de la Edificación DB-HE Ahorro de Energía HE.4: Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria Germán López Lara

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1 Colegio Oficial de Aparejadores y Arquitectos Técnicos de CádizC Curso Código C Técnico T de la Edificación DB-HE Ahorro de Energía Departamento de Ingeniería a Energética Grupos de Termotecnia y Termodinámica mica HE.4: Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria Germán López Lara Septiembre - Octubre de 2006

2 Contenido 1. Generalidades 2. Caracterización y cuantificación de las exigencias 3. Cálculo y dimensionado 4. Mantenimiento

3 Generalidades Existencia de consumo de ACS Piscina cubierta Ámbito de aplicación Energía solar térmica hasta un determinado aporte (30%-%) En los edificios nuevos y en rehabilitaciones en los que se prevea una demanda de ACS. El porcentaje de aporte variará en función de: Demanda del edificio (l/día). Zona climática donde se ubique. Tipo de combustible convencional a sustituir.

4 ÁMBITO DE APLICACIÓN: Nueva construcción y rehabilitación de edificios existentes Disminución justificada de la contribución solar mínima en los siguientes casos: a) Aprovechamiento de energías renovables, procesos de cogeneración o fuentes de energía residuales procedentes de la instalación de recuperadores de calor ajenos a la propia generación de calor del edificio. b) Sobrepasar los criterios de cálculo que marca la normativa de aplicación. c) Inaccesibilidad al sol por barreras externas. d) Limitaciones no subsanables de la normativa urbanística aplicable. e) Protección histórico-artística. Justificación medidas ahorro térmico o emisiones Mejora aislamiento térmico Rendimiento energético equipos

5 CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LAS EXIGENCIAS. Contribución solar mínima (%). Caso General Demanda total de ACS del edificio (l/d) I II Zona climática III IV V >

6 CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LAS EXIGENCIAS. Contribución solar mínima (%). Caso Efecto Joule Demanda total de ACS del edificio (l/d) I II Zona climática III IV V > 6.000

7 CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LAS EXIGENCIAS. Contribución solar mínima (%). Climatización piscinas Zona climática I II III IV V Piscinas cubiertas

8 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.

9 Si en un mes del año el aporte solar real sobrepasa el 110 % o en más de tres meses seguidos el 100 % de la demanda energética: a) Disipación excedentes. b) Tapado parcial campo de captadores. c) Vaciado parcial campo de captadores. d) Desvío excedentes a otras aplicaciones existentes. SEGURIDAD INTRÍNSECA NSECA

10 Límites de pérdidas por orientación, inclinación y sombras: Orientación e inclinación OI Sombras S Total OI+S General 10 % 10 % 15 % Superposición 20 % 15 % 30 % Integración arquitectónica 40 % 20 % 50 % Orientación óptima Sur. Inclinación óptima función del periodo de utilización.

11 Cálculo y dimensionado Datos previos Condiciones generales de la instalación Criterios generales de cálculo Componentes Cálculo de las perdidas por orientación e inclinación Cálculo de las perdidas de radiación por sombras

12 Cálculo de la Demanda Tabla de referencia de consumos unitarios a 60 ºC (personas, cama, servicio, alumno, etc..). Adaptación de la temperatura de diseño a las características de uso. Ocupación plena (salvo uso turístico con ocupaciones parciales justificadas). A efectos de cálculo se agruparán los edificios de un recinto.

13 CÁLCULO Y DIMENSIONADO. Datos previos. Valores de la demanda según tabla a 60ºC.

14 CÁLCULO Y DIMENSIONADO. Datos previos. Para demandas a diferentes temperaturas, se debe utilizar la siguiente expresión: donde: En el uso residencial vivienda el cálculo del número de personas se obtiene de la siguiente manera: En caso de justificar un nivel de demanda de ACS que presente diferencias de más del 50% entre los diversos días de la semana, se considerará la correspondiente al día medio de la semana y la capacidad de acumulación será igual a la del día de la semana de mayor demanda.

