EJEMPLO DE CALCULO PRELIMINAR DE LA SUPERFICIE DE

EJEMPLO DE CALCULO PRELIMINAR DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN
SOLAR. (Según punto 3 del CTE HS4). Rafael Ferrando EEN 2013
En este ejemplo se trata de calcular el número de colectores solares a instalar en un hotel 3 estrellas, de
10 habitaciones dobles, situado en Valencia fuera de la ciudad.
Primeramente El cálculo preliminar nos indica la relación entre la demanda anual de energía en el
edificio, y la capacidad de producción del sistema de aprovechamiento solar.
Σ Demanda de energía
%Cobertura = ---------------------------------------- . 100
Σ Energía aportada
La superficie de paneles necesaria se obtiene de:
Σ Demanda de energía
Superficie paneles = -------------------------------------------------- . %Cobertura
Σ Energía aportada por m2 . 100
Los pasos a seguir en el cálculo de dicha cobertura serían los siguientes.
1.- Cálculo de la demanda según el CTE HS4.
a) Sumar unidades de consumo. Tabla 3.1. ( Pag18 ) en litros/día a 60ºC
En viviendas ver número de ocupantes, según el número de habitaciones. Pag 52
En este hotel de 3 estrellas son 55 L/día y cama.
Para 10 habitaciones, tomamos 20 camas, por 55 l/día = 1100 L/día
b) Convertir el consumo D a 60ºC por consumo a D a 45ºC (Pueder ser 50ºC u otro valor)
D45 = D60 . (60-12)/ (45-12)
D45 = 1100 . (60-12)/ (45-12) = 1600 L/día
c) Calcular la energía sensible del calentamiento del agua.
Ed = m . Ce . (T2-T1) = 1600 . (45 - Tª f). Kcalorías.
La temperatura del agua de la fría será la media anual. Buscar en tabla pag 19 para Valencia = 12,3º C.
Ed = 1600 . (45 - 12,3) = 52.320 Kcal.
d) Pasar el valor a Kw.h dividiendo por 860:
Ed (kw.h ) = Qd Kcal / 860 = 52.320 / 860 = 60,8 kW.h/día
e) Calcular la energía total anual. Suponemos una ocupación media del 70% todo el año.
Ed anual = 60,8 . 360 día/año . 0,7 = 15322 kW.h/año.
En la tabla 2.1 del CTE se indica que debe ser del 50 al 70%, según la zona geográfica, el uso, el
volumen y el sistema auxiliar que cubra el resto de la demanda.
Si el sistema de apoyo es mediante una caldera de gas, utilizamos la tabla 2.1. Como Valencia es Zona
IV, y el volumen de agua en L/día está comprendido entre 50 y 5000 L, la contribución solar mínima
ha de ser superior al 60%.
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2.- Cálculo de la energía solar aportada Ep.
a) Radiación solar H de el sol en un m 2 de superficie horizontal.
Buscamos en la tabla de la pag. 32, para Valencia, media anual.
H = 15376 kJ/m2 día.
Lo pasamos a kw.h dividiendo por 3600:
H = 15376 / 3600 = 4,27 kw,h/m2 día
b) Radiación solar corregida Hcorr, si el aire está limpio es:
Hcorr = H . 1,05 = 4,27 . 1,05 = 4,48 kw,h/m2 día
Este valor es la energía media que incide sobre una superficie horizontal en Valencia
c) La energía útil, es decir la que recibe realmente el captador, y que depende de su inclinación, y
orientación,
Eu = 0,94 . K . Hcorr
(0,94, considera el área efectiva del panel)
El factor de inclinación K lo obtenemos de las tablas de la pag. 33, para la latidud de Valencia = 39º, y
una inclinación de 40º. La media anual es K = 1,19
Si el panel no estuviese orientado al Sur, consideraríamos otro factor reductor por orientación.
