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1 ~ GUlA COMPLETA DE LA ~ ~ ENERGIA SOLAR TERMICA y ~ TERMOELECTRICA (Adaptada al Código Técnico de la Edificación y al nuevo RITE) José Ma Fernández Salgado ~ --".. "'",.po ;"'", qr A. MADRID VICENTE, EDICIONES

2 Índice GUÍA COMPLETA DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Y TERMOELÉCTRICA (Adaptada al Código Técnico de la Edificación y al nuevo RITE) José Ma Femández Salgado l. INTRODUCCIÓN A LA ENERGÍA SOLAR, Antecedentes Unajustificación al estudio de la energía solar la 1.3. Fuentes de energía no renovable 12 a) Fuentes de Energía Fósil 12 b) Energía Geotérmica 13 c) Energía Nuclear Fuentes de energía renovable 14 a) Energía Solar 15 b) Energía Eólica " 15 c) Energía de la Biomasa 15 d) Diferencia de Temperatura Oceánica (OTEC) 16 e) Energía de las Olas 16 f) Energía Hidráulica 16 g) Energía de las Mareas Conclusiones sobre el aprovechamiento de las fuentes de energía " El Código Técnico de la Edificación Las perspectivas de mercado de la energía solar térmica Las' expectativas de desarrollo de la Energía Solar Térmica Las barreras de entrada para la energía solar térmica CONCEPTOS FUNDAMENTALES SOBRE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA La naturaleza de la energía solar La medición de la energía del sol: la constante solar La radiación normal extraterrestre Distribución espectral de la radiación solar Variación del flujo de energía con la distancia La radiación solar terrestre ENERGIA SOLAR TERMICA: TIPOLOGÍA y CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES Introducción Componentes de una instalación solar térmica Clasificación de las instalaciones solares térmicas Clasificación según el principio de circulación 40 a) Instalaciones termosifón 41 b) Instalaciones por circulación forzada Clasificación según el sistema de expansión 42 a) expansión abierta 42 b) expansión cerrada Clasificación según el sistema de intercambio Clasificación según la solución de integración con el sistema de energía auxiliar 45

3 GUÍA COMPLETA DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Y TERMOELÉCTRICA (Adaptada al Código Técnico de la Edificación y al nuevo RITE) a) acumulación solar y auxiliar centralizada. 45 b) acumulación solar centralizada que alimenta a una caldera de gas natural individual de tipo mixto modulante. 46 c) acumulación solar centralizada que alimenta a termos eléctricos 48 No es necesario preparar los termos eléctricos para el caso de la acumulación solar centralizada, al contrario de lo que ocurre si se utilizan calderas de gas 49 d) acumulación solar distribuida que alimenta a una caldera de gas individual natural de tipo mixto modulante. 49 e) Conclusiones Clasificación según la aplicación 52 a) producción de ACS 52 b) calentamiento de piscinas 54 c) apoyo a calefacción, 57 d) aplicaciones de refrigeración ENERGIA SOLAR TERMICA: EL SUBSISTEMA DE CAPTACIÓN Introducción Tipología de captadores solares de baja temperatura El captador solar plano " Factores a tener en cuenta en la elección de un captador solar plano Principales componentes de un captador solar plano. " 64 a) La cubierta transparente. 65 b) El aislamiento c) El absorbedor. 67 d) La carcasa El tratamiento del absorbedor El rendimiento estacionario del captador solar Características esenciales de los captado res solares planos Instalación del campo de captadores solares Dimensionado básico del campo de captadores Cálculo de pérdidas por sombras sobre el campo de captadores Cálculo de las pérdidas por orientación e Inclinación de los captado res solares Cálculo de la distancia entre filas de captadores Rendimiento de las instalaciones solares térmicas 82 a) Fracción solar y rendimiento medio anual 82 b) Factores que influyen en las prestaciones Estructuras soporte ENERGIA SOLAR TERMICA: EL SISTEMA HIDRAÚLICO Criterios generales 85 a) caudal 85 b) longitud. 85 c) equilibrado 85 d) seguridad 86 e) montaje y desmontaje 86

