ANEXO I. 1. Proyectos de frío solar con máquinas de absorción

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1 ANEXO I 1. Proyectos de frío solar con máquinas de absorción A continuación, se muestran varios proyectos de frío solar del IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía) en los cuales se utilizan máquinas de absorción. Instalación Frío Solar en Vivienda Unifamiliar Olivares (Sevilla). - Vivienda con 5 ocupantes (80 m 2 ). - Ocupación media anual: 100%. - Sistema convencional: bomba de calor, caldera de gas y chimenea de fundición (dependiendo de la zona a climatizar). - Sistema actual ACS: calentador instantáneo de gas. - 25,8 m 2 de captadores (10 IMS ML 3.0). - Volumen acumulador de inercia: 800 litros. - Volumen de acumulación de ACS: 200 litros. - Inclinación captadores: 15º. - Orientación captadores: 5º SO. - Máquina de absorción de 4,5 kw con disipación seca-aerotermo. - Instalación de sistemas de disipación en pozo (tendrá dos sistemas de disipación posibles). Figura 105. Instalación Frío Solar en Vivienda Unifamiliar Olivares (Sevilla). Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 202

2 Instalación Frío Solar en el Parque de las Ciencias (Granada). - Zona a climatizar: Sala de exposiciones y conferencias. - Ocupación media anual: 70%. - Superficie a climatizar: 60 m 2. - Sistema convencional calefacción y refrigeración: bomba de calor. - Superficie de captación: 25 m 2 (12 captadores GAMESA GS5000ST). - Volumen de acumulación de inercia: 800 litros. - Orientación captadores: 0ºS. - Máquina de absorción: Rotártica 045v (disipación mediante aerotermo integrada). Figura 106. Instalación Frío Solar en el Parque de las Ciencias (Granada). Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 203

3 Instalación Frío Solar de Solúcar (Sanlúcar la Mayor). - Zona a climatizar: Oficina en campo de trabajo. - Superficie a climatizar: 30 m 2. - Sistema convencional: bomba de calor. - Superficie de captación: 28 m2 (10 captadores IMS ML 3.0). - Volumen de acumulación de inercia: 800 litros. - Orientación captadores: 0ºS. - Máquina de absorción: Rotártica 045 de 4,5 kw (disipación exterior). - Sistema de disipación de la máquina de absorción: torre de refrigeración. - El sistema auxiliar funciona en paralelo a la instalación solar. Figura 107. Instalación Frío Solar de Solúcar (Sanlúcar la Mayor). Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 204

4 Instalación Frío Solar en el Parque Dunar (Matalascañas). - Zona a climatizar: Oficina de turismo en el Parque Dunar de Matalascañas. - Ocupación media anual: 100%. - Superficie a climatizar: 50 m2. - Sistema convencional calefacción: estufas eléctricas. - Sistema convencional refrigeración: ventiladores. - Superficie de captación: 25,2 m2 (12 captadores GAMESA GS5000ST). - Volumen de acumulación de inercia: 800 litros. - Orientación captadores: 0ºS. - Máquina de absorción: Rotártica 045v de 4,5 kw (aerotermo integrado para disipación). Figura 108. Instalación Frío Solar en el Parque Dunar (Matalascañas). Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 205

5 Figura 109. Monitorización instalación solar térmica Parque Dunar. Instalación Frío Solar en Vivienda Unifamiliar (Puerto de Santa María). - Zona a climatizar: salón y dos habitaciones. - Ocupación media anual: 100%. - Superficie a climatizar: 55 m 2. - Sistema convencional calefacción: estufas eléctricas. - Sistema convencional refrigeración: No. - Sistema existente ACS: instalación solar. - Superficie de captación: 28,8 m2 (12 captadores TERMICOL T25S). - Volumen de acumulación de inercia calor: 800 litros. - Orientación captadores: 0ºS. - Máquina de absorción: Rotártica 045 de 4,5 kw (disipación exterior). - Sistema de disipación: aerotermo exterior y pozo. - Energía auxiliar de apoyo: caldera de gas. - Circuitos sin válvulas de tres vías. Hay una bomba para cada uso o circuito. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 206

