Ponencia de Belén Puente sobre aspectos técnicos de las instalaciones solares térmicas. Se abre en ventana nueva

Jornada sobre la Ordenanza Solar
Pamplona, 4 de Junio de 2003
ASPECTOS TÉCNICOS DE
LAS INSTALACIONES
SOLARES TÉRMICAS
Vicente Gallardo (ISOFOTÓN)
Belén Puente (FÉRROLI)
FUNDAMENTOS DE LA
ENERGÍA SOLAR
TÉRMICA
Belén Puente Casado
FÉRROLI ESPAÑA
La naturaleza de la energía solar
EL SOL
Diámetro: 1,39 x 109 m
Distancia media a la Tierra: 1,5 x 1011 m
Temperatura externa: 5.762 K
Generación de energía: reacciones nucleares de fusión
E = M x c2
E = cantidad de energía
generada por el Sol
M = masa perdida
c = velocidad de la luz
La naturaleza de la energía solar
CONSTANTE SOLAR:
Flujo de energía procedente del Sol, que incide sobre una
superficie perpendicular a la dirección de propagación de la
radiación solar, ubicada a la distancia media de la Tierra al Sol,
fuera de toda atmósfera.
Mes
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
n (i-ésimo día
del mes)
i
31 + i
59 + i
90 + i
120 + i
151 + i
181 + i
212 + i
243 + i
273 + i
304 + i
334 + i
Gsc = 1.353 W/m2
Gon = Gsc
[ 1 + 0,033 x Cos(0,986 n) ]
La naturaleza de la energía solar
Radiación térmica = Ultravioleta + Radiación visible + Infrarroja
Radiación = f (temperatura)
A mayor temperatura:
• Mayor intensidad en la
emisión.
•Menor longitud de
onda.
Funcionamiento energía solar térmica
1. Captación
2. Intercambio
3. Almacenamiento
Funcionamiento energía solar térmica
Principio de funcionamiento: EFECTO INVERNADERO.
Cubierta:
•Transparente a la radiación
solar de onda corta.
•Opaca a la radiación de onda
larga emitida por el
absorbente.
Absorbente:
•Alta absortividad.
•Baja emisividad.
Funcionamiento energía solar térmica
Óxido de Titanio: tratamiento más efectivo
•Mayor absortividad a bajas longitudes de onda
Funcionamiento energía solar térmica
Absortividad: parecida
Emisividad: claramente menor con el
tratamiento selectivo
Panel Plano convencional
Emisión 40%
Absorción 90%
Panel Plano Selectivo
Emisión 5%
Pintura negra
Oxidos de Titanio
Placa absorbedora de Cu convencional
Placa absorbedora de Cu selectivo
Absorción 95%
Funcionamiento energía solar térmica
TINOX
Tratamiento selectivo:
•Absorbe y transforma
en calor gran parte de
la radiación de onda
corta.
Se reduce la emisión de
calor debida a onda
larga.
CRITERIOS GENERALES DE
DISEÑO DE INSTALACIONES
DE ENERGÍA SOLAR
TÉRMICA
Belén Puente Casado
FÉRROLI ESPAÑA
Criterios generales de diseño
Cálculo de la energía aportada por los captadores solares:
F=
Potencia solar instantánea
Carga puntual requerida
F=
ƒ Q cap ∂t
ƒ ( Q cap + Q aux ) ∂t
Método F
- CHART:
F = 1,029 D1 + 0,065 D2 + 0,245 D21 + 0,0018 D22 + 0,0215 D31
0 < D1 < 3
0 < D2 <18
Criterios generales de diseño
D1: relación entre la energía solar captada y la carga
necesaria en un mes.
D1 =
RGI • Acap • f’G • τs • αs • d
Enec + Eper
RGI : media diaria de irradiación solar en ese mes (kWh/m2)
Acap: área de captación (m2)
f’G: factor corregido de ganancia del captador
τs • αs: media diaria de las fracciones de transmisión y
absorción del colector
d: días del mes considerado
Enec: energía mensual demandada
Eper: energía mensual perdida
Criterios generales de diseño
D2: relación entre la energía que los colectores disipan
a 100ºC y las cargas térmicas mensuales.
