ESTUDIO COMPARATIVO DE 7 DIFERENTES INSTALACIONES DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA PARA MULTIVIVIENDAS SEGÚN NUEVO CTE/HE4

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1 ESTUDIO COMPARATIVO DE 7 DIFERENTES INSTALACIONES DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA PARA MULTIVIVIENDAS SEGÚN NUEVO CTE/HE4 0. OBJETIVO DEL ESTUDIO El CTE-HE4 ha impulsad un rt imprtant para ls prfsinals d la indústria d la nrgía slar térmica. En l trritri spañl s cnstruy pr añ aprximadamnt uns vivindas n la dificación tip multivivinda. El ptncial d ahrr nrgétic d sta cantidad d vivindas quipadas cn sistmas slars térmicas para la prducción d ACS s pud stimar a uns MWh/añ. La pérdida d sl un 5 % n ficincia nrgética n dichas instalacins crrspnd a una cifra d MWh/añ. El pnnt quir facilitar uns critris rintativs qu sirvan para l cnstructr / prmtr, l arquitct, la ingniría, la instaladra tal cm para la ntidad pública y ls fabricants dl ram n l mmnt d tmar dcisins rspctivas. La hrraminta principal d st studi cmparativ s un prgrama d cálcul d simulación dinámica. S nfcará las sit cnfiguracins más cmuns d nrgía slar térmica para ACS n la dificación tip multivivinda. S trata gnralmnt d sistmas dcntralizads, smidcntralizads y cntralizads. S cnsidrá un difici tip cn l mism prfil d cnsum quipad simpr cn l mism camp d clctrs slars cálculandl cn ls dats climatlógics d Madrid zna d cuadr vints S prsntará ls rsultads d la simulación dinámica anual pr pass d 30 minuts rfrnt : 0.1. COMPARACIÓN ENERGÉTICA La fracción slar anual sgún critri dl CTE La ficincia nrgética dl camp d captadrs slars La ficincia nrgética dl sistma Cnsum nrgétic d las bmbas rcirculadras 0.2. COMPARACIÓN ECONÓMICA Estimación d cst dl sistma ttal Estimación d cst sistma slar Estimaciçn d cst dl sistma sin nrgía slar 0.3. COMPARACIÓN PÉRDIDAS DEL SISTEMA Pérdidas nrgéticas pr part d la tubría dl circuit primari Pérdidas nrgéticas pr part d la rcirculación intrir cn sus drivacins a ls substacins d cada pis

2 Pérdidas nrgéticas pr part dl sistma d acumulación 0.4. VALORACIÓN TIPO DE INSTALACIÓN Dificultads técnicas principals 1. DEFINICIÓN DEL MÉTODO DEL ESTUDIO Dtrminación d la dmanda d ACS sgún critri CTE para un difici multivivinda tip cn unas caractrísticas muy standard rfrnt su frcuncia n al cnstrucción Dtrminación d un prfil cmun dl cnsum d ACS pr día y ms Dtrminación cmun dl lugar, d la tmpratura cmun dl agua d la rd, d las caractrísticas mtrlógicas idénticas Dtrminación d un camp d captadrs cmun Dtrminación d un sistma d tubría cmun rfrnt lngitud, diámtrs y matrial d aislamint Dtrminación d una rati cmun ntr acumulación / m 2 d captación slar 1.1. HERRAMIENTA DE CÁLCULO SIMULACIÓN ESTÁTICA SIMULACIÓN DINÁMICA Métd d cálcul d simulación dinámica dl prgrama Transl s basa n l métd TRNSYS. En pass d cálcul n timp d una hra mnr l prgrama rlacina ls paramtrs principals d un sistma trmdinámic n una manra simultána, dtrminand ganancias y pérdidas pr jmpl d la tubría, d la acumulación. GRAFICA DE EVOLUCIÓN DE TEMPERATURAS PROGRAMA TRANSOL