6 Figura 110. Instalación Frío Solar en Vivienda Unifamiliar (Puerto de Santa María). Instalación Frío Solar en Despacho Animalario (Murcia). - Despachos del Animalario de la Universidad de Murcia. - Ocupación media anual: 100%. - Superficie a climatizar: 40 m2. - Sistema convencional: bomba de calor. - Sistema convencional ACS: termo eléctrico. - Superficie de captación: 25 m2 (12 captadores GIORDANO C8 / 8-S.HI). - Volumen de acumulación de inercia de calor: 1500 litros. - Volumen de acumulación de ACS: 400 litros. - Orientación captadores: 0ºS. - Máquina de absorción: Rotártica 045v de 4,5 kw (disipación seca, aerotermo integrado). Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 207

7 Figura 111. Instalación Frío Solar en Despacho Animalario (Murcia). Instalación Frío Solar en La Manga Club (Cartagena). - Tienda de la Casa Club de Golf del complejo turístico La Manga Club. - Ocupación media anual: 70%. - Superficie a climatizar: 20 m 2. - Sistema convencional: bomba de calor. - Sistema convencional ACS: termo eléctrico. - Superficie de captación: 24 m 2 (tubos de vacío Viessmann mod. Vitosol 200). - Volumen de acumulación de inercia de calor: 1500 litros. - Volumen de acumulación de ACS: 200 litros. - Orientación captadores: 0ºS. - Máquina de absorción: Rotártica 045 de 4,5 kw (disipación exterior). - Sistema de disipación exterior, en lago. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 208

8 Figura 112. Instalación Frío Solar en La Manga Club (Cartagena). Instalación Frío Solar en Fundación Tierra Integral (Bullas). - Sala de exposiciones. - Ocupación media anual: uso puntual. - Superficie a climatizar: 60 m2. - Edificio bioclimático. - No existe sistema convencional de calefacción ni de refrigeración. - Superficie de captación: 25 m2 (10 Schucosol U5). - Volumen de acumulación de inercia de calor: 1500 litros. - Orientación captadores: 0ºS. - Máquina de absorción: Rotártica 045v de 4,5 kw (disipación seca, contra ambiente con aerotermo integrado). Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 209

9 Figura 113. Instalación Frío Solar en Fundación Tierra Integral (Bullas). Instalación Frío Solar en Centro de Energías Renovables, CRIE (Alcantarilla). - Zona a climatizar: 2 despachos. - Ocupación media anual: 100%. - Superficie a climatizar: 40 m2. - Sistema convencional calefacción: bomba de calor. - Sistema convencional refrigeración: bomba de calor. - Instalación perteneciente a ARGEM. - Superficie de captación: 22 m 2 (10 Isotherm Plus). - Volumen de acumulación de inercia calor: 1500 litros. - Orientación captadores: 0ºS. - Máquina de absorción: Rotártica 045v de 4,5 kw (disipación seca, contra ambiente con aerotermo integrado). Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 210

10 Figura 114. Instalación Frío Solar en Centro de Energías Renovables, CRIE (Alcantarilla). Instalación Frío Solar en Vivero de Empresas (Fuente Álamo de Murcia). - Zona a climatizar: Hall de entrada al edificio. - Ocupación media anual: 100%. - Superficie a climatizar: 30 m2. - Sistema convencional calefacción: sistema eléctrico. - Sistema convencional refrigeración: sistema eléctrico. - Superficie de captación: 40 m2 (14 BHR 2018, tubos de vacío de tubo de calor). - Volumen de acumulación de inercia calor: 3000 litros. - Orientación captadores: 30º SE. - Doble función del campo de captadores (visera de las ventanas de la fachada sur). - Máquina de absorción: Rotártica 045 de 4,5 kw (disipación exterior, aerotermo). - Instalación doble: cuenta con dos máquinas de absorción (total, 9 kw). Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 211