15 Zonas Climáticas 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 media diaria anual sobre superficie horizontal.

16 Cálculo y dimensionado Datos previos Condiciones generales de la instalación Criterios generales de cálculo Componentes Cálculo de las perdidas por orientación e inclinación Cálculo de las perdidas de radiación por sombras

17 Cálculo y dimensionado ACS consumo suministro red

18 Cálculo y dimensionado Condiciones generales Instalaciones con circuito primario y secundario independientes. Las instalaciones de más de 10 m 2 correspondiendo a un solo circuito primario, éste será de circulación forzada. Fijación de unas condiciones en el fluido de trabajo respecto al: ph salinidad contenido en sales de calcio dióxido de carbono libre Fuera de los rangos establecidos el agua deberá ser tratada.

19 CÁLCULO Y DIMENSIONADO. Condiciones generales de la instalación. El fabricante, suministrador final, instalador o diseñador del sistema deberá fijar la mínima temperatura permitida en el sistema. Todas las partes del sistema que estén expuestas al exterior deben ser capaces de soportar la temperatura especificada sin daños permanentes en el sistema. Cualquier componente que vaya a ser instalado en el interior de un recinto donde la temperatura pueda caer por debajo de los 0 C, deberá estar protegido contra las heladas. Se debe dotar a las instalaciones solares de dispositivos de control manuales o automáticos que eviten los sobrecalentamientos de la instalación. Sistema disponga de drenajes como protección ante sobrecalentamientos, el agua caliente o vapor del drenaje no puede suponer peligro para los habitantes y no se produzcan daños en el sistema. En sistemas de ACS, temperatura de agua caliente en los puntos de consumo >60 C debe instalarse un sistema automático de mezcla u otro sistema que limite la temperatura de suministro a 60 C.

20 Cálculo y dimensionado Datos previos Condiciones generales de la instalación Criterios generales de cálculo Componentes Cálculo de las perdidas por orientación e inclinación Cálculo de las perdidas de radiación por sombras

21 Criterios generales de cálculoc Sistema de captación Captador certificado por el organismo competente conforme al RD 891/1980 de 14 de abril. Captadores del mismo modelo (recomendación). Para producción de ACS se recomiendan captadores con coeficiente global de pérdidas <10 Wm 2 /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 entre 6 y 10 m 2 de captador en serie dependiendo de la zona climática. Instalación de válvulas de cierre y de seguridad en cada batería de captadores. La conexión entre captadores y filas equilibradas hidráulicamente.

22 Conexionado de baterías as

23 Conexionado de baterías as

24 Equilibrado de circuitos

25 Criterios generales de cálculoc Sistema de acumulación solar Cálculo y diseño en función de las características de acumulación de la instalación. 50 < V/A < 180 Si hay varios depósitos se conectarán en serie invertida o en paralelo con los circuitos primario y secundario equilibrados. Instalaciones prefabricadas con termómetro en sitio visible para el usuario. Acumuladores superiores a 2 m 3 con válvulas de corte u otros dispositivos para cortar los flujos al exterior del depósito no intencionados en caso de daños al sistema. No se permite la conexión de un sistema de generación auxiliar en el acumulador solar.

26 Criterios generales de cálculoc Sistema de acumulación solar

27 Criterios generales de cálculoc Sistema de acumulación solar La conexión de entrada de agua caliente procedente de los captadores se realizará preferentemente entre el % de la altura del acumulador. La salida de agua fría del acumulador hacia 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.

28 CÁLCULO Y DIMENSIONADO. Criterios generales de cálculo. Caudal de diseño entre 1,2 l/s y 2 l/s por cada 100 m 2 de red de captadores Los tramos horizontales tendrán siempre una pendiente mínima del 1% en el sentido de la circulación. El aislamiento de las tuberías de intemperie deberá llevar una protección externa que asegure la durabilidad ante las acciones climatológicas. Las bombas en línea se montarán en las zonas más frías del circuito, teniendo en cuenta que no se produzca ningún tipo de cavitación y siempre con el eje de rotación en posición horizontal. En instalaciones superiores a 50 m² se montarán dos bombas idénticas en paralelo, dejando una de reserva, tanto en el circuito primario como en el secundario. Los vasos de expansión preferentemente se conectarán en la aspiración de la bomba.

