MANUAL PARA EL CUMPLIMIENTO DEL DOCUMENTO BÁSICO HE-4 SOBRE PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA POR ENERGÍA SOLAR TÉRMICA. Benito Anula Alameda

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1 MANUAL PARA EL CUMPLIMIENTO DEL DOCUMENTO BÁSICO HE-4 SOBRE PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA POR ENERGÍA SOLAR TÉRMICA. Benito Anula Alameda

2 HE-4.- SOBRE PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA POR ENERGÍA SOLAR TÉRMICA. 2

3 1.- PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA POR ENERGÍA SOLAR TÉRMICA INDICE 1. Generalidades 2. Caracterización y cuantificación de las exigencias. - Contribución solar mínima 3. Diseño y dimensionado. - Datos previos - Cálculo de la demanda - Zonas climáticas - Prescripciones técnicas de la instalación solar térmica. 4. Ejemplos GENERALIDADES OBLIGACIÓN DE INSTALACIÓN DE PANELES SOLARES TÉRMICOS EN LOS SIGUIENTES CASOS: PISCINAS CUBIERTAS DONDE EXISTA CONSUMO DE ACS * Podrán disminuirse justificadamente en ciertos casos: 1. Cuando se incorporen el aprovechamiento de otras energías renovables. 2. Cuando existan procesos de cogeneración o fuentes de energías residuales procedentes de la instalación de recuperadores de calor ajenos a la propia generación de calor del edificio (solo solar térmica). 3.Cuando el emplazamiento no cuente con suficiente acceso al sol por barreras externas al mismo. 4. Para el caso de edificios a rehabilitar, cuando existan graves limitaciones derivadas de la configuración previa del edificio existente o de la Normativa urbanística. 5. Para el caso de edificios de obra nueva, cuando existan graves limitaciones derivadas de la Normativa urbanística que le sea de aplicación, que haga evidente la imposibilidad de disponer de la superficie de captación necesaria. 6. Cuando así lo determine el órgano competente que deba dictaminar en materia de protección histórico-artística. Cuando se aplique estas reducciones se deberán plantear soluciones energéticamente equivalentes. Posibilidad de complementarse con Ordenanzas municipales. Para su entrada en vigor deberán existir unas prescripciones técnicas que sirvan de referencia para garantizar las correcta ejecución de las instalaciones. 3

4 Para cada zona climática y consumo consumo anual se fija una contribución o aporte solar mínimo anual (es decir la fracción entre los valores anuales de la energía solar aportada a consumo y la demanda energética anual, obtenidos a partir de los valores mensuales) entre 30% y 70%. Se consideran dos casos: - general (gasóleo, propano, gas natural u otras) - efecto Joule (mayor exigencia) 2. Contribución solar mínima (I) Demanda total de ACS del edificio (I/d) Zona climática I II III IV V > Porcentajes de aporte solar para ACS: Caso efecto Joule Demanda total Zona de ACS del edificio (l/d) I II III IV V > Porcentajes de aporte solar para climatización de piscinas Zona climática I II III IV V Piscinas cubiertas

5 Ocupaciones parciales de instalaciones de uso turístico: Aproximarse al máximo al nivel de contribución solar mínima. Limitado por el cumplimiento de la condición que en ningún mes del año la energía producida por la instalación podrá superar el 110 % de la demanda de consumo y no más de tres meses el 100 %. A estos efectos no se tomarán en consideración aquellos periodos de tiempo en los cuales la demanda se sitúe un 50 % por debajo de la media correspondiente al resto del año, tomándose las medidas de protección adecuadas. La orientación e inclinación del sistema generador y las posibles sombras sobre el mismo serán tales que las pérdidas sean inferiores a los límites de la tabla Orientación e inclinación OI Sombras S Total OI + S General 10 % 10 % 15 % Superposición 20 % 15 % 30 % Integración arquitectónica 40 % 20 % 50 % Cálculo de la demanda Independientemente del uso al que se destine la instalación si en algún mes del año el aporte solar real sobrepasa el 110 % de la demanda energética o en más de tres meses seguidos el 100 % se tomarán las siguientes medidas: a) dotar a la instalación de un equipo que permita disipar dichos excedentes; (recomendada para vivienda) b) tapado parcial del campo de captadores; c) vaciado parcial del campo de captadores; d) desvío de los excedentes energéticos a otras aplicaciones existentes; (recomendada para vivienda) * Se incorpora tabla de referencia de consumos unitarios a 60 ºC (dormitorios, cama, servicio, alumno, etc..). * Adaptación de la temperatura de diseño a las características de uso. * Ocupación plena (salvo uso turístico con ocupaciones parciales justificadas). * Agrupación de edificios en un recinto a efectos de cálculo 5

6 ZONAS CLIMÁTICAS Las cinco zonas climáticas Canarias: Zona V FASES DEL DISEÑO Y CONDICIONES DE INSTALACIÓN. Criterios generales de diseño Instalaciones con circuito primario y secundario independientes, con producto químico anticongelante. Instalaciones de más de 10 m2 con un solo circuito primario, éste será con circulación forzada. Zona 1: H < 3,8 Zona 2: 3,8 H <4,2 Zona 3: 4,2 H < 4,6 Zona 4: 4,6 H<5,0 Zona 5: H 5,0 H se mide en kwh/m 2 Fuente: INM.Generado a partir de isolineas de radiación solar global anual sobre superficie horizontal Fijación de unas condiciones en el fluido de trabajo respecto al: ph salinidad contenido en sales de calcio dióxido de carbono libre acorde del agua del fluido del trabajo. Fuera de los rangos el agua deberá ser tratada Protección contra las heladas. Sobrecalentamientos. Protección contra los sobrecalentamientos. Protección contra las quemaduras. Sistema automático de mezcla o limitación de temperatura de suministro en los puntos de consumo. Resistencia a presión. Prevención de flujo inverso Componentes Sistema de captación. El panel solar *.Captador certificado por el organismo competente conforme al RD 891/1980 de 14 de abril. 6

7 * Se recomienda captadores del mismo modelo. * Para producción de ACS se recomienda captadores con coef. <10 Wm2/ºC. * Conexionado de captadores en filas de igual número en serie o paralelo: Filas constituidas, preferentemente, por el mismo número de elementos conectados en serie, en paralelo ó en serie-paralelo. Dentro de una fila, para la aplicación de ACS no más de tres captadores en serie. Instalación de válvulas de cierre y de seguridad en cada batería de captadores. *.Se recomienda Equilibrado hidráulico por retorno invertido. SISTEMAS INTEGRADOS SISTEMAS COMPACTOS TERMOSIFÓNICOS La acumulación * Cálculo y diseño en función de las características de acumulación de la instalación. *.La conexión de entrada de agua caliente procedente de los captadores se realizará preferentemente entre el % de H. *.La salida de agua fría del acumulador hacia el los captadores se realizará por la parte inferior de este. *.La alimentación del agua fría se realizará por la parte inferior y la salida a consumo por la parte superior. *.No se permite la conexión de un sistema de generación auxiliar en el acumulador solar. 7

8 Diseño del sistema de intercambio *. Para el caso de intercambiador independiente, la potencia mínima del intercambiador P. P 500.A P potencia mínima del intercambiador [W]; A el área de captadores [m²]. *. Para el caso de intercambiador incorporado al acumulador, la relación entre la superficie útil de intercambio y la superficie total de captación no será inferior a 0,15. Sistema de energía convencional auxiliar *. Obligatoriedad de un sistema de energía convencional auxiliar. *. Diseño del sistema para cubrir el servicio como si no se dispusiera del sistema solar. *. Prohibido el uso de energía convencional auxiliar en el circuito primario de captadores. *. Sistema de energía preparado para cumplir con la legislación en prevención y control de la legionelosis. *. Si el sistema de energía convencional auxiliar es instantáneo, este será modulante. Diseño del sistema de control *. Asegurará el correcto funcionamiento de las instalaciones. Heladas Sobrecalentamientos. *. Con circulación forzada, control diferencial de las bombas. Diseño del sistema de medida *. Instalaciones mayores de 20 m2 deberán tener al menos un sistema analógico de medida local que indique como mínimo: Tª y caudal del agua fría de red Tª salida acumulador solar 8

9 Cálculo de las perdidas por orientación e inclinación Determinación de los límites en la orientación e inclinación de los módulos de acuerdo a las pérdidas máximas permisibles. Perdidas en función de: - Angulo de inclinación (β) - Angulo de acimut (α) Perfil del módulo N Cálculo de las perdidas de radiación por sombras Determinación de las perdidas de radiación que experimenta una superficie debido a las sombras circundantes. Diagrama de trayectoria del sol para Canarias Tabla de referencia β O E α S 9

10 DISTANCIA MÍNIMA ENTRE FILAS DE CAPTADORES La distancia d, medida sobre la horizontal, entre una fila de captadores y un obstáculo, de altura h, que pueda producir sombras sobre la instalación deberá garantizar un mínimo de 4 horas de sol en torno al mediodía del solsticio de invierno. Esta distancia d será superior al valor obtenido por la expresión: d = h / tan (61 latitud) donde 1/ tan (61 latitud) es un coeficiente adimensional denominado k. Algunos valores significativos de k se pueden ver en la tabla 7 en función de la latitud del lugar La separación entre la parte posterior de una fila y el comienzo de la siguiente no será inferior a la obtenida por la expresión anterior, aplicando h a la diferencia de alturas entre la parte alta de una fila y la parte baja de la siguiente, efectuando todas las medidas de acuerdo con el plano que contiene a las bases de los captadores. FUENTE: PCT IDAE PÉRDIDAS POR SOMBRAS Estudio de una superficie ubicada en Madrid, inclinada 30 y orientada 10 al Sudeste. Perfil de obstáculos NOTA: Es recomendable llegar hasta un valor de K=2 EN CANARIAS PARA DISPONER DE MÁS DE 4 HORAS SIN SOMBRA EN INVIERNO. En la figura 10 aparecen algunos ejemplos de la toma de datos relativos a h y d. 10

11 Tabla de referencia Mantenimiento *.Plan de vigilancia *.Plan de mantenimiento Instalaciones < 20 m2 Instalaciones > 20 m2 Alcance Apéndices *.Apéndice A: Terminología *.Apéndice B: Tablas de referencia *.Apéndice C: Norma de referencia Cálculos: Pérdidas por sombreado (% de irradiación global incidente anual) = = 0,25 B4 + 0,5 A5 + 0,75 A6 + B6 + 0,25 C6 + A8 + 0,5 B8 + 0,25 A10 = 0,25 1,89 + 0,5 1,84 + 0,75 1,79 + 1,51 + 0,25 1,65 + 0,98 + 0,5 0,99 + 0,25 0,11 = 6,16 % FUENTE: PCT IDAE 11