Diseño y optimización de sistemas solares térmicos con TRANSOL

Transcripción

1 Diseño y optimización de sistemas solares térmicos con TRANSOL 3.1

2 guión Contexto Métodos de cálculo actuales Paramétricos Simulación Dinámica Comparativa y análisis TRANSOL3.1 Integración en certificación energética

3 contexto Evolución del mercado de los sistemas solares térmicos: Gran crecimiento de la implantación de los sistemas solares, promocionado por la obligatoriedad de la implantación de los mismos. Desde que en 1999 apareció la primera versión de la OSM de Barcelona, hasta la aparición el año 2006 del nuevo CTE Gran diversidad de tipologías de sistemas implantados. Dependiendo de diversos factores, como la aplicación del edificio, situación geográfica, entre otros se hace más conveniente un diseño de sistema u otro, con grandes diferencias en sus comportamientos Cierto vacío legal en el cálculo de los sistemas solares térmicos. Pese a la obligatoriedad de las normativas de alcanzar una cierta producción solar, no existe una definición clara del procedimiento de cálculo a seguir

4 contexto Objetivos del cálculo: Diseñar el sistema Cumplimiento normativas prestacionales Certificación energética? Dado que se trata de un mercado eminentemente obligatorio, el planteamiento del diseñador se orienta hacia el cumplimiento normativo al menor coste posible. A falta de un método de cálculo reconocido u oficial (a efectos normativos, no de diseño) conduce a la elección del método menos exigente, por ser el que permite las ofertas más competitivas Es importante diferenciar métodos o programas de cálculo cuyo objetivo sea el cumplimiento normativo de los aptos para diseñar

5 guión Contexto Métodos de cálculo actuales Paramétricos Simulación Dinámica Comparativa y análisis TRANSOL3.1 Integración en certificación energética

6 Métodos de cálculo actuales. Estado del arte Dos grandes grupos de sistemas de cálculo para solar térmica dominan el mercado actual: 1. Métodos basados en correlaciones : F-Chart, FSC,.. 2. Pros: simplicidad de uso, rapidez de cálculo 3. Contras: aplicable solo a dos configuraciones de sistemas, no válido para fracciones solares elevadas, escasez de información para el proyectista. Métodos basados en simulación dinámica: TRANSOL, T-Sol, Polysun... Pros: más información para el proyectista, mayor número de sistemas disponibles, materiales incorporados a la aplicación... Contras: motor de cálculo desconocido (excepto TRANSOL, Escosol y AcSol), tiempo de cálculo elevado, utilización más compleja

7 guión Contexto Métodos de cálculo actuales Paramétricos Simulación Dinámica Comparativa y análisis El método CALCULASIT Integración en certificación energética

8 Métodos basados en correlaciones. F-CHART F-CHART o Método de las Curvas-f 1974 Creado por los padres de un programa de simulación dinámica para sistemas solares térmicos (TRNSYS) MOTIVACIÓN: Falta de potencia de cálculo de los ordenadores Simulación de SISTEMAS SOLARES DE ACS SISTEMAS SOLARES DE AIRE CONFIGURACIONES DETERMINADAS LIMITACIÓN DE CONFIGURACIONES

9 Métodos basados en correlaciones. F-CHART Referencia: PROYECTO DE SISTEMAS TERMICO-SOLARES por el método de las curvas-f, ATECYR, Editorial Index, 1982, ISBN: CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES: Cálculo en base MENSUAL Basado en PARAMETROS ADIMENSIONALES del sistema El resultado es el RENDIMIENTO MEDIO del sistema Proporciona CORRELACIONES entre estos parámetros del sistema y el rendimiento medio: CURVAS-F Las correlaciones se han encontrado realizando la SIMULACIÓN DINÁMICA DETALLADA de los sistemas (TRNSYS) También se han comparado con datos experimentales 300 simulaciones para una única zona climática