Resulta por tanto una energía útil: Eu = 0,94 . 1,19 . 4,48 = 5,01 kW.h /m2 día
c) La energía que puede proporcionar el captador, es decir la Energía aportada Ep, se obtiene de la
fórmula:
Ep = 0,9 . η . Eu
Siendo: 0,9 factor de pérdidas del circuito de la instalación
(tuberías, etc)
η = Rendimiento global del captador.
c) Pasamos a calcular el rendimiento del captador η, mediante la fórmula:
(Tmed - Text)
η = Ro - a ------------------I
Siendo: Ro = Rendimiento óptico (dato del captador, adimensional entre 0,56 y 0,82)
a = pérdidas por transmisión térmica (dato del captador, entre 4,0 8.0 W/m 2 K )
Text = temperatura exterior media de la zona (ver tabla pag 45); Valencia = 18,8º C
Tmed = temperatura media del captador = temperatura del agua = 45ºC
I = Intensidad radiante.
d) La intensidad de radiación incidente en el captador I, la calculamos a partir de la energía media según
Siendo S = superficie = 1 m2
t = 8 horas
I = 5,01 kw h /1 m2 . 8h = 0,62 kW/m2
I = Eu (Energía útil) / S . t
Lo pasamos a Watios, pues el coeficiente a suele estar en W/(m 2 K).
I = 620 W/m2
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e) Calculamos pues el rendimiento del captador
El fabricante del captador nos indica los valores de Ro = 0,78 a = 3,567 W ºC, S = 2,21 m2
(45 - 18,8)
η = 0,78 - 3,567 . -------------------- = 0,62
620
(Este valor suele estar entre 0,5 y 0,7)
f) Por lo tanto la Energía aportada por el captador será:
Ep = 0,9 . η . Eu = 0,9 . 0,62 . 5,01 = 2,79 kW h/m2 día.
Para todo el año multiplicamos por 360 días.:
Ept = 360 . Ep = 360 . 2,79 = 1006 kW h/año
3.- Cálculo de la superficie necesaria de colectores solares.
Conocida la demanda de energía Ed, y la energía aportada Ep por m2 de panel, dividiendo obtenemos la
superficie total necesaria:
Σ Demanda de energía
Superficie paneles = -------------------------------------------------- . %Cobertura
Σ Energía aportada por m2 . 100
Superficie = 15322 . 60 / ( 1006 . 100) = 9,1 m2.
Si el panel elegido tiene una superficie de 2,21 m2 cada uno, será necesario instalar un mínimo de :
9,2 / 2,21 = 4,1; es decir 5 paneles
Resultando una superficie total de 5 . 2,21 = 11,05 m2.
4.- Comprobación mes a mes.
El CTE nos obliga en su apartado 3, a realizar esta cálculo en cada uno de los doce meses del año,, es
decir:
Σ Energía anual necesaria
Superficie paneles = ------------------------------------------- . Cobertura solar/100
Σ Energía mensual/m2 panel
En cada mes debemos de tomar sus datos de: demanda de ACS, radiación media, temperatura media,
temperatura media del agua, intensidad, rendimiento del captador, etc.
Además deberemos de verificar:
a) En ningún mes de verano se sobrepasa el 110% de la demanda.
b) En no más de 3 meses se supera el 100%.
c) En ningún mes se bajará del 50%.
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5.- Cálculo mediante el método F-chart .
Este método determina la fracción o cobertura solar anual, a partid de dos coeficientes adimensionales
D1 y D2, y la ecuación empírica siguiente:
F = 1,029 D1- 0,065 D2 - 0,245 D12 - 0.0018 D22 - 0,0215 D13
Siendo: F =
D1 =
D2 =
factor de cobertura solar
relación entre la energía absorbida por el captador y la demanda del edificio.
relación entre la energía perdida por el captador, y la demanda del edificio.
Existen varios programas y hojas de cálculo que obtienen la cobertura solar mediante el método f-chart.
Uno de los más simples es el de Censol online.
Si introducimos los datos del ejemplo anterior, la cobertura anual resultante es del 56%, debido a la
mayor exactitud del cálculo mes a mes.
Por ello incrementamos el número de paneles a 6, y el resultado es el siguiente.
Ahora podemos cambiar e ir ajustando:
La ocupación estimada en cada mes del año.
La inclinación de los colectores (45, 50, etc..)
El volumen de acumulación (subir, bajar)
De forma que se optimice la instalación.
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