UTILIZACIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES EN EDIFICIOS. Curso

Transcripción

1 UTILIZACIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES EN EDIFICIOS Curso Pablo Díaz Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones Área de Ingeniería Eléctrica Escuela Politécnica - Universidad de Alcalá Despacho S 331 pablo.diaz@uah.es

2 ENERGÍA SOLAR TÉRMICA TEMA 3.1: FUNDAMENTOS DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA. CAPTADOR SOLAR TÉRMICO TEMA 3.2: INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS. DESCRIPCIÓN E INTEGRACIÓN ARQUITECTÓNICA TEMA 3.3: DISEÑO, DIMENSIONADO Y OPERACIÓN DE INSTALACIONES. ASPECTOS ECONÓMICOS TEMA 3.4: NORMATIVA VIGENTE Utilización de Energías Renovables en Edificios 2

3 Instalación Solar Térmica SISTEMAS QUE CONFORMAN LA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA (CTE, 2006): Sistema de captación Sistema de acumulación Circuito hidráulico (tuberías, bombas, válvulas, etc.) Intercambiador (transferencia de calor del circuito primario al circuito de consumo) Sistema de regulación y control Generador auxiliar Utilización de Energías Renovables en Edificios 3

4 Instalación Solar Térmica. Componentes básicos Captador solar (Panel Solar Térmico) - Buen rendimiento térmico - Durabilidad (entrada de agua por juntas, corrosión, deterioro del tratamiento superficial, etc) Panel convencional Panel con tubos de vacío Acumulador solar (Depósito de agua de consumo) - Volumen de acumulación adecuado (según demanda diaria) - Buen aislamiento - Capacidad de estratificación, evitando la mezcla de agua caliente y fría. - Durabilidad (acero inoxidable) Utilización de Energías Renovables en Edificios 4

5 Instalación Solar Térmica. Componentes básicos Intercambiador de calor - Buena transmisión de calor - Pérdidas de carga bajas - Durabilidad - Integrado en el acumulador solar de agua de consumo en las instalaciones pequeñas Utilización de Energías Renovables en Edificios 5

6 Instalación Solar Térmica. Componentes básicos Circuito hidráulico (tuberías, válvulas, bombas, purgadores, etc) - Dimensionado - Materiales (agua de consumo, aislamiento para intemperie, etc) - Sistema de expansión Sistemas de control - Aumenta la fiabilidad y la eficiencia de la instalación - Activación de bombas de circulación, cierre y apertura de válvulas, detección de fugas, etc Sistema de energía auxiliar - Garantiza el suministro de agua caliente cuando el consumo es superior al previsto o la radiación solar insuficiente - No debe interferir en el aprovechamiento del captador solar - Gas, gasoil, electricidad, Utilización de Energías Renovables en Edificios 6

7 Instalación Solar Térmica. Clasificaciones Clasificación según principio de CIRCULACIÓN DEL AGUA: Circulación natural o termosifón (por diferencia de densidades, agua caliente/agua fría) UNICAMENTE SE PERMITEN PARA INSTALACIONES DE MENOS DE 10M 2 DE CAPTADORES (CTE-2006) Circulación forzada (uso de bombas para garantizar el movimiento del fluido) Clasificación según sistema de INTERCAMBIO: Sistemas directos (agua de consumo circula por el panel solar NO PERMITIDOS POR EL CTE-2006 Sistemas indirectos (fluido de trabajo en circuito cerrado, sin mezcla con el circuito de agua de consumo) Intercambiador integrado en el depósito Intercambiador externo al depósito (gráfico) Utilización de Energías Renovables en Edificios 7

8 Instalación Solar Térmica. Clasificaciones (II) Clasificación según la DISTRIBUCIÓN DE LOS COMPONENTES: Sistemas compactos (colector, intercambiador y acumulador montados en una sola unidad Sistemas partidos (separación entre elementos básicos; sistemas de tamaño medio-grande, mejor integración arquitectónica) Clasificación según disposición del SISTEMA de ENERGÍA AUXILIAR: En línea o instantáneos: calienta únicamente el agua demandada, sin interferencias en el depósito ni en el colector solar; requieren una elevada potencia instantánea calentadores instantáneos de gas. En acumulador secundario incremento del coste, pérdidas Integrado en acumulador solar principal (sencillez de control e instalación y bajo coste; aporte de calor en la parte superior del tanque, evitando la mezcla de agua fría y caliente) Utilización de Energías Renovables en Edificios 8

9 Instalación Solar Térmica. Clasificaciones (III) Clasificación según fuente de ENERGÍA AUXILIAR (CTE-2006): Utilización de Energías Renovables en Edificios 9

10 Instalación Solar Térmica. Esquemas funcionales para ACS INSTALACIÓN CON CIRCULACIÓN NATURAL y circuito de agua único (NO PERMITIDO POR EL CTE-2006): Sistema auxiliar integrado en acumulador solar VENTAJAS: Simple, fiable, bajo coste INCONVENIENTES: Necesidad de controlar situaciones extremas ( T, G), riesgos sanitarios Utilización de Energías Renovables en Edificios 10

11 Instalación Solar Térmica. Esquemas funcionales para ACS INSTALACIÓN CON CIRCULACIÓN NATURAL y doble circuito hidráulico: Sistema indirecto (dos circuitos separados, con intercambiador en depósito de agua) Sistema auxiliar en acumulador principal Sistema indirecto (dos circuitos separados con intercambiador en depósito de agua) Sistema auxiliar en acumulador secundario o en línea NO PERMITIDO EN INSTALACIONES DE MÁS DE 10M 2 DE SUPERFICIE DE CAPTADORES Utilización de Energías Renovables en Edificios 11

12 Instalación Solar Térmica. Ejemplo Circulación natural Sistema indirecto (dos circuitos separados) Sistema compacto Utilización de Energías Renovables en Edificios 12

13 Instalación Solar Térmica. Esquemas funcionales para ACS INSTALACIÓN CON CIRCULACIÓN FORZADA (Obligatorio para más de 10m 2 de captadores, CTE-2006): Utilización de Energías Renovables en Edificios 13

14 Instalación Solar Térmica. Esquemas funcionales para ACS INSTALACIÓN CON CIRCULACIÓN FORZADA (Obligatorio para más de 10m 2 de captadores, CTE-2006): : Utilización de Energías Renovables en Edificios 14

15 Instalación Solar Térmica. Esquemas funcionales para ACS + Calefacción INSTALACIÓN ACS + CALEFACCIÓN (No exigido por el CTE-2006): Utilización de Energías Renovables en Edificios 15

16 Instalación Solar Térmica. Esquemas funcionales para ACS + Calefacción Utilización de Energías Renovables en Edificios 16

17 Instalación Solar Térmica. Esquemas funcionales para ACS + Calefacción Perfil de consumo de ACS casi constante durante todo el año Perfil de consumo de calefacción fuertemente estacional Superficies de colectores <12m 2 Volúmenes de acumulación <1500 litros Utilización de Energías Renovables en Edificios 17

18 Costes de una Instalación Solar Térmica Otras tuberías 14% Tuberías campo solar 11% Acumulador e intercambiador 12% Control 5% Proyecto 14% Estructura soporte 11% Captador 30% Varios 3% Fig.: Costes medios programa Solarthermie 2000 (640EUR/m 2, con variaciones entre EUR/m 2 ) Utilización de Energías Renovables en Edificios 18

19 INTEGRACIÓN ARQUITECTÓNICA Utilización de Energías Renovables en Edificios 19

20 CONSIDERACIONES GENERALES Edificio : principal componente de una instalación solar (lugar donde se generan las principales necesidades energéticas) L.B. Anderson, Solar Heating design problems (MIT, 1955): Adaptación del diseño al entorno climático (ubicación, materiales, etc) Integración de los componentes de la instalación solar en el edificio (Colectores: para construir cubierta; Depósito: en interior, lugar centralizado) Reducción del consumo del edificio (Ayer: calefacción; Hoy: calefacción + refrigeración) Normas básicas apenas recordadas, sobre todo en países solarmente privilegiados Utilización de Energías Renovables en Edificios 20

21 EMPLAZAMIENTO con máxima radiación solar anual incidente, pero Distancia al consumo razonable Integración arquitectónica Utilización de Energías Renovables en Edificios 21

22 GRADOS DE INTEGRACIÓN Niveles de integración y ahorro de elementos constructivos NULO: CAPTADORES INDEPENDIENTES Captadores sobre estructura de soporte independiente de la envoltura del edificio Ventajas: Simple, permite orientación e inclinación óptimas Orientación e Inclinación 10% Sombreado 10% Totales 15% Desventajas: Impacto visual elevado, no permite integración. No supone ahorro de elementos constructivos Fig.: Pérdidas máximas admisibles, según CTE, Aplicación típica: Edificios con cubierta horizontal, edificios reformados Utilización de Energías Renovables en Edificios 22

23 MEDIO: CAPTADORES SUPERPUESTOS ( Superimposed ) Captadores sobre estructura que reposa sobre la envoltura del edificio, quedando paralelos a ésta Ventajas (sobre el grado anterior): Menor impacto visual. Menor carga de viento Desventajas: No supone ahorro de elementos constructivos Aplicación típica: Edificios reformados Orientación e Inclinación 20% Sombreado 15% Fig.: Pérdidas admisibles, según CTE, Totales 30% Utilización de Energías Renovables en Edificios 23

24 ALTO: INTEGRACIÓN ARQUITECTÓNICA Doble función: energética y arquitectónica Orientación e Inclinación Sombreado Totales A) REVESTIMIENTO ( Overcladding ) 40% 20% 50% Fig.: Pérdidas admisibles, según CTE, Utilización de Energías Renovables en Edificios 24

25 B) CERRAMIENTO ( Enclosure ) Utilización de Energías Renovables en Edificios 25

26 C) ELEMENTOS DE SOMBREADO ( Shadow devices ) Utilización de Energías Renovables en Edificios 26

27 Utilización de Energías Renovables en Edificios 27

28 PREINSTALACIÓN PARA UN SISTEMA SOLAR TÉRMICO 1. Proyecto y construcción del edificio de modo que, al ponerse en uso, sea posible dotarlos sin más obra ni trabajo que la mera conexión y puesta en funcionamiento de los aparatos, placas u otros equipos técnicos similares que sean precisos de instalaciones aptas para la producción, acumulación, almacenamiento y utilización de agua caliente para uso sanitario mediante energía solar térmica. 2. Se denomina "preinstalación" de energía solar al conjunto de las obras o unidades de obra de fábrica, y las canalizaciones, conducciones, soportes y conexiones suficientes para cumplir la exigencia establecida en el párrafo anterior. Fuente: Ley 1/2001, Comunidad Autónoma de Canarias Utilización de Energías Renovables en Edificios 28

29 PREINSTALACIÓN PARA UN SISTEMA SOLAR TÉRMICO -Espacio y sujeciones para captadores solares - Espacio y sujeciones para acumulador - Previsión para línea de impulsión y retorno del circuito primario - Previsión para línea de consumo y/o generador auxiliar - Línea eléctrica (tubo guía) para los sensores de temperatura y accionamiento Utilización de Energías Renovables en Edificios 29

30 Instalación Solar Térmica Diseño y dimensionado de instalaciones solares térmicas Estimación de la fracción solar (aportación de la energía solar y reducción de otras formas de energía) Utilización de Energías Renovables en Edificios 30