10 Métodos basados en correlaciones. F-CHART Basado en variables adimensionales del sistema Perdidas del captador a Temp. X = Carga total mensual referencia Y = Energia Solar absorbida en Captadores Carga total mensual Resultado: f Fracción solar: Carga del calentamiento total mensual suministrada por la energía solar f = Y X 0.245Y X 0.021Y 3 para 0 < Y < 3 y 0 < X < 18 (Sistemas solares de calefacción con captadores de líquido)

11 Métodos basados en correlaciones. F-CHART

12 Métodos basados en correlaciones. F-CHART Utilizar las correlaciones de métodos tipo F-Chart para otras configuraciones distintas al modelo es equivalente a aplicar indiscriminadamente el comportamiento singular de un sistema concreto al resto de sistemas.

13 guión Contexto Métodos de cálculo actuales Paramétricos Simulación Dinámica Comparativa y análisis TRANSOL3.1 Integración en certificación energética

14 Simulación dinámica Con la simulación se intenta reproducir de forma teórica el funcionamiento de un sistema, pudiéndose obtener información detallada del comportamiento de cada uno de los componentes que conforman el sistema. Los errores de buenos programas de simulación como TRNSYS respecto al comportamiento real de los sistemas pueden ser menores al 1%. VENTAJAS DE UN MÉTODO DE SIMULACIÓN FRENTE A EXPERIMENTACIÓN Es varios ordenes de magnitud más rápida que la experimentación Es varios ordenes de magnitud más económica que la experimentación Es más adecuada para sistemas que exhiben una dependencia no lineal de los datos climáticos Permite estudiar de forma adecuada y simple la variación entre el comportamiento a corto y largo termino de sistemas

15 Simulación dinámica

16 guión Contexto Métodos de cálculo actuales Paramétricos Simulación Dinámica Comparativa y análisis TRANSOL3.1 Integración en certificación energética

17 Utilización de los métodos de cálculo Como hemos visto, todos los sistemas de cálculo tienen una razón de ser, un desarrollo y una forma de aplicación. La utilización de cualquiera de ellos, tomando conciencia de su alcance y limitaciones es correcta y aceptable, pero no lo es su utilización más allá de éstas El mercado español, basado en gran parte en los sistemas para bloques de pisos ha optado histórica y mayoritariamente por la utilización de F-Chart. Como hemos visto en el desarrollo de la misma, ésta no es adecuada para este tipo de sistemas, generando importantes desviaciones en los resultados. Cuantifiquemos esta desviación.

18 Comparativa simulación dinámica vs f-chart Proponemos el ejemplo de una edificación de 40 viviendas, la mitad con una ocupación de 2 personas y la otra mitad con una ocupación de 3 personas. El objeto del estudio es contrastar el comportamiento energético de 3 configuraciones distintas de sistemas solares térmicos : Sistema Descentralizado. Configuración descentralizada Sistema Semicentralizado. Configuración acumulación solar centralizada y precalentamiento mediante intercanviadores de calor individuales. Sistema Centralizado. Configuración de producción solar y auxiliar centralizada

19 Comparativa simulación dinámica vs f-chart Sistema Descentralizado Sistema Semicentralizado Sistema Centralizado

20 Comparativa simulación dinámica vs f-chart Para llegar a una fracción solar objetivo de un 60% para la configuración descentralizada, se propone el siguiente dimensionado equivalente para los tres sistemas: 36 captadores de 2,2 m2, es decir, un total de 79,2 m2 de superficie de absorvedor y una acumulación descentralizada de 100 l (que equivale a un volumen total de 4000 l.). Para la resta de configuraciones se propone una acumulación centralizada solar de 4000 l. Tomando estos parámetros, vemos que F-Chart no nos pide nada más. Así pues todos los sistemas a ojos del F-Chart son idénticos!