3 En España l métd d cálcul para sistmas slars térmicas más frcunt s l prgrama F-chart qu rlacina l dmanda nrgética d ACS únicamnt cn la aprtación slar n pass pr mss. S trata d un métd státic simplificad qu stima las ganancias slars apt para sistmas pquñas simpls. En sistmas cmpljs cm tip multivivnda su margn d rrr s muv nrmalmnt ntr un 20 hasta un 40 %. 2. PARÁMETROS DE SIMULACIÓN 2.1. UBICACIÓN Cm rfrncia s ha dtrminad un lugar n l cntr d España ligind Madrid, Cuatr Vints. Zna climática sgún CTE-HE4 = IV Cntribución slar mínima = 60 % Latitud = 40,38º Lngitud = 3,78º 2.2. DATOS METEROLÓGICOS (METEONORM ) Estación mtrólgica: Madrid-Cuatr Vints. Tmpraturas ambint mdias (ºC): Enr Fbrr Marz Abri l May Juni Juli Agst Sptimbr Octubr Nvimbr Dicimbr Irradiación slar sbr l plan hrizntal (kwh/m2.día): Enr Fbrr Marz Abri l May Juni Juli Agst Sptimbr Octubr Nvimbr Dicimbr Tmpratura d agua fría (ºC): Enr Fbrr Marz Abri l May Juni Juli Agst Sptimbr Octubr Nvimbr Dicimbr DEFINICIÓN EDIFICIO TIPO Y CONSUMOS SEGÚN CTE-HE4

4 S ha dfinid un difici tip multivivinda qu crrspnd sgún xprincia prfsinal dl pnnt a una cnfiguración muy típica: Edifici d 5 alturas Ds plantas d cada una cn 6 vivindas d 2 drmitris Ds plantas d cada una cn 4 vivindas d 3 drmitris Una planta Duplx cn 6 vivindas Tip d vivinda 2 Drmitris A 3 Drmitris B 4 Drmitris C Ttal Unidad Numr usuaris/vivinda Numr usuaris ttal Cnsum diári 22 l a 60ºC CÁLCULO Y PERFIL DE CONSUMO

5 3. PARÁMETROS COMUNES DE LAS CONFIGURACIONES 3.1. CAMPO DE CAPTADORES SOLARES Clctr d alta slctividad para rducir suprfici d instalación n la cubirta Suprfici d absrción ttal [m 2 ] 43,8 Inclinación rsp. Hriznt [º] 40,0 Azimut [º] 0,0 Numr d captadrs n sri 2 Caudal dl camp [kg/h.m 2 ] 45,7 Caudal primari 1.999,9 (salv dscntral dirct) [kg/h] (2.600) Caractrísticas dl Captadr (sgún infrm CENER) Mdl gnéric [m 2 ] 2,19 η 0 rndimint óptic 0,793 a 1 factr d pérdidas 1. rdn [W/m 2 K] 3,33 a 2 factr d pérdidas 2. rdn [W/m 2 K 2 ] 0,02 Mdificadr d angul d incidncia K50 [-] 0,95 Caudal d disñ [kg/h.m 2 ] 91, ACUMULACIÓN SOLAR Rati acumulación slar / m 2 captación = 77,63 litrs / m TUBERÍA Cm matrial d aislamint s ha dfinid para tds ls cnducts l matrial Plitiln (tip Armaflx)

6 Circuit primari xtrir Circuit primari intri Circuit distribución (bajants) (salv sistma ) Circuit distribución (substación) salv sistma ) Diámtr [m] Lngitud [m] Esp. aislamint [m] Cf. cnduct. [W/m.ºC] 0,035 15,0 0,030 0,035 0,035 1,0 0,030 0,035 0,042 (0,035) 0,018 (0,015) 0,042 (0,035) 8,0 (7,0 sist.3) 0,030 0,035 0,030 0, INTERCAMBIADOR CIRCUITO SOLAR / SECUNDARIO Ptncia intrcambiadr: T primari: T scundari: 30,66 kw 10 K 20 K 3.5. REGULACIÓN CIRCUTIO SOLAR Rgulación pr radiación: 300 W/m 2 aranqu 250 W/m 2 apagad 4. CONFIGURACIONES DE LAS INSTALACIONES A cntinuación s cnsidra las caractrísticas particulars d cada cnfiguración 4.1. Sistma dscntral sin spraración dl sistma = DESCENTRAL 1