4 Índice 5.2. El equilibrado mediante la técnica de retorno invertido Diseño del sistema hidráulico 87 a) Tipos de configuración para conexión entre captadores 87 b) materiales en el sistema hidráulico Elementos del sistema hidráulico 89 a) bombas de circulación 90 b) tuberías 90 c) aislamiento 91 d) elementos de expansión 92 e) elementos de seguridad 93 j) elementos de purga de aire 94 g) elementos de vaciado y llenado de la instalación hidráulica 94 h) equipos de regulación y control Diseño del circuito hidráulico en instalaciones con circulación forzada 95 a) caudal de diseño 95 b) diseño de circuito y tuberías 95 c) bombas de circulación 96 d) expansión 96 e) seguridad 97 j) válvulas de corte 98 g)fluido de trabajo y protección anti-hielo ENERG1ASOLAR TERM1CA: EL SISTEMA DE INTERCAMBIO Conceptos básicos de transmisión de calor 101 a) introducción 101 b) transmisión de calor por conducción 101 c) transmisión de calor por convección 102 d) transmisión de calor por radiación El1ntercambiador de calor El coeficiente global de transmisión de calor Clasificación de los elementos de intercambio de calor 106 a) sistemas de intercambio externos 106 b) sistemas de intercambio internos Diseño y cálculo del sistema de intercambio 109 a) sistemas de intercambio externo 109 b) sistemas de intercambio Interno ENERG1ASOLAR TERMICA: EL SISTEMA DE ACUMULACIÓN Introducción Tipos de acumulador enfunción del sistema de intercambio 1l4 a) acumuladores sin intercambiador o de circuito abierto 114 c) interacumuladores con doble intercambio Tipos de acumulador enfunción del material 117 a) Generalidades 117 b) acumuladores construidos en acero con tratamiento vitrificado o esmaltado 117 c) acumuladores de acero inoxidable 119

5 GUÍA COMPLETA DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Y TERMOELÉCTRICA (Adaptada al Código Técnico de la Edificación y al nuevo RITE) 7.4. Condicionantes de diseño, Funcionamiento y optimización de los sistemas de acumulación 120 a) ubicación y condiciones de montaje., 120 b) capacidadde estratificación, 121 c) mezcla, 121 d) circulación interior., 121 j) pérdidas de calor g) corrosión Especificaciones de los equipos de acumulación 7.7. Criterios de selección del acumulador, Cálculo del sistema de acumulación 127 a) sistema de acumulación solar 127 b) sistema de acumulación de apoyo 8. ENERGIA SOLAR TERMICA: EL SUBSISTEMA DE CONTROL Introducción El sistema de control 134 a) Introducción 134 b) El control de carga 135 c) El control de instalaciones solares a caudal variable Requisitos del proyecto. ",,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,'''''''''''''''''''''''''''''''''''' Monitorización Equipos de medida 144 a) Medida de temperatura ", 144 b) Medida de caudal 145 c) Medida de energía, SEGURIDAD E HIGIENE EN INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS., Seguridad en instalaciones solares térmicas Higiene en las instalaciones solares térmicas EJEMPLO DE CALCULO DE INSTALACIÓN DE ENERGIA SOLAR TERMICA Generalidades, Configuración,, Datos de partida., Balance energético,, Trazado de tuberías, Dimensionado del intercambiador Dimensionado de las bombas de primario y secundario Dimensionado del vaso de expansión.,, Ejemplo de cálculo mediante programa de simulación por ordenador., ENERGIA SOLAR TERMICA: EL CODIGO TECNICO DE LA EDIFICACION. LA EXIGENCIA BASICA HE-4, La contribución solar mínima de agua caliente sanitaria, Caracterización y cuantificación de las exigencias Cálculo y dimensionado, 166

6 Índice Cálculo de pérdidas de radiación solar por sombras Mantenimiento NUEVAS APLiCACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA: REFRIGERACIÓN POR ABSORC1ÓN Descripción del ciclo frigorífico por absorción Rendimiento de los equipos de frío por absorción a gas natural Componentes de los equipos de absorción a gas natural Principales ventajas de la utilización del ciclo de refrigeración por absorción ntegración de los equipos de absorción con llama directa de gas natural. """""""" 201 a) 1ntegración con equipos eléctricos 202 b) 1ntegración con equipos de producción de frío por compresión a gas natural. 202 c) 1ntegración con calderas 202 d) 1ntegración con instalaciones de energías renovables (cogeneración y solar) La torre de refrigeración nterés energético e impacto ambiental Equipos de absorción con cogeneración Equipos de absorción con energía solar ARQUiTECTURA SOLAR E INTEGRACION ARQUITECTONICA Arquitectura y optimización energética Edíficación energéticamente eficiente Aprovechamiento pasivo de la energía solar Sistemaspasivos de calefacción " Ahorro Potencia! ntegración de captado res solares térmicos Generalidades Caso general Superposición sobre la cubierta 221 Esta solución puede aplicarse: Sustitución de elementos constructivos LA CALiFICACION ENERGETICA DE LOS EDIFICIOS Y EL NUEVO RITE Objetivos de la Calificación Energética de los Edificios Procedimiento básico para la certificación de eficiencia energética de los edificios de nueva construcción Generalidades Ambito Certificaciones y calificaciones de los edificios Calificación de eficiencia energética de un edificio Certificación de eficiencia energética de un edificio Certificado de eficiencia energética del proyecto Certificado de eficiencia energética del edificio terminado Validez, renovación y actualización del certificado de eficiencia energética La introducción de la etiqueta de eficiencia energética Uso de la etiqueta de eficiencia energética Información sobre el certificado de eficiencia energética. 229

