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En el presente proyecto, se describe el diseño de una in r~l~~~l~¡'¡'solar térmica
para agua caliente sanitaria (ACS) y calefacción en un chalet de nueva construcción
situado en el municipio de El Puerto de Santa Maria, Cádiz. De igual modo se lleva a
cabo el diseño de la instalación de calefacción de la vivienda, que en este caso es por
suelo radiante.
La instalación solar térmica permite obtener agua caliente sanitaria y cubrir
parte de las necesidades de calefacción no solo de manera económica, ya que la
energia aportada para la instalación solar significa un ahorro en combustible, sino
también de una manera más respetuosa con el medio ambiente, ya que este ahorro en
combustible se traduce en una disminución de emisiones de COz a la atmósfera, a la
vez que no hay que olvidar que se trata de energía renovable y no de un combustible
fósil.
Se dispondrán de dos instalaciones solares térmicas independientes, una de
ellas abastecerá al agua caliente sanitaria y la otra instalación dará apoyo a la
calefacción de la vivienda.
La instalación solar térmica está compuesta principalmente por los siguientes
elementos:
a
El sistema de captación formado por captadores que transforman la
radiación solar incidente en energía térmica de forma que se calienta el
fluido de trabajo que aquellos contienen.
a
El sistema de acumulación constituido por un depósito que almacena el
agua caliente hasta que se precise su uso.
a
El sistema de intercambio que realiza la transferencia de energía
térmica captada desde el circuito de colectores, o circuito primario, al
agua caliente que se consume. En nuestro sistema, el intercambiador
irá dentro del acumulador.
a
El circuito hidráulico constituido por tuberías, bombas, válvulas, etc.,
que se encarga de conducir el movimiento del fluido caliente desde el
sistema de captación hasta el sistema de acumulación y desde éste a la
red de consumo.
o
El sistema de regulación y control que fundamentalmente se encarga de
asegurar el correcto funcionamiento del equipo, para proporcionar un
adecuado servicio de agua caliente y aprovechar la máxima energía
solar térmica posible. Por otro lado, se incorporarán distintos elementos
de protección de la instalación frente a la acción de múltiples factores
como sobrecalentamientos del sistema, riesgo de congelaciones, etc.
o
El sistema de energia auxiliar que se utiliza para completar el aporte
solar cuando las condiciones solares no sean las previstas.
Los sistemas solares nunca se deben diseñar para cubrir el 100% del
consumo, puesto que esto supondría instalar un sistema capaz de atender la demanda
en épocas más exigentes, permaneciendo este exceso de captadores sin uso en las
menos exigentes. Por ello, al no poder diseñarse para el total de la demanda,
requieren un sistema de apoyo convencional para aportar la energía necesaria cuando
no podamos contar con energía suficiente por parte del sol. Este sistema convencional
calentará el ACS y el agua de calefacción a los niveles de confort demandados por el
usuario.
La instalación solar térmica para agua caliente sanitaria (ACS) está compuesta
por 2 captadores solares de 1,19 m2 con una inclinación de 45° y orientados a sur,
situados en la azotea de la casa y por un interacumulador de 300 litros de capacidad
dispuesto en el sótano de la vivienda. La instalación solar térmica para calefacción
está formada por 8 captadores con una inclinación de 45° y orientados al sureste y por
un interacumulador de 1000 litros. Los captadores se dispondrán de manera que no
existan interferencias por sombras proyectadas
La instalación solar térmica para ACS cubrirá hasta el 78% de la demanda
anual de agua caliente sanitaria de la vivienda, mientras que la instalación solar
térmica para calefacción cubrirá en 38 % de la demanda anual de calefacción de modo
que el resto de energía necesaria, tanto para ACS como para calefacción, es
entregada por el sistema de energ ía auxiliar de apoyo.
Si además ese generador de calor auxiliar de apoyo es capaz de proporcionar
servicio de calefacción y lo hace con bajas emisiones contaminantes y altos
rendimientos, guardaremos una línea coherente en el diseño de la instalación al
apostar por energías limpias y sistemas térmicos de alto rendimiento. Por este motivo
el sistema de apoyo convencional seleccionado en este caso es una caldera de
biomasa tipo pellets, que utiliza un combustible considerado el más ecológico, aunque
por ser sólido tiene una necesidad de gran volumen de almacenamiento. Por ello son
idóneas para viviendas aisladas como es nuestra vivienda en estudio.
La caldera se encontrará en el sótano de la casa junto a los dos
interacumuladores.
Dentro de los sistemas de calefacción que se pueden utilizar para la
climatización de la vivienda existe varios tipos en función de los elementos terminales
que se empleen, destacamos: radiadores, suelo radiante, fan-coils .
Es recomendable que las instalaciones solares vayan asociadas a tecnologías de
calefacción que funcionen con temperaturas bajas. A modo orientativo se recogen a
continuación las temperaturas aproximadas de funcionamiento de diferentes sistemas
de calefacción. Radiadores: entre 60 y 70 oC; Fan coils: entre 40 y 50 oC; Suelo
Radiante: entre 30 y 35 oc.
La calefacción por suelo radiante es el sistema que proporciona un mayor nivel
de confort dentro de una vivienda. Consiste en una red de tuberías enterradas en el
suelo por las que circula agua a baja temperatura, normalmente entre 30 y 40 oC.
Por estos motivos se opta por el suelo radiante para la calefacción de la
vivienda.
Para que la instalación funcione adecuadamente y su vida sea lo mayor
posíble, se ha dispuesto de un programa de mantenimiento, que además eleva la
eficiencia de los distintos componentes. Esto se lleva a cabo desde la perspectiva de
la vigilancia y de los mantenimientos preventivo y correctivo. En definitiva, se realiza
un seguimiento continuo de la instalación, con distintas formas de actuar según
proceda.
El presupuesto de la instalación solar térmica para ACS, de la instalación solar
térmica para calefacción y de la caldera de biomasa asciende a 25.975 euros, que
gracias a las subvenciones de la Juta de Andalucia se vería reducido a 18.182 euros.
El periodo de retorno de la instalación, en caso de recibir subvenciones es de 13 años,
consiguiendo un beneficio total a los 25 años de 30.573,07 €.
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
A. MEMORÍA Y ANEXOS
A.1 MEMORIA…………………………………………………………………………………
8
1. INTRODUCIÓN………………………………………………………………………………….... 9
1.1 ENERGÍAS RENOVABLES………………………………………………………….. 9
1.1.1 DIFERENTES TIPOS DE ENERGÍAS RENOVABLES…………………..…. 9
1.2 DESCRIPCIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR………………………………………..... 12
1.3 SITUACIÓN ACTUAL DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA………………..…… 17
2. OBJETIVO…………………………………………………………………………………..…….. 22
3. JUSTIFICACIÓN…………………………………………………………………………...…...... 23
4. LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LA VIVIENDA……………………………..……….. 25
5. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA.…….….. 27
6. CONFIGURACIÓN DE LA INSTALACIÓN………………………………………………..…... 30
7. COMPONENTES DE LA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA……………………….…….... 32
7.1 CAPTADORES SOLARES……………………………………………………….…... 32
7.1.1 FUNCIONAMIENTO DE UN CAPTADOR SOLAR……………………....….. 37
7.1.2 CONEXIONADO DE LOS CAPTADORES………………………………….... 39
7.2 ESTRUCTURA SOPORTE……………………………………………………………. 42
7.3 FLUIDO DE TRABAJO………………………………………………………….….…. 43
7.4 ACUMULADORES…………………………………………………………………..… 47
7.5 INTERCAMBIADOR DE CALOR…………………………………………………….. 51
7.6 CIRCUITO HIDRÁULICO……………………………………………………………… 54
7.6.1 TUBERIAS…………………………………………………………………..……. 55
7.6.2 BOMBA DE CIRCULACIÓN……………………………………………………. 59
7.6.3 VASO DE EXPANSIÓN……………………………………………………..….. 62
7.6.4 PURGADOR DESAIREADOR………………………………………………….. 64
7.6.5 TERMÓMETROS Y TERMOSTATOS…………………………………………. 65
7.6.6 VÁLVULAS………………………………………………………………………... 66
7.7 SISTEMA ELÉCTRICO Y DE CONTROL…………………………………………… 69
7.8 SISTEMA DE ENERGÍA CONVENCIONAL AUXILIAR…………………………… 70
7.8.1 CALDERA DE BIOMASA……………………………………………………….. 71
8. INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN…………………………………………………………..... 75
8.1 INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………..... 75
8.2 CARACTERÍSTICAS DEL SUELO RADIANTE……………………………………. 78
8.3 DESCRIPCIÓN DEL SUELO RADIANTE………………………………………...… 81
8.3.1 TUBERÍAS EMISORAS………………………………………………………….. 82
8.3.2 CONFIGURACIÓN DE LOS CIRCUITOS DE TUBERÍAS………………….. 83
8.3.3 SISTEMA DE COLECTORES…………………………………………………... 85
8.3.3.1 CABEZALES ELECTROTÉRMICOS………………………………….. 87
8.3.4 SISTEMA DE REGULACIÓN………………………………………………….... 87
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
0.5 GRUPO DE IMPULSIÓN…………………………………………………………
89
9. DESCRICIÓN GENERAL DE LA INSTALACIÓN……………………………………………. 91
A.2 ANEXOS………………………………………………………..…………………………
93
1. CÁLCULOS……………………………………………………………………………………. 94
1.1. REQUISITOS DE DISEÑO……………………………………………………………….. 95
1.2. CÁLCULO DE LAS NECESIDADES ENERGÉTICAS DE LA VIVIENDA…………… 99
1.2.1 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DE LA VIVIENDA……………………… 99
1.2.2 CÁLCULO DE LA ENERGÍA NECESARIA PARA ACS……………………… 107
1.2.2.1 CÁLCULO DE LOS CONSUMOS DE AGUA………………………... 107
1.2.2.2 CÁLCULO DE LA DEMANADA ENERGÉTICA MENSUAL POR
CONSUMO DE ACS…………………………………………………………….. 109
1.3. DISEÑO DE LA INSTALACION SOLAR TÉRMICA PARA ACS……………………. 111
1.3.1 DATOS DE PARTIDA……………………………………………………………… 111
1.3.1.1 CONDICIONES CLIMÁTICAS…………………………….………….. 111
1.3.1.2 ZONAS CLIMÁTICAS……………………………………………….…. 113
1.3.1.3 CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA PARA ACS……………………. 114
1.3.2 CÁLCULO DEL CAMPO DE CAPTADORES………………………………….. 115
1.3.2.1 PREDIMENSIONADO DEL CAMPO DE CAPTADORES………… 116
1.3.2.2 CÁLCULO DE LA COBERTURA DEL SISTEMA SOLAR.
MÉTODO F-CHART………………………………………………….. 116
1.3.2.3 RESUMEN DE LOS DATOS…………………………………………. 120
1.3.3 VOLUMEN DE ACUMULACIÓN SOLAR………………………………………. 124
1.3.4 SISTEMA DE INTERCAMBIO……………………………………………………. 125
1.3.5 CIRCUITO HIDRÁULICO………………………………………………………..... 125
1.3.5.1 CIRCUITO HIDRÁULICO PRIMARIO……………………………….. 126
1.3.5.1.1 CAUDAL CIRCUITO HIDRÁULICO PRIMARIO………….... 126
1.3.5.1.2 DIMENSIONES DE LA TUBERÍA DEL CIRCUITO
PRIMARIO………………………………………………………. 127
1.3.5.1.3 PÉRDIDAS DE CARGA LINEAL DE LAS TUBERIAS...…. 128
1.3.5.1.4 PÉRDIDAS DE CARGA LOCALES…………………………. 131
1.3.5.1.5 AISLAMIENTO TÉRMICO DE LAS TUBERÍAS…………… 132
1.3.5.1.6 BOMBA…………………………………………………………. 135
1.3.5.1.7 VASO DE EXPANSIÓN……………………………………….
137
1.3.5.2 CIRCUITO HIDRÁULICO SECUNDARIO………………………….
140
1.3.5.2.1. AISLAMIENTO TÉRMICO DE LAS TUBERÍAS……….....
141
1.3.6 SISTEMA DE ENERGÍA CONVENCIONAL AUXILIAR………………………
142
1.4. DISEÑO DE LA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA CALEFACCIÓN…….. 143
1.4.1 CÁLCULO DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN…………………………… 143
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.4.2 VOLUMEN DE ACUMULACIÓN SOLAR………………………………………. 147
1.4.3 SISTEMA DE INTERCAMBIO……………………………………………………. 147
1.4.4 CIRCUITO HIDRÁULICO…………………………………………………………. 148
1.4.4.1 CIRCUITO HIDRÁULICO PRIMARIO……………………………….. 149
1.4.4.1.1. CAUDAL DEL CIRCUITO PRIMARIO……………………… 149
1.4.4.1.2 DIMENDIONES DE LA TUBERÍA DEL CIRCUITO
PRIMARIO…………………………………………………………………. 149
1.4.4.1.3 PÉRDIDA DE CARGA LINEAL DE TUBERÍAS…………… 150
1.4.4.1.4 PÉRDIDA DE CARGA LOCAL DE TUBERÍAS………….… 151
1.4.4.1.5 AISLAMIENTO TÉRMICO DE TUBERÍAS……………….… 152
1.4.4.1.6 BOMBA……………………………………………………….…. 154
1.4.4.1.7 VASO DE EXPANSIÓN………………………………….……. 155
1.4.5 SISTEMA DE ENERGÍA CONVENCIONAL AUXILIAR……………….……… 156
1.5 DISEÑO DE LA INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE.
160
1.5.1 DISEÑO DE LOS CIRCUITOS ……………………………………………….....
160
1.5.2 CÁLCULO DE LA Tª MEDIA SUPERFICIAL DEL PAVIMENTO……………
161
1.5.3 CÁLCULO DE LA Tª DEL AGUA……………………………………………….
162
1.5.4 CÁLCULO DEL CAUDAL DEL AGUA…………………………………….......
164
1.5.5 CÁLCULO DE LOS MONTANTES Y TUBERÍAS DE DISTRIBUCIÓN…….
165
1.5.6 CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DE CARGA……………………………………... 169
1.5.7 SELECCIÓN DE LA BOMBA……………………………………………………. 174
1.5.8 SELECCIÓN DEL GRUPO DE IMPULSIÓN…………………………………… 174
2. PROGRAMA DE MANTENIMIENTO……………………………………………….. 176
2.1 GENERALIDADES………………………………………………………………………… 177
2.1.1 VIGILANCIA………………………………………………………………………... 178
2.1.2 MANTENIMIENTO PREVENTIVO……………………………………………....
178
2.1.3 MANTENIMIENTO CORRECTIVO………………………………………….…..
179
2.2 MANTENIMIENTO…………………………………………………………………….…..
181
2.2.1 MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA……….……..
181
2.2.1.1 PUESTA EN MARCHA………………………………………….……. 181
2.2.1.2 MANTENIMIENTO…………………………………………….………. 181
2.2.1.3 SEGURIDAD……………………………………………………….…… 182
2.2.1.3.1 PREVENCIÓN DE LA LEGIONELA……………….………… 184
2.2.2 MANTENIMIENTO DE LA BOMBA DE CIRCULACIÓN…………….………... 186
2.2.2.1 PUESTA EN MARCHA……………………………………….……….. 186
2.2.2.2 MANTENIMIENTO……………………………………….…………….. 186
2.2.3 MANTENIMIENTO DEL VASO DE EXPASIÓN…………………….………….. 186
2.2.4 MANTENIMIENTO DE LAS VÁLVULAS……………………………………….. 187
2.3 FRECUENCIA MÍNIMA DE OPERACIONES DE MANTENIMIENTO
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
PREVENTIVO………………………………………………………………………………….. 188
2.4 REGISTRO DE LAS OPERACIONES DE MANTENIMIENTO……………….………. 192
3. EVALUACIÓN DE RIESGOS…………………………………………………..………. 193
3.1 OBJETIVO………………………………………………………………………….…….... 194
3.2. MECANISMO DE EVALUACIÓN DE RIESGOS…………………………….……..… 194
3.3. IDENTIFICACIÓN DE RIESGOS……………………………………………….………. 196
3.4. MEDIDAS PREVENTIVAS……………………………………………………….…….... 202
3.5. PROTECCIONES……………………………………………………………….………... 203
3.5.1 PROTECCIONES COLECTIVAS………………………………….…………….. 203
3.5.2 PROTECCIONES PERSONALES…………………………………..………..…. 203
4. BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………….……………. 204
4.1 NORMAS APLICADAS……………………………………………………….………..…. 205
4.2 BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………….……..….. 205
4.3 OTRAS REFERENCIAS………………………………………………………….….…… 206
4.3.1 PÁGINAS WEBS………………………………………………………….….…… 206
5. TABLAS Y DIAGRAMAS……………………………………………………….….…… 207
B. PLIEGO DE CONDICIONES
1. PLIEGO DE CONDICIONES TÉCNICAS GENERALES…………………………………… 218
1.1 GENERALIDADES…………………………………………………………………………. 218
1.2 EJECUCIÓN DE LA OBRA……………………………………………………………….. 218
1.3 MATERIALES………………………………………………………………………………. 219
1.4 DESPERFECTOS EN LAS PROPIEDADES COLINDANTES……………………….. 219
1.5 ORDEN DE LOS TRABAJOS……………………………………………………………. 219
1.6 SOBRE EL PRESUPUESTO……………………………………………………………... 220
1.7 FORMA DE PAGO…………………………………………………………………………. 220
1.8 JURISDICCIÓN…………………………………………………………………………….. 220
1.9 GARANTIA DE CALIDAD………………………………………………………………… 220
1.10 CONSIDERACIONES GENERALES…………………………………………………… 221
2. COMPONENTES………………………………………………………………………………… 222
2.1 GENERALIDADES…………………………………………………………………………. 222
2.2 CAPTADORES SOLARES………………………………………………………………... 222
2.3 ACUMULADORES……………………………………………………………………….... 223
2.4 BOMBAS DE CIRCULACIÓN….………………………………………………………… 224
2.5 TUBERÍAS………………………………………………………………………………….. 225
3. PRUEBAS………………………………………………………………………………………… 226
4. MONTAJE DE LA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA……………………………………… 227
4.1 GENERALIDADES………………………………………………………………………… 227
4.2 PROTECCIÓN……………………………………………………………………………… 227
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
4.3 LIMPIEZA…………………………………………………………………………………… 228
4.4 RUIDO Y VIBRACIONES…………………………………………………………………. 228
4.5 ACCESIBILIDAD…………………………………………………………………………... 228
4.6 SEÑALIZACIÓN…………………………………………………………………………… 228
4.7 IDENTIFICACIÓN DE LA INSTALACIÓN………………………………………………. 229
4.8 MONTAJE DE CAPTADORES…………………………………………………………… 229
4.9 MONTAJE DE TUBERÍAS Y ACCESORIOS…………………………………………… 229
4.10 PRUEBAS DE ESTANQUEIDAD………………………………………………………. 230
5. INSTALACION SUELO RADIANTE………………………………………………………….. 232
5.1 CAJA DE COLECTORES………………………………………………………………… 232
5.2 ZÓCALO PERIMETRAL…………………………………………………………………... 232
5.3 FILM DE POLIETILENO………………………………………………………………….. 232
5.4 PANEL AISLANTE………………………………………………………………………… 233
5.5 CIRCUITOS………………………………………………………………………………… 233
5.6 COLECTORES…………………………………………………………………………….. 234
5.7 LLENADO DE LA INSTALACIÓN Y PRUEBA DE ESTANQUEIDAD………………. 234
5.8 MORTERO DE CEMENTO……………………………………………………………….. 234
5.9 MONTANTES Y TUBERÍAS DE DISTRIBUCIÓN……………………………………… 235
5.10 CAMPO DE IMPULSIÓN Y GENERADOR DE CALOR……………………………… 236
5.11 REGULACIÓN DE TEMPERATURA AMBIENTE……………………………………. 236
4.12 PUESTA EN MARCHA DE LA INSTALACIÓN……………………………………… 237
5.13 MOMENTO ADECUADO DE LA INSTALACIÓN……………………………………. 240
6. HOJA DE ESPECIFICACIÓN…………………………………………………………………. 241
C. PRESUPUESTO
1. PRESUPUESTO DE LAS PARTIDAS………………………………………………………… 269
1.1 PRESUPUESTO DE LA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA AGUA
CALIENTE SANITARIA………………………………………………………………………. 269
1.2 PRESUPUESTO DE LA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA
CALEFACCIÓN……………………………………………………………………………….... 270
1.3 PRESUPUESTO DE LA CALDERA DE BIOMASA…………………………………….. 271
1.4 PRESUPUESTO DE LA CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE…………………. 272
1.5 RESUMEN DE LOS PRESUPUESTOS………………………………………………….. 272
2. PRESUPUESTO GENERAL……………………………………………………………………. 273
3. ESTUDIO DE VIABILIDAD ECONÓMICA……………………………………………………. 286
3.1 SUBVENCIONES…………………………………………………………………………... 286
3.2 PERIODO DE RETORNO DE LA INSTALACIÓN…………………………………….. 287
3.3 BENEFICIO MEDIOAMBIENTAL……………………………………………………….. 294
D. PLANOS
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
ESQUEMA DE PRINCIPIO…………………………………………………………………….. 297
PLANO Nº 2: DIMENSIONES DEL CAPTADOR……………………………….…………… 298
PLANO Nº 3: DISTRIBUCIÓN EN PLANTA. AZOTEA…………………………………..... 299
PLANO Nº 4: DISTRIBUCIÓN EN PLANTA. 1ª PLANTA…………………………………. 300
PLANO Nº 5: DISTRIBUCIÓN EN ALZADO Y PERFIL……………………………………. 301
PLANO Nº 6: DISTRIBUCIÓN EN PLANTA. SOTANO……………………………………. 302
PLANO Nº 7: DISTRIBUCIÓN EN ALZADO Y PERFIL……………………………………. 303
PLANO Nº 8: DISTRIBUCIÓN EN ALZADO Y PERFIL……………………………………. 304
PLANO Nº 9: DISTRIBUCIÓN EN PLANTA SUELO RADIANTE………………………… 305
PLANO Nº 10: DISTRIBUCIÓN EN PLANTA SUELO RADIANTE…………………….... 306
PLANO Nº 11: DISTRIBUCIÓN EN PLANTA SUELO RADIANTE………………………. 307
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
A. MEMORIA Y ANEXOS
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
A.1 MEMORIA
MEMORIA
8
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1. INTRODUCCIÓN
Al principio de la explotación de los combustibles fósiles (petróleo, gas natural y
carbón mineral) estos se consideraban ilimitados y su impacto ambiental despreciable.