11 Figura 115. Instalación Frío Solar en Vivero de Empresas (Fuente Álamo de Murcia). Instalación Frío Solar en Centro Medioambiental Fuente Columbares (Cañadas de San Pedro). - Zona a climatizar: sala multiusos en el edificio principal del centro. - Edificación en zona de montaña aislada. - Ocupación media anual: eventual. - Superficie a climatizar: 60 m2. - Sistema convencional calefacción: estufa de biomasa. - Sistema convencional refrigeración: No. - Superficie de captación: 24 m2 (10 DISOL MAGNUM). - Volumen de acumulación de inercia calor: 1500 litros. - Orientación captadores: 25º SO. - Máquina de absorción: Rotártica 045v de 4,5 kw (disipación integrada). - Doble sistema de disipación, aerotermo integrado (disipación seca) y vaso de piscina. - Sistema de refrigeración: suelo radiante. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 212

12 Figura 116. Instalación Frío Solar en Centro Medioambiental Fuente Columbares (Cañadas de San Pedro). Instalación Frío Solar en Cifeas (Molina de Segura). - Zona a climatizar: despacho / sala de reuniones. - Ocupación media anual: 100%. - Superficie a climatizar: 60 m2. - Sistema convencional calefacción: bomba de calor. - Sistema convencional refrigeración: bomba de calor. - Superficie de captación: 22 m2 (10 Isotherm Plus). - Volumen de acumulación de inercia calor: 1500 litros. - Orientación captadores: 0ºS. - Máquina de absorción: Rotártica 045v de 4,5 kw (disipación seca, aerotermo integrado). Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 213

13 Figura 117. Instalación Frío Solar en Cifeas (Molina de Segura). Instalación Frío Solar en Universidad Politécnica de Cartagena. - Zona a climatizar: aula de estudio. - Ocupación media anual: 70%. - Superficie a climatizar: 30 m2. - Sistema convencional calefacción: bomba de calor. - Sistema convencional refrigeración: bomba de calor. - Superficie de captación: 22 m 2 (10 Isotherm Plus). - Volumen de acumulación de inercia calor: 1500 litros. - Orientación captadores: 0ºS. - Máquina de absorción: Rotártica 045v de 4,5 kw (disipación seca, aerotermo integrado). Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 214

14 Figura 118. Instalación Frío Solar en Universidad Politécnica de Cartagena. Instalación Frío Solar en Universidad Popular de Yecla. - Zona a climatizar: hueco central de escaleras y pasillos de acceso a las salas. - Ocupación media anual: 100%. - Superficie a climatizar: 55 m2. - Sistema convencional calefacción: No. - Sistema convencional refrigeración: No. - Superficie de captación: 22 m2 (10 Isotherm Plus). - Volumen de acumulación de inercia calor: 1500 litros. - Volumen de acumulación de ACS: 300 litros. - Orientación captadores: 0ºS. - Máquina de absorción: Rotártica 045v de 4,5 kw (disipación seca, aerotermo integrado). Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 215

15 Figura 119. Instalación Frío Solar en Universidad Popular de Yecla. Instalación Frío Solar en La Moncloa. Instalación de climatización con energía solar (110 m 2 ) e innovadora máquina de absorción en el Complejo de La Moncloa. Figura 120. Instalación Frío Solar en La Moncloa. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 216

