ASPECTOS TÉCNICOS DE LAS INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS

Transcripción

1 Jornada sobre la Ordenanza Solar Pamplona, 4 de Junio de 2003 ASPECTOS TÉCNICOS DE LAS INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS Vicente Gallardo (ISOFOTÓN) Belén Puente (FÉRROLI)

2 FUNDAMENTOS DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Belén Puente Casado FÉRROLI ESPAÑA

3 La naturaleza de la energía solar EL SOL Diámetro: 1,39 x 10 9 m Distancia media a la Tierra: 1,5 x m Temperatura externa: K Generación de energía: reacciones nucleares de fusión E = M x c 2 E = cantidad de energía generada por el Sol M = masa perdida c = velocidad de la luz

4 La naturaleza de la energía solar CONSTANTE SOLAR: Flujo de energía procedente del Sol, que incide sobre una superficie perpendicular a la dirección de propagación de la radiación solar, ubicada a la distancia media de la Tierra al Sol, fuera de toda atmósfera. Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre n (i-ésimo día del mes) i 31 + i 59 + i 90 + i i i i i i i i i G sc = W/m 2 G on = G sc [ 1 + 0,033 x Cos(0,986 n) ]

5 La naturaleza de la energía solar Radiación térmica = Ultravioleta + Radiación visible + Infrarroja Radiación = f (temperatura) A mayor temperatura: Mayor intensidad en la emisión. Menor longitud de onda.

6 Funcionamiento energía solar térmica 1. Captación 2. Intercambio 3. Almacenamiento

7 Funcionamiento energía solar térmica Principio de funcionamiento: EFECTO INVERNADERO. Cubierta: Transparente a la radiación solar de onda corta. Opaca a la radiación de onda larga emitida por el absorbente. Absorbente: Alta absortividad. Baja emisividad.

8 Funcionamiento energía solar térmica Óxido de Titanio: : tratamiento más efectivo Mayor absortividad a bajas longitudes de onda

9 Funcionamiento energía solar térmica Absortividad: parecida Emisividad: claramente menor con el tratamiento selectivo Panel Plano convencional Panel Plano Selectivo Emisión 40% Absorción 90% Pintura negra Placa absorbedora de Cu convencional Emisión 5% Oxidos de Titanio Placa absorbedora de Cu selectivo Absorción 95%

10 Funcionamiento energía solar térmica TINOX Tratamiento selectivo: Absorbe y transforma en calor gran parte de la radiación de onda corta. Se reduce la emisión de calor debida a onda larga.

11 CRITERIOS GENERALES DE DISEÑO DE INSTALACIONES DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Belén Puente Casado FÉRROLI ESPAÑA

12 Criterios generales de diseño Cálculo de la energía aportada por los captadores solares: F = Método F- F CHART: F = Potencia solar instantánea Carga puntual requerida ƒ Q cap t ƒ ( Q cap + Q aux ) t F = 1,029 D 1 + 0,065 D 2 + 0,245 D ,0018 D ,0215 D3 1 0 < D 1 < 3 0 < D 2 <18

13 Criterios generales de diseño D 1 : relación entre la energía solar captada y la carga necesaria en un mes. D 1 = R GI A cap f G τ s α s d E nec + E per R GI : media diaria de irradiación solar en ese mes (kwh/m 2 ) A cap : área de captación (m 2 ) f G : factor corregido de ganancia del captador τ s α s : media diaria de las fracciones de transmisión y absorción del colector d: días del mes considerado E nec : energía mensual demandada E per : energía mensual perdida

14 Criterios generales de diseño D 2 : relación entre la energía que los colectores disipan a 100ºC y las cargas térmicas mensuales. A cap f G U T (100 t ext ) t D 2 = K 1 K 2 E nec + E per K 1 = ( 75 A cap / V acu ) 1/4 11,6 + 1,18 t acs + 3,86 t afr 2,32 t ext K 2 = (100 t ext ) U T : coeficiente global de pérdidas de los captadores V acu : volumen de acumulación (m 3 ) t ext : temperatura ambiente t acs : temperatura de uso t afr : temperatura del agua fría de red t: horas totales del mes

15 Cálculo de la demanda energética en instalaciones de ACS E nec = C e M N (t acs -t afr ) E nec : demanda energética C e : calor específico del agua M: consumo diario (l/día) N: número de días del mes t acs : temperatura de uso t afr : temperatura del agua fría de red Temperatura de utilización: 45ºC Criterio de consumo litros/día (a 45ºC) Viviendas unifamiliares 40 por persona Viviendas multifamiliares 30 por persona Hospitales y clínicas 80 por cama Hoteles (4 estrellas) 100 por cama Hoteles (3 estrellas) 80 por cama Hoteles/Hostales (2 estrellas) 60 por cama Hostales/Pensiones (1 estrella) 50 por cama Campings 60 por persona Residencias 80 por cama Vestuarios/Duchas colectivas 20 por servicio Escuelas 5 por alumno Cuarteles 30 por persona Fábricas y talleres 20 por persona Oficinas 5 por persona Gimnasios por usuario Lavanderías por kilo ropa Restaurantes por comida Cafeterías 2 por alumuerzo Fuente:IDAE

16 Cálculo de la demanda energética en instalaciones de ACS 0,8 < V / M < 1,2 50 < V / A < < M / A < 100 M: Consumo diario de agua caliente sanitaria en litros/día. V: Volumen de acumulación n a instalar en litros. A: Área útil de captación n en m 2.

17 Cálculo de la demanda energética en piscinas cubiertas P (W/m 2 K) = [(130-3 t ws + 0,2 t ws2 ) S w ] t ws : temperatura del agua (ºC) t bs : temperatura del aire (ºC) V: velocidad del viento (m/s) S w : superficie de la piscina (m 2 ) Pérdidas: Conducción Convección Radiación Pérdidas de agua Evaporación Aportes: Captadores solares Sistema auxiliar

18 Cálculo de la demanda energética en piscinas al aire libre P (W/m 2 K) = [( V) (t ws t bs ) S w ] t ws : temperatura del agua (ºC) S w : superficie de la piscina (m 2 ) Pérdidas: Conducción Convección Radiación Pérdidas de agua Evaporación Aportes: Captadores solares Insolación directa

19 Emplazamiento de los colectores térmicos, orientación e inclinación Criterios de emplazamiento: Máxima insolación Seguridad de montaje y sujeción Cercanía a al depósito de acumulación Orientación: n: Hacia el Sur geográfico Desviación n máxima m recomendada: 30º Inclinación n respecto del plano horizontal: Usos anuales: el valor de la latitud Usos estival: latitud - 10º Usos invernales: latitud + 10º

20 Emplazamiento de los colectores térmicos, orientación e inclinación Pérgola en Camping

21 Emplazamiento de los colectores térmicos, orientación e inclinación Planta industrial

22 Emplazamiento de los colectores térmicos, orientación e inclinación Parking

23 Emplazamiento de los colectores térmicos, orientación e inclinación Polideportivo