7 4.1.1 Acumulación dscntralizada: Tip d vivinda 2 Drmitris A 3 Drmitris B 4 Drmitris C Vlumn [m 3 ] 0,100 0,125 0,200 Altura acumuladr [m] 0,928 1,000 1,170 Espsr aislamint [m] 0,03 0,03 0, Caractrísticas Bmba circuladra circuit slar: Caudal: 2584,20 kg./h para btnr 100 l / h caudal útil para intrcambiadr intrn d cada acumualdr substación Ptncia: 228 W 4.2. Sistma dscntral cn sparación d sistma = DESCENTRAL Acumulación dscntralizada:

8 Tip d vivinda 2 Drmitris A 3 Drmitris B 4 Drmitris C Vlumn [m 3 ] 0,100 0,125 0,200 Altura acumuladr [m] 0,928 1,000 1,170 Espsr aislamint [m] 0,03 0,03 0, Caractrísticas Bmba circuladra circuit slar: Caudal: Ptncia: 1999,91 kg./h 110 W Caractrísticas Bmba circuladra circuit scundari Caudal : Ptncia : 2600,00 kg./h para btnr 100 l / h caudal útil para intrcambiadr intrn d cada acumualdr substación 255 W 4.3. Sistma smicntralizad dirct = SEMIDIR 3

9 Acumulación slar cntralizada Vlumn [m 3 ] 3,400 Altura acumuladr [m] 3,007 Espsr aislamint [m] 0, Caractrísticas Bmba circuladra circuit scundari intrir Caudal : 4850,00 kg./h para btnr 12,5l / min caudal útil para intrcambiadr substación - cf. simult.: 0, Sistma smicntralizad cn intrcambiadr individual = SEMI 4

10 Acumulación slar cntralizada Vlumn [m 3 ] 3,400 Altura acumuladr [m] 3,007 Espsr aislamint [m] 0, Caractrísticas Bmba rcirculadra circuit scundari intrir Caudal: 850,00 kg./h 4.5. Sistma smicntralizad cn intrcambiadr cntralizad = SEMI 5

11 Acumulación slar cntralizada Vlumn [m 3 ] 3,400 Altura acumuladr [m] 3,007 Espsr aislamint [m] 0, Caractrísticas Bmba rcirculadra circuit scundari intrir Caudal: 850,00 kg./h 4.6. Sistma cntralizad indirct = CENTRALINDIR 6

12 Acumulación slar cntralizada Vlumn [m 3 ] 3,400 Altura acumuladr [m] 3,007 Espsr aislamint [m] 0,100 Vlumn Auxiliar [m 3 ] 1000 Altura acumuladr [m] 2,00 Espsr aislamint [m] 0, Sistma cntralizad dirct = CENTRALDIR 7

13 Acumulación slar cntralizada Vlumn [m 3 ] 3,400 Altura acumuladr [m] 3,007 Espsr aislamint [m] 0,100 Vlumn Auxiliar [m 3 ] 1000 Altura acumuladr [m] 2,00 Espsr aislamint [m] 0, RESULTADOS

14 RESUMEN SISTEMAS DESCENTRAL 1DESCENTRAL 2 SEMIDIR 3 SEMI 4 SEMI 5 CENTRALINDIR CENTRALDIR 7 6 FRACCION SOLAR (%) EFICIENCIA DEL SISTEMA (%) EFICIENCIA DEL SIST. CAPTACION (%)

15 ENERGIA AUXILIAR DESCENTRAL 1 DESCENTRAL 2 SEMIDIR 3 SEMI 4 SEMI 5 CENTRALINDIR CENTRALDIR 7 6 COSTE DE LA ENERGIA AUXILIAR ( UROS) Captación ttal (kwh/añ) DESCENTRAL 1 DESCENTRAL 2 SEMIDIR 3 SEMI 4 SEMI 5 CENTRALINDIR 6 CENTRALDIR 7 PRODUCCION SOLAR ACUMULACION TUBERIA

16 RESUMEN GENERAL: Ls sistmas smidscntralizads dstacan pr su mayr fracción slar, pérdidas d acumulación rducidas, csts d nrgía auxiliar más bajs, ficincia dl sistma y ficincia dl camp d ls captadrs más quilibrada.