PROYECTO EZ ARQUITECTOS SITUACIÓN: LOGROÑO (LOGROÑO)

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1 PROYECTO ENERGÍA SOLAR TÉRMICA PARA PRODUCCIÓN DE A.C.S. EZ ARQUITECTOS SITUACIÓN: LOGROÑO (LOGROÑO) ENERO 2007 REF: 0108 ESTVV 0

2 DATOS DEL SOLICITANTE SOLICITANTE... EZ ARQUITECTOS MUNICIPIO... Logroño PROVINCIA... Logroño DENOMINACIÓN... La Rioja_25 Viviendas Logroño_EZ ARQUI EMPLAZAMIENTO...Logroño - Logroño ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR I

3 - CONTENIDO - 1. INTRODUCCIÓN OBJETO DEL ESTUDIO DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES QUE SE DESEAN REALIZAR NECESIDADES ENERGÉTICAS A ABASTECER LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA DE LA INSTALACIÓN CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA PARÁMETROS AMBIENTALES MEDIOS PARTICULARIDADES DE LA INSTALACIÓN ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN IMPLANTACIÓN EN CUBIERTA PRODUCCIÓN ENERGÉTICA CON EL SISTEMA PROPUESTO ELEMENTOS PRINCIPALES PRESUPUESTO ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: necesidades de a.c.s. Bloque de 25 viviendas ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR II

4 Tabla 2: necesidades energéticas teóricas para el suministro de a.c.s... 6 Tabla 3: valores meteorológicos de situación y extremos de la estación de referencia para los cálculos Tabla 4: valores medios de radiación, temperatura ambiente y del agua de red Tabla 5: producción energética media de la instalación solar ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico 1: producción energética media de la instalación solar ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR III

5 1. INTRODUCCIÓN. EZ ARQUITECTOS ha solicitado a Fagor Electrodomésticos, s.coop. la realización de un estudio de energía solar térmica para incorporarlo al proyecto de arquitectura que están desarrollando para de dos bloques de 25 y 20 viviendas en la parcela R-19 (SEG), sector El Campillo, en el municipio de Logroño en la provincia de Logroño. La presente memoria se refiere al bloque de 25 viviendas. La instalación solar térmica estará destinada a abastecer las necesidades de agua caliente sanitaria (a.c.s.) que existirán en cada edificio. El aprovechamiento térmico de la energía solar conllevará una importante disminución del consumo de carburantes fósiles y la consecuente disminución de emisiones contaminantes que producen un beneficio ecológico a toda la sociedad además de distinguir de forma positiva a sus usuarios ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 1

6 2. OBJETO DEL ESTUDIO. La finalidad del estudio es la definición de los principales elementos de la instalación suministrados por Fagor Electrodomésticos, s.coop, así como la enumeración del resto de los principales componentes que el instalador deberá aportar para el completo funcionamiento de la instalación. El diseño de la instalación cumplirá con la normativa vigente ( Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios (RITE), así como el Código Técnico de la Edificación (CTE)) y los requisitos establecidos para acogerse a los programas de subvenciones autonómicos y estatales, si bien esta documentación debe considerarse como una información previa válida para avanzar en el análisis y diseño completo de la instalación. La instalación solar estará destinada a: Calentamiento de agua sanitaria. Este informe abarca: Sistema de captación solar. Sistema de fijación de captadores y estructura de apoyo. Sistema de intercambio de calor. Sistema de acumulación de energía solar. Sistema de bombeo y circulación. Sistema de purgado. Sistema de expansión y seguridad ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 2

7 Conexión con el sistema de apoyo. Circuitos hidráulicos. Sistema de regulación y control ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 3

8 3. DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES QUE SE DESEAN REALIZAR CARACTERÍSTICAS DEL EDIFICIO. El edificio objeto de este proyecto estará destinados al uso de viviendas y es de nueva construcción. De acuerdo con la arquitectura del edificio, se pretende situar los captadores solares en la cubierta del edificio. Estas cubiertas presentan una serie de obstáculos, chimeneas y casetones de ascensores y escaleras que condicionan la posición de los captadores para que no se formen sombras excesivamente perjudiciales NÚMERO DE USUARIOS DE LAS INSTALACIONES. Toda instalación solar debe estar diseñada y dimensionada en función del consumo energético existente. Para el caso que nos ocupa, el consumo estará directamente relacionado con el número de habitantes del edificio. Las necesidades energéticas en la producción de a.c.s. son proporcionales al volumen consumido y la temperatura del agua de red, y en consecuencia también al número de usuarios de las instalaciones. La siguiente tabla muestra el volumen de a.c.s. que se consumirá de acuerdo con los criterios del código técnico en vigor. Tabla 1: necesidades de a.c.s. Aplicación Litros/dí a a 60ºC Litros/dí a cálculos # Consum o litros/día Viviendas unifamiliares 30 por persona 30 0 Viviendas multifamiliares 22 por persona Hospitales y clínicas 55 por cama 55 0 Hotel **** 70 por cama ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 4

