Ficha Tcnica deDiseo e Instalacin

SISTEMA SOLAR TRMICO TERMOSIFNPARA VIVIENDAS UNIFAMILIARES

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El presente documento pretende ser una herramienta de apoyo para arquitectos y proyectistas en la seleccin, diseo instalacin de sistemas solares trmicos tipo termosifn. El documento plan-tea criterios para apoyar en la decisin de qu sistema elegir ante las dos alternativas posibles en instalaciones solares de dimensiones reducidas: un sistema forzado o un sistema termosifn. Ade-ms, aporta directrices tcnicas para la correcta integracin de este tipo de sistemas en una insta-lacin de Agua Caliente Sanitaria convencional. Para este fin, se estudian las diferentes condicio-nes arquitectnicas que pueden influir en dicho proceso, se acotan las variables del dimensionado y se indican ciertas especificaciones tcnicas mnimas que ha de cumplir la instalacin.

Introduccin

Descripcin general del sistema

Un Sistema Solar Trmico tipo Termosifn es un equipo compacto y prefabricado que se comercializa y se registra como una unidad completa (denominada CSTI), que puede estar compuesta por uno o varios Colectores Solares Trmicos (CST) acoplados hidrulicamente a un Depsito Acumulador (DA) de Agua Caliente Sanitaria (ACS). Este equipo se suministra para ser montado como una unidad. El instalador deber verificar el correcto suministro de todos los componentes integrantes de dicha unidad y aportar los adicionales que sean ne-cesarios para su correcta integracin con la instalacin convencional (segn las indicaciones del presente documento) y que no se prevean en dicho suministro.

Figura 1. Equipo solar tipo termosifn.Un nico colector plano.

Figura 2. Equipo solar tipo termosifn. Dos co-lectores planos.

La solucin de SST es adecuada para aplicaciones de vivienda unifamiliar; tambin podr ser utilizada para otros usos con reducidos consumos como puede ser el caso de pequeos edificios comerciales o galpones industriales. En instalaciones de pequea envergadura, suele ser un sistema ms econmico que un sistema forzado -tanto en lo referente a inversin como a operacin-, esto se debe a que su funcionamiento se basa en el principio de termosifn, por lo que no incorpora bomba de circulacin ni elementos de control. Por otro lado, el DA se encuentra en el exterior con lo cual no ocupa espacio en el interior de la vivienda aunque esto implica un incremento en sus prdidas trmicas. En un sistema termosifn existen dos circuitos hidrulicos: Primario: el del fluido caloportador, que discurre por el colector elevando su temperatura y aporta ener-

ga al acumulador a travs de un intercambio trmico. El fluido del circuito primario es movido debido al efecto termosifn que se da por la diferencia de temperatura de dicho fluido a su paso por el CST y el contenido del circuito primario en el acumulador.

De consumo: el de agua de consumo que proviene de la red. sta es contenida en el DA donde su temperatura es elevada debido al intercambio trmico con el circuito anterior.

SISTEMA SOLAR TRMICO TERMOSIFNPARA VIVIENDAS UNIFAMILIARES Circuito de consumo: Salida de agua caliente sanitaria

Circuito primario: entrada a colector

Circuito de cosumo:Entrada agua fra sanitaria

Circuito primario: salida del colecor

Figura 3. Circulacin en un equipo tipo termosifn con colector plano.

Como en cualquier instalacin solar, la temperatura del agua contenida en el DA depende de la disponibilidad de recurso solar y del consumo. Por tanto, no es posible asegurar una temperatura adecuada para el uso di-recto del agua acumulada como ACS en cualquier da ni a cualquier hora. Por este motivo, la salida de consu-mo del DA se conectar en serie con un sistema de apoyo. Esto garantizar una temperatura de uso adecuada para cualquier grado de disponibilidad solar.

Figura 4. Esquema integral de la instalacin de ACS (solar + sistema auxiliar). Conexin en serie: la salida del depsito solar se conecta a la entrada del sistema de apoyo convencional.

La siguiente tabla enumera las principales ventajas e inconvenientes de los sistemas tipo termosifn respeto a los sistemas forzados. Esta comparativa es una herramienta para la toma de decisin respecto a la seleccin entre ambas opciones:

VENTAJAS DESVENTAJAS

Sistema prefabricado de fcil instalacin y operacin, ya que incorpora todos los elementos necesarios para su propio funcionamiento. Pensado para ser montado como una unidad compacta y funcional.

Para reas de captacin grandes las ventajas empiezan a ser menores respecto a una instalacin forzada.Aplicacin no recomendable para reas superiores a unos 8m2.

Bajo costo de adquisicin y de operacin debido a la ausencia de equipos de impulsin y a elementos de control, eliminando as consumos elctricos y necesidades de mantenimiento de dichos equipos.

Mayores prdidas trmicas pues el DA se encuentra en el exterior de la vivienda expuesto a temperaturas ambiente.

Requerimientos espaciales mnimos en el interior de la vivienda por estar el DA en el exterior. Tan slo es necesario considerar el paso de caeras provenientes del Termosifn y los elementos auxiliares interiores.

Mayores prdidas en el circuito de consumo, debido a que el agua del DA ha de recorrer la distancia desde l acumulador hasta el punto de consumo.

Menores prdidas del circuito primario, al quedar reducida al mnimo la longitud de ste.

Tabla 1. Ventajas y desventajas de un sistema termosifn respecto a un sistema forzado.

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Segunda vivienda (de uso estacional):Consumo de ACS preferente en invierno: i = latitud + 15 15Consumo de ACS preferente en verano: i = latitud 15 15

En cubiertas inclinadas, la integracin arquitectnica suele imponer que la inclinacin del colector sea la misma que la de la propia cubierta. Siempre ser necesario verificar que la produccin de la superficie propuesta con el ngulo de inclinacin finalmente adoptado sea adecuada a los requerimientos de produccin del proyecto. En cualquier caso, siempre se debern tener en cuenta los lmites de inclinacin impuestos por el fabrican-te para el correcto funcionamiento del sistema. Requerimientos espaciales

CubiertaSe deber considerar que exista espacio suficiente para el equipo termosifn, as como acceso al mismo para mantenimiento.A modo orientativo, se muestran cotas aproximadas de este tipo de equipos.

Figura 6. Medidas y pesos aproximados de equipos termosifn de diferentes tamaos.

Espacio interiorSe ha de prever un espacio para los siguientes elementos cuando stos se instalen en el interior de la vivienda: Vaso de expansin del circuito de consumo Vlvulas asociadas Caeras con sus respectivos aislantesEste requerimiento espacial es mnimo y suele ser suficiente con el volumen debajo del propio sistema auxiliar.Los pasos de caera por el interior de la vivienda deben ser dimensionados teniendo en cuenta los requeri-mientos espaciales derivados de las caeras del circuito de agua caliente solar, en este caso el de consumo, que estarn aisladas.

Requerimientos estructurales

Tambin se ha de tener en cuenta la carga estructural debido al peso del propio termosifn, su necesidad de mantenimiento (acceso de uno o dos tcnicos) y sobrecargas por viento, nieve.

Consideraciones de diseo

Eleccin del tipo de CSTLos sistemas de termosifn se pueden presentar con dos tecnologas de captacin: colectores planos y tubos de vaco.Ser de uso preferente la tecnologa de CST planos respecto a la de CST de tubo de vaco debido principal-mente a la mayor robustez de los primeros respecto a la de los segundos. Adems, las temperaturas mximas de los colectores planos son tpicamente inferiores a las de los tubos de vaco, hecho que garantiza la fiabili-dad de la instalacin y permite reducir las exigencias en cuanto a calidad de materiales empleados.No obstante, sea cual sea la tecnologa seleccionada, el proyectista deber verificar las garantas de los equipos empleados, proponer un plan de mantenimiento adecuado y asegurar que los elementos de la insta-lacin, colectores incluidos, soporten adecuadamente las temperaturas que se pueden llegar a alcanzar.

Bloques digitales

Los bloques digitales hidrulicos representan el esquema de principio de un SST termosifn. Estos blo-ques digitales pueden ser descargados en formato CAD y PDF en www.programasolar.cl o directamente, a travs de los siguientes enlaces: CAD: Formato 2D / Formato 3D PDF: Formato 2D / Formato 3D

Consideraciones arquitectnicas

Integracin arquitectnica

Existen una serie de factores a tener en cuenta a la hora de conseguir una integracin idnea del SST con el edificio:1 En general se recomienda instalar los CST de manera que sigan las lneas principales de la vivienda.

Esto simplifica la instalacin y, por tanto, reduce costos y complicaciones constructivas. Adems de no comportar un impacto visual negativo.

Figura 5. Integracin arquitectnica. Se aconseja seguir lneas generales del edificio.

Se debe tener en cuenta que la desviacin respecto del azimut 0 (orientacin norte) representa una pr-dida de eficiencia relativamente baja para ngulos de hasta 50. La Tabla 2. Prdidas de eficiencia por orientacin de los CST presenta una relacin indicativa entre orientacin y prdidas de produccin ener-gtica:

DESVIACIN RESPECTO A NORTE PRDIDA DE PRODUCCIN ENERGTICA

0 0%

30 0 5%

50 5 10%

75 10 20%

90 20 30%

Tabla 2. Prdidas de eficiencia por orientacin de los CST

2 Prever para la ubicacin del termosifn una parte de la techumbre de la vivienda libre de obstculos para que no se vea afectada por sombras. Ubicar, por este motivo, los elementos de techumbre lo ms al Sur posible.

3 Considerar las sombras de edificios y/o rboles colindantes y disear el espacio de cubierta de mane-ra que se evite que stos afecten al