29 Criterios generales de cálculoc Sistema de energía convencional de apoyo Obligatoriedad de un sistema de energía convencional de apoyo. Diseño del sistema para cubrir el servicio como si no se dispusiera del sistema solar. Prohibido el uso de energía convencional de apoyo 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 de apoyo es instantáneo, este será modulante.

30 Cálculo y dimensionado Diseño del sistema de control Correcto funcionamiento de las instalaciones. Buen aprovechamiento de la energía solar Heladas Sobrecalentamientos Funcionamiento de las bombas tipo diferencial. S 1 S 3 Criterios generales de cálculoc Diseño del sistema de medida Instalaciones mayores de 20 m 2 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 El tratamiento de datos proporcionará la energía solar térmica acumulada en el tiempo. S 2 S 4 Q

31 Cálculo y dimensionado Datos previos Condiciones generales de la instalación Criterios generales de cálculo Componentes Cálculo de las perdidas por orientación e inclinación Cálculo de las perdidas de radiación por sombras

32 Criterios generales de cálculoc Se recogen las características mínimas que deberán tener los componentes y materiales utilizados en el montaje de las instalaciones solares térmicas. Captadores: No está permitido el uso de captadores con absorbente de hierro. Utilizar captadores adecuados para la/s aplicación/es correspondiente/s según las especificaciones del fabricante. Acumuladores: Tuberías Válvulas: Componentes Listado de tratamientos y características de los acumuladores válidos. Materiales del circuito primario y secundario. Recomendación del uso de válvulas de acuerdo a la función que desempeñan.

33 Criterios generales de cálculoc Sistemas de llenado Recomendación de un llenado automático con depósito de recarga para mantener el circuito presurizado. Casos en los que es obligatorio. Válvula de llenado automático sin depósito de recarga. Llenado manual. Sistema eléctrico y de control. Componentes Sensores de temperatura colocados adecuadamente para medir correctamente la temperatura y aislados de las condiciones ambientales. Sondas de inmersión (preferentemente).

34 MANTENIMIENTO. Plan de vigilancia. Operaciones que permiten asegurar que los valores operacionales de la instalación sean correctos.

35 MANTENIMIENTO. Plan de mantenimiento. Operaciones de inspección visual, verificación de actuaciones y otros, que aplicados a la instalación deben permitir mantener dentro de limites aceptables las condiciones de funcionamiento, prestaciones, protección y durabilidad de la instalación. Revisión anual de la instalación para instalaciones con superficie de captación inferior a 20 m2 y una revisión cada seis meses para instalaciones con superficie de captación superior a 20 m2. Realizado por personal técnico cualificado. Todas las operaciones registradas en el libro de mantenimiento. Deben incluirse todas las operaciones de mantenimiento y sustitución de elementos fungibles o desgastados por el uso.

36 MANTENIMIENTO. Plan de mantenimiento. Sistema de captación

37 MANTENIMIENTO. Plan de mantenimiento. Sistema de intercambio

38 Ejemplos de aplicación 1. Hotel de 3 estrellas con 100 camas en las zonas I y V. Combustible auxiliar caldera de gasóleo. 2. Edificio multifamiliar de 40 viviendas con tres dormitorios cada vivienda en las zonas I y V. Combustible auxiliar gas natural

39 Ejemplos de aplicación 1. Tipo de edificio 2. Cálculo de la demanda 3. Zona climática 4. Tipo de combustible a sustituir 5. Contribución solar mínima 6. Dimensionado de la instalación para cubrir este aporte

40 Ejemplos de aplicación Tipo edificio Demanda diaria Zona climática Aporte mínimo exigido Superficie instalación (m 2 ) Hotel 3* 100 camas Edificio multifamiliar de 40 viviendas

41 Ejemplos de aplicación Cálculo de la demanda. Ejemplo 1 Criterio de demanda Viviendas unifamiliares Viviendas multifamiliares Hospitales y clínicas Hotel **** Hotel *** Hotel/Hostal ** Camping Hostal/Pensión * Residencia (ancianos, estudiantes, etc).../... Litros ACS/día a 60º C 30 por persona 22 por persona 55 por cama por cama 55 por cama 40 por cama 40 por emplazamiento 35 por cama 55 por cama 100 camas * 55 l/cama (60ºC) = l/día

42 Ejemplos de aplicación Tipo edificio demanda diaria Zona climática Aporte mínimo exigido Superficie instalación (m 2 ) Hotel 3* 100 camas 100 camas * 55 l/cama (60 ºC) = l/d Zona I Zona V Edificio multifamiliar de 40 viviendas

43 Ejemplos de aplicación Contribución solar mínima. Ejemplo 1 Porcentajes de aporte solar para ACS: Caso General Demanda total de ACS del edificio (I/d) Zona climática I II III IV V >

44 Ejemplos de aplicación Tipo edificio demanda diaria Zona climática Aporte mínimo exigido Superficie instalación (m 2 ) Hotel 3* 100 camas 100 camas * 55 l/cama (60 ºC) = l/d Zona I 30 % 56 Zona V % 114 Edificio multifamiliar de 40 viviendas

45 Ejemplos de aplicación Cálculo de la demanda. Ejemplo 2 Criterio de demanda Viviendas unifamiliares Viviendas multifamiliares Hospitales y clínicas Hotel **** Hotel ***.. Litros ACS/día a 60º C 30 por persona 22 por persona 55 por cama por cama 55 por cama 40 viv. * 4 per/viv. * 22 l/per (60ºC) = l/día

46 Ejemplos de aplicación Tipo edificio demanda diaria Zona climática Aporte mínimo exigido Superficie instalació n (m 2 ) Hotel 3* 100 camas 100 camas * 55 l/cama (60 ºC) = l/d Zona I 30 % 56 Zona V % 114 Edificio multifamiliar de 40 viviendas 40 viv. * 4 per./viv. * 22 l/ per.(60ºc)= l/d Zona I Zona V

47 HE 4 CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA DE AGUA Ejemplos de aplicación Contribución solar mínima. Ejemplo 2 Porcentajes de aporte solar para ACS: Caso General Demanda total de ACS del edificio (I/d) Zona climática I II III IV V >

48 Ejemplos de aplicación Tipo edificio demanda diaria Zona climática Aporte mínimo exigido Superficie instalación (m 2 ) Hotel 3* 100 camas 100 camas * 55 l/cama (60 ºC) = l/d Zona I 30 % 56 Zona V % 114 Edificio multifamiliar de 40 viviendas 40 viv. * 4 per./viv. * 22 l/ per.(60ºc)= l/d Zona I 30 % Zona V %

49 Ejemplos de aplicación Dimensionado de la instalación para cubrir este aporte. Ejemplo 2 40 viv. * 4 per/viv. * 22 l/per (60ºC) = l/día Dimensionado a 45ºC: D ( T ) = D i (T) 1 D ( T ) = D ( 60 i 12 i º C ) 60 T T T i i 32 l/ persona 40 viv * 4 per./viv. * 32 l/ pers.= l/día

50 Ejemplos de aplicación Tipo edificio demanda diaria Zona climática Aporte mínimo exigido Superficie instalación (m 2 ) Hotel 3* 100 camas 100 camas * 55 l/cama (60 ºC) = l/d Zona I 30 % 56 Zona V % 114 Edificio multifamiliar de 40 viviendas 40 viv. * 4 per./viv. * 22 l/ per.(60ºc)= l/d 40 viv. * 4 per./viv. * 32 l/per.(45ºc)= l/d Zona I Zona V 30 % % 32 62

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