MEMORIA INSTALACIÓN DE EQUIPOS CON PANELES SOLARES TERMODINÁMICOS PARA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE PARA PISCINA CLIMATIZADA.

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1 MEMORIA INSTALACIÓN DE EQUIPOS CON PANELES SOLARES TERMODINÁMICOS PARA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE PARA PISCINA CLIMATIZADA.

2 1. Introducción En este dossier se detallan las características de equipos de paneles termodinámicos, equipos compactos para producción de agua caliente desarrollados por Energy Panel y basados en una bomba de calor con evaporador solar. Se han recopilado los datos técnicos de los equipos, así como su funcionamiento, incluyendo datos recogidos en la monitorización del mismo. 2. Sistemas solares termodinámicos Los sistemas solares termodinámicos pueden definirse como bombas de calor de expansión directa con ganancia solar. Concretamente, son equipos que trabajan según el ciclo de Carnot, en los que el evaporador es un panel metálico que se encuentra expuesto directamente al sol y a las condiciones climatológicas exteriores, captando la energía disponible. Esta energía es transmitida al agua a calentar a través de un intercambiador de calor o condensador. Como es bien sabido, las bombas de calor son capaces de retirar calor de un foco frío y verterlo a un foco caliente, mediante aportación de trabajo externo. En este caso, el evaporador recogerá la energía solar y ambiental, y la cederá al agua a calentar; siendo posible este proceso gracias a que el fluido que circula por el panel solar se evapora a una temperatura bastante inferior a la del ambiente. Los sistemas de bomba de calor son cada vez más utilizados para calentar agua, dada su demostrada eficiencia, la cual se evalúa según el coefficient of performace o COP, cociente entre la energía que entregan y la energía que consumen. Pues bien, los equipos comerciales basados en esta técnica, suelen tener un COP entre 3 y 4; es decir, son capaces de generar una energía cuatro veces superior a la energía que absorben. En estos sistemas, el evaporador suele ser un intercambiador gasaire, constituido principalmente por un serpentín, que puede ser de cobre o aluminio, aleteado o no, y que cuentan con un ventilador que obliga el paso de aire a través del mismo para favorecer el intercambio energético, por tanto la energía que captan es únicamente ambiental. Sin embargo, al sustituir estos evaporadores por paneles solares, el rendimiento o COP experimenta un notable aumento, proporcional a la intensidad de radiación solar. Numerosos estudios científicos (ver bibliografía) avalan estas afirmaciones. Así mismo, diversas pruebas realizadas en nuestro laboratorio lo corroboran. Con los equipos de paneles termodinámicos se ha pretendido lograr un sistema energéticamente eficiente, basado en la tecnología anteriormente descrita, pero que a su vez sea compacto, fácilmente integrable en los edificios, y de instalación sencilla y rápida; tratando de poner a disposición del consumidor un producto de ahorro energético atractivo y fiable. 3. Principio de funcionamiento Los equipos de paneles termodinámicos cuentan con un circuito frigorífico, en el que el compresor aspira el gas procedente del evaporador, y lo impulsa a alta presión y temperatura hasta el condensador. Éste consiste en un intercambiador de calor tubular que abraza a un depósito acumulador, de modo que se produce una transmisión de calor latente desde el gas, que condensa, hacia el agua a calentar. Una vez condensado, el fluido refrigerante alcanza la válvula o elemento de expansión, donde la disminución de presión genera una disminución en la temperatura de ebullición del fluido, pasando al 2

3 evaporador. En este caso, el evaporador consiste en uno o varios paneles metálicos situados en el exterior, de modo que el fluido recogerá la energía solar incidente sobre el panel, así como la energía ambiental, pasando de nuevo a estado gaseoso y cerrándose de esta forma, el ciclo frigorífico. 4. Datos técnicos Con los equipos de paneles termodinámicos, Energy Panel ha pretendido obtener equipos que cumplan varios objetivos: - Generación de agua caliente de forma eficiente: ahorro energético frente a sistemas convencionales. - Aprovechamiento de la energía solar. - Equipos compactos, fácilmente integrables en los edificios. - Instalación rápida y sencilla. - Funcionamiento fiable, larga vida útil. - Mínimo mantenimiento. - Coste económico moderado. 3

4 El evaporador está constituido por uno o varios paneles de aluminio anodizado, lo que favorece la absorción de radiación solar, y comprende un circuito interior para la circulación del gas. El evaporador va conectado al equipo mediante dos tomas laterales. Además, presenta un sistema patentado de intercambio térmico situado alrededor de la parte superior del compresor, por el que se hace pasar el gas de la salida del evaporador, aumentándose su recalentamiento, y refrigerando el compresor. Con este sistema se logra aumentar la eficiencia global del ciclo, al sumar esa ganancia térmica; así como evitar que el compresor alcance altas temperaturas, lo que también beneficia a su vida útil. Las principales características técnicas del equipo propuesto son: Capacidad térmica media Potencia consumida media GTP 40 44,78 kw 6350 W Tensión 400 / III / 50 Rango de temperatura ambiente -5ºC-45ºC Rango COP 3-7 Fluido refrigerante R407c Volumen del acumulador --- Rango de temperatura ACS 24-35ºC Dimensiones (HxAxF) 1000 x 600 x 1000 mm Presión máxima de trabajo 7 bar Capacidad térmica media Potencia consumida media GTP 32 38,10 kw 5200 W Tensión 400 / III / 50 Rango de temperatura ambiente -5ºC-45ºC Rango COP 3-7 Fluido refrigerante R407c Volumen del acumulador --- Rango de temperatura ACS 24-35ºC Dimensiones (HxAxF) 1000 x 600 x 1000 mm Presión máxima de trabajo 7 bar 4

