Trabajo 2-14E Energía solar Térmica y Pasiva-Master U. Energías Renovables

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MásterUniversitarioOficial en

EnergíasRenovables

Trabajo02-14E

Materia 3: Energía solar Térmica y Pasiva

ÍNDICE

1.   PLANTEAMIENTO   ……………………………………………………………………………………….    3

2.   PROCEDIMIENTO PARA LA RESOLUCIÓN DE LA PRÁCTICA   ………………………….   4

2.1 Identificación de la zona climática

2.2 Cálculo de la demanda de agua caliente sanitaria

2.3 Cálculo de la contribución solar mínima

3.   DEMANDA ENERGÉTICA POR CONSUMO DE ACS   ……………………………………….   7

4.   ENERGÍA SOLAR TÉRMICA APORTADA   ……………………………………………………....   9

4.1 Obtención de la radiación solar incidente

4.2 Obtención de los factores de corrección “k”

4.3 Cálculo de la energía solar térmica aportada

5.   PÉRDIDAS POR POSICIÓN Y POR SOMBREADO   ………………………………………..   11

6.   DIMENSIONADO DE LA INSTALACIÓN POR EL MÉTODO F-CHART  ……….………  13

6.1   Cálculo del número de captadores

6.2  Cálculo del coeficiente global de pérdidas

6.3   Cálculo de D1

6.4   Cálculo de D2

6.5 Cálculo de la fracción o contribución solar anual  “f”

6.6 Cálculo del rendimiento medio anual

7.   VALORACION DE OPCIONES PARA MINIMIZAR Nº DE CAPTADORES……………… 22

7.1  Cálculo para una temperatura en el acumulador de 55oC, con 20 captadores.

7.2  Cálculo para una temperatura en el acumulador de 50oC, con 18 captadores.

8.       CONCLUSIONES ………………………………………………………………………………………    25

1.  PLANTEAMIENTO

Una conocida constructora va a levantar una escuela en el centro de León. Como profesional

del sector de las energías renovables le subcontratan el proyecto de la instalación solar térmica en cumplimiento del DB HE4 Contribución Solar Mínima de ACS del CTE. La escuela cuenta con:

-     Alumnos: 500

-        Gimnasio: 100 usuarios (habrá que escoger la demanda de agua máxima para este tipo de uso).

El colector a utilizar será de la marca VIESSMANN, el modelo VITOSOL 300F, en concreto el SH3B. Se le pide determinar el número MÍNIMO de colectores con el que se cumpla la exigencia mínima de contribución solar, según el DB HE 4.

NOTA: Sólo se podrá utilizar el Pliego de Condiciones Técnicas del IDAE como base de datos de radiación temperatura de agua de red y temperatura ambiente.

2.  PROCEDIMIENTO PARA LA RESOLUCIÓN DE LA PRÁCTICA

Para la resolución de este ejercicio se va a utilizar  el Código Técnico de la Edificación (CTE) cumpliendo con lo establecido en el R.D. 314/2006, basándonos en el documento básico HE4 denominado “Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria”.

También se utilizarán las bases de datos incluidas en el Pliego de Condiciones Técnicas del IDAE, tales como, datos de radiación en las diferentes capitales de provincia, tablas de temperatura

de agua de red, etc.

El CTE exige que toda edificación acogida en su ámbito de aplicación disponga de una instalación solar térmica que sea capaz de suministrar una contribución solar mínima, en función de la zona climática y del nivel de demanda de agua caliente sanitaria del edificio, a una temperatura de referencia de 60oC.

Aunque existen dos categorías dependiendo de cuál sea la fuente de generación auxiliar, General y Efecto Joule, en nuestro caso debido a la fuente auxiliar de energía se trata de la categoría general.

2.1   Identificación de la zona climática

Como vemos en el mapa, León pertenece a la zona climática número III.

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Fig.1: Mapa con las diferentes zonas climáticas. Fuente: www.renov-arte.com

2.2   Cálculo de la demanda de agua caliente sanitaria

El lugar para el que se va a realizar la instalación solar con el fin de abastecer con el ACS necesaria, es una escuela con 300 alumnos en la que se cuenta con un gimnasio para aproximadamente 100 usuarios.

Para el cálculo de la demanda diaria de ACS, utilizamos la tabla que esta en el CTE del DB-HE4, la cual  propone unos consumos unitarios previstos por aplicaciones.

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Tabla 1. Demanda diaria de referencia de ACS a 60ºC.Fuente CTE DB HE4.

Tenemos una escuela que necesitará de 3 litros de ACS al día por alumno, mientras que el gimnasio tendrá una demanda máxima de 25 litros al día por usuario.

Según la tabla de arriba, calcularemos a continuación la demanda diaria de ACS para el número de usuarios planteado en el ejercicio.

∙ Consumo ACS a 60ºC de la escuela:

500 alumnos x 3 l/alumno= 1500 l/día

· Consumo ACS a 60ºC del gimnasio ( escogemos la demanda máxima):

100 usuarios x 25 l/ usuario= 2500 l/ día

Total=1500+2500=4000 l/día de ACS a 60ºC/ día ==4 m3/ día

2.3   Cálculo de la contribución  solar mínima

Según lo establecido en el CTE la contribución solar mínima de una instalación depende de diversos factores:  la demanda diaria de agua, el tipo de aporte auxiliar y la zona climática en la que se vaya a situar la instalacion. Para  nuestro ejercicio, la zona es la III, la demanda diaria de ACS debe ser de 4m3/día y la fuente auxiliar es de gas natural, por lo que tendremos:

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Tabla 2. Contribución solar mínima en % exigida por el CTE DB HE4, caso general (gasóleo, gas, propano…) .Fuente CTE DB HE4

Con todo esto llegamos a la conclusión de que la contribución  solar mínima será del 50%.

3.  DEMANDA ENERGÉTICA POR CONSUMO DE ACS

Para proceder al cálculo de la demanda energética mensual de m3 de ACS, a una temperatura de referencia final de 60oC, como hemos considerado anteriormente.

Utilizamos los datos de temperatura mínima media del agua de la red general en León de la tabla 4 del Pliego de Condiciones Técnicas del IDAE.

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Tabla 3. Temperaturas mínimas del agua de la Red general ..Fuente Censolar

La expresión que usaremos para calcularlo será la siguiente:

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Si lo pasamos a kWh, será:

DE mes,i  (kWh/mes) = 1,16·10-3  · D día · N días,i  · Cp · ρ · (T ACS – T red,i)

Siendo:

Cp  es el calor específico del agua (1kcal/kgoC)

Ρ es la densidad del agua (1.000 kg/m3)

N días,i: nº de días del mes i

T red,i: temperatura media del agua de red en el mes i

T ACS: temperatura final de calentamiento del ACS (60⁰ como referencia)

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