El extraordinario crecimiento de la población mundial, junto a la mayor dependencia de
dichos combustibles y al aumento del consumo de estos recursos, ha propiciado que
sólo queden reservas de petróleo disponibles para su explotación económica durante
la primera mitad del siglo XXI.
Por otro lado el consumo masivo de hidrocarburos está produciendo
alteraciones en la atmósfera a nivel mundial; cada vez aumentan más los niveles de
dióxido de carbono que produce el conocido efecto invernadero y por tanto, las
temperaturas promedio mundiales cada vez suben más.
Ya desde hace algunos años, se hace más patente la necesidad de buscar
alternativas energéticas que no supongan un deterioro del medioambiente. Entre ellas,
la energía solar es una buena candidata. Mediante las energías renovables se puede
obtener energía para cubrir nuestras necesidades de forma efectiva, económica y
respetuosa con el medioambiente.
1.1 ENERGÍAS RENOVABLES
Se denomina energía renovable a la que se obtiene de fuentes naturales
virtualmente inagotables, unas por la inmensa cantidad de energía que contienen, y
otras porque son capaces de regenerarse por medios naturales.
Durante los últimos años, debido al incremento del coste de los combustibles
fósiles y los problemas medioambientales derivados de su explotación, estamos
asistiendo a un renacer de las energías renovables.
1.1.1
DIFERENTES TIPOS DE ENERGÍAS RENOVABLES
Existen diferentes métodos para aprovechar esta energía, dependiendo del
recurso natural que aprovechen:
Eólica:
MEMORIA
9
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Transforman la energía del viento en energía útil. Los aparatos que se emplean
para transformar la energía del viento en energía útil se denominan aerogeneradores.
Estos aerogeneradores constan, principalmente de un rotor; encargado de transformar
la energía del viento en energía mecánica. Las palas, que se encargan de captar el
viento incidente. El multiplicador; que adapta las bajas velocidades de giro del rotor a
las necesariamente más altas del generador. El generador; que transforma la energía
mecánica procedente del rotor en energía eléctrica.
Cuando hay vientos más fuertes, se hace necesario gastar parte del exceso del
viento para evitar daños en el aerogenerador. Por tanto, todos los aerogeneradores
están diseñados con algún tipo de control de potencia. La potencia producida por los
aerogeneradores depende del área de rotación del rotor y de la velocidad del viento.
Hidráulica:
Aprovechan la energía potencial de un curso de agua, mediante una central
hidroeléctrica que la transforma en energía eléctrica.
Como hemos dicho, el aprovechamiento de la energía hidráulica se lleva a
cabo en las centrales hidroeléctricas. Una central hidroeléctrica consta de: Embalse;
sirve para acumular el agua del río. Presa; se encarga de retener el agua del embalse.
Desde la presa, mediante una tubería forzada, se enlaza el embalse con la sala de
máquina. Central hidroeléctrica; en esta instalación se encuentran las turbinas
(transforman la energía cinética del agua en energía de rotación), generadoralternador (dispositivo unido a la turbina que convierte la energía de rotación en
energía eléctrica) y el transformador (transforma la energía que produce el generador
en corriente para poder ser transportada).
Solar:
Se aprovecha la radiación solar constante durante todo el año, pero
intermitente por culpa del día y la noche. Se necesita un sistema de captación y
almacenamiento.
La utilización de la energía solar puede ir encaminada hacia diversos objetivos:
MEMORIA
10
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
-
Energía solar pasiva; aprovecha la energía solar sin elementos mecánicos.
-
Energía solar térmica; concentran el efecto térmico de la radiación solar sobre
un fluido, para producir calor.
-
Energía solar fotovoltaica; se basa en el efecto fotovoltaico que se produce al
incidir la luz sobre materiales semiconductores, para producir energía eléctrica.
Geotérmica:
Es la energía que se almacena en el interior de la tierra en forma de calor.
Tiene su origen en una serie de reacciones químicas naturales.
El uso que se hace de la energía geotérmica se puede dividir en tres
categorías, según la temperatura de los recursos disponibles:
-
Alta temperatura (>150ºC): Se utiliza principalmente para la producción de
energía eléctrica en centrales.
-
Media temperatura (50-150ºC): Es ideal para una utilización directa del calor
almacenado.
-
Baja temperatura (<50ºC): Se utiliza conjuntamente con bombas de calor
geotérmicas.
Biomasa:
Se considera como biomasa, el aprovechamiento térmico o eléctrico del
conjunto de materia orgánica de origen vegetal o animal (incluyendo los materiales
procedentes de su transformación natural o artificial).
La energía de la biomasa corresponde entonces a toda aquella energía que
puede obtenerse de ella, bien sea a través de su quema directa o su procesamiento
para conseguir otro tipo de combustible.
Los usos de la biomasa en aplicaciones energéticas son principalmente la
producción de gas, energía calórica (térmica) y energía eléctrica.
MEMORIA
11
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
A continuación pasamos a exponer un esquema donde podemos ver la
clasificación de las energías renovables:
Figura 1. Clasificación de las energías renovables
1.2 DESCRIPCIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR
Durante un año, la energía que desprenderá el Sol sobre la Tierra será cuatro
mil veces mayor que la energía que se consumirá por todos los habitantes de la Tierra.
Está claro que la energía que recibimos del Sol es inagotable, por lo que es
importante que la sepamos aprovechar de cara al futuro, aunque hay que tener en
cuenta que esta energía está sometida a fluctuaciones más o menos bruscas, siendo
en los periodos donde más se necesita de esta energía (invierno), cuando disponemos
de ella en menor medida. Es importante continuar con el desarrollo de la tecnología de
captación, acumulación y distribución de la energía solar, para conseguir las
condiciones que la hagan competitiva.
La energía que se recibe del Sol se puede aprovechar de forma activa o
pasiva. El aprovechamiento de forma pasiva es aquella que capta la energía solar, la
almacena y la distribuye de forma natural, sin necesidad de ningún elemento
mecánico, utilizando procedimientos de ventilación natural. Su funcionamiento está
basado en las características y la disposición de los materiales utilizados en la
construcción del edificio. Cuando se construye un edificio y se diseña un sistema de
MEMORIA
12
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
aprovechamiento de la energía solar de forma pasiva, se tiene en cuenta la orientación
del edificio, colocar elementos de protección (aislamientos, barbacanas, persianas,
etc) o la dirección de los vientos dominantes, entre otros factores.
El aprovechamiento de forma activa consiste en aprovechar la energía de la
radiación para calentar un fluido. Su funcionamiento se basa en la captación de la
energía solar mediante unos captadores, el almacenamiento de esta energía y su
posterior distribución.
Producción
de calor
Almacenamiento
Distribución
de calor
Figura 2. Esquema del funcionamiento de una instalación de energía solar
activa.
La energía solar activa se puede clasificar en: energía solar activa de baja
temperatura; alcanza temperaturas de unos 80ºC, la energía solar activa de media
temperatura; que puede alcanzar temperaturas hasta 120ºC, para ello se emplean
captadores solares de vacío o de concentración, y la energía solar activa de alta
temperatura; basada en la producción de energía eléctrica, utiliza unos sistemas de
concentración de la energía en un solo punto para conseguir temperaturas más altas
(2000ºC).
La aplicación de la energía solar se centra en la producción de calor o
electricidad. El calor se consigue con captadores o colectores térmicos, y la
electricidad gracias a los módulos fotovoltaicos. Los dos procesos son muy diferentes
entre sí, y no tienen nada que ver ni en lo técnico ni en su aplicación.
Hablamos primero de los sistemas de aprovechamiento térmico. El calor
recogido en los colectores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Por
ejemplo, se puede obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien
para dar calefacción a nuestros hogares, hoteles, colegios, fábricas, etc. Incluso
podemos climatizar las piscinas y permitir el baño durante gran parte del año.
MEMORIA
13
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
A continuación, nos centramos en las principales aplicaciones de este sistema,
que son la producción del agua caliente sanitaria (ACS), calefacción y el calentamiento
de piscinas.
Agua Caliente Sanitaria.
La producción de agua caliente sanitaria, ACS, es la aplicación más popular de
la energía solar térmica, dado su buen rendimiento. El tratarse de un consumo
continuado a lo largo del año y a una temperatura media (38ºC-40ºC), la producción
de ACS es perfectamente compatible con el aprovechamiento de la radiación solar.
Figura 3. Esquema de funcionamiento de una instalación de ACS.
La tecnología más utilizada para este uso es el colector solar plano o captador
de placa plano, formado por un absorbedor de tubos, dentro de una caja de cerrada
con una cubierta de cristal que produce el efecto invernadero en su interior.
Estos captadores pueden llegar a temperaturas de 70 o 80ºC con facilidad,
trabajando a temperaturas mayores que las ambientales. La energía conseguida por
los captadores, se puede guardar en acumuladores de agua que luego se suministrará
al consumo. Un buen aislamiento del acumulador, así como de los conductos permite
conservar el calor durante la noche, pudiendo utilizar el agua caliente aun sin Sol.
Actualmente, se instalan captadores solares en multitud de aplicaciones: casas
unifamiliares, bloques comunitarios, centros deportivos, edificios sanitarios, etc.
Calefacción
MEMORIA
14
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
La producción de agua caliente para calefacción se está convirtiendo también
en una forma usual de aprovechar la energía del Sol. Pero en este caso, hay que tener
en cuenta un factor muy importante: el sistema utilizado para transmitir el calor al
ambiente.
A continuación se explica, de menos a más eficientes, sistemas de calefacción.
Radiadores
Los radiadores son sistemas de calor por radiación que trabajan a altas
temperaturas (80ºC). Contrario a la energía solar que trabaja a bajas temperaturas
(45ºC). Por este motivo la calefacción por radiadores es un sistema absolutamente
inapropiado para la energía solar térmica.
En caso que se quiera aplicar la energía solar en una instalación ya hecha de
radiadores, podría conseguirse pero sería una instalación poco viable y compleja.
Fancoils
Un fancoil es un elemento emisor con un intercambiador de calor al que se le
lleva agua caliente o fría y al hacer circular aire mediante un ventilador es capaz de
devolver al ambiente el aire calentado o enfriado, tiene la ventaja de poder trabajar con
bajas temperaturas en calefacción y poder utilizarlo, tanto para calentar como para
enfriar, dependiendo de la temperatura de entrada del agua.
El mayor inconveniente es que la climatización se realiza con movimiento
impuesto del aire, lo que influye negativamente en la sensación térmica y reseca el
ambiente.
La mayor ventaja que tiene es la gran velocidad con la que acondiciona una
estancia.
Al igual que el suelo radiante, el hecho de trabajar a baja temperatura permite
utilizar cualquier fuente de energía para su funcionamiento: gas natural, gasoil, bomba
MEMORIA
15
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
de
calor
y especialmente
energías
renovables
como
la
solar,
donde
su
aprovechamiento es óptimo.
Suelo Radiante
La calefacción por suelo radiante es el sistema que proporciona un mayor nivel
de confort dentro de una vivienda o local. Consiste en una red de tuberías enterradas
en el suelo por las que circula agua a baja temperatura, normalmente entre 35 y 45 ºC,
dependiendo del tipo de suelo.
Entre las ventajas de este sistema destacan:
-
La distribución de temperaturas que se consigue en la sala, manteniendo una
mayor temperatura a nivel del suelo y descendiendo ésta con la altura. De esta
manera no se desaprovecha energía calentando innecesariamente la parte alta
de la estancia. Esto significa que el suelo radiante también es un sistema muy
adecuado para el calentamiento de locales altos.
-
El hecho de trabajar a baja temperatura permite utilizar cualquier fuente de
energía para su funcionamiento: gas natural, gasoil, bomba de calor y
especialmente energías renovables como la solar, donde su aprovechamiento
es óptimo.
Cuando se trabaja con energía solar para obtener calefacción, el suelo radiante
es óptimo para este fin.
La principal dificultad que presenta el suelo radiante es que sólo es aplicable
en viviendas o locales en construcción o donde se pretenda realizar una reforma
importante, ya que las tuberías necesarias para su funcionamiento abarcan todo el
suelo de las estancias a calefactar.
Calentamiento de Piscinas
Calentar agua de las piscinas, ya sean cubiertas como descubiertas, constituye
otra interesante aplicación de la energía solar
MEMORIA
16
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 4. Esquema del sistema de calentamiento de piscinas.
La
climatización
de
la
piscina
por
medio
de
este
sistema
alarga
considerablemente la temporada de utilización de está. Los elevados costos de las
energías convencionales, unido a la prohibición de la legislación actual hace
particularmente atractivo el uso de la energía solar en este tipo de instalaciones.
El calentamiento de la piscina por medio de este sistema tiene las siguientes ventajas:
-
El calentamiento puede obtenerse por medio de un colector solar de bajo
coste, sin cubierta de vidrio y sin aislamiento.
-
La piscina por si mismo sirve como depósito de almacenamiento de la energía.
-
La bomba utilizada para el filtrado de la piscina sirve también para la
circulación del agua a través de los paneles solares.
Entre las muchas aplicaciones que existen de la energía solar, quizás una de
las más rentables y que mejor resueltas están técnicamente, son las instalaciones
para el calentamiento de piscinas con colectores planos de polipropileno. Estos
colectores se utilizan principalmente en piscinas descubiertas al aire libre, donde se
pretende alargar la temporada de baño y rentabilizar, de este modo, su coste de
construcción.
Por otra parte la legislación vigente sólo permite el calentamiento de piscinas al
aire libre mediante bomba de calor o energía solar.
1.3 SITUACIÓN ACTUAL DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
MEMORIA
17
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
La contribución de la energía solar térmica al consumo energético mundial
sigue siendo muy escasa todavía, pese a que empiezan a percibirse ciertos síntomas
de cambio que permiten ser más optimistas de cara al futuro. Al creciente interés de
los ciudadanos por este tipo de soluciones hay que sumar las ayudas e incentivos que
se han puesto en marcha en muchos países del mundo y la reducción de precios de
los captadores solares en algunos mercados. Una situación que pone de manifiesto
que estamos ante una tecnología madura que ha experimentado un significativo
avance durante los últimos años. En la actualidad la capacidad de energía solar
instalada en el mundo supera a la de otras renovables con altos índices de desarrollo.
La solar térmica ha alcanzado unos niveles de popularidad impensables hace tan solo
unos años. Y no exclusivamente por lo que a la producción de agua caliente se refiere,
sino también en cuanto a la calefacción de viviendas.
Con el propósito de, aumentar el consumo de las energías renovables en
España, respetar al medio ambiente, y con la determinación de dar cumplimiento a los
compromisos de España en el ámbito internacional (Protocolo de Kioto), se constituyó
el Plan de Energías renovables 2005-2010, que a continuación pasamos a exponer
brevemente. La referencia de este plan corresponde al IDAE (Instituto de
Diversificación y ahorro de la energía), Ministerio de Industria, Turismo y comercio.
Plan de Energías Renovables en España 2005-2010
El Plan de Energías Renovables aprobado en agosto de 2005 recoge los
principales elementos y orientaciones que pueden considerarse relevantes en la
articulación de una estrategia para que el conjunto de todas las energías renovables
lleguen a cubrir, cuanto menos, el 12% del consumo de energía primaria en el año
2010.
En el caso de la energía solar térmica, el Plan propone el mantenimiento de los
objetivos contemplados en ediciones anteriores, por el que se plantea alcanzar en
2010 una superficie total instalada de más de 4.900.000 m2. Teniendo en cuenta que a
finales de 2004 la superficie era de aproximadamente 700.000 m2, el recorrido
pendiente es aún largo.
A continuación se representar una tabla sobre la situación a 2004 y objetivos
para 2010 por Comunidades Autónomas en el sector Solar Térmico:
MEMORIA
18
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Comunidad
Autónoma
Andalucía
Aragón
Asturias
Baleares
Canarias
Cantabria
Castilla León
Castilla La Mancha
Cataluña
Extremadura
Galicia
Madrid
Murcia
Navarra
La Rioja
Valencia
Pais Vasco
Total
2
Situación en 2004 (m )
213.239
6.686
9.022
78.362
95.731
1.501
34.646
7.845
82.358
3.310
8.911
56.204
19.321
12.473
204
58.199
4.849
700.433
Incremento en 2005-2010
2
(m )
910.398
85.892
41.810
358.374
382.954
20.856
257.227
294.666
489.523
168.181
52.900
380.123
143.903
77.405
20.856
389.260
125.572
4.200.000
Superficie 2010
2
(m )
1.123.637
92.578
50.832
436.836
478.685
22.357
291.873
302.511
571.881
171.491
61.811
436.327
163.224
89.878
21.060
447.459
130.421
4.900.433
Tabla 1. Situación a 2004 y objetivos para 2010 por Comunidades Autónomas en
el sector solar térmico.
Para la consecución de este gran reto se ha puesto en marcha un conjunto de
medidas dirigidas a salvar las barreras de carácter económico, tecnológico, normativo
y social que existen en la actualidad. Para una implantación correcta de la instalación
Solar Térmica es necesario aplicar medidas de carácter normativo (Código Técnico de
la Edificación, Ordenanzas etc.) y velar por la eficacia de las mismas. Pasamos a
explicar brevemente el Código Técnico de la Edificación.
Código Técnico de la Edificación
El nuevo Código Técnico de la Edificación1 (CTE) establece que todos los
edificios de nueva construcción o en rehabilitación deberán tener en cuenta la energía
solar térmica en su diseño. Todas las viviendas deberán conseguir que un porcentaje
de la energía utilizada para producir agua caliente sanitaria sea de origen solar térmico
que variará entre un 30 y 70% según la demanda de agua caliente sanitaria del edificio
y las distintas zonas climáticas en las que se ha dividido España; esta obligatoriedad
se ha extendido, además, para la climatización de piscinas. Esta medida supone un
importante impulso para el desarrollo de la energía solar térmica en nuestro país.
1
CTE. Real Decreto 314/2006.
MEMORIA
19
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Actualmente se encuentra en proceso de elaboración un nuevo plan, ―Plan de
Energías renovables 2011-2020‖. El Plan de Acción Nacional de Energías Renovables
2011-2020 se encuentra actualmente en proceso de elaboración, por lo que tanto el
escenario como los objetivos para cada una de las tecnologías renovables durante
este periodo pueden ser objeto de revisión. Las conclusiones principales del informe
notificado a la Comisión Europea son las siguientes:
En una primera estimación, la aportación de las energías renovables al
consumo final bruto de energía sería del 22,7% en 2020—frente a un
objetivo para España del 20% en 2020—, equivalente a unos
excedentes de energía renovable de aproximadamente de 2,7 millones
de toneladas equivalentes de petróleo (tep).
Como estimación intermedia, se prevé que en el año 2012 la
participación de las energías renovables sea del 15,5% (frente al valor
orientativo previsto en la trayectoria indicativa del 11,0%) y en 2016 del
18,8% (frente a al 13,8% previsto en la trayectoria).
El mayor desarrollo de las fuentes renovables en España corresponde a
las áreas de generación eléctrica, con una previsión de la contribución
de las energías renovables a la generación bruta de electricidad del
42,3% en 2020.
A continuación, pasamos a exponer gráficamente los datos del consumo de
energía primaria en el 2008, así como el grado de desarrollo del sector térmico:
Figura 5. Consumo de energía primaria 2008. Contribución por fuentes
energéticas
MEMORIA
20
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Usos térmicos
Biomasa
Solar térmica de baja Tª
2
Superficie(1000m )
Total áreas térmicas
Objetivos de incremento
Unidad 2005 2006 2007 20052010
Ktep
50
80
85
583
Ktep
11
16
41
325
2
m
148
211
531
4200
Ktep
61
96
126
908
2005
16
8
107
24
Realizado
2006 2007 Acumulado
2005-2007
40
15
71
12
19
39
154
250
511
52
34
110
Tabla 2. Grado de desarrollo del sector térmico en 2007
MEMORIA
21
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
2. OBJETIVO DEL PROYECTO
El objetivo de este proyecto es el estudio, diseño y cálculo de los elementos
que componen una instalación solar térmica de baja temperatura así como el diseño
de un sistema de calefacción por suelo radiante de una vivienda para la producción de
agua caliente sanitaria así como para la calefacción. Este proyecto es un compromiso
con el medio ambiente ya que es respetuoso con el desarrollo sostenible.
El sistema solar térmico que se va a implantar tendrá como finalidad
suministrar la máxima cantidad posible de energía solar gratuita para abastecer al
usuario de Agua Caliente Sanitaria (ACS) y calefacción. Se pretende así que el
usuario obtenga un ahorro económico respecto al consumo de energías fósiles.
El presente proyecto se basará en el siguiente orden: ahorro y eficiencia
económica, bienestar de sus usuarios y viabilidad económica. El interés por el medio
ambiente, junto con el ahorro de energía, han sido factores determinantes para
decantarse por una instalación solar térmica para la calefacción y calentamiento de
agua.
MEMORIA
22
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
3. JUSTIFICACIÓN
El consumo de energía en los países industrializados presenta como rasgos
característicos, un elevado crecimiento interanual, y una excesiva dependencia de los
combustibles de origen fósil. Esta situación origina unos problemas bien conocidos
como el agotamiento en fechas no lejanas de los recursos, la dependencia exterior con
las implicaciones políticas y económicas que conlleva, y los impactos negativos
causados sobre el medio ambiente como la lluvia ácida y el efecto invernadero.
El modelo energético basado en los combustibles fósiles es insostenible y la
alternativa posible es el modelo basado en el uso racional de la energía, la eficiencia
energética y las energías renovables.
La forma y cantidad en que se satisfacen las necesidades energéticas
presentan importantes implicaciones en el orden social, económico y medioambiental.
A la vez que la energía es un elemento clave en el desarrollo económico y social, su
transformación y consumo dan lugar a una importante agresión al medio ambiente y
constituyen la principal injerencia humana en el sistema climático, además de un
consumo acelerado de recursos limitados.
En lo económico, la acusada dependencia energética en nuestro país
constituye una deficiencia estructural, es fuente de elevado déficit comercial y un factor
latente de inestabilidad. Por ello, una mejora de la eficiencia energética y un
crecimiento sustancial de las fuentes de energía renovables, son elementos de
estrategia económica, social y medioambiental, que dan lugar a importantes impactos
positivos.
Este proyecto tiene la intención de controlar las emisiones y el consumo
energético. Es cada vez más importante el ahorro y el uso racional de la energía a
nivel doméstico.
Los efectos positivos son:
o
Diversificación energética.
MEMORIA
23
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Para un país como el nuestro, con tan elevada dependencia energética, la
diversificación de las fuentes de energía y la limitación, en lo posible, de la
dependencia energética exterior, son elementos que aportan estabilidad a la
economía nacional y contribuyen a reducir el importante déficit comercial.
o
Medioambientales.
Es importante desarrollar nuevas tecnologías basadas en el aprovechamiento
de los recursos renovables que, como su propio nombre indica, son
inagotables, además de respetuosas con el medio ambiente. La energía solar
es una fuente de energía que no daña el entorno en que vivimos. Las
principales ventajas medioambientales de la energía solar térmica de baja
temperatura, aquella que utilizamos en el ámbito de la vivienda, son:
o
Es una energía que proviene directamente del Sol.
o
No emite gases contaminantes perjudiciales para la salud.
o
No emite gases de efecto invernadero que provocan el cambio
climático.
o
No produce ningún tipo de desperdicio o residuo peligroso de difícil
eliminación.
o
No produce efectos significativos sobre la flora y la fauna.
o
Su impacto sobre el medio ambiente es mínimo.
o
Es una energía que no corre peligro de agotarse a medio plazo,
puesto que su fuente productora es el Sol.
o
No
requiere
costosos trabajos de
extracción,
transporte o
almacenamiento.
o
Se genera directamente en los puntos de consumo, por lo que no
requiere transporte.
o
Socioeconómicos
Además de contribuir a aportar estabilidad a nuestra economía y a reducir el
déficit comercial también da lugar a beneficios socioeconómicos de diferentes
tipos entre los que cabe destacar la mejora y modernización del tejido
industrial, la generación de empleo y la contribución al desarrollo regional.
MEMORIA
24
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
4. LOCALIZACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LA VIVIENDA
En una casa aislada destinada a vivienda habitual se instalará un sistema de
captación de energía solar térmica que se aprovecha para la producción de agua
caliente sanitaria (A.C.S.) y para calefacción de la vivienda por suelo radiante.
Es una vivienda de nueva construcción que estará situada en la provincia de
Cádiz en el término municipal de El Puerto de Santa María. La vivienda es un chalet,
estando compuesta por planta baja, primera planta y sótano. A efectos de cálculo se
considerará como vivienda unifamiliar. Tiene una superficie total de 146 m2 habitables.
Las plantas se componen de:
Planta baja
Locales
Estar
Patio Cubierto
Estudio
Cocina
Salón
Dormitorio 1 + Aseo
Dormitorio 2 + Aseo
A(m2)
18,24
18,49
7,33
15,43
30,02
14,03
16,82
Planta alta
Locales
Dormitorio 3
Baño
A(m2)
12,4
2,99
Tabla 3. Composición de la vivienda
A continuación pasamos a describir los cerramientos de la vivienda los cuales
se han hecho servir para cálculos posteriores:
Muro exterior grueso
Cemento
Ladrillo perforado
Lana mineral
Ladrillo perforado
Perlita
MEMORIA
Espesor (m)
0,02
0,26
0,04
0,26
0,02
λ(W/mºC)
1,4
0,76
0,042
0,76
0,18
25
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Muro exterior fino
Cemento
Ladrillo perforado
Perlita
Espesor (m)
0,02
0,26
0,02
λ(W/mºC)
1,4
0,76
0,18
Espesor (m)
0,02
0,02
0,002
0,05
0,2
0,2
0,02
λ(W/mºC)
0,81
1,4
0,19
0,17
1,58
0,012
0,3
Espesor (m)
0,018
λ(W/mºC)
0,18
Espesor (m)
0,1
0,03
λ(W/mºC)
0,17
0,057
Techo
Baldosa
Cemento
Láminas bituminosas
Hormigón
Bovedilla
Cámara de aire
Escayola
Techo claraboya
Polimetacrilato
Suelo
Hormigón
Poliestireno expandido
Ventanas/Ventanales
2
Vidrio doble 6 mm
U(W/m ºC)
2,8
Puertas exteriores
2
Madera opaca
U(W/m ºC)
3,5
Tabla 4. Materiales y características de los cerramientos de la vivienda.
MEMORIA
26
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
5. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA INSTALACIÓN
SOLAR TÉRMICA
La energía solar térmica está basada en el aprovechamiento de calor por unos
colectores solares. La cantidad energía recogida dependerá principalmente de la
superficie de captadores existentes y de la eficiencia de los mismos. El sistema de
captación de nuestra instalación es del tipo de baja temperatura ya que la temperatura
del fluido de trabajo de los colectores no alcanza temperaturas superiores a 110ºC.
La instalación solar térmica está constituida por un conjunto de componentes
encargados de realizar las funciones de captar la radiación solar, transfórmala
directamente en energía térmica cediéndola a un fluido de trabajo y, por último
almacenar dicha energía térmica de forma eficiente, para poder utilizarla después en
los puntos de consumo. Dicho sistema se complementa con una producción de
energía térmica por sistema convencional auxiliar.
La instalación solar térmica está compuesta principalmente por los siguientes
elementos:
o
El sistema de captación formado por captadores que transforman la
radiación solar incidente en energía térmica de forma que se calienta el
fluido de trabajo que aquellos contienen.
o
El sistema de acumulación constituido por un depósito que almacena el
agua caliente hasta que se precise su uso.
o
El sistema de intercambio que realiza la transferencia de energía
térmica captada desde el circuito de colectores, o circuito primario, al
agua caliente que se consume. En nuestro sistema de calefacción, el
intercambiador irá dentro del acumulador.
o
El circuito hidráulico constituido por tuberías, bombas, válvulas, etc.,
que se encarga de conducir el movimiento del fluido caliente desde el
sistema de captación hasta el sistema de acumulación y desde éste a la
red de consumo.
o
El sistema de regulación y control que fundamentalmente se encarga de
asegurar el correcto funcionamiento del equipo, para proporcionar un
adecuado servicio de agua caliente y aprovechar la máxima energía
MEMORIA
27
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
solar térmica posible. Por otro lado, se incorporarán distintos elementos
de protección de la instalación frente a la acción de múltiples factores
como sobrecalentamientos del sistema, riesgo de congelaciones, etc.
o
El sistema de energía auxiliar que se utiliza para completar el aporte
solar cuando las condiciones solares no sean las previstas.
A continuación se representa, de manera simplificada, la instalación solar
térmica:
Ts1
CS
0100
deg
CALDERA
IAS
AGUA
CALIENTE
mV
1050
T1
Agua de red
Figura 6. Componentes de la instalación solar térmica.
En líneas generales, podemos decir que la instalación está compuesta por un
campo de captadores solares térmicos planos, un sistema de intercambio y
acumulación y un sistema de aporte de energía convencional auxiliar mediante caldera
individual. Los tres sistemas están unidos entre sí mediante circuitos hidráulicos que
conducen el fluido caloportador o el agua de consumo según corresponda.
La instalación se diseña para una casa, en construcción, de dos plantas
perteneciente a una familia de cuatro miembros, que se encuentra en la localidad de El
Puerto de Santa María, provincia de Cádiz, en España.
MEMORIA
28
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Nuestra instalación consta de 10 captadores solares planos de 1,91 metros
cuadrados cada uno con una inclinación de 45º. Los captadores están situados en la
azotea de manera que dos de los diez captadores sirven para abastecer la demanda
de agua caliente sanitaria orientados al Sur, mientras que, los otros ocho son los
destinados al agua caliente que se utiliza en la calefacción por suelo radiante, estando
estos orientados al sureste debido a
problemas de disponibilidad espacial. Los
captadores se dispondrán de manera que no existan interferencias por sombras
proyectadas.
En el sótano de la vivienda se localizará dos interacumuladores, de 300 y 1000
litros de capacidad, para el agua caliente sanitaria (ACS) y para calefacción
respectivamente, donde se almacenará la energía térmica que producen los
captadores solares en forma de fluido caliente. En el mismo sótano, se encontrará la
caldera de biomasa que servirá como apoyo al sistema solar térmico, activándose en
los momentos en los que la temperatura alcanzada por la instalación solar no sea
suficiente para cubrir la demanda.
MEMORIA
29
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
6 CONFIGURACIÓN DE LA INSTALACIÓN
La instalación solar térmica para agua caliente sanitaria (ACS) y la instalación
para calefacción están instaladas de manera independiente. Como ya se ha
comentado en el apartado anterior, la instalación solar térmica para agua caliente
sanitaria (ACS) está compuesta por 2 captadores solares situados en la azotea de la
casa y por un interacumulador de 300 litros de capacidad dispuesto en el sótano de la
vivienda. La instalación solar térmica para calefacción está formada por 8 captadores
y por un interacumulador de 1000 litros. El dimensionado de la instalación se puede
ver en el apartado 1.3. ―Diseño de la instalación solar térmica para ACS‖ y apartado
1.4. ―Diseño de la instalación solar térmica para calefacción‖ de la memoria de cálculo.
Como sistema auxiliar convencional se utiliza una caldera de biomasa que
abastecerá al agua caliente sanitaria (ACS) y al agua de calefacción. La caldera se
utiliza para complementar la contribución solar suministrando la energía necesaria
para cubrir la demanda prevista, garantizando la continuidad de agua caliente en los
casos de escasa radiación o demanda superior a la prevista. La caldera se encontrará
en el sótano de la casa junto a los dos interacumuladores. En la siguiente figura se
puede ver el esquema de diseño:
ACS
Agua de red
caldera
ACS
Ida calefacción
calefacción
Retorno
calefacción
Figura 7. Esquema de diseño de la instalación solar térmica y calefacción.
MEMORIA
30
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Otra configuración que podría haber sido viable habría sido tener un sistema de
captadores para abastecer conjuntamente al ACS así como a la calefacción. De
manera que los captadores son usados preferentemente para calentar el depósito de
ACS y una vez que este está calentado se dispone a calentar el agua para la
calefacción mediante una válvula de 3 vías. El esquema sería el siguiente:
ACS
ACS
CALEFACCION
Calefacción
Figura 8. Configuración de la instalación alternativa
El hecho de tener ambas instalaciones independizadas tiene ventajas a la hora
del mantenimiento o de la existencia de alguna avería. Por otro lado, la instalación
solar térmica de ACS con 2 colectores tienen un alto rendimiento por lo que no hace
falta la utilización de mas captadores para su correcto funcionamiento. Además la
instalación de calefacción solo se hará uso preferentemente en invierno mientras que
la instalación de ACS se hará uso durante todo el año.
Los componentes de la instalación y sus características se describen de
manera más específica en los siguientes apartados.
MEMORIA
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DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
7. COMPONENTES DE LA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA
7.1 CAPTADORES SOLARES
Según el tipo de instalaciones que se requieran, se emplea un tipo de colector
u otro. Si el sistema es de baja temperatura, alrededor de 120ºC, los colectores que se
utilizan son los planos, de vacío o los de polipropileno. En cambio, si las temperaturas
que se quieren conseguir son de hasta 250ºC, se pasa a utilizar colectores de
concentración.
Para este proyecto, y debido a las temperaturas que se utilizan, se utilizarán
los colectores para sistemas de baja temperatura.
a) Colector solar plano:
El funcionamiento de este tipo de colectores es muy sencillo, está basado en el
efecto invernadero, con lo que la mayor parte de la radiación que incide sobre el es
absorbida por una superficie.
Figura 9. Colector solar plano.
El principio físico de funcionamiento del captador solar plano se basa en el
efecto invernadero, resultado de las características que tiene un cuerpo transparente,
que deja pasar a través suyo una radiación electromagnética determinada.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 10. Efecto invernadero
Algunos cuerpos son transparentes para unas longitudes de onda y opacos
para otras, siendo el vidrio de la cubierta transparente para radiaciones entre 0,3 y 3
µm de longitud de onda, espectro visible y opaco para el resto. En la parte interior,
especialmente en el absorbedor, es necesario disponer superficies que tengan alta
absortancia para la radiación solar visible y una baja emitancia para las radiaciones de
onda larga (infrarrojo), lo que se consigue ennegreciendo la superficie, lográndose así
que las mayor parte de las emisiones sean de una longitud de onda superior a 3 µm,
que son retenidas en su interior, y transformadas en energía térmica, lo que permite su
aprovechamiento.
Las partes más importantes de los colectores planos son:
1. Carcasa: Elemento que da rigidez y estanquidad a la estructura. En ella se apoyan
el resto de elementos.
2. Junta de estanqueidad: permite la estanqueidad del colector respecto la cubierta y
la carcasa, suelen ser de caucho o silicona.
3. Cubierta transparente: su finalidad es reducir las pérdidas energéticas producidas
por la radiación infrarroja que emite la placa absorbente cuando esta aumenta de
temperatura. Es importante que la cubierta sea opaca a la radiación infrarroja y
transparente a la radiación solar, por esto, el material más utilizado para su fabricación
es el vidrio, aunque también se usa el plástico, por ser más económico, aunque su
vida útil es menor.
4. Superficie absorbente: su misión es captar la mayor parte de la radiación solar que
le llega y transmitirla, posteriormente, en forma de energía térmica al fluido
caloportador. Suelen construirse de cobre, acero negro inoxidable, aluminio, etc.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Con el objeto de conseguir aumentar la capacidad de absorción para la radiación solar
se recubre con pintura oscura, esta ha de tener un espesor mínimo, ya que en general
las pinturas son materiales aislantes y esto dificulta la conducción del calor, también la
pintura ha de ser de color mate ya que evita el fenómeno de reflexión. El tratamiento
aplicado a la superficie absorbente se denomina tratamiento selectivo.
5. Aislante: en el fondo y en las paredes laterales del panel se coloca aislante térmico
para reducir las pérdidas de calor. En la parte superior del colector se colocan una o
más cubiertas transparentes con aire entre ellas, que actúan de aislante.
6. Conductos y tubos: por los conductos o tubos circula el fluido al que se le transfiere
la energía absorbida por la placa.
Figura 11. Elementos básicos de un captador de placa plana
Las principales aplicaciones del colector solar plano son: la producción de agua
caliente sanitaria (ACS) y la calefacción.
b) Colectores de tubo de vacío:
Estos colectores se componen de un conjunto de tubos de vacío, cada uno de
ellos contiene un absorbedor, el cual recoge la energía del Sol y la transfiere a un
fluido caloportador. Gracias a las propiedades aislantes del vacío, las pérdidas de
calor son mínimas, ya que se eliminan las pérdidas por convección. Con este sistema
de colectores, se pueden conseguir temperaturas superiores a la de los colectores
planos (mayores de 100 ºC).
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Su funcionamiento se basa en el principio de concentración. Necesita una
superficie reflectante curva donde incida la radiación, gracias a esta curvatura, los
rayos son proyectados hacia la parte central del colector, donde se concentran y llegan
a unas temperaturas elevadas.
Su uso más común es el de calefacción y ACS en edificios. No obstante, son
materiales más caros y su mantenimiento es más costoso, por eso su aceptación en el
mercado es baja.
c) Colector sin cubierta o de polipropileno:
Estos paneles son fáciles de instalar, no necesitan mucho mantenimiento y no
tienen el riesgo de la corrosión. Constan de un panel captador de polipropileno, y por
dentro de este circula el fluido a calentar, recogiendo el calor emitido por la radiación
solar.
Su aplicación más importante es en piscinas, tanto en el interior como en el
exterior, aunque en el exterior son considerablemente más efectivos. Con este tipo de
colectores conseguimos rendimientos superiores al 80%, además cabe destacar que
tienen una vida útil muy larga, son fáciles de instalar y son capaces de trabajar con
cualquier tipo de fluido.
Una vez visto los tipos diferentes de colectores existentes, lo que se pretende a
continuación es hacer un cuadro resumen con los datos más significativo de cada uno,
analizando las ventajas e inconvenientes, con el fin de seleccionar el sistema más
adecuado para el proyecto.
MEMORIA
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Tipo de colector
Ventajas
-Riesgo de corrosión.
-Costes medios.
-Necesitan mantenimiento.
Plano o con cubierta
-Es el sistema más utilizado
(suficientemente estudiados)
-Consigue temperaturas
bastante elevadas.
-Pérdidas aceptables para
temperaturas ambientes
bajas.
De vacío
-Perdidas mínimas incluso
con temperaturas ambientes
bajas.
-Temperaturas elevadas.
-Riesgo de corrosión.
-Coste más elevado
-Problemas para mantener el
vacío dentro de la caja.
-Tienen el coste más bajo.
-Rendimientos elevados para
temperaturas ambientes
similares a las del fluido.
-Bajo coste de
mantenimiento.
-Vida útil muy larga.
- No hay riesgo de corrosión.
-Saltos térmicos de agua más
pequeños.
-Grandes pérdidas si la
temperatura del fluido es muy
diferente a la del ambiente.
De polipropileno o sin
cubierta
Inconvenientes
Tabla 5. Ventajas e inconvenientes de los diferentes tipos de colectores.
Observando la tabla anterior, se llega a la conclusión que el tipo de colector
que más encaja en el proyecto es el plano o con cubierta, ya que tiene unas pérdidas
bajas si la temperatura ambiente es baja, y además consigue temperaturas elevadas
con un coste bastante asequible.
Finalmente tras un estudio de una amplia gama de captadores existentes en el
mercado para este proyecto se ha elegido el captador plano de la marca Rayosol,
Modelo V-19. Se ha optado por este por su precio competitivo y por tener todos sus
elementos unas buenas propiedades.
Las características del captador V-19 son las siguientes:
MEMORIA
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Nombre
Rayosol V-19
Curva de rendimiento
η=0,754 - 5,266*(te-ta)/It
Superficie útil
1,91 m
Temperatura máxima de
2
120ºC
trabajo
2
Presión máxima de trabajo
10 kg/cm
Peso en vacio
4 Kg
Absorbedor
Chapa y tubos de cobre. Recubrimiento selectivo.
Capacidad absorbedor
4 litros
Absortancia
>0.94
Emitancia
<0,07
Cubierta de vidrio
Vidrio templado. Espesor 3,8 mm.
Aislamiento
Fibra de vidrio. Espesor posterior 50 mm. Espesor
lateral 20mm.
Tabla 6. Características principales del colector Rayosol V-19
7.1.1 FUNCIONAMIENTO DE UN CAPTADOR SOLAR
El proceso mediante el que se transforma la radiación solar en calor es el
siguiente: un cuerpo expuesto al Sol recibe un flujo energético (E), este cuerpo a su
vez también cede calor a su entorno por medio de radiación, convección y conducción.
Estas pérdidas llega un momento en que se igualan (Ep) a la energía producida por el
flujo energético incidente, entonces es cuando llegamos a la temperatura de equilibrio
(t), pudiendo considerar que:
E Ep
E
es el flujo energético procedente de la energía del Sol
Ep
son las pérdidas de calor que tiene el cuerpo calentado
Si ahora hacemos pasar un fluido por este captador y lo aprovechamos para
calentar un acumulador, tendremos una energía útil (Eu) donde el equilibrio se
encontrará por la ecuación:
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
E Ep Eu
Eu = Energía útil extraída del captador
De modo que las pérdidas de calor del cuerpo calentado (Ep) serán menores
que antes ya que parte de su energía se aprovecha en calentar un fluido, ahora es
cuando este cuerpo expuesto al Sol se ha convertido en un captador solar térmico.
El rendimiento de un captador solar térmico será:
Re n dim iento
Eu
Eu
E Eu Ep
El rendimiento de los colectores mejora cuanto menor sea la temperatura
exigida por el fluido caloportador, puesto que, a mayor temperatura dentro de la caja
(en relación con el exterior) mayores serán las pérdidas por transmisión en el vidrio.
Efecto invernadero
Al colocar un vidrio entre la placa que absorbe el calor y el Sol, ocurre el
llamado ―efecto invernadero‖, éste consiste en atrapar los rayos del Sol o la radiación
solar, impidiendo que la energía que atraviesa el vidrio vuelva a salir; este efecto es el
mismo que ofrece la atmósfera al Sol con respecto a la Tierra.
Cuando la radiación solar electromagnética incide en un captador solar, ésta
puede ser total o parcialmente absorbida, otra parte también podrá ser reflejada. La
energía que se absorbe es la que hace que se caliente el cuerpo y emita a su vez
radiación con una longitud de onda que dependerá de su temperatura.
La parte principal de la radiación solar está comprendida entre los 0,3 y 2,4 µm,
el vidrio al ser transparente, deja pasar a través de él la radiación electromagnética,
ahora bien habrá una parte que se reflejará en su superficie.
Después de atravesar el vidrio, la radiación llega al absorbedor, que se calienta
y también emite radiación oscilando ésta entre los 4,5 y 7,2 µm, en esta longitud de
onda es cuando el vidrio es opaco a esta radiación, aumentando la temperatura en el
interior del captador solar.
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
7.1.2 CONEXIONADO DE LOS CAPTADORES
Es muy importante el tipo de conexión referida al campo de captación en una
instalación solar térmica. Existen dos tipologías básicas para agrupar dos o más
captadores: en serie o en paralelo. También es posible crear un campo de captación
combinando las dos aplicaciones.
Conexión en serie
Consiste en conectar la salida del primer colector directamente con la entrada
del siguiente colector, y así consecutivamente. Este tipo de conexión se caracteriza
por que la temperatura del fluido de entrada en cada captador es superior a la del
colector anterior, de manera que a la salida de la batería o grupo de captadores se
obtienen temperaturas más altas que si se trabajase con el salto térmico de un solo
colector.
Figura 12. Esquema de la conexión en serie de los captadores.
Este tipo de conexión presenta el inconveniente que el rendimiento de los
colectores va disminuyendo proporcionalmente con el aumento de la temperatura de
trabajo. Por tanto, este tipo de conexión no se acostumbra a utilizar.
Conexión en paralelo
En la conexión en paralelo, tanto la entrada como la salida de los captadores
están conectadas a puntos de entrada y salida comunes y al resto de colectores. En
esta configuración, la temperatura del fluido de entrada y de salida, es la misma en
todos los captadores, y por tanto los captadores trabajan en el mismo punto de la
curva de rendimiento.
MEMORIA
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Figura 13. Esquema de la conexión en paralelo de los colectores.
En el funcionamiento de las instalaciones, el fluido que pasa por los captadores
recircula de manera controlada por el interior del elemento acumulador cediendo el
calor absorbido en los captadores de manera progresiva. Inicialmente todo está a la
misma temperatura, pero durante las diferentes recirculaciones, el fluido irá
aumentando su temperatura, y por tanto la del acumulador, hasta llegar a la
temperatura fijada, cuando el sistema detendrá su funcionamiento.
Según la conexión que se elija, la curva de rendimiento de los colectores
variará, ya que depende de la temperatura de entrada a los colectores. Esta curva
básicamente representa que a medida que aumenta la temperatura de entrada del
fluido al captador, disminuye su rendimiento, es decir, el calor absorbido será menor y
el salto de temperatura entre entrada y salida también será menor.
Si la conexión es en paralelo, los caudales circulantes por cada captador serán
los mismos y los saltos térmicos también, con lo cual, la recta de rendimiento del
captador se podrá asumir como la recta de rendimiento global de la instalación.
Para la conexión de los captadores, se tiene en cuenta el Reglamento de
Instalaciones Térmicas en Edificios (RITE)1, y el documento básico de ahorro de
energía HE-4 del CTE, que especifican los siguientes criterios generales:
-
Los captadores se dispondrán en filas que tendrán el mismo número de
elementos. Las filas estarán en paralelo y bien alineadas.
-
Por cada fila, la conexión de los captadores será en paralelo y sólo se podrán
disponer en serie cuando la temperatura de uso de ACS sea mayor de 55ºC.
1
RITE: Real Decreto 1027/2007.
MEMORIA
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Las filas, también en paralelo, sólo se conectarán en serie cuando los
captadores de una misma fila se hayan conectado en paralelo y la temperatura
de servicio de ACS sea mayor de 50ºC.
-
La entrada de fluido portador de calor se efectuará por el extremo inferior del
primer captador de cada fila, y la salida será por el extremo superior del último
colector de dicha fila. La entrada tendrá una pendiente ascendente en el
sentido de avance del fluido del 1%.
-
La conexión entre los captadores y las filas se realizara de forma que el circuito
resulte equilibrado hidráulicamente (retorno invertido), si no será necesario
instalar válvulas de equilibrio.
En la instalación solar térmica en estudio nos encontramos con 2 captadores
para la obtención de agua caliente sanitaria (ACS) y, de manera independiente,
existen 8 captadores para la calefacción de la vivienda. Los dos captadores utilizados
para el agua caliente sanitaria (ACS) estarán conexionados en paralelo. El sistema de
captadores para calefacción estará dispuesto en dos filas de cuatro captadores cada
uno. Las filas de los captadores se conectarán en paralelo. Dentro de cada fila los
captadores se conexionarán en paralelo. La conexión en paralelo de los colectores
hace que los caudales circulantes por cada captador sean los mismos y los saltos
térmicos también, con lo que la recta de rendimiento de los captadores se podrá
asumir como la recta de rendimiento global de la instalación. Los captadores formarán
filas paralelas y bien alineadas, de igual número de captadores.
El equilibrado hidráulico es un requisito expuesto por lo que hay que realizar el
diseño cuidadosamente para evitar que existan recorridos preferentes que puedan
originar que algunos grupos de captadores no reciban el caudal suficiente del fluido
caloportador para su correcto funcionamiento. El método aconsejado en general para
lograr el equilibrado consiste en el adecuado diseño de los recorridos de tubería, con
retorno invertido, diseñando el trazado del circuito de modo que no haya recorridos de
menor longitud de tubería. Si se cumple esta condición y la pérdida de carga unitaria
por metro de tubería no presenta grandes diferencias entre los diferentes tramos, el
circuito queda equilibrado.
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Para conseguir el retorno invertido el circuito de entrada se dirige al captador
más lejano, a partir de ese colector, distribuir el fluido a todas las baterías de
colectores por su parte baja.
El retorno se produce por la parte superior opuesta a la conexión de entrada de
las baterías, en sentido contrario al circuito de ida, de tal forma, que el colector que
recibe primero el fluido caloportador de la corriente fría, es el último en proporcionar el
fluido caliente. Este tipo de configuración evita la instalación de válvulas de equilibrado
de caudal.
Figura 14. Concepto de retorno invertido
7.2 ESTRUCTURA SOPORTE
La construcción de la estructura y el sistema de fijación de captadores permiten
las dilataciones térmicas necesarias, sin transferir cargas que puedan afectar a la
integridad de los captadores o al circuito hidráulico.
Los puntos de sujeción del captador son suficientes en número, teniendo el
área de apoyo y posición relativa adecuados, de forma que no se produzcan flexiones
en el captador, superiores a las permitidas por el fabricante.
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Los topes de sujeción de los captadores y la propia estructura no arrojan
sombra sobre los captadores.
En cuanto a la estructura de soporte de los colectores, el problema se
simplificará ya que el fabricante comercializa soportes prefabricados de acero
galvanizado para sus colectores, estos soportes son ideales para la instalación que
nos ocupa.
7.3 FLUIDO DE TRABAJO
El fluido caloportador es el fluido que pasa por el circuito primario, circuito de
captadores y serpentín del acumulador. El fluido de trabajo en el circuito primario tiene
por función absorber la energía que recibe el captador para cederla posteriormente al
acumulador.
Los fluidos utilizados para esta función deben:
o
Ser resistentes a la temperatura de trabajo.
o
Tener un calor específico elevado y una buena conductividad térmica,
para realizar de manera eficaz el transporte y la transferencia de calor.
o
Tener baja viscosidad, para evitar pérdidas de carga excesivas.
o
No ser tóxicos.
o
Tener un coste bajo.
A continuación se detallas los diferentes tipos de fluidos caloportadores que el
CTE admite.
a) Agua de red
El agua se puede usar como fluido caloportador si bien puede presentar
problemas de congelación, por lo que es preciso recurrir al uso de anticongelantes.
b) Mezcla agua anticongelante
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Este fluido protege el circuito primario del riesgo de congelaciones. El
porcentaje de anticongelante que hay que añadir a la mezcla se suele situar entre el
20-40 % en volumen, dependiendo de las temperaturas mínimas de la zona.
Los anticongelantes más utilizados en instalaciones solares térmicas son el
etilenglicol y el propilenglicol. No es conveniente añadir más anticongelante del
necesario ya que el anticongelante modifica las propiedades físicas del agua.
Toxicidad: los anticongelantes suelen ser tóxicos en composición y por la
adición de productos inhibidores de la corrosión. Este hecho imposibilita su
mezcla con agua de consumo, siendo necesaria la introducción de un
intercambiador de calor entre el circuito primario y el secundario. Normalmente
la presión de circuito primario es menor que la del secundario, de manera que
en caso de rotura, el agua pasa al circuito del anticongelante y no al revés.
Viscosidad: al añadir anticongelante al agua, se aumenta la viscosidad. Esta
circunstancia hay que considerarla en el cálculo de las pérdidas de carga de
las instalaciones y la potencia de la bomba de circulación.
Dilatación: el coeficiente de dilatación del anticongelante es más alto que el del
agua. Esta circunstancia hay que tenerla en cuenta para dimensionar el vaso
de expansión.
Estabilidad: generalmente la mayoría de anticongelantes se degradan al
alcanzar temperaturas del orden de 120ºC, pudiendo crear productos
corrosivos que obstruyan los conductos y degraden progresivamente los
materiales y elementos del circuito.
Calor específico: el calor específico de la mezcla agua-anticongelante es
inferior al del agua.
Temperatura de ebullición: al mezclar anticongelante con agua, se consigue
elevar ligeramente la temperatura de ebullición, lo que representa un efecto
positivo.
c) Líquidos orgánicos
Los líquidos orgánicos que se aconsejan son sintéticos y derivados del
petróleo. Si se utilizan este tipo de productos se han de tener las mismas precauciones
que en la mezcla agua anticongelante, con la diferencia que los fluidos orgánicos son
inflamables, y químicamente estables a altas temperaturas.
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Su uso en instalaciones solares térmicas de baja temperatura está muy limitado
por su elevado coste.
d) Aceites de silicona
Estos tipos de fluido son estables, es decir, no se degradan a altas
temperaturas y no son inflamables. Su principal inconveniente, al igual que los fluidos
orgánicos, es su elevado coste.
El fluido caloportador que se cree más conveniente de utilizar en el circuito primario
de la instalación de este proyecto es una mezcla de agua y propilenglicol en un 20
% peso.
Esta proporción de anticongelante lo determina la temperatura mínima que
deba soportar la instalación. Se ha descartado el uso de agua de red por un posible
riesgo de heladas y los aceites de silicona y líquidos orgánicos por su alto coste.
La temperatura mínima histórica en Cádiz es -2Cº (Fuente: Pliego de
Condiciones técnicas de Instalaciones de baja temperatura del IDAE), no obstante
dotaremos al sistema de la capacidad de soportar 5ºC por debajo de esta temperatura
mínima histórica, es decir, -7ºC. Para ello, necesitaremos una proporción del 20%,
aproximadamente de propilenglicol según el gráfico que se muestra a continuación.
MEMORIA
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Figura 15. Curvas de congelación propilenglicol.
A continuación se representa las características de la mezcla propilenglicolagua en la siguiente tabla:
Punto de congelación (ºC)
-7
% en masa de propilenglicol
20
% en volumen de propilenglicol
19
Densidad (Kg/m3)
1,017
Calor específico (J/Kg ºC)
4.019,3
Tª de trabajo (ºC)
60
Viscosidad cinemática (m2/s)
7,86·10-7
Viscosidad dinámica (Pa·s)
0,80·10-3
Tabla 7. Resumen características del fluido caloportador.
MEMORIA
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Las tablas necesarias para el cálculo de estas características se pueden ver en
el apartado Anexos - Tablas y diagramas (Tabla 9 y 10 y Figura 1).
7.4 ACUMULADOR
El almacenamiento de la energía térmica procedente de los captadores solares
se realiza en forma de agua caliente en depósitos de acumulación. Su misión es
independizar el suministro de calor del consumo, porque la máxima aportación
energética solar no suele coincidir con su demanda, adecuando esta manera la
disponibilidad a la necesidad.
Los requisitos que se exigen de un acumulador son los siguientes:
– Alto calor específico del medio de acumulación.
–
Perdidas térmicas bajas (pequeña superficie del acumulador y buen
aislamiento).
–
Buena estratificación de temperaturas al acumulador.
–
Vida útil bastante larga (unos 25 años).
–
Bajo coste y fácil disponibilidad del medio de acumulación.
–
El
medio
de
acumulación
ha
de
tener
buenas
propiedades
medioambientales y de higiene.
–
Ha de ser capaz de soportar las presiones y temperaturas de trabajo
previstas.
El acumulador ha de ser resistente a la corrosión, dada la presencia de oxígeno
en el agua potable.
Nos podemos encontrar con diferentes tipos de acumuladores en función del
material empleado en su construcción:
Acumuladores de acero vitrificado.
El acero vitrificado, se utiliza con frecuencia para proteger los acumuladores contra la
corrosión interior. El esmalte se funde sobre el acero. Como es inevitable la aparición
de pequeños defectos al material, el esmalte contiene pequeñas partículas de
magnesio y otros materiales anódicos a manera de protección contra la corrosión.
MEMORIA
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Los acumuladores de acero vitrificados se pueden fabricar fácil y económicamente, a
pesar de ello, el acumulador se ha de proteger contra impactos durante su transporte a
fin de que la capa protectora no sufra daños.
Acumuladores de acero revestidos de plástico.
Este tipo de protección anticorrosiva abarca revestimientos de plástico duros,
termoplásticos, siendo este tipo de revestimiento más económico que el acero
vitrificado, aunque se ponga en duda su resistencia a largo plazo.
Los termoplásticos en particular, están certificados solamente para una temperatura de
85ºC.
Acumuladores de acero inoxidable.
Los de acero inoxidable son relativamente inertes a la corrosión, debido a su alto
contenido de níquel y cromo. El acero inoxidable resulta ser un material muy duradero,
aunque más caro que cualquier otro material revestido de plástico o vitrificado.
El calentamiento del agua se realiza mediante intercambiadores de calor, que
pueden ser exteriores o estar incorporados en el interior de los acumuladores,
resultando de esta forma dos tipos:
Depósito sin intercambiador acumulado. En este caso, el calentamiento del
agua acumulada se produce en el exterior del depósito, mediante su
recirculación a través de un intercambiador de calor externo.
Depósito con intercambiador incorporado o interacumulador. El calentamiento y
la acumulación del agua se produce en el mismo depósito, que incorpora su
propio intercambiador. Se puede distinguir dos tipos de interacumuladores:
o
Interacumulador de doble pared: el acumulador de agua caliente cuyo
intercambiador está constituido por una doble envolvente que rodea el
depósito, dentro de la cual circula el fluido del circuito primario. El
rendimiento del intercambio es más bajo que el tipo serpentín.
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o
Interacumulador de serpentín: acumulador de agua caliente cuyo
intercambiador de calor está formado por un tubo curvado en espiral o
serpentín, por el interior del cual circula fluido del circuito primario. El
rendimiento del intercambiador es mediano, superior al de doble pared.
Buena relación calidad-precio.
Los criterios a seguir a la hora de elegir un modelo de intercambio serán:
-
Cuando la instalación no supere los 1500 litros de acumulación, se tenderá a
utilizar acumuladores con intercambiador en su interior.
-
Cuando el volumen de acumulación sea muy grande, se dispondrán de
acumuladores sin intercambiador de calor incorporado en su interior.
Los depósitos instalados en el presente proyecto son del tipo depósito con
intercambiador incorporado tipo serpentín El sistema de acumulación solar de la
instalación solar térmica en estudio estará constituido por un depósito de 300 litros
para el caso del uso de agua caliente sanitaria, ACS, y por un depósito de 1000 litros
para la calefacción, que serán de configuración vertical y estarán ubicados en el
sótano, situación que permite su sustitución por envejecimiento o averías. El hecho de
tener dos acumuladores independientes para la calefacción y para el ACS tiene
algunos inconvenientes como puede ser la necesidad de espacio para la instalación y
coste de montaje más elevado. Pero estos inconvenientes se ven subsanados por un
menor coste de mantenimiento y un funcionamiento perfecto con un sistema de
control.
La configuración vertical de los depósitos tiene como objetivo conseguir la
estratificación de temperaturas en el interior del depósito, esto es que el agua de
mayor temperatura se sitúa en la parte superior mientras que el agua a menor
temperatura permanece en la parte inferior, permitiendo un suministro instantáneo de
agua sin necesidad de que todo el depósito esté a la temperatura establecida,
contribuyendo también a un mejor rendimiento de los captadores solares, ya que la
diferencia de temperaturas de intercambio son mayores.
Además de la propia forma, las condiciones para lograr una buena
estratificación se consigue mediante la buena disposición de las conexiones, de
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manera que las conexiones de entrada y salida se situaran de forma que se eviten los
caminos preferentes de circulación del fluido, para ello se recomienda:
1. La conexión de entrada de agua caliente procedente de los captadores
al interacumulador se realizará a una altura comprendida entre el 50% y
el 75% de la altura total del mismo.
2. La conexión de salida de agua fría del acumulador hacia los captadores
se realizará por la parte inferior de éste.
3. La conexión de retorno de consumo al acumulador y agua fía de red se
realizará por la parte inferior.
4. La extracción de agua caliente del acumulador se realizará por la parte
superior.
Cada acumulador lleva válvulas de corte para cortar flujos no intencionados al
exterior del depósito en caso de daños del sistema, y sus conexiones permiten la
desconexión individual del mismo, sin interrumpir el funcionamiento de la instalación.
El acumulador estará certificado de acuerdo con la Directiva Europea
97/23/CEE de Equipos de Presión e incorporará una placa de características, con la
información del fabricante, identificación del equipo a presión, volumen, presiones y
pérdida de carga del mismo. En nuestro caso al estar el intercambiador incorporado al
acumulador, la placa de características indicará, además, la superficie de intercambio
térmico en m2 y la presión máxima de trabajo del circuito primario.
De forma general, el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios,
RITE, dice que los aparatos, equipos y conducciones de las instalaciones de
climatización y agua caliente para usos sanitarios deben estar aislados térmicamente
con el fin de evitar consumos energéticos superfluos y conseguir que los fluidos
portadores lleguen a las unidades terminales con temperaturas próximas a las de
salida de los equipos de producción, así como para evitar contactos accidentales con
superficie caliente.
MEMORIA
50
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
El acumulador elegido es de la marca Rayosol tanto para el sistema de
calefacción como para el consumo de agua caliente sanitaria. Está construido con
acero inoxidable y enteramente recubierto con material aislante para evitar
pérdidas. El aislamiento térmico que llevará el depósito, será poliuretano 50 mm y
funda de skay amarillo.
Las características de los interacumuladores utilizados en este proyecto se
pueden ver en la tabla que se muestra a continuación:
CARACTERÍSTICAS
DEPÓSITO ACS
DEPOSITO DE
CALEFACCIÓN
Volumen de acumulación
300 litros
1000 litros
Superficie intercambio
serpentín
1,3 m2
4,4 m2
Material del depósito
Acero inox.
Acero inox.
Protección contra la
corrosión
Ánodo de
magnesio
Ánodo de
magnesio
Material aislante
Poliuretano
Poliuretano
Espesor aislamiento
50 mm
50 mm
Presión máxima de servicio
6 kg/cm2
6 kg/cm2
Tabla 8. Características de los depósitos de acumulación.
7.5 INTERCAMBIADOR DE CALOR
El sistema de intercambio está formado por aquellos elementos de la
instalación encargados de transferir la energía captada en los colectores solares hasta
el depósito de acumulación de agua caliente sanitaria. El elemento principal es el
intercambiador de calor.
Según el sistema de intercambio las instalaciones se clasifican en dos grupos,
los de transferencia térmica directa e indirecta. El más habitual es el indirecto en el
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
que existe un intercambio térmico tal que el fluido del circuito primario no está en
contacto con el agua caliente sanitaria.
Figura 16. (a) Sistema directo (b) Sistema indirecto
Se opta por un sistema de circulación indirecta por los problemas que
presentan los sistemas directos, como son la necesidad de usar materiales que no
contaminen el agua en el circuito de colectores, con el consiguiente riesgo de
congelación al no poder añadir anticongelantes al fluido. Un mayor riesgo de
vaporizaciones, incrustaciones y corrosión en el circuito, además del hecho de que
todo el circuito, incluidos los colectores, trabajaría a la presión de la red, hecho que no
suele ser posible por una gran parte de los colectores. En cualquier caso existen
restricciones legales para que el agua de consumo no pase a través de los colectores.
Aunque durante años se permitieron las instalaciones directas, es decir,
aquellas en las que el fluido primario, que pasa por captadores, es consumido por el
usuario, su uso ha venido presentando ciertas limitaciones e inconvenientes en su
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
funcionamiento y durabilidad, lo que ha llevado a que el Código Técnico de la
Edificación no las contemple entre las configuraciones admitidas.
Los intercambiadores se suelen clasificar, dependiendo si se encuentran o no
dentro del sistema de almacenamiento, en dos tipos:
o
Intercambiador independiente. Los intercambiadores independientes del
depósito de acumulación se sitúan en posición exterior, y pueden ser de dos
tipos, de placas, los más habituales, y de haz de tubos. Se necesita, por
consiguiente, disponer de una segunda bomba de circulación para el circuito
secundario entre el intercambiador y el depósito. Tiene la ventaja de su alto
rendimiento de intercambio, logrando un sistema más eficiente y un diseño a la
medida de las necesidades, al estar desvinculados del volumen de
acumulación. Como inconvenientes se puede mencionar una mayor pérdida de
carga en el circuito y un coste más elevado.
o
Intercambiador incorporado al acumulador. En este caso el elemento que se
encarga de la transferencia de calor se encuentra situado en el interior del
depósito de almacenamiento.
En instalaciones pequeñas, es aconsejable que el intercambiador se encuentre
dentro del acumulador (de serpentín o de doble pared). Para instalaciones con
dimensiones grandes, se utilizarán intercambiadores independientes, permitiendo
obtener la potencia necesaria sin limitaciones. El parámetro que rige esta elección es
el coste del equipo. Por este motivo se ha elegido un intercambiador incorporado en el
acumulador tipo serpentín. Está construido con acero inoxidable. Este material cumple
los siguientes requisitos:
o
Es resistente a los fluidos de trabajo utilizados.
o
Es compatibles con los materiales de los otros componentes del circuito.
o
Es resistente a las temperaturas mínimas y máximas que se pueden
generar en el sistema.
o
Posee buenas propiedades de conductividad térmica.
El conjunto acumulador-intercambiador está definido por fabricante, no
pudiendo ser modificado al realizar la instalación.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
7.6 CIRCUITO HIDRÁULICO
El circuito hidráulico está formado por tuberías, bomba de circulación, vaso de
expansión, purgador desaireador, manómetros, termómetros, y termostatos, válvulas
de paso, válvulas de seguridad, válvulas antiretorno, válvulas de tres vías, grifo de
vaciado.
La circulación se puede realizar por dos métodos: circulación natural, también
llamada termosifón o circulación forzada mediante el uso de una bomba en el circuito
primario.
Sistemas termosifón
En las instalaciones por termosifón el movimiento del fluido de trabajo se
produce por variaciones de densidad del fluido, como consecuencia, a su vez, de
variaciones en su temperatura. El fluido contenido en los captadores, al recibir la
radiación solar se calienta, aumentando su temperatura y disminuyendo, por tanto, su
densidad. Al pesar menos, dicho fluido asciende hacia la parte alta del circuito,
mientras que el fluido frío contenido en el acumulador, con mayor densidad, se
desplaza hacia la parte baja de la instalación por la tubería de entrada a los
captadores. Así se genera una circulación del fluido que se mantiene siempre que
exista un gradiente de temperaturas entre el fluido de los captadores y el del
acumulador, y cesa cuando las temperaturas se igualan.
La fuerza impulsora del movimiento en las instalaciones por termosifón es
pequeña y, por lo tanto, se debe prestar especial atención al diseño y montaje de la
instalación para favorecer siempre el movimiento del fluido.
La regulación por termosifón es muy simple, si bien no hay posibilidad de limitar
la temperatura máxima del acumulador solar que, en verano y épocas de escaso
consumo, puede llegar a alcanzar valores que supongan un riesgo para la durabilidad
de la instalación y en algunos casos incluso para las personas.
Sistema de circulación forzada
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
En las instalaciones de circulación forzada, el movimiento del fluido se realiza a
través de una bomba circuladora que es capaz de establecer un caudal y vencer las
pérdidas de carga del circuito.
La regulación de la bomba de circulación se debe efectuar por medio de un
control diferencial de temperaturas que la active cuando exista posibilidad de ganancia
de energía térmica en el acumulador.
La circulación forzada presenta muchas ventajas, tales como la necesidad de
no colocar el acumulador por encima de los colectores para que se produzca la
circulación del fluido, el tener una mayor flexibilidad en el diseño hidráulico del circuito,
así como en los diámetros de las tuberías del mismo ya que las pérdidas hidráulicas
se subsanan con una mayor potencia en el dimensionado de la bomba. También
podemos limitar la temperatura máxima del agua en el depósito que en verano puede
alcanzar hasta los 60ºC, con el consiguiente riesgo para las personas o para el
sistema por formación de incrustaciones calcáreas y corrosión en el depósito. No se
presenta problemas para evitar una posible congelación del fluido en el colector,
ocurriendo esto en los sistemas por termosifón puesto que los aditivos para evitar la
congelación aumentan la viscosidad del fluido y por tanto hace dificultar la circulación
del mismo.
Por todas estas características se ha optado por una circulación forzada.
7.6.1 TUBERIAS
Todos los componentes de la instalación se encuentran unidos mediante las
tuberías, que son el elemento lineal hueco, abierto por sus extremos, que realiza el
transporte de los fluidos, configurando el circuito hidráulico.
En la instalación solar térmica existirán tres circuitos hidráulicos:
El primario, del que forman parte los captadores y el intercambiador de calor,
en el cual el fluido recoge la energía solar y la transmite al depósito de
acumulación
El secundario en el que se recoge la energía transferida desde el circuito
primario hasta el sistema de energía convencional auxiliar.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Existirá un tercer circuito hidráulico, el circuito de consumo, que es el
encargado de abastecer de ACS a los usuarios del sistema. Su diseño no
forma parte de este proyecto.
El circuito primario une los captadores solares con el sistema de intercambio y
está constituido por tuberías de cobre formando todo ello un circuito cerrado. Las
uniones serán soldadas por capilaridad. Se ha escogido el cobre por sus buenas
prestaciones; económico, pérdidas de carga reducidas debido a su baja rugosidad,
alta resistencia a la corrosión y facilidad de montaje. Además es un material
relativamente económico.
La longitud del circuito hidráulico será lo más pequeña posible, con el fin de
minimizar las pérdidas a lo largo de las conducciones.
El circuito secundario va desde el interacumulador a la instalación de apoyo de
energía convencional auxiliar y está constituido por tuberías de cobre formando todo
ello un circuito cerrado. Las uniones serán soldadas.
Para evitar las pérdidas de energía en el sistema de captación solar, es
precisa la colocación de aislamientos térmicos en todos los componentes del sistema,
con especial atención en el circuito primario que presenta una temperatura de trabajo
superior al resto de componentes del sistema.
Su función es determinante en el correcto funcionamiento de la instalación,
por lo que en su selección debe primar la cobertura de las exigencias técnicas, su
facilidad de instalación y su longevidad por encima de su coste.
El espesor del aislamiento cumplirá con las normas indicadas en el Reglamento
de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE), en el IT 1.2.4.2.1, los espesores
mínimos de aislamiento térmico.
A continuación pasamos a exponer el dimensionado de los diferentes
conductos que nos encontramos en la instalación:
Circuito primario de la instalación solar térmica para ACS
MEMORIA
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DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Las tuberías serán de cobre. El diámetro interno de las tuberías del circuito
primario será de 13 mm con 1 mm de espesor. Soldados por capilaridad. La longitud
de conducto será de 82,90 m. Este diámetro se ha calculado en el apartado 1.3.5.1.2
―Dimensiones de las tuberías del circuito primario‖ de la memoria de cálculo.
Las tuberías se instalarán con una pendiente mínima de 1,1% para facilitar el
vaciado de la instalación. Se sujetarán mediante unas abrazaderas cada metro lineal
de tubería.
El aislamiento de las tuberías ha sido calculado en el apartado 1.3.5.1.5 de la
memoria de cálculo, de acuerdo con el apéndice 3.01 del RITE. Las características de
los tramos aislados se pueden ver en la siguiente tabla:
Local
Diámetro nominal (mm) emin (mm) eins (mm) Tipo de coquilla
Exterior
15
26,7
30
30x15
Interior
15
19,55
25
25x15
Tabla 9. Características de los aislamientos de los conductos del circuito
primario de la instalación solar térmica para ACS.
El aislamiento será de la marca Thisa, modelo ―UV Plus‖, Fabricado en
espuma elastomerica, basada en caucho sintético, con recubrimiento de lamina de
aluminio. Con protección TRIPLEX (Aluminio con una capa de Polysester). Muy
buena resistencia a los microorganismos. Es apto para ser instalado al exterior ya
que tiene excelente resistencia a los rayos UV y a la intemperie, además tiene una
buena resistencia al fuego.
Para unir las coquillas de aislante se empleará cinta adhesiva de la misma
marca.
Circuito primario de la instalación solar térmica para calefacción
Las tuberías serán de cobre. El diámetro interior de las tuberías del circuito
primario será de 20 mm con 1 mm de espesor. La longitud de conducto será de 88,1
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
m. El cálculo de este dimensionado se puede ver en el apartado 1.4.4.1.2 de la
memoria de cálculo.
Las tuberías se instalarán con una pendiente mínima de 1,1% para facilitar el
vaciado de la instalación. Se sujetarán mediante unas abrazaderas cada metro lineal
de tubería.
El aislamiento de las tuberías ha sido calculado en el apartado 1.4.4.1.5 de la
memoria de cálculo. Las características de los tramos aislados se pueden ver en la
tabla que se expone a continuación:
Local
Diámetro nominal (mm) emin (mm) eins (mm) Tipo de coquilla
Exterior
22
27,46
30
30x22
Interior
22
20,04
25
25x22
Tabla 10. Características de los aislamientos de los conductos del circuito
primario de la instalación solar térmica para calefacción.
El aislamiento será de la marca Thisa, modelo ―UV plus‖.
Circuito secundario de la instalación solar térmica para ACS
Los conductos serán de cobre. El diámetro de los tubos del circuito secundario
es de 28 mm, con una longitud total de 5 m. El cálculo de este dimensionado se puede
ver en el apartado 1.3.5.1.2 de la memoria de cálculo.
El aislamiento de las tuberías ha sido calculado en el apartado 1.3.5.2.1 de la
memoria de cálculo. Las características del tramo aislado se puede ver en la tabla que
se expone a continuación:
Local
Interior
MEMORIA
Diámetro nominal (mm) emin (mm) eins (mm) Tipo de coquilla
28
21,20
25
25x28
58
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tabla 11. Características de los aislamientos de los conductos del circuito
secundario de la instalación solar térmica para ACS.
El aislamiento será de la marca Thisa, modelo ―UV plus‖.
Circuito secundario de la instalación solar térmica para calefacción
Los conductos serán de polietileno reticulado. El diámetro de los tubos del
circuito de la zona 4 será de 32 mm, con una longitud total de 5 m. El dimensionado de
esta tubería se puede observar en el apartado 1.5.4 de la memoria de cálculo.
7.6.2 BOMBA DE CIRCULACIÓN
La bomba de circulación es el componente de la instalación cuya función es
compensar la pérdida de presión hidrostática dando el impulso necesario para producir
la circulación del fluido caloportador en el circuito.
La bomba de circulación se caracteriza por la llamada ―curva característica‖,
que expresa el caudal que pueden suministrar en función de la altura de elevación. La
curva característica es una función decreciente que tiene dos puntos singulares: el
punto de máxima altura de elevación (Hmax), con caudal nulo, y el punto de máximo
caudal (Qmax), con altura de elevación nula. Entre estos dos puntos la bomba puede
proporcionar cualquier caudal comprendido entre 0 y Qmax, a cualquier altura de
elevación comprendida entre 0 y Hmax.
Generalmente, las bombas no deben funcionar en los valores extremos o cerca
de ellos. Por ello se deberá escoger el tipo de bomba adecuada.
La energía producida por la bomba debe vencer la resistencia que opone el
fluido a su paso por la tubería y mantener la presión deseada en cualquier punto de la
instalación.
Por tanto, el calibre de la bomba dependerá del caudal de fluido a impulsar y de
la pérdida de presión en el circuito hidráulico. Además se tendrá presente en la
selección del grupo el tipo de fluido circulante, mezcla de agua y propilenglicol.
MEMORIA
59
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Para limitar el consumo de energía eléctrica de las bombas, es importante
dimensionar adecuadamente los elementos constituyentes de los circuitos (tuberías,
válvulas, etc.).
Existen tres grandes tipos de bombas:
– Electrocirculadores alternativos.
– Electrocirculadores rotativos.
– Electrocirculadores centrífugos.
Las bombas instaladas serán centrífugas, ya que las bombas de este tipo
pueden desenvolver una elevada potencia y tener un mantenimiento bajo y un coste
inicial reducido. Pueden mantener un caudal constante suficientemente elevado, y
tienen una gran posibilidad de regular el caudal según las necesidades. Por estas
razones son las que más se utilizan en instalaciones solares térmicas.
Respecto a su posición, las bombas se montarán en las zonas más frías del
circuito, teniendo en cuenta que no se produzca ningún tipo de cavitación y siempre
con el eje de rotación en posición horizontal. La zona más fría del circuito es la tubería
de retorno por lo que la bomba se colocará en este tramo de tubería.
Cada bomba dispondrá de dos válvulas de bola, una a la entrada y otra en la
salida. Un manómetro leerá la presión a la salida de la bomba. Y Finalmente, una
válvula asegurará el sentido de flujo.
Así pues, la bomba seleccionada para el circuito primario de la instalación solar
térmica para ACS, deberá ser capaz de suministrar un caudal de 191l/h para una
caída de presión mínima cercana a 2,4 m.c.a. De acuerdo a estos parámetros, se
escogen bombas Grundfos, modelo UPS solar 25-40.
El cálculo de estos datos se puede ver en la memoria de cálculo en el apartado
1.3.5.1.7 ―Bomba‖.
La curva característica de la bomba es:
MEMORIA
60
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 17. Curva característica de la bomba UPS solar 25-40.
Las características a destacar son:
Nº de velocidades
2
Altura máxima (dm)
40
Rango de temperatura ambiente (ºC)
0-40
Presion de trabajo máxima (Bar)
10
Rango de temperatura del líquido (ºC)
2-110
Temperatura del líquido (ºC)
70
Tabla 12. Características principales de la bomba Grundfos, mod. UPS solar 2540.
La bomba seleccionada para el circuito primario de la instalación solar térmica para
calefacción, deberá ser capaz de suministrar un caudal de 764 l/h para una caída de
presión mínima cercana a 4,29 m.c.a. De acuerdo a estos parámetros, se escogen
bombas Grundfos, modelo UPS solar 25-60
El cálculo de estos datos se puede ver en la memoria de cálculo en el apartado
1.4.4.1.7 ―Bomba‖.
. La curva característica de la bomba seleccionada es la siguiente:
MEMORIA
61
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 18. Curva característica de la bomba UPS solar 25-60
Las características a destacar son:
Nº de velocidades
2
Altura máxima (dm)
60
Rango de temperatura ambiente (ºC)
0-40
Presion de trabajo máxima (Bar)
10
Rango de temperatura del líquido (ºC)
2-110
Temperatura del líquido (ºC)
70
Tabla 13. Características principales de la bomba Grundfos, mod. UPS solar 2560.
7.6.3 VASO DE EXPANSIÓN
El calentamiento del agua puede provocar su dilatación, y esta a su vez, puede
originar la ruptura del circuito en algunos puntos. El vaso de expansión tiene por
finalidad absorber esta dilatación, contrarrestando las variaciones de volumen y
presión que se pueden producir.
MEMORIA
62
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Cuando el fluido circulante por el circuito cerrado aumenta de temperatura, se
dilata, aumentando el volumen y llenando el vaso de expansión. Cuando la
temperatura desciende, el fluido se contrae saliendo del vaso y retornando al circuito.
La capacidad necesaria del vaso de expansión depende de la capacidad total
del circuito, de la temperatura del agua y de la presión a la que se trabaja. Esta
capacidad varía en función del tipo de vaso utilizado.
a) Vaso de expansión abierto.
Se utiliza en sistemas sin presión. El depósito abierto funciona como un
purgador y tiene contacto directo con el aire exterior, por este motivo solo se puede
montar cuando los captadores, serpentines y conductos estén hechos de material
inoxidable.
El inconveniente de este tipo de vaso de expansión es que se va perdiendo
volumen de líquido debido a su evaporación. También es un punto de pérdidas
térmicas.
b) Vaso de expansión cerrado.
Son de uso más común, ya que son los más prácticos. Constan de un
recipiente que tiene atrapado gas nitrógeno separado del fluido caloportador por una
membrana elástica de caucho, de forma que, al dilatarse el fluido, se va comprimiendo
el nitrógeno hasta quedar equilibradas las presiones, resultando la instalación
equilibrada. De esta forma se mantiene la presión en el circuito dentro del rango de
presiones admisibles y siempre por encima de la atmosférica impidiéndose la
introducción de aire en el circuito cuando vuelva a enfriarse.
Figura 19. Vaso de expansión cerrado
MEMORIA
63
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
El vaso de expansión seleccionado para el circuito primario del sistema solar
es de tipo cerrado, debido a sus prestaciones y mejor funcionamiento. El
volumen del vaso de expansión será de 5 litros para la instalación solar térmica
de agua caliente sanitaria y de 12 litros para la instalación solar térmica para
calefacción. El vaso de expansión seleccionado es de membrana fija marca de
Salvador Escoda.
Respecto a su disposición en el circuito, los vasos de expansión se conectarán
en la aspiración de la bomba de circulación.
La conexión de los vasos de expansión al circuito primario se realiza de forma
directa, sin intercalar ninguna válvula o elemento de cierre que puede aislar el vaso de
expansión del circuito que debe proteger.
Las características de los vasos de expansión quedan reflejadas en la tabla
que a continuación mostramos:
CARÁCTERÍSTICAS
ACS
CALEFACCIÓN
Tipo
5CFM
12CFM
Capacidad (litros)
5
12
Presión máxima de trabajo (bar)
4
4
Dimensiones aproximadas D(mm) H(mm)
200/240
270/304
Presión precarga (bar)
1,5
1,5
Tabla 14. Características del vaso de expansión, marca Salvador Escoda.
7.6.4 PURGADOR DESAIREADOR
Los purgadores son dispositivos que se instalan en los circuitos para dejar salir
el aire que pueda haberse introducido en las tuberías. La presencia de aire perjudica el
buen funcionamiento de los circuitos, especialmente cuando se concentra en forma de
bolsas de aire que puede llegar a impedir la circulación del fluido.
Los purgadores pueden ser de dos tipos:
MEMORIA
64
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
De accionamiento manual, en los que se acumula el aire pero no sale hasta
que se afloja la válvula existente.
De accionamiento automático, que dejan salir el aire cuando se acumula una
cierta cantidad.
En los puntos altos de la salida de las baterías de captadores se ha colocado
un purgador de accionamiento automático que soporta la temperatura de
estancamiento del captador y en cualquier caso 120ºC. Se conectarán con ―T‖ de
acoplamiento.
Los purgadores serán de la marca comercial Salvador Escoda especialmente
destinados a aplicaciones solares.
7.6.5 TERMÓMETROS Y TERMOSTATOS
Los termómetros son los encargados de medir la temperatura del fluido. Los
termostatos, a su vez, son los encargados de transformar una lectura de temperatura
en una señal eléctrica que ponga en funcionamiento un determinado mecanismo.
Ambos se pueden clasificar en dos tipos: de contacto e inmersión. Entre los
primeros encontramos los de abrazadera, que se colocan en contacto con la tubería a
través de la citada pieza. Los de inmersión, en cambio, van introducidos en una vaina
que se coloca en el interior de la tubería con lo que su fiabilidad es mucho mayor al ser
mucho más directo el contacto con el fluido. Los utilizados en nuestra instalación serán
de este último tipo.
Se colocarán sondas de temperatura para el control diferencial. Se colocará un
termómetro en la parte superior de los captadores de forma que representen la
máxima temperatura del circuito de captación. El sensor de temperatura de la
acumulación se colocará en la parte inferior del depósito. Será igual para la instalación
solar térmica para agua caliente sanitaria (ACS) como para el sistema de calefacción.
MEMORIA
65
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
En la instalación solar térmica para la calefacción, se instalará además, una
sonda de temperatura que medirá la temperatura
del agua caliente que sale del
acumulador, de manera que si esta temperatura es la adecuada, es decir es la
temperatura de uso, el sensor de temperatura enviará una señal a una válvula para
que el agua vaya directamente al sistema de calefacción de suelo radiante y no pase
por la caldera de biomasa ya que no hace falta el calentamiento del agua.
7.6.6 VÁLVULAS
Las válvulas son mecanismos que se utilizan para impedir o controlar el paso
de fluido por una tubería. Las válvulas destinadas a cerrar o abrir el paso se llaman
también llaves.
A continuación se describen los diferentes tipos de válvulas que nos podemos
encontrar en la instalación solar térmica.
A. VÁLVULAS DE PASO
Son los elementos encargados de interrumpir total o parcialmente el paso del
fluido a través de las conducciones. Los diferentes tipos de válvulas son de asiento,
compuerta, bola o esfera y mariposa.
Las válvulas de corte manuales serán de bola. Estarán construidas de latón.
Serán de la marca Salvador Escoda. Se instalarán válvulas de esfera en todos los
elementos para poder ser aislados.
B. VÁLVULAS DE SEGURIDAD
Su función es limitar la presión en el circuito y así proteger los componentes
frente a las variaciones de presión y de temperatura. En nuestro caso, los puntos más
delicados son el campo de colectores y el vaso de expansión, por lo que se debe
marcar a una presión inferior a la máxima soportado por los citados elementos.
Su colocación es obligatoria por la legislación para todos aquellos circuitos
sometidos a presión y a variaciones de temperatura.
MEMORIA
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DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Se instalará una válvula de seguridad, para prevenir sobrepresiones o
temperaturas excesivas en el circuito.
La válvula de seguridad será de la marca comercial Salvador Escoda, fabricada
en latón.
La presión a la que se abre es lo que se denomina tarado de la válvula de
seguridad, y debe ser inferior a la presión máxima que pueda soportar el elemento
más débil de la instalación, que suele ser el vaso de expansión cerrado.
La presión máxima se establecerá en 3 bares. La presión máxima que puede
soportar el vaso de expansión es de 4 bares. La válvula se podrá regular entre 2 y 8
bares.
El hecho de impedir sobrepresiones también protegerá el circuito de
temperaturas excesivas del fluido caloportador, ya que, cuando el fluido empiece a
hervir los vapores aumentarán la presión y el fluido será evacuado sin más
consecuencias.
Los interacumuladores también dispondrán de válvulas de seguridad. Serán de
la marca comercial Salvador Escoda, fabricada en latón. La presión máxima se
establecerá en 5 bares, pero se podrá regular entre 2 y 8 bares.
C. VÁLVULAS ANTIRRETORNO O RETENCIÓN
Son las encargadas de permitir el paso del fluido en un sentido e impedirlo en
el contrario. Las válvulas antirretorno serán del tipo clapeta.
o
Válvulas de clapeta: son las utilizadas como válvulas de retención y están
constituidas por una clapeta o compuerta articulada que deja pasar el agua en
un sentido, mientras que si se invierte el sentido de circulación la propia
presión del agua empuja la clapeta contra el asiento impidiendo el retroceso del
líquido.
Se colocará una válvula de retención después de la bomba de circulación.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
D. VÁLVULAS DE TRES VIAS
Se usan para regular la circulación por distintas conducciones según el
momento, están controladas por una señal eléctrica procedente del regulador
diferencial o de un termostato.
Se instalará una válvula de 3 vías cuya función será desviar la circulación del
fluido caliente proveniente del depósito en el caso de que la temperatura del agua de
salida del interacumulador sea la temperatura de uso y no sea necesario el paso del
agua por la caldera. La marca de la válvula será Salvador Escoda.
Válvulas utilizadas
A continuación pasamos a exponer las válvulas utilizadas:
En la entrada y salida de las distintas baterías de captadores se instalarán
válvulas de cierre para sectorizar y favorecer las tareas de mantenimiento.
Así mismo, en la instalación del campo de colectores se dispondrá de válvulas
de seguridad por fila con el fin de proteger la instalación.
En los acumuladores se dispondrán válvulas de corte en la entrada y en la
salida del agua para aislar las operaciones de mantenimiento o reparación.
En la entrada y salida de los intercambiadores se dispondrán válvulas de
esfera.
En la entrada y salida de la caldera de biomasa tanto la línea de ACS como la
de calefacción se dispondrán de válvulas de esfera.
También se dispondrá de válvulas de corte antes y después de las bombas.
Las bombas circuladoras fuerzan el flujo en la dirección correcta. En la
instalación tras la bomba en impulsión se instalará una válvula antirretorno que
imposibilita el flujo inverso en cualquier caso.
En los vasos de expansión se colocarán válvulas de seguridad.
Se colocarán válvulas de vaciado en los depósitos de acumulación así como en
el sistema de captadores.
Las válvulas utilizadas en el sistema serán de la marca de Salvador Escoda.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
7.7 SISTEMA ELÉCTRICO Y DE CONTROL
El funcionamiento de la instalación será realizado por un control diferencial que
actuará poniendo en funcionamiento las bombas de circulación cuando el salto de
temperatura, entre la salida de la batería de los captadores y el depósito de
acumulación en su parte inferior sea superior a 7ºC. Hay que asegurarse que las
sondas de temperatura estén afectadas por el calentamiento.
Figura 20. Funcionamiento de un termostato diferencial
La precisión del sistema de control asegurará que las bombas estén en marcha
con saltos de temperatura superiores a 7ºC y paradas con diferencias de temperaturas
menores de 2ºC.
El sistema de control asegurará, mediante la parada de las bombas, que en
ningún caso se alcancen temperaturas superiores a las máximas soportadas por los
materiales y componentes.
Para evitar la congelación de las tuberías el sistema de control asegurará la
puesta en marcha de las bombas cuando se detecte una temperatura a la salida de los
captadores de – 4ºC (temperatura 3 ºC superior a la de congelación del fluido). Este
sistema de control permite evitar en parte el riesgo de heladas en los captadores
solares cuando toman valores de riesgo.
Las sondas de temperatura para el control diferencial se colocarán en la parte
superior de los captadores de forma que representen la máxima temperatura del
circuito de captación. El sensor de temperatura de la acumulación se colocará en la
parte inferior en una zona no influenciada por el calentamiento del intercambiador.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
EL cuadro eléctrico de control dispondrá de selectores para controlar el
funcionamiento de las bombas con conmutación automática y manual de parada y de
marcha.
El sistema eléctrico y de control irá situado en la sala de máquinas.
El modelo elegido para la regulación de los circuitos solares de calefacción
y de ACS es el Control Proporcional C.E.P. 1201 de Rayosol.
7.8 SISTEMA DE ENERGÍA CONVENCIONAL AUXILIAR
La instalación solar térmica dispone de un equipo de energía convencional
auxiliar que se utiliza para complementar la contribución solar suministrando la energía
necesaria para cubrir la demanda prevista, garantizando la continuidad del suministro
de agua caliente en los casos de escasa radiación solar o demanda superior a la
prevista.
El sistema convencional auxiliar está diseñado para cubrir el servicio como si
no se dispusiera del sistema solar. Sólo entrará en funcionamiento cuando sea
estrictamente necesario y de forma que se aproveche lo máximo posible la energía
extraída del campo de captación.
Para un máximo aprovechamiento de la energía solar y por tanto un mayor
ahorro de la energía primaria, el sistema auxiliar debe ser modulante, es decir, tiene
que tener la capacidad de adecuar la energía de apoyo en función de la temperatura
con que le llega el agua.
Esta caldera calentará el agua proveniente de los depósitos de acumulación,
tanto el de agua caliente sanitaria como el de calefacción, a las condiciones
establecidas para su uso. El agua circulará directamente desde la conexión de ida del
tanque hasta la caldera, de donde será distribuida hacia el circuito de calefacción y el
de agua caliente sanitaria.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
La caldera seleccionada es del tipo caldera de biomasa que a continuación
pasamos a explicar.
7.8.1 CALDERA DE BIOMASA
La caldera elegida es una caldera de biomasa con funcionamiento a pellets. Es
un equipo compacto para la calefacción y producción de agua caliente sanitaria. El
funcionamiento completamente automático del grupo térmico permite mantener un
nivel de confort igual a cualquier caldera tradicional, con una autonomía de una
semana o más.
Utilizar pellet para la calefacción significa ahorrar una enorme cantidad de
energía, utilizando una energía limpia y de bajo coste. El pellet es un combustible
obtenido principalmente de residuos forestales y es fabricado básicamente con leña.
Son pequeños cilindros de 6/8 mm de diámetro y 25/30 mm de longitud. El poder
calorífico declarado por los principales fabricantes es de 4,8 kWh/kg. La cantidad
media de residuos de ceniza es de un 0,7/0,8% y la humedad es inferior al 10%. Es
una fuente de energía renovable y muy económica frente a las energías utilizadas
actualmente.
El sistema convencional auxiliar seleccionado será una caldera de biomasa
que utiliza pellets como combustible, marca MET MANN, gama COMBIPACK,
modelo CB-28/400 de una potencia de 28 kW.
La selección de esta caldera se puede ver en el apartado 1.4.5 ―Sistema de
energía convencional auxiliar‖ de la memoria de cálculo.
En nuestro sistema la distribución de los pellets se realizará en sacos de 15 kg.
La caldera de biomasa dispone de un contenedor de pellets de 200 kg, cuyas
dimensiones son: 63x63x125cm. Este contenedor se situará fuera de la vivienda.
El cargador de pellets está formado por un tubo, un tornillo sinfín.
MEMORIA
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El quemador es suministrado con una cámara de combustión con su
correspondiente brasero, resistencia eléctrica para un encendido automático,
ventilador para el aire de combustión, foto resistencia para el control de la llama y
sensor de seguridad para la alimentación del pellet.
La caldera está dotada de un sistema de leva manual que permite mantener
limpio el conducto de humos con una simple maniobra manual periódica, sin
necesidad de acceder al interior de la chimenea de humos.
El hogar de combustión de grandes dimensiones permite una perfecta llama
producida por el quemador y facilita la recogida de cenizas en gran cantidad.
Un particular deflector dirige los humos a todas las paredes del intercambiador
tubular vertical dotado tubos intercambiadores que aumentan el intercambio térmico y
por lo tanto un buen rendimiento de la caldera. El paso de humos vertical permite
mantener un buen nivel de limpieza del conducto evitando de esta forma
incrustaciones de ceniza y polvo residual producido habitualmente por los
intercambiadores horizontales.
El paso de humos está situado en la parte frontal de la caldera, de modo que
los humos deben recorrer otro conducto con gran superficie de intercambio. Este
recorrido de los humos garantiza un rendimiento térmico de la caldera superior al 90%.
MEMORIA
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Figura 21. Descripción de la caldera de biomasa. 1-Quemador. 2-braseroquemador. 3-hogar de combustión. 4-Deflector. 5-Conducto de humos. 6Intercambiador. 7-Salida de humos. 8-Limpieza.
Las características técnicas de la caldera de biomasa, marca MET MANN,
gama COMBIPACK, modelo CB-28/400, se pueden contemplar en la tabla siguiente:
MEMORIA
Potencia térmica (kW)
28
Rendimiento útil medio (%)
90,4
Diámetro salida de humos (mm)
150
Contenido de agua en la caldera (litros)
150
Pérdida de carga del agua (mmca.)
18
Potencia eléctrica en el encendido (kW)
1,3
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Potencia eléctrica en el funcionamiento (kW)
0,3
Temperatura de trabajo del agua (ºC)
45-90
Potencia intercambiador (kW)
32
Producción de agua caliente sanitaria (l/h)
900
Peso en vacio (kg)
358
Dimensiones(mm) ( ancho x fondo x alto)
1202x990x1569
Tabla 15. Características técnicas de la caldera MET MANN COMBIPACK.
La caldera se ubicará en el sótano, al lado del depósito de agua caliente
sanitaria y de calefacción. Se colocará sobre un soporte metálico unido al suelo
mediante unos tacos de goma que servirán para absorber las vibraciones.
La caldera está conectada a la salida del depósito de agua caliente sanitaria y
de calefacción mediante válvulas de corte.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
8. INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN
8.1 INTRODUCCIÓN
La instalación de calefacción de una vivienda está formada por los elementos
de producción de calor, los elementos de distribución de esa energía calorífica, el
sistema de regulación de la instalación y los elementos que emiten el calor al
ambiente.
Son varias las posibilidades a la hora de realizar una instalación de calefacción,
en esta vivienda. En este apartado se describen los principales sistemas emisores de
calor al ambiente viables para este proyecto.
Se realizará una explicación más detallada de todo lo concerniente al suelo
radiante debido a que es el sistema escogido en este proyecto.
Fancoils.
Un fancoil es un elemento emisor con un intercambiador de calor al que se le
lleva agua caliente o fría y al hacer circular aire mediante un ventilador es capaz de
devolver al ambiente el aire calentado o enfriado, tiene la ventaja de poder trabajar con
bajas temperaturas en calefacción y poder utilizarlo, tanto para calentar como para
enfriar, dependiendo de la temperatura de entrada del agua.
El mayor inconveniente es que la climatización se realiza con movimiento
impuesto del aire, lo que influye negativamente en la sensación térmica y reseca el
ambiente.
Calefacción por radiadores.
Un radiador es un intercambiador de calor, un dispositivo sin partes móviles ni
llamas, destinado al aporte de calor a algún elemento o estancia. La emisión de calor
de un radiador, depende de la diferencia de temperaturas entre su superficie y el
ambiente que lo rodea y de la cantidad de superficie en contacto con ese ambiente. A
mayor superficie de intercambio y mayor diferencia de temperatura, mayor es el
intercambio.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 22. Modelo convencional de radiador por agua
Un radiador necesita un mantenimiento consistente en un purgado periódico,
por el cual se elimina el aire que haya entrado en las cañerías que impide la entrada
de agua caliente al radiador. Aparte del purgador, un radiador tiene que tener una llave
de paso, una entrada para agua caliente y una salida para agua enfriada.
Los radiadores más solicitados son los de aluminio, ya que son mejores
trasmisores del calor y se calientan mucho más rápido que los de hierro fundido. Sin
embargo, cuando se apaga la calefacción se enfrían mucho antes debido a su menor
inercia térmica, en apenas diez minutos, mientras que los de hierro mantienen el calor
dos horas más.
Según su forma se pueden encontrar fundamentalmente tres tipos de
radiadores, aunque cualquiera de ellos cumplirá con la función para la que fueron
creados, calentar. Los más habituales en las viviendas son los radiadores compuestos
por diferentes módulos o elementos de acero. Su diseño puede recordar al de un
acordeón y pueden tener diferentes medidas debido a su diseño modular, que permite
añadir más elementos fácilmente. En la actualidad se fabrican en acero, un material
mucho más ligero y con un mejor coeficiente de transmisión del calor que el hierro.
Los que más se utilizan actualmente son los radiadores compuestos por
paneles. Estos paneles están huecos y tras ellos circula el agua caliente. Por último,
los radiadores de frente liso están sumamente indicados para personas alérgicas,
porque al no llevar aletas de convección no retienen el polvo.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
No obstante, para este caso de estudio, donde la eficiencia energética y la
sostenibilidad son criterios prioritarios, queda descartado por la temperatura de
utilización del agua, que oscila entre 80ºC y 90ºC mientras que en el suelo radiante
está entre 35ºC y 45ºC.
Los radiadores son sistemas de calor por radiación que trabajan a altas
temperaturas (80ºC). Contrario a la energía solar que trabaja a bajas temperaturas
(45ºC). Por este motivo la calefacción por radiadores es un sistema absolutamente
inapropiado para la energía solar térmica.
Calefacción por suelo radiante.
La calefacción por suelo radiante es el sistema que más se aproxima al sistema
ideal de calefacción. Esto se traduce en una percepción, por parte del usuario de la
instalación, de una mayor sensación de confort.
La gente se siente más cómoda cuando sus pies se encuentran un poco más
calientes que sus cabezas. El suelo radiante es la forma de calefacción que más se
acerca al ideal en este sentido. Además ningún otro sistema calefactor puede ofrecer
la misma distribución uniforme horizontal de temperatura, ya que el mismo suelo es el
elemento calefactor.
Diferentes pruebas fisiológicas revelan que el clima más aceptable en el interior
de una vivienda es un clima en el cual las temperaturas del suelo se encuentran en un
margen entre 22-25ºC y en que la temperatura del aire al nivel de la cabeza se
encuentre en un margen entre 19 y 20 ºC.
Cuando se trata de seleccionar el método con el que vamos a transmitir el calor
al suelo, los sistemas hidrónicos son mejores por dos razones que tienen que ver entre
sí. En primer lugar el agua puede calentarse mediante diferentes fuentes de energía
(electricidad, petróleo, gas, etc.), en nuestra instalación se calentará mediante el Sol y
con apoyo de una caldera de biomasa, y en segundo lugar, el agua tiene un elevado
contenido energético por unidad de volumen. Además, el agua es barata, no es tóxica,
es limpia y se consigue fácilmente.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Los sistemas de suelo radiante se hacen funcionar a baja temperatura del
agua,
lo
cual
contribuye
a
la
conservación
de
la
energía.
Se
reducen
considerablemente las pérdidas de calor en las tuberías en el camino que va desde el
sistema de calefacción a la zona calentada.
Incluso aunque no se exige casi nunca, el suelo radiante puede también ser
combinado con otros tipos de sistema de calefacción.
El suelo radiante ofrece un alto grado de libertad para los arquitectos. No es
visible, por lo que es adecuado para el diseño avanzado de interiores, está protegido
contra daños, simplifica la limpieza de la casa y elimina la posibilidad de sufrir heridas,
como por ejemplo, escaldaduras. Se adapta a prácticamente a todo tipo de suelos.
La circulación del aire es mínima, lo cual produce como resultado menos polvo
y un entorno higiénico.
8.2 CARACTERÍSTICAS DEL SUELO RADIANTE
Destacamos las siguientes características de un sistema de suelo radiante:
o
Perfil óptimo de temperaturas del cuerpo humano.
Como hemos comentado anteriormente de entre todos los sistemas existentes
de calefacción, el suelo radiante es el que mejor se ajusta al perfil óptimo de
temperatura del cuerpo humano. Este perfil es aquél según el cual la
temperatura del aire a la altura de los pies es ligeramente superior a la
temperatura del aire a la altura de la cabeza. Esto se traduce en una
percepción, por parte del usuario del sistema, de una mayor sensación de
confort.
A continuación se muestra un esquema de la distribución vertical de
temperaturas en función del sistema de calefacción:
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 23. Distribución vertical de Tª en función del sistema de calefacción.
o
Emisión térmica uniforme
El emisor térmico es todo el suelo del área a calefactar. Esto da lugar a que la
emisión térmica sea uniforme en toda la superficie. Este fenómeno se
contrapone al de "zonas calientes" y "zonas frías" que se obtiene con otros
sistemas de calefacción en los cuales existe un número limitado de emisores
de calor.
o
Calefacción sin movimientos de aire
La velocidad de migración de las capas de aire caliente hacia las zonas frías es
proporcional a la diferencia de temperaturas del aire entre ambas zonas,
caliente y fría. Como la temperatura de la superficie emisora (pavimento) de un
sistema de calefacción por suelo radiante es baja, esa diferencia de
temperaturas del aire es muy reducida lo que origina que el movimiento de aire
debido al sistema de calefacción sea imperceptible.
Una ausencia de movimiento de aire produce menor movimiento de polvo y un
entorno más higiénico y saludable.
o
Ahorro energético.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Para una misma sensación térmica percibida por el usuario, la temperatura
ambiente de un local es inferior si dicho local se calefacta por suelo radiante a
si se calefacta mediante otro sistema (radiadores, convectores de aire, etc.). La
explicación de esto se debe a los perfiles térmicos expuestos en las figuras
anteriores.
Al calefactar mediante otros sistemas la temperatura de las zonas elevadas del
local es mayor (temperatura no sentida por el usuario), de lo que resulta que
para la misma sensación térmica sentida, la temperatura ambiente interior en
un sistema de calefacción por suelo radiante es comparativamente menor.
Al ser menor la temperatura ambiente interior también son menores las
pérdidas energéticas (pérdidas por cerramientos, por ventilación y por
infiltración) ya que éstas son proporcionales a la diferencia de temperaturas
entre el exterior del local y el interior.
Otro importante factor de ahorro energético, lo constituye la disminución de
pérdidas de calor en las conducciones hasta colectores debido a la menor
temperatura del agua de impulsión y retorno en comparación con otros
sistemas de calefacción.
o
Compatible con casi cualquier fuente de energía.
La moderada temperatura de impulsión de agua que necesita el sistema hace
que éste sea compatible con casi cualquier fuente energética (electricidad,
combustibles derivados del petróleo, energía solar, carbón, gas natural, etc.).
En particular, puede ser alimentado energéticamente por paneles solares
térmicos.
o
Calefacción invisible.
Es un sistema de calefacción que ofrece una total libertad de decoración de
interiores ya que los emisores de calor no son visibles. Se diría que es una
"calefacción invisible". El espacio habitable es mayor al no existir dentro de
éste elementos calefactores visibles (por ejemplo radiadores) y desaparece el
riesgo de golpes o quemaduras por contacto con ellos.
o
Compatible con cualquier tipo de suelos.
MEMORIA
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
La calefacción por suelo radiante se instala con cualquier tipo de pavimento.
8.3 DESCRIPCIÓN DEL SUELO RADIANTE
La característica principal de la calefacción por suelo radiante es que toda la
superficie del suelo actúa como emisor de calor.
Así, directamente sobre el forjado se coloca la capa emisora, formada por los
siguientes elementos:
• Film de polietileno. Es una lámina continua de polietileno cuya función es evitar el
ascenso de humedades por capilaridad hacia la capa emisora del suelo radiante. Se
coloca directamente sobre el forjado.
• Zócalo perimetral (Banda perimetral). Antes de instalar los paneles aislantes, hay
que instalar una banda de espuma de polietileno que, adherida a la base de los
tabiques y muros que delimitan zonas calefactadas, absorbe las dilataciones del
mortero de cemento y el pavimento al calentarse y minimiza las pérdidas caloríficas
laterales.
• Panel aislante. Encima de la lámina se colocan los paneles aislantes que además de
actuar como aislamiento térmico permiten la perfecta fijación de los tubos de
polietileno reticulado. Se utilizarán paneles que permitan un paso entre tubos entre 10
y 20 cm. Son paneles de poliestireno expandido.
• Tubos de polietileno. Se usan las tuberías de polietileno reticulado con barrera
antidifusión de oxígeno que evita la oxidación continuada y el deterioro de las partes
metálicas de la instalación.
• Aditivos al mortero de cemento. Una vez se hayan colocado las tuberías, se
cubrirá la superficie con una capa de mortero de cemento de unos 5 cm. Se añadirán
unos aditivos, según las recomendaciones del fabricante, imprescindibles para
garantizar una correcta transmisión de calor. Este aditivo aumenta la fluidez del
mortero. Una mayor fluidez hace que se requiera una menor cantidad de agua para el
amasado y se reduzca la porosidad del mortero una vez fraguado, con lo que se
optimizan las características del mortero haciéndolo más resistente a la compresión y
más maleable. El mortero así envolverá perfectamente el tubo sin dejar celdillas de
MEMORIA
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aire que dificultarían la transmisión de calor. El resultado final es un mortero con una
mayor resistencia mecánica y una mejor transmisión del calor.
• Capa de parquet. Finalmente sobre la capa de mortero de cemento se coloca la
capa de parquet de 15 mm de espesor. En algunos locales de la vivienda, como los
baños, se colocarán baldosas de 20 mm de espesor.
Figura 24. Suelo radiante
8.3.1 TUBERIAS EMISORAS
El elemento fundamental del sistema de calefacción por suelo radiante son los
circuitos de tuberías de agua caliente que se instalan bajo el suelo de la vivienda.
En nuestra instalación se hará uso de las tuberías de polietileno reticulado con
barrera antidifusión de oxígeno que evita la oxidación continuada y el deterioro de las
partes metálicas de la instalación. En este presente proyecto se utilizará el tubo de
polietileno reticulado (Pex-a) evalPEX de la marca Uponor de diámetro 16x2,0 mm. La
separación entre tuberías de los circuitos emisores será de 20 cm.
Las características de las tuberías Wirsbo-evalPEX ofrecen las siguientes ventajas:
o
Estanqueidad al oxígeno. Incremento de la vida de la instalación.
o
Alta resistencia a la erosión. Permite velocidades de impulsión muy elevadas.
MEMORIA
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o
No se oxidan ni se deterioran por contacto con morteros, hormigones, aditivos
para morteros, yeso ni con cualquier otro elemento constructivo.
o
Las fuerzas de expansión son muy bajas. No existe riesgo de fisuras en la losa
de mortero de cemento.
o
Bajo coeficiente de fricción. Baja caída de presión.
o
Peso muy reducido.
8.3.2 CONFIGURACIÓN DE LOS CIRCUITOS DE TUBERÍAS
Existen tres tipos principales de configuraciones de circuitos de tuberías para el
suelo radiante:
- Distribución en serpentín
- Distribución en doble serpentín
- Distribución en espiral
A continuación pasamos a exponer los diferentes tipos de configuración de los
circuitos de tuberías:
A) DISTRIBUCIÓN EN SERPENTÍN
La distribución del tubo empieza por un extremo del local y termina en el
extremo opuesto avanzando en líneas paralelas equidistantes una de otras.
Esta distribución ofrece una facilidad de instalación de las tuberías. Se
adapta a todo tipo de estructuras del suelo. Esta distribución es la más
sencilla pero presenta un gran inconveniente, a pesar de tener una
cantidad de tubo por metro cuadrado idéntica en cualquier punto del local,
el reparto del calor no es igual ya que el agua se va enfriando a lo largo del
circuito.
El salto térmico considerado entre ida y retorno debe ser menor o igual a
5ºC para conseguir una temperatura uniforme del suelo.
MEMORIA
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Figura 25. Circuito en serpentín
B) DISTRIBUCIÓN EN DOBLE SERPENTÍN
La configuración en doble serpentín consiste en que las tuberías de
impulsión y retorno se disponen en paralelo. Esta configuración proporciona
una temperatura media uniforme.
Esta configuración permite saltos térmicos mayores entre ida y vuelta
(15ºC) sin afectar significativamente a la uniformidad de la temperatura del
suelo.
Figura 26. Circuito en doble serpentín.
C) DISTRIBUCIÓN EN ESPIRAL
Como su nombre indica, se realiza en forma de espiral de forma cuadrada o
rectangular empezando por un extremo y avanzando de fuera a dentro
dejando huecos para volver al punto de partida al llegar al centro del local.
El circuito en espiral es básicamente una variante del doble serpentín, pero
en forma de espiral, y como la anterior, permite saltos térmicos mayores
entre ida y retorno (15ºC) sin afectar significativamente la uniformidad de la
temperatura del suelo. La espiral se adapta muy bien a las habitaciones con
formas irregulares.
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Este sistema iguala perfectamente la temperatura del suelo ya que se
alterna un tubo de ida con un tubo de retorno.
Tiene, como ventaja, curvas menos pronunciadas, lo que facilita la
instalación.
Figura 27. Circuito en espiral.
Selección de la configuración de los circuitos.
La distribución en serpentín tiene una serie de ventajas dichas
anteriormente, como son: facilidad de instalación de las tuberías, se adapta
a todo tipo de estructuras del suelo y es una distribución muy sencilla. Pero
tiene el gran inconveniente de que el reparto del calor no es igual ya que el
agua se va enfriando a lo largo del circuito. Por este motivo no se ha
elegido esta configuración.
La distribución seleccionada en los circuitos del sistema de calefacción es
en espiral. En esta configuración las tuberías de ida y de retorno siempre
son contiguas, estando además siempre la tubería más caliente próxima a
la más fría. Este diseño asegura una homogeneización de la emisión
térmica. Iguala perfectamente la temperatura del suelo.
La distribución en doble serpentín también podría haber sido elegida ya
que tiene características similares a la distribución en espiral pero se ha
elegido esta última por sus curvas menos pronunciadas facilitando la
instalación.
8.3.3 EL SISTEMA DE COLECTORES
Se trata de un conjunto de accesorios cuya función es distribuir el agua caliente
a cada uno de los circuitos de tubería correspondientes a cada habitación de la
MEMORIA
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vivienda. El sistema de colectores permite la regulación independiente de las
temperaturas de cada una de las habitaciones de la vivienda en función de sus
respectivas necesidades caloríficas.
Figura 28. Colector básico
Para posibilitar la purga de aire de los circuitos emisores, los colectores han de
situarse siempre en un plano más elevado que cualesquiera circuitos a los que de
servicio.
Los colectores se colocarán dentro de cajas metálicas, las cuales, se empotran
en pared, siendo preciso un espesor de pared mínimo de 15 cm. Los colectores se
sitúan en un lugar centrado respecto a la zona calefactable a la que dan servicio. Se
ha de buscar, dentro de esta área centrada una ubicación que no distorsione el
aspecto estético del espacio habitable; es usual localizar los colectores en tabiques de
aseos, baños o en fondos de armarios empotrados.
En función del número de circuitos se determina el número de colectores a
ubicar en cada planta. Como mínimo se precisa un colector por planta calefactada.
Cada colector tiene un máximo de 12 circuitos.
En nuestra instalación se colocarán dos colectores en la planta baja y un
colector en la primera planta para asegurar el correcto funcionamiento de la
instalación. El primer colector de la planta baja estará situado en el salón debajo del
hueco de las escaleras. Este primer colector tendrá 4 circuitos calentando las
siguientes estancias: salón, cocina, estudio y dormitorio-aseo. El segundo colector de
la planta baja se encontrará situado en el garaje, tendrá 3 circuitos, abasteciendo a la
MEMORIA
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sala de estar, dormitorio-aseo y patio cubierto. El colector de la primera planta estará
colocado detrás de la puerta del dormitorio y calefactará al dormitorio y baño.
Los colectores elegidos, al igual que todos los componentes del suelo radiante,
son de la marca Uponor de 4, 3 y 2 salidas. Están fabricados de polisulfona que es un
material plástico que a su bajo peso añade una alta resistencia mecánica incluso a
altas temperaturas. Debido a la naturaleza plástica de la polisulfona, los colectores
están libres tanto de oxidaciones como de corrosiones. Las características de la
polisulfona permiten temperaturas puntuales de hasta 95ºC y una presión de trabajo
de 6 bares.
El montaje de cada colector se realiza mediante el acoplamiento de un Kit
colector básico (de 2 salidas) a los Conjuntos básicos (1 salida) necesarios para
completar el número deseado de salidas del colector. Cada Kit colector básico se
suministra junto con todos los elementos necesarios para su correcto funcionamiento:
2 válvulas de paso. 2 termómetros, 2 purgadores automáticos, 1 llave de llenado, 1
llave de vaciado, 2 tapones, 2 soportes y 4 adaptadores ø16.
8.3.3.1 CABEZALES ELECTROTÉRMICOS
Se aconseja realizar un control automático del caudal entrante a cada circuito.
Para ello se necesita colocar Cabezales electrotérmicos para colectores Uponor. Estos
se roscan sobre cada salida del colector de retorno. De este modo se realiza un
control del caudal entrante a cada circuito en función de la señal del correspondiente
termostato.
La colocación de cabezales electrotérmicos en cada salida del colector permite
regular independientemente el aporte térmico a cada local calefactado.
Los cabezales electrotérmicos forman parte de todos los sistemas Uponor de
regulación individual de temperatura.
8.3.4 SISTEMA DE REGULACIÓN
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El sistema de regulación es el equipo que controla el funcionamiento del
sistema de calefacción de suelo radiante en función de las necesidades de aportación
de calor que haya en cada momento. Su funcionamiento es clave para conseguir un
grado de confort óptimo así como para minimizar el consumo energético.
Cada circuito dispondrá de un termostato independiente colocado a una altura
de 1,5 m respecto al suelo que enviará los datos de temperatura al módulo de control
principal. Éste regulará el funcionamiento del grupo de impulsión del sistema así como
la apertura y cierre de las electroválvulas de cada colector. Este módulo permite la
programación del funcionamiento de la calefacción.
El sistema de regulación seleccionado es
de la marca Uponor que es un
sistema de regulación térmica individual por radio-control para instalaciones de
calefacción por suelo radiante.
Su misión es lograr una temperatura óptima en cada habitación o estancia
calefactada, independiente de la temperatura de otras habitaciones o estancias de un
modo que resulte fácil, rápido y cómodo de instalar.
La instalación de este sistema evita las conexiones eléctricas desde los
termostatos (termostatos sin cables).
El sistema se compone de Termostatos transmisores y Unidad base (Módulo
de regulación y Módulo de control).
Los termostatos transmisores envían señales de radio a un elemento receptor,
el módulo de control. El módulo de control es el interface entre el sistema y el usuario
y puede recibir señales de hasta 12 Termostatos transmisores.
En el módulo de regulación se analizan las señales recibidas y en función de
ellas se controlan los cabezales electrotérmicos y la bomba circuladora.
MEMORIA
88
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 29. Esquema de regulación
8.3.5 GRUPO DE IMPULSIÓN
El grupo de impulsión proporciona el caudal de agua preciso a la temperatura
precisa para el correcto funcionamiento de la instalación mediante la mezcla de agua
del sistema de generación de calor y agua de retorno de suelo radiante en una válvula
de tres vías.
El grupo de impulsión seleccionado es un kit premontado para la conexión
directa a la salida de la caldera. Esta provisto de una válvula de 3 vías con válvula
termostática cuya misión es mezclar el agua proveniente de la caldera o
interacumulador con el agua de retorno para obtener la temperatura óptima del agua
de impulsión para el funcionamiento del suelo radiante.
Destacar que el sistema de calefacción es un circuito cerrado por lo que es
necesario colocar un vaso de expansión. El volumen del vaso de expansión es de 32
litros. La marca del vaso de expansión es Salvador Escoda.
MEMORIA
89
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
El grupo de impulsión seleccionado es de la marca Uponor, modelo grupo de
impulsión 22 N, siendo un kit de impulsión premontado formado por circulador
UPS 25-60, válvula mezcladora de 3 vías con sonda de impulsión, conexión
a caldera, termómetro, conexión a colector y by-pass.
MEMORIA
90
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
9. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INSTALACIÓN
Se trata de dos instalaciones independientes, una de ellas se trata de un
sistema de agua caliente sanitaria (ACS) y el otro sistema de apoyo de calefacción,
ambos mediante energía solar térmica, en el que hay una caldera de biomasa para
asegurar la potencia térmica durante el invierno.
La instalación de agua caliente sanitaria (ACS) constará, básicamente, de un
circuito cerrado y del circuito de ACS, que será de tipo abierto. La instalación de
calefacción constará de 2 circuitos cerrados.
Por el circuito primario de ambas instalaciones circulará la mezcla de
anticongelante que calentará el agua del depósito de agua caliente sanitaria (ACS) y el
agua del depósito de calefacción, mediante los respectivos serpentines de
intercambio.
En la instalación de calefacción, el segundo circuito cerrado partirá desde el
acumulador y constará de todos los conductos que suministrarán el agua caliente al
suelo radiante de las dependencias.
Las salidas de los depósitos comunicarán directamente con la caldera de
biomasa donde se recalentará el agua, en caso necesario, y desde donde se
distribuirá al consumo de agua caliente sanitaria (ACS) y calefacción.
El dimensionado de esta instalación permitirá proveer con una buena
cobertura, el servicio de agua caliente sanitaria (ACS) durante todo el año, a la vez
que servirá para dar soporte a las necesidades de calefacción en los meses de
invierno (octubre-mayo). Cuando la temporada de invierno haya finalizado y no sea
necesaria la calefacción de la vivienda se cubrirán los captadores del sistema de
calefacción evitando de esta forma sobrecalentamientos.
Evidentemente, la caldera puede funcionar o pararse según la cantidad de
energía a suministrar, y esto está relacionado con la cantidad de energía almacenada
en los depósitos de almacenamiento.
MEMORIA
91
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Si la energía producida por los captadores no fuera suficiente en algunos
momentos para cubrir las necesidades de agua caliente sanitaria (ACS) y de
calefacción, los depósitos de ACS y calefacción están conectados con la caldera,
pudiendo actuar esta como soporte. Estando esto relacionado con la cantidad de
energía almacenada en los depósitos de almacenamiento.
Si en algún momento se produjera el caso que el sistema de agua caliente
sanitaria (ACS) como el de calefacción no pudieran absorber toda la producción solar,
procedería a la recirculación durante la noche del fluido caloportador por los
acumuladores, disipando la energía almacenada en los acumuladores. De esta
manera, se evitarían problemas de sobrecalentamiento y las consecuencias
desagradables que esto comporta para los materiales de la instalación.
A continuación representamos un esquema de principio de toda la instalación:
Ts1
CS
0100
deg
IAS
mV
1050
T1
C
ACS
Agua de red
Ida Suelo
Radiante
Ts2
Retorno Suelo
Radiante
0mV
100
10deg
50
T2
MEMORIA
92
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
A.2 ANEXOS
CÁLCULOS
93
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
ANEXO 1. CÁLCULOS
CÁLCULOS
94
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.1 REQUISITOS DE DISEÑO
En este proyecto se ha diseñado un sistema de calefacción y agua caliente
sanitaria (A.C.S) mediante una instalación solar térmica para una vivienda familiar
situada en la ciudad de El Puerto de Santa María, cuya casa será de nueva
construcción. A continuación se definirán las condiciones de la instalación que se va a
proyectar y las características y dimensiones de la vivienda que será necesario para
los posteriores cálculos.
Requisitos generales del proyecto.
Se ha diseñado un sistema de calefacción y agua caliente sanitaria (ACS)
adecuado para una vivienda familiar en construcción, garantizando el confort de sus
usuarios en todo el año. El sistema solar diseñado debe proporcionar la demanda de
energía que se requiere contando con el apoyo de un sistema convencional auxiliar
para proporcionar toda la demanda de energía necesaria.
La instalación cumplirá con todas las normas y leyes vigentes, en concreto: El
Código técnico de edificación en su apartado HE4 (CTE)1, El Reglamento de las
Instalaciones térmicas en los Edificios (RITE)2, El Pliego de Condiciones Técnicas de
Instalaciones de Baja Temperatura del IDAE.
Descripción de la vivienda.
Es una casa en construcción en la que habitará una familia de cuatro miembros
los cuales residirán durante todo el año.
La casa estará ubicada en la ciudad de El Puerto de Santa María, provincia de
Cádiz.
La vivienda consta de sótano, planta baja y primera planta con una superficie
útil total de 135 m2.
1
2
CTE. Real Decreto 314/2006.
RITE: Real Decreto 1027/2007.
CÁLCULOS
95
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Descripción de los cerramientos de la vivienda
En este apartado se describe los cerramientos con los cuales está formada la
vivienda y que posteriormente se hacen uso en los cálculos posteriores.
En las tablas siguientes, se muestran las características y materiales
empleados en la construcción de los diferentes cerramientos de la vivienda.
Muro exterior grueso
Cemento
Ladrillo perforado
Lana mineral
Ladrillo perforado
Perlita
Espesor (m)
0,02
0,26
0,04
0,26
0,02
λ(W/mºC)
1,4
0,76
0,042
0,76
0,18
Espesor (m)
0,02
0,26
0,02
λ(W/mºC)
1,4
0,76
0,18
Espesor (m)
0,02
0,02
0,002
0,05
0,2
0,2
0,02
λ(W/mºC)
0,81
1,4
0,19
0,17
1,58
0,012
0,3
Espesor (m)
0,018
λ(W/mºC)
0,18
Espesor (m)
0,1
0,03
λ(W/mºC)
0,17
0,057
Muro exterior fino
Cemento
Ladrillo perforado
Perlita
Techo
Baldosa
Cemento
Láminas bituminosas
Hormigón
Bovedilla
Cámara de aire
Escayola
Techo claraboya
Polimetacrilato
Suelo
Hormigón
Poliestireno expandido
Ventanas/Ventanales
2
Vidrio doble 6 mm
CÁLCULOS
U(W/m ºC)
2,8
96
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Puertas exteriores
2
Madera opaca
U(W/m ºC)
3,5
Tabla 1. Materiales y características de los cerramientos de la vivienda.
Características dimensiónales de las habitaciones de la vivienda.
En la tabla siguiente se muestra las dimensiones de las habitaciones en los que
se divide la vivienda
Planta baja
Habitaciones
Estar
Patio Cubierto
Estudio
Cocina
Salón
Dormitorio 1 + Aseo
Dormitorio 2 + Aseo
A(m2)
18,24
18,49
7,34
15,43
30,02
14,45
16,82
Planta alta
Habitaciones
Dormitorio 3
Baño
A(m2)
12,4
5,79
Tabla 2. Dimensiones de las habitaciones de la vivienda.
A continuación se representa un esquema de la casa para poder observar las
diferentes habitaciones de la vivienda:
CÁLCULOS
97
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 1. Planta baja de la vivienda.
Figura 2. Planta primera de la vivienda.
CÁLCULOS
98
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.2 CÁLCULO DE LAS NECESIDADES ENERGÉTICAS DE LA
VIVIENDA
1.2.1 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DE LA VIVIENDA
El conocimiento de las cargas térmicas de cada una de las habitaciones a
calefactar es un paso previo para el dimensionamiento de la instalación de calefacción
así como para el dimensionamiento de la instalación solar térmica.
La carga térmica de una habitación indica las pérdidas energéticas (expresadas
en W) que deben ser compensadas por el sistema de calefacción para lograr las
condiciones interiores de confort deseadas.
La expresión de cálculo de la carga térmica de un local es la siguiente:
·
·
·
·
Q Q t Q v Qi
Donde:
·
Q Carga térmica de calefacción (W)
·
Q t Carga térmica de transmisión de calor (W)
·
Qv Carga térmica de ventilación (W)
·
Q i Ganancia interna de calor (W)
A continuación pasamos a explicar las cargas térmicas mencionadas.
A) CARGA TÉRMICA DE TRANSMISIÓN DE CALOR
Expresa el concepto de pérdidas de calor a través de los cerramientos del
local debido a la desigualdad térmica entre el interior y el exterior. La expresión de la
carga térmica de transmisión de calor es la siguiente:
.
Q t Q to 1 Z IS Z O
.
CÁLCULOS
·
99
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Siendo:
𝑄 to= pérdidas por transmisión sin suplementos (W)
Zis= Suplemento por interrupción de servicio (%)
Zo= Suplemento por orientación (%)
A continuación pasamos a desarrollar cada uno de los parámetros de la
expresión de la carga térmica de transmisión de calor:
o
Pérdidas por transmisión sin suplementos
𝑄 to depende de las temperaturas interior y exterior, de la conductividad térmica
de los cerramientos del local y de la magnitud de las superficies de transmisión
de calor según la expresión:
Q to U ·A·Ti Te
.
Siendo:
U = Coeficiente global de transmisión térmica del cerramiento (W/m2ºC)
A = Superficie de transmisión de calor del cerramiento (m2)
Ti = temperatura interior de diseño del local (ºC) (Ver anexos-tabla 2).
Su valor es 20ºC
Te = temperatura de cálculo exterior (ºC) (Ver anexos-tabla3). El valor
tomado es 6 ºC para hacer los cálculos en las condiciones más severas.
En el caso de cerramientos compuestos de varias capas con materiales
diferentes, el coeficiente global de transmisión térmica del cerramiento se
calcula como sigue:
U 1
e 1hi 1he
e = espesor de la capa (m)
λ = conductividad térmica del material de la capa (W/mºC) (Ver anexos-tabla 1)
CÁLCULOS
100
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
hi = coeficiente superficial de transmisión de calor interior (W/m2ºC)(Ver
anexos-tabla 4)
he = coeficiente superficial de transmisión de calor exterior
(W/m2ºC) (Ver
anexos-tabla 4)
A continuación pasamos a representar los cerramientos que componen
la
vivienda y sus respectivos coeficientes de transmisión térmica:
Cerramiento
Espesor
(m)
λ(W/mºC)
Cemento
0,02
1,4
Ladrillo perforado
0,26
0,76
lana mineral
0,04
0,042
Ladrillo perforado
0,26
0,76
Perlita
0,02
0,18
Cemento
0,02
1,4
Ladrillo perforado
0,26
0,76