7 GUÍA COMPLETA DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Y TERMOELÉCTRICA (Adaptada al Código Técnico de la Edificación y al nuevo RITE) La etiqueta de eficiencia energética Especificaciones técnicas de la metodología de cálculo de la calificación de eficiencia energética Generalidades Edificio a certificar y edificio de referencia Condiciones normales de funcionamiento y ocupación del edificio Cálculo de la demanda energética y del rendimiento Alcance y características de los programas informáticos La escala de eficiencia energética La escala de eficiencia energética para edificios de viviendas La escala de eficiencia energética para edificios destinados a otros usos El nuevo Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios (RITE) y la Energía Solar Térmica l. Generalidades Ambito de aplicación Eficiencia energética Diseño y dimensionado.(instrucción TECNICA IT.1) Montaje (INSTRUCCIÓN TECN1CA IT.2) Mantenimiento y USO (INSTRUCCIÓN TECNICA IT.3) Inspección (INSTRUCCIÓN TECNICA IT.4) NTRODUCClON A LA ENERGIA SOLAR TERMOELECTRICA l. Antecedentes El desarrollo legislativo Introducción a la tecnología Clasificación de los sistemas solares Experiencias en centrales eléctricas termosolares y tipos de concentración solar, Concentradores cilindro-parabólicos Sistemas de receptor central con campo de helióstatos Sistemas disco-stirling Comparativa de las diferentes tecnologías ENERGIA SOLAR TERMOELECTRICA: DESCRIPCIÓN DE LOS SUBSISTEMAS Generalidades Subsistema de concentración de energía solar Óptica parabólica y esférica Diagramas de rayos bidimensionales Colectores de líneafocal Discos de punto focal, Reflexión de energía al receptor Reflexión de rayos paralelos Reflexión de rayos no paralelos La contribución de los errores Subsistema de transformación de radiación solar en energía térmica 272

8 Índice " 16.4.Subsistema de almacenamiento de energía térmica Subsistema de conversión de energía térmica en eléctrica Subsistema de control Subsistema de adquisición de datos """..""""".."""""".."" """".." " ENERGIA SOLAR TERMOELECTRICA: ASPECTOS MEDIOAMBIENTALES Generalidades Emisiones del ciclo de vida."..".."..." 277 Disco parabólico Colector solar """'"'''''''''' Torre de energía "" " Ahorro global de emisiones de dióxido de carbono Cargas ambientales de la tecnología solar termoeléctrica 278 Impactos durante la construcción 279 Impacto visual "" " 280 Ruido Uso del suelo e impactos en los ecosistemas "" """".." " 281 Recursos de agua 281 Riesgoslaborales". "." " " 282 Otros impactos Resumen de impactos medioambientales potenciales ENERGIASOLAR TERMOELECTRICA:Perspectivas " Antecedentes " Estado del arte a nivel mundial " " Colectores cilindro-parabólicos Sistemas de receptor central Sistemas de discos parabólicos Combustibles solares y solarización de procesos industriales " Sistemas de Hornos Solares 293 Anexo I. DEFINICIONES 294 Anexo Il. NORMATIVA DE APLICACIÓN Y CONSULTA. 302 II.1. Referencias básicas." " 302 1l.2 Referencias recomendadas 303 Anexo /II. Cálculo de pérdidas por sombras. " " 306 Anexo IV Factor de corrección k para superficies inclinadas 312 Anexo V Energía solar incidente sobre superficie horizontal. 320 Anexo VI. Temperatura ambiente media en las horas de Sol (O CJ 322 BIBLIOGRAFÍA " 324

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