21 Comparativa simulación dinámica vs f-chart Sistema descentralizado

22 Comparativa simulación dinámica vs f-chart Sistema semicentralizado

23 Comparativa simulación dinámica vs f-chart Sistema centralizado

24 Comparativa simulación dinámica vs f-chart Descentralitzat Semicentralitzat Centralitzat F-Chart Demanda neta kwh Demanda bruta kwh Producció camp kwh Aportació Solar kwh Aportació Auxiliar kwh Consum Auxiliar kwh Fracció Solar % 62,8 67,9 65,0 85,6 -> 73, ,0 90,0 80,0 70,0 Valor f-chart x 0,86 f-chart f-chart corregit 60,0 50,0 40,0 Descentralitzat Semicentralitzat Centralitzat

25 Comparativa simulación dinámica vs f-chart Dependencia de la FS respecto a la superficie de captación en función del DTLM de los intercambiadores individuales en sistema semicentralizado 100,00 90,00 Fracció Solar (%) 80,00 70,00 60,00 50, , Superfície de captació (m2)

26 guión Contexto Métodos de cálculo actuales Paramétricos Simulación Dinámica Comparativa y análisis TRANSOL3.1 Integración en certificación energética

27 What is TRANSOL? But What is TRANSOL? TRANSOL is a dynamic simulation tool for the design, calculation and optimization of Solar Thermal Systems, based on detailed models programmed with TRNSYS. TRANSOL F8 TRNSYS

28 TRANSOL history TRANSOL history Development of internal decks 2003 TRANSOL schemes 2006 TRANSOL schemes!!

29 TRANSOL history 2009 (Nov!) TRANSOL sch! Including S.A.C. & Industry Also with!!

30 TRNSYS development s strategy Huge number of systems

31 TRANSOL and Solar Air-Conditioning The first Solar Air Conditioning System included in TRANSOL : heating, cooling and DHW absorption - adsorption heat driven chillers boiler for heating backup compression chiller for cooling back up and all general features of TRANSOL

32 TRANSOL features General features of TRANSOL 3.0: DHW, heating and cooling demand generation Possibility of calculation of heating & cooling loads or user input (external file) Basic geometrical parameters (4 front ways) Front windows percentage 15 kinds of construction Natural / mechanical ventilation Day / night heating profiles. Set temperature variation Consideration of internal gains and targeted by persons Consideration of artificial illumination internal gains. Natural light possibility Fixed mobile solar protections (overhangs, etc...)

33 TRANSOL features General features of TRANSOL 3.0: Worldwide meteorological data from Meteonorm 6 TMY2 generated from user data also possible, or introducing up to 6 different file formats by users Extended materials data base: collectors, boilers, heat exchangers, pipes, isolation,

34 TRANSOL features General features of TRANSOL 3.0: Several options for primary loop control: radiation, temperature, matchflow, fancoil dissipater, Shadow calculation: horizon and between rows. Bi-dimensional IAM definition (CPC, ETC)

35 TRANSOL features General features of TRANSOL 3.0: Customized reports Most significant temperatures monitoring graphs Energy balances (screen charts and graphs) Environmental balances (screen charts and graphs) Bombs operational time details (screen charts and graphs) Economic analysis

36 TRANSOL features General features of TRANSOL 3.0: Correlations between parameters Easiest way to introduce the possible great amount of parameters. Parametric runs: up to 25 simulations defined and results compared graphically Simulation time reduced More than 150 outputs in hourly and monthly basis for each simulation

37 TRANSOL features New features of TRANSOL 3.1: Multi language Catalan Spanish English French German Italian Sponsorized manufacturer products in DB Absorption Chillers Solar kits for MH

38 guión Contexto Métodos de cálculo actuales Paramétricos Simulación Dinámica Comparativa y análisis TRANSOL3.1 Integración en certificación energética

39 Certificación energética de edificios Las actuales herramientas de certificación energética no contemplan más aportación solar que la de ACS TRANSOL permitirá, a través de su conexion con CALENER VyP a través de PostCALENER la certificación de edificios con: SST para ACS y Calefacción SST para refrigeración

40 Dirección postal: AIGUASOL ENGINYERIA C/ Roger de Llúria 29, 3º 2ª E BARCELONA Tel: Fax: