.8 92.9
1371.1 959.8 1139.8 797.9
208
Inclinación Latitud -15° Latitud +15°
ENERGÍA TÉRMICA PRODUCIDA
Casos límite (Área total de viviendas 2700 m2)
Rendimiento sistema solar
Energía anual producida (kWh/m2)
36.34%
Inclinación:
Latitud +15°
Relación de las variables con el área de captación en el caso óptimo (Rendimiento 50%)
PAS=100%
Inclinación:
Latitud -15°
A_(PAS=100%) (m2)
FSC 31.84%
FSC=100%
A_(FSC=100%) (m2)
PAS 25.19% 32.06%
N_d (días) 225
VALLADOLID 41° 39′ 7.13″ N
1Tipo de perfil:
DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA
Demandas anuales (kWh/m2)
Picos de demandas mensuales y media
Calefacción Refrigeración Total
75%8%
17%
Calefacción
Refrigeración
ACS
0
2
4
6
8
10
12
14
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kWh
/m2
0.0%
10.0%
20.0%
30.0%
40.0%
50.0%
60.0%
70.0%
80.0%
90.0%
100.0%
50 100 150 200 250 300m2
PEP
PAS
FSC
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
50 90 130 170 210 250 290 330
m2
PEP
PAS
FSC
Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.
100
7. BIBLIOGRAFÍA
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5. ‘Documento Básico de Ahorro de Energía (DB-HE)’. Código Técnico de la Edificación
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8. ‘Solar refrigeration options – a state-of-the-art review’. D.S. Kim, C.A. Infante Ferreira.
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