9 Aplicación Litros/dí a a 60ºC Litros/dí a cálculos # Consum o litros/día Hotel *** 55 por cama 55 0 Hotel/Hostal ** 40 por cama 40 0 Camping 40 por emplazamiento 40 0 Hostal/Pensión * 35 por cama 35 0 Residencia (ancianos, estudiantes, etc) 55 por cama 55 0 Vestuarios/Duchas colectivas 15 por servicio 15 0 Escuelas 3 por alumno 3 0 Cuarteles 20 por persona 20 0 Fábricas y talleres 15 por persona 15 0 Administrativos 3 por persona 3 0 Gimnasios 20 a 25 por usuario 25 0 Lavanderías 3 a 5 por kilo de ropa 5 0 Restaurantes 5 a 10 por comida 10 0 Cafeterías 1 por almuerzo 1 0 Consumo TOTAL a 60ºC Con este dato de volumen consumido, estimaremos las necesidades energéticas mensuales que existirán para la producción de a.c.s ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 5

10 4. NECESIDADES ENERGÉTICAS A ABASTECER PRODUCCIÓN DE A.C.S. Se considera una temperatura de producción del Agua Caliente Sanitaria de 60ºC y una temperatura de entrada del agua fría variable según el mes y la situación geográfica. La Tabla 2 muestra las necesidades energéticas teóricas para el abastecimiento de la demanda de a.c.s. Tabla 2: necesidades energéticas teóricas para el suministro de a.c.s. Necesidad Necesidad total / mes total / mes Mes m 3 a.c.s. kw*h 66, Enero 60, Febrero 66, Marzo 64, Abril 66, Mayo 64, Junio 66, Julio 66, Agosto 64, Septiembre 66, Octubre 64, Noviembre 66, Diciembre 786, Total 4.2. SISTEMA DE APOYO El sistema de apoyo para la instalación solar estará formado por una serie de calderas murales instantáneas de gas natural situadas en cada vivienda para el suministro individual de las necesidades de a.c.s ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 6

11 5. LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA DE LA INSTALACIÓN. La instalación solar proyectada, se encontrará situada en: Localidad: Logroño. Provincia: Logroño. Latitud: 42º50 Norte. Longitud: 2º33 Oeste ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 7

12 6. CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA En aplicación del CTE vigente, teniendo en cuenta los consumos calculados, el sistema de apoyo seleccionado, y que la zona climática donde se encontrará la instalación es la ZONA III, el porcentaje de cobertura solar mínima a conseguir con la instalación solar térmica es el 50% ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 8

13 7. PARÁMETROS AMBIENTALES MEDIOS. Para la realización de los cálculos es necesario seleccionar los datos de una de las estaciones meteorológicas. Ésta es: Localidad: Logroño. Provincia: La Rioja. Latitud: 42,5º Norte. Longitud: 2,33º Oeste. Esta estación meteorológica registra los datos de radiación solar y existe una base de datos lo suficientemente amplia como para poder realizar una tabla de radiaciones y temperaturas medias diarias para utilizarlas en los cálculos. Las posiciones de la instalación solar y la estación meteorológica se encuentran próximas. Los cálculos se realizarán con los datos de radiación solar y temperaturas registrados en esta estación que están recogidos en el Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura del Instituto para la Diversificación y Ahorro Energético (IDAE) ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 9