D2 =
Acap • f’G • UT • (100 – text) • ∆t
• K1 • K2
Enec + Eper
K1 = ( 75 • Acap / Vacu)1/4
K2 =
11,6 + 1,18 • tacs + 3,86 • tafr – 2,32 • text
(100 – text)
UT: coeficiente global de pérdidas de
los captadores
Vacu: volumen de acumulación (m3)
text: temperatura ambiente
tacs: temperatura de uso
tafr: temperatura del agua fría de red
∆t: horas totales del mes
Cálculo de la demanda energética en
instalaciones de ACS
Criterio de consumo
Enec = Ce • M • N • ( tacs - tafr)
litros/día (a 45ºC)
Viviendas unifamiliares
40
por persona
Viviendas multifamiliares
30
por persona
Hospitales y clínicas
80
por cama
Hoteles (4 estrellas)
100
por cama
Enec: demanda energética
Ce: calor específico del agua
M: consumo diario (l/día)
Hoteles (3 estrellas)
80
por cama
Hoteles/Hostales (2 estrellas)
60
por cama
Hostales/Pensiones (1 estrella)
50
por cama
Campings
60
por persona
N: número de días del mes
tacs: temperatura de uso
tafr: temperatura del agua fría de red
Residencias
80
por cama
Vestuarios/Duchas colectivas
20
por servicio
Escuelas
5
por alumno
Cuarteles
30
por persona
Fábricas y talleres
20
por persona
Oficinas
5
por persona
30...40
por usuario
Temperatura de utilización: 45ºC
Gimnasios
Lavanderías
5...7
por kilo ropa
Restaurantes
Cafeterías
8...15
2
por comida
por alumuerzo
Fuente:IDAE
Cálculo de la demanda energética en
instalaciones de ACS
0,8 < V / M < 1,2
50 < V / A < 180
60 < M / A < 100
M: Consumo diario de agua caliente sanitaria en litros/día.
V: Volumen de acumulación a instalar en litros.
A: Área útil de captación en m2.
Cálculo de la demanda energética en
piscinas cubiertas
P (W/m2 K) =
[(130 - 3 • tws + 0,2 • tws2) • Sw]
tws: temperatura del agua (ºC)
tbs: temperatura del aire (ºC)
V: velocidad del viento (m/s)
Sw: superficie de la piscina (m2)
1.000
Pérdidas:
•Conducción
•Convección
•Radiación
•Pérdidas de agua
•Evaporación
Aportes:
•Captadores solares
•Sistema auxiliar
Cálculo de la demanda energética en
piscinas al aire libre
P (W/m2 K) =
[(28 + 20 • V) • (tws – tbs) • Sw]
tws: temperatura del agua (ºC)
Sw: superficie de la piscina (m2)
1.000
Pérdidas:
•Conducción
•Convección
•Radiación
•Pérdidas de agua
•Evaporación
Aportes:
•Captadores solares
•Insolación directa
Emplazamiento de los colectores
térmicos, orientación e inclinación
Criterios de emplazamiento:
•Máxima insolación
•Seguridad de montaje y sujeción
•Cercanía al depósito de acumulación
Orientación:
•Hacia el Sur geográfico
•Desviación máxima recomendada: 30º
Inclinación respecto del plano horizontal:
•Usos anuales: el valor de la latitud
•Usos estival: latitud - 10º
•Usos invernales: latitud + 10º
Emplazamiento de los colectores
térmicos, orientación e inclinación
Pérgola en Camping
Emplazamiento de los colectores
térmicos, orientación e inclinación
Planta industrial
Emplazamiento de los colectores
térmicos, orientación e inclinación
Parking
Emplazamiento de los colectores
térmicos, orientación e inclinación
Polideportivo