16 La primera instalación solar térmica de refrigeración con una innovadora máquina de absorción rotativa, integrada en la instalación de climatización del edificio del Departamento de Seguridad. Potencia de refrigeración: 35 kw. Producción estimada: kwh/año. Emisiones evitadas: 26 t CO 2 /año. Instalación Frío Solar en una residencia de jubilados en Maclas (Francia). Instalación de frío solar en una residencia de jubilados en Maclas, en la región de los Alpes del Ródano en Francia. La instalación consiste en una maquina de absorción (Sonnenklima Suninverse, Alemania) con una capacidad de 10 kw acoplada a un campo de colectores de tubo de vacío de 24 m², y produce aire acondicionado para la zona de recreo y el restaurante. Figura 121. Instalación Frío Solar en una residencia de jubilados en Maclas (Francia). Instalación Frío Solar en el Instituto Tecnológico en Saint Pierre (Francia). Sistema solar de aire acondicionado en el instituto tecnológico Technology University Institute, en Saint Pierre (Isla de La Reunión), Francia. La instalación refrigera aulas (180 m² en total) y está constituida por 90 m² de colectores de doble vidrio SCHUCO, una máquina de absorción SCHUCO de LiBr de 30 kw y una torre de refrigeración húmeda. Especificaciones: clima tropical, sin sistema auxiliar. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 217

17 Figura 122. Instalación Frío Solar en el Instituto Tecnológico en Saint Pierre (Francia). Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 218

18 2. Planta de refrigeración solar con captador solar Fresnel Introducción. Gas Natural ha puesto en funcionamiento en Sevilla la primera planta de refrigeración solar de Europa con tecnología de absorción de doble efecto, que permite un mayor aprovechamiento de la energía solar para obtener frío apto para sistemas de climatización. Esta instalación está compuesta por un captador solar Fresnel de 352 m 2 de apertura y una máquina de absorción de doble efecto de 174 kw para cubrir parte de la demanda de frío del actual edificio de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla. Esta planta se ha puesto en marcha durante el mes de febrero de 2008 y es la primera de estas características en el mundo. El objetivo principal de este proyecto es adquirir experiencia para implantar el uso de instalaciones de refrigeración con aprovechamiento de la energía solar térmica en edificaciones del sector terciario y residencial, con criterios de máxima eficiencia energética y respeto medioambiental. Con esta instalación, Gas Natural pretende disponer de una herramienta de estudio que permita establecer los parámetros técnicos, económicos y medioambientales del diseño de instalaciones de este tipo para el sector terciario, mediante un control y monitorización adecuados. Asimismo, se pretende disponer de una instalación de referencia para demostrar la viabilidad técnica de estas aplicaciones. Figura 123. Captador solar tipo Fresnel. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 219

19 Esta primera instalación de refrigeración solar se ubica en el edificio Plaza de América de esta Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Sevilla. Esta ubicación presenta unas características idóneas tanto por la disponibilidad de espacio en la azotea para la instalación de los captadores solares, como por la demanda de refrigeración. Esta instalación, financiada por Corporación Tecnológica de Andalucía y realizada en colaboración con la ETSI y con la Asociación de Investigación y Cooperación Industrial de Andalucía (AICIA), pretende ser una herramienta de estudio que permita establecer los parámetros técnicos, económicos y medioambientales del diseño de este tipo de instalaciones Captador solar tipo Fresnel. En este sistema los espejos son planos y están colocados en horizontal, van girando a lo largo del día para ir reflejando los rayos solares sobre el tubo con el fluido calor portador. Es un sistema de concentración lineal que consiste en concentrar toda la radiación solar en un receptor lineal que esta situado por encima del espejo. Este sistema alcanza menores temperaturas al tener un menor grado de libertad de seguimiento solar. Figura 124. Una serie de reflectores lineales de Fresnel (LFR) es un sistema de foco en línea similar a los concentradores cilíndrico-parabólicos (CCP) en los que la radiación solar se concentra en un captador lineal invertido elevado mediante una serie de reflectores casi planos. Ventajas: bajos costes estructurales de apoyo, juntas de fluido fijas, receptor separado del sistema reflector, y largas longitudes de foco que permiten el uso de cristal convencional, los colectores LFR han atraído una creciente atención. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 220

20 2.3. Funcionamiento de la planta. Esta instalación funciona a partir de un captador que recoge la radiación del sol para calentar el agua, que después sirve para accionar una máquina climatizadora que transforma la energía térmica en frío. El gas natural sirve de energía de apoyo para mantener el proceso en funcionamiento en caso de que la radiación sea insuficiente. La radiación del sol se recoge en un captador solar de última generación para calentar agua hasta 180 C. El agua a esta temperatura se utiliza para accionar una máquina climatizadora que transforma la energía térmica en frío apto para la climatización de las dependencias de la escuela. Cuando la energía solar captada es insuficiente para accionar la máquina de climatización, el gas natural sirve de apoyo para mantener el proceso en funcionamiento. En invierno, en cambio, puede funcionar produciendo calor con un rendimiento del 95%. Como todos los equipos de este tipo, precisa de un sistema de disipación del calor generado en el absorbedor y condensador, para lo cual se utiliza una captación de agua del río Guadalquivir que actúa como sistema de refrigeración. En concreto, se aprovecha el circuito de agua de captación del río Guadalquivir que se creó para todos los edificios de la Expo 92. Esta planta de refrigeración solar tiene la particularidad y novedad de que incorpora un equipo de absorción de doble efecto de 174 kw asociado a captadores solares de media temperatura de tipo Fresnel. Este proyecto permitirá determinar el máximo aprovechamiento de la energía solar térmica para la producción de frío para refrigeración de edificios del sector terciario y residencial con gas natural como energía de apoyo. Adicionalmente, la máquina de absorción instalada incorpora un quemador de gas natural que entra en funcionamiento como fuente de energía auxiliar, de forma que se garantice la disponibilidad del servicio en momentos de carencia de potencia térmica desde el lado solar. Cuando la irradiación es insuficiente para accionar la máquina de absorción, la energía proporcionada por el gas natural sirve de apoyo para mantener el proceso en funcionamiento Reducción de emisiones. Con esta instalación funcionando en condiciones óptimas, se estima un ahorro anual de emisiones entorno a las 34 toneladas de CO2, que variará en función de la demanda y de las condiciones de insolación registradas. Además de la reducción de emisiones derivada de una menor demanda eléctrica para refrigeración, la sustitución de máquinas frigoríficas de ciclo de compresión por máquinas frigoríficas de ciclo de absorción comporta otro tipo de ventajas, como es el uso de refrigerantes no agresivos para el medio ambiente. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 221

21 2.5. Características de la planta. - Título del Proyecto: Refrigeración Solar por Absorción en el Sector Terciario. - Ubicación: Escuela Superior de Ingeniería, Universidad de Sevilla. - Finalización: marzo Coste: El coste total de la instalación ha sido de , y ha recibido incentivo de la CTA y la agencia IDEA (Junta de Andalucía). - Objetivo general: demostrar que la refrigeración solar es posible con un buen nivel de eficiencia energética para edificaciones del sector terciario. - Tareas principales: Construcción de la primera planta de Producción de frio con sistemas solares de concentración solar mediante lentes Fresnel combinada con una máquina de absorción de doble efecto. Desarrollar un programa de simulación para simular el funcionamiento de plantas de refrigeración solar y ampliar el alcance de CALENER añadiendo este programa como capacidad adicional Detalles técnicos del captador lineal Fresnel. - Fabricante: PSE AG. - Tecnología: concentrador lineal Fresnel (pre-comercial). - Potencia pico: 180 kw. - Superficie ocupada: 512 m 2. - Superficie de apertura: 352 m 2. - Longitud: 64 m (16 módulos). - N. espejos: 176 (11 filas). - Ventajas: Producción más económica que cilindro-parabólicos. Menor ocupación por kw. Baja carga de viento, menor impacto visual. Los espejos pueden girarse cuando llueve, en caso de sobrecalentamiento o cuando no hay suficiente demanda de calor. Limpieza más sencilla que cilindro parabólicos. Mecanismo de giro sencillo (un motor mueve 8 espejos). Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 222

22 Máquina de absorción de doble efecto. - Fabricante: BROAD. - Modelo: BZH 15 IX. - Tecnología: Doble efecto, ciclo LiBr / agua. - Potencia refrigeración: 174 kw. - Potencia calefacción: 135 kw. - COP Teórico en frío: 1,34. - COP Teórico en calor: 0, Temperatura entrada agua caliente: 165 C/180 C. - Accionada por agua sobrecalentada o quemador de gas de llama directa. - Refrigeración mediante agua bruta (captación Guadalquivir EXPO 92) Resultados. - Demanda total de la ESI durante verano 2008: kwh. - Porcentaje de refrigeración cubierto mediante la instalación de refrigeración solar: % (solar %). - Potencia sistema convencional: 1.233,2 kw. - En verano 2008 se ha aportado 1/3 de la potencia en momentos de máxima insolación. - Incidencias de poca entidad relacionadas con dilataciones en el captador solar y con estanquidad en el circuito hidráulico. - Elevadas inercias de la máquina de absorción que requieren la utilización del quemador de gas. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 223

23 Figura Herramienta diseño instalaciones refrigeración solar (SICAR). Objetivo y alcance de la aplicación: Cálculo del comportamiento energético de sistemas de producción de frío mediante una unidad de absorción asistida por energía solar. - Validado con los resultados empíricos obtenidos en la Instalación de refrigeración Solar de la Escuela de Ingeniería de Sevilla. - Incorporará la modelización de sistemas de almacenamiento térmico con materiales de cambio de fase (PCM). - Será presentado como documento reconocido a la Comisión Asesora para la Certificación Energética con el fin de legalizar la utilización futura del mismo como capacidad adicional de los programas CALENER VYP y CALENER GT. SICAR es fruto del convenio de colaboración entre Gas Natural y el Grupo de Termotecnia de la Asociación de Investigación y Cooperación Industrial de Andalucía, en el marco de un proyecto de I+D+i financiado por la Corporación Tecnológica de Andalucía. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 224

24 Conclusiones. - El proyecto ha permitido demostrar la viabilidad de esta solución, pudiendo cubrir hasta un tercio de la potencia requerida por la ESI para refrigeración. - Se evidencia que las soluciones de frío solar con buena eficiencia energética pasan por el uso del doble efecto, ya que el simple efecto sólo puede competir con sistemas convencionales de muy bajo rendimiento. - Se considera imprescindible la utilización de un cierto volumen de acumulación térmica para el circuito solar, para maximizar el aprovechamiento y controlar mejor las diferencias entre demanda y disponibilidad de recurso solar. - La instalación de sistemas de frío solar debe ir ligada a un estudio profundo de las necesidades de climatización del edificio, así como a un estudio de disponibilidad de recurso solar y a una optimización de las demandas energéticas. Para ello, será necesaria la formación de nuevos profesionales en esta materia que facilite el diseño de plantas y la integración de los diferentes equipos. - Existen numerosas experiencias piloto y de demostración en el campo del frío solar, pero todavía queda un largo camino a recorrer por parte de fabricantes en cuanto ampliar la gama de productos, la mejora de costes y de las estrategias de control Futuro del proyecto. En una ampliación de este proyecto, está previsto incluir en la instalación un sistema de almacenamiento térmico con materiales de cambio de fase para los momentos en que existe exceso de producción solar, de forma que pueda utilizarse la energía almacenada para producción de frío en periodos de baja insolación. Por otro lado, Gas Natural espera adquirir experiencia para implantar el uso de instalaciones de refrigeración con aprovechamiento de la energía solar térmica en edificaciones del sector terciario y residencial, con criterios de máxima eficiencia energética y respeto medioambiental. Los resultados obtenidos en la operación de esta instalación piloto, adecuadamente monitorizada, permitirán determinar las líneas de optimización técnica, medioambiental y económica que este tipo de instalaciones deben reunir, y establecer los criterios para el diseño de instalaciones similares. _ Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 225

25 Figura 126. Planta de refrigeración solar. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 226