14 Tabla 3: valores meteorológicos de situación y extremos de la estación de referencia para los cálculos. Latitud 42,5 ºN Longitud 2,33 ºO Presión media 975 hpa Temperatura ambiente diurna media 15 º C Temperatura media de las máximas 19 º C Temperatura media de las mínimas 8 º C Temperatura mínima histórica -12 º C Temperatura máxima 43 º C Humedad relativa media 64 % Precipitación media mensual 388 mm Duración de la insolación anual horas Velocidad máxima de las rachas de viento 126 km/h Tabla 4: valores medios de radiación, temperatura ambiente y del agua de red Mes Rad (Wh/m 2 día) T amb máx. (ºC) T amb mín. (ºC) T agua de red (ºC) Enero ,3 2,2 6 Febrero ,5 3,1 7 Marzo ,3 4,4 9 Abril ,4 6,6 11 Mayo ,7 9,5 12 Junio ,2 12,7 13 Julio ,1 15,2 14 Agosto ,4 15,2 13 Septiembre ,5 12,9 12 Octubre ,6 9,3 11 Noviembre ,2 5,1 9 Diciembre ,6 3 6 Tabla de radiaciones, temperaturas máximas y mínimas medias diarias y temperaturas del agua de red utilizadas para los cálculos de dimensionamiento. Fuentes: Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura (IDAE). Instituto Nacional de Meteorología ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 10

15 8. PARTICULARIDADES DE LA INSTALACIÓN TIPO DE CAPTADORES A INSTALAR. El tipo de captador seleccionado para esta instalación es el Fagor modelo Solaria 2.8 AL. Debido a sus características técnicas de rendimiento es un captador muy apropiado para la situación geográfica en la que estará situada la instalación. Son captadores rectangulares y su tamaño es de * mm SITUACIÓN Y NÚMERO DE CAPTADORES SOLARES. Los captadores solares estarán situados en la cubierta del edificio. El número de captadores que se instalarán es 10. Estarán agrupados en 2 baterías de 5 unidades cada una. La entrada y salida del fluido se realizará por cada uno de los extremos opuestos de la batería para garantizar el correcto equilibrado hidráulico de cada una de ellas. Se respetarán las distancias mínimas, respecto los objetos que producen sombras, indicadas por el pliego de condiciones técnicas del I.D.A.E. para este tipo de instalaciones. Los captadores estarán orientados con una desviación de 16º respecto el Sur Geográfico y apoyados sobre una estructura metálica suplementaria que les dará la inclinación de diseño (22º respecto la horizontal) ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 11

16 9. ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN A B A B C D C D Interacumulador Racores de unión Conexión entrada Tapón T1 Purgador aire con llave de corte Centralita solar Fijación captadores Tapón vaciado I-1 R-1 Separador de aire M R-2 T3 I-2 03-G-01 Solaria Solaria C Antirretorno clapeta Válvula de esfera T1: Sonda térmica captador T2: Sonda térmica intercambiador T3: Sonda térmica acumulador 2 (inferior) P1: Bomba circuito solar P2: Bomba circuito solar B A Llenado y vaciado Válvula de seguridad P2 M Manómetro T2 Intercambiador Vaso de expansión P1 Prever calentamiento antilegionela A instalación de apoyo NC Válvula mezcladora Agua fría de red NA INSTALACIÓN COLECTIVA PRODUCCIÓN A.C.S. - CAPTACIÓN, ACUMULACIÓN Y APOYOS CENTRALIZADOS ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 12

17 10. IMPLANTACIÓN EN CUBIERTA ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 13

18 11. PRODUCCIÓN ENERGÉTICA CON EL SISTEMA PROPUESTO OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA Con objeto de obtener un máximo aprovechamiento de la energía captada, la instalación solar se destinará a los calentamientos descritos en el punto 2-objeto del estudio. La producción total media será de unos kwh al año, suponiendo una cobertura solar del 51,2% y evitando la emisión de 6,5 Ts de CO 2 también cada año PÉRDIDAS POR SOMBRAS Y DESVIACIÓN. La contribución solar está calculada teniendo, en cuenta las pérdidas existentes debido a las sombras y desviación existente respecto el Sur Geográfico. Estas pérdidas son menores que las máximas permitidas por el CTE PRODUCCIÓN SOLAR MEDIA La Tabla 5 muestra la producción media de la instalación solar ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 14

19 Tabla 5: producción energética media de la instalación solar. Temp E.solar E.solar Demanda Produc. Fracción Rendimiento Mes Agua red Incidente Captada Térmica Solar Solar instalación ºC MJ/mes MJ/mes MJ/mes MJ/mes % % Enero ,5 51,4 Febrero ,4 54,0 Marzo ,9 55,1 Abril ,2 56,3 Mayo ,7 59,1 Junio ,4 62,4 Julio ,9 64,5 Agosto ,7 64,3 Septiembre ,6 62,8 Octubre ,8 59,5 Noviembre ,3 55,5 Diciembre ,6 50,9 Total o media ,2 59,0 Gráfico 1: producción energética media de la instalación solar. Producción Solar y Déficit Energético Energía kw* Energía de Apoyo Energía Solar Necesidades Meses ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 15

20 Meses Media anual Radiación sobre captador (MJ/m2día) 9,5 13,0 17,0 16,8 17,0 17,8 19,7 19,9 18,6 14,9 11,2 8,5 15,3 Temperatura agua red (ºC) 6,0 7,0 9,0 11,0 12,0 13,0 14,0 13,0 12,0 11,0 9,0 6,0 10,3 Consumo (l/día) Consumo (Termias/día) Aporte solar (%) Consumo (m3/mes) 66,8 60,4 66,8 64,7 66,8 64,7 66,8 66,8 64,7 66,8 64,7 66,8 2,2 Consumo (Termias/mes) 3.609, , , , , , , , , , , ,1 107,2 Total Consumo Año (Termias) = Total Producción Año (Termias) = ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 16

21 12. ELEMENTOS PRINCIPALES SISTEMA DE CAPTACIÓN CAPTADORES SOLARES TÉRMICOS. Son los encargados de captar la radiación del Sol para aprovechar su energía, siendo sus características técnicas muy importantes para determinar el rendimiento de la instalación. Teniendo en cuenta el movimiento que realiza el Sol, de Este a Oeste, la orientación óptima del captador para obtener un máximo aprovechamiento debe ser hacia el Sur Geográfico. Desviaciones de hasta 20º hacia el Este u Oeste con respecto a la orientación Sur no afectan sensiblemente al rendimiento y a la energía térmica obtenida. La energía solar incidente sobre el captador hace que aumente su temperatura quedando ésta disponible para ser aprovechada haciendo circular un fluido a través de la tubería del captador y del circuito primario. Este fluido aumentará de temperatura pudiendo ser luego aprovechada su energía calorífica por un sistema de intercambio de calor. Fagor ofrece tres modelos distintos de captadores solares con dimensiones diferentes para adaptarse a las necesidades de cualquier instalación. En función de la demanda energética y las características de la ubicación de los captadores, deberemos seleccionar el modelo que mejor se adecue a las necesidades Características del captador. El captador seleccionado es el Solaria 2.8 AL ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 17

22 Fijaciones de los captadores. Fagor suministra las fijaciones necesarias para poder inclinar y orientar correctamente los captadores solares. Son sistemas modulares para formar baterías de hasta 6 captadores. Realizadas en acero galvanizado en caliente con ángulos de 40*40 mm, tornillería en acero inoxidable AISI 316 y diseñadas para ser fácilmente instaladas en cubiertas inclinadas y terrazas. La estructura soporte cumple las exigencias del Código Técnico de la Edificación SISTEMA DE INTERCAMBIO DE CALOR. m 2 de captación. Intercambiador de placas FAGOR IP-25 para el circuito primario solar. Para SISTEMA DE ACUMULACIÓN DE ENERGÍA SOLAR. El sistema de acumulación solar estará compuesto por un acumulador de inercia con agua de primario desde el que distribuirá calor solar a los interacumuladores solares situados en cada una de las viviendas. Con este diseño de sistema de acumulación se consigue que cada vivienda disponga de su propio sistema de acumulación individual por lo que sólo es necesario un contador de agua fría por cada vivienda Acumulador de inercia. Acumulador solar de INERCIA FAGOR DI Capacidad total: litros. Diámetro exterior 950 mm. Altura mm. 146 kg en vacío. Depósito para acumulación ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 18

23 de agua caliente en acero ST 37,2. Aislamiento térmico con espuma rígida de poliuretano inyectado en molde libre de CFC Interacumuladores en viviendas. Interacumulador MURAL VERTICAL de a.c.s. ISF-80M1. Interacumulador mural vertical de 80 litros de capacidad. Fabricado en acero vitrificado con serpentín interno para la producción de a.c.s.. Panel de control con termómetro. Termostato incorporado. Ánodo de magnesio con medidor de carga para la protección catódica del depósito. Aislamiento térmico con espuma rígida de poliuretano libre de CFC. Exterior de forro de poliprolipropileno acolchado desmontable. Dimensiones: Altura total 820 mm. Diámetro con aislamiento 480 mm. Peso en vacío 40 kg. Superficie de intercambio 0,7 m2. bar. Presión máxima en circuito de calentamiento 25 bar. Presión máxima de a.c.s. 10 Temperatura máxima circuito calentamiento 200 ºC. Temperatura máxima de acumulación de a.c.s. 90ºC SISTEMAS DE BOMBEO Y CIRCULACIÓN Circulación por captadores Para forzar la circulación del fluido caloportador a través del circuito primario solar se instalarán unas electrobombas de circulación resistente a las altas temperaturas (>120ºC) que pueden alcanzarse en los momentos de estancamiento de la instalación. Se instalará una bomba de circulación FAGOR BC 15/50. Para circuitos primarios de captación. Para instalaciones desde 15 m 2 hasta 50 m 2 de superficie de captación y 35 m de recorrido entre captadores y sistema de intercambio ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 19

24 El caudal en el circuito primario será de l/h Circulación para el calentamiento del acumulador Bomba de circulación para circuito de calentamiento del acumulador solar DE INERCIA. Bomba de circulación FAGOR BC 5/ Circulación para el calentamiento de los interacumuladores de las viviendas Se deberá instalar una bomba de circulación de calefacción en función del circuito de distribución a realizar de forma que se garantice la uniformidad de la distribución de calor por todos los interacumuladores SISTEMAS DE PURGADO DE CIRCUITOS. Cada una de las baterías de captadores tendrá en su punto más alto un separador de aire con purgador automático y llave de corte para poder realizar el llenado y puesta en marcha de la instalación. Estos purgadores deberán permanecer cerrados durante la normal utilización de la instalación. Sólo deben ser abiertos para las operaciones de mantenimiento de la instalación LÍQUIDO CALOPORTADOR. El circuito primario se utilizará una mezcla de agua y anticongelante Fagor LS- 25L suministrada en bidones de 25 litros ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 20

25 12.7. SISTEMAS DE EXPANSIÓN Y SEGURIDAD. En el circuito primario solar se instalará un depósito de expansión calculado en función del volumen total del circuito solar primario. Se instalará un depósito de expansión con un volumen total Fagor de 100 litros. En el circuito de acumulación solar se instalará un depósito de expansión calculado en función del volumen total del circuito y del depósito de inercia. Se instalará un depósito de expansión con un volumen total Fagor de 100 litros Válvulas de seguridad. El circuito solar primario de captadores tendrá una válvula de seguridad tarada a una presión máxima de 6 bar. Esta válvula estará conducida a un recipiente donde se acumulará el líquido anticongelante para ser posteriormente repuesto al circuito una vez haya desaparecido el motivo de la sobrepresión y con el circuito ya frío. El circuito secundario tiene una válvula de seguridad conducida al circuito de desagüe SISTEMA DE REGULACIÓN Y CONTROL DE LA INSTALACIÓN SOLAR. La instalación solar tiene más de 20 m 2 de captación solar. Por este motivo debe estar dotada de un sistema de control de la energía solar térmica aprovechada Control del sistema de calentamiento solar. TR0603. Regulación electrónica por diferencia de temperatura. Marca Fagor, modelo ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 21

26 12.9. CIRCUITOS HIDRÁULICOS Materiales, diámetro y aislamiento térmico de las tuberías. Todos los materiales utilizados en el circuito primario solar, tuberías y aislantes térmicos, deben soportar temperaturas de hasta 150ºC, por lo que se utilizará cobre rígido en todos los circuitos hidráulicos. Todas las tuberías se encontrarán calorifugadas con aislamiento tipo Kflex HT. El espesor será el marcado por la normativa vigente. En el exterior, donde el calorifugado esté expuesto, el calorifugado irá recubierto con protección contra los rayos solares UV y la acción de los pájaros. Las soldaduras serán del tipo soldadura fuerte o soldadura rica en plata que soporta los 150ºC que se pueden alcanzar en el circuito primario, por lo que es la única que se utilizará. Como alternativa a la soldadura fuerte se utilizarán las uniones de anillos opresores. Hay que colocar casquillos internos de refuerzo del cobre cuando se combinen con soldadura fuerte, ya que la soldadura fuerte es capaz de recocer el cobre Equilibrado hidráulico del circuito primario solar. El circuito primario solar, se encontrará equilibrado hidráulicamente. Para ello se realizará un circuito simétrico respecto las entradas y salidas de los captadores. En caso de imposibilidad de realizar esta simetría en el circuito, se instalarán válvulas de equilibrado hidráulico o se realizará un circuito con retorno invertido que garantice este equilibrio hidráulico ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 22

27 13. PRESUPUESTO ESTVV PROYECTO INSTALACIÓN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR 23