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6 Capacidad térmica media Potencia consumida media GTC 24 HT 28,90 kw 8950 W Tensión 400 / III / 50 Rango de temperatura ambiente -5ºC-45ºC Rango COP 2-3 Fluido refrigerante R134a Volumen del acumulador --- Rango de temperatura ACS 40-67ºC Dimensiones (HxAxF) 847 x 708 x 630 mm Presión máxima de trabajo 7 bar Capacidad térmica media Potencia consumida media GTC 32 HT 35,10 kw W Tensión 400 / III / 50 Rango de temperatura ambiente -5ºC-45ºC Rango COP 2-3 Fluido refrigerante R134a Volumen del acumulador --- Rango de temperatura ACS 40-67ºC Dimensiones (HxAxF) 847 x 708 x 630 mm Presión máxima de trabajo 7 bar Características de los paneles termodinámicos: Los paneles termodinámicos son paneles roll-bond, que constan de dos planchas de aluminio electrosoldadas, sobre las que se produce un determinado circuito tras un proceso de inflado, y se les aplica un revestimiento que favorezca la absorción de radiación solar. Dimensiones: 1560 x 800 x 0.5 mm Superficie útil de captación: 2,50 m 2. Peso en vacío: 5.07 kg. Diámetro circuito impreso: 5/16. 6

7 Material panel: Aluminio pulido. Características del equipo termodinámico El equipo termodinámico cuenta con los siguientes elementos: - Compresor hermético de pistón - Válvula de expansión termostática - Filtro deshidratador - Depósito de líquido frigorífico - Presostato de alta - Termostato 5. Descripción de la instalación Los equipos con paneles termodinámicos se pretenden instalar como sistema de generación de agua caliente en la Piscina Municipal Climatizada de la ciudad de Berja (Almería). La producción de agua caliente se destinará al mantenimiento de la temperatura de los 2 vasos de piscina existentes, así como a la producción de ACS. El paneles que incorporan se situarán en la cubierta del edificio, mientras que los equipos se ubicarán en la planta sótano del edificio junto a los colectores de recirculación y a los depósitos de acumulación respectivamente. 6. Sistema sustituido El edificio cuenta actualmente con una caldera de gas propano de la marca BIASI, modelo BBBBDB de 300kW de capacidad calorífica. El quemador dispone de 2 velocidades de generación que son reguladas por la temperatura de retorno del agua del circuito primario. 7

8 7. Datos de rendimiento Los datos de rendimiento del equipo se han obtenido como resultado de la monitorización del equipo en nuestro laboratorio. Las pruebas se han realizado para un calentamiento del agua desde 25ºC hasta 50ºC aproximadamente, y bajo diversas circunstancias climáticas. El equipo de medida de datos consiste en un cuadro de monitorización con 15 termómetros digitales, y 5 manómetros digitales. Además cuenta con un analizador de redes que mide el consumo del equipo, y con un software que procesa los resultados, y los representa gráficamente. A continuación se muestra el resumen de los datos obtenidos. Como resultado de todas las pruebas realizadas, hemos obtenido valores aplicables a los distintos meses del año, según la temperatura ambiente media y la radiación solar incidente, consiguiéndose un COP medio anual de 4.6 (en Córdoba). ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic H energía(mj/m2 día) 7,2 10,1 15,1 18,5 21,8 25,9 28,5 25,1 19,9 12,6 8,6 6,9 Tagua red (ºC) Tambiente* (ºC) COP 2,7 3,3 3,8 4,1 5,3 6,2 6,9 6,5 5,6 4,4 3,5 2,8 * Temperatura ambiente media durante las horas de sol. 8. Comparativa frente a otros sistemas. Los sistemas de generación de agua caliente mediante paneles termodinámicos suponen un ahorro energético de has el 40% respecto a sistemas solares térmicos y de has un 80% respecto a la generación de agua caliente con tecnologías convencionales. 8

9 9. Bibliografía - Performance evaluation method of solar-assisted heat pump water heater. B.J. Huang, C.P. Lee. Department of Mechanical Engineering, National Taiwan University. - Experimental performance analysis and optimization of a direct expansion solar-assisted heat pump water heater. Y.W. Li, R.Z. Wang, J.Y. Wu; Y.X. Xu. Institute of Refrigeration and Cryogenics, Shangai Jiaotong University; Engineering Research Center of Solar Power and Refrigeration, Shangai. - A review on the energy and exergy analysis of solar assisted heat pump systems. Onder Ozgener, Arif Hepbasli. Solar Energy Institute, Ege University, Bornova, Izmir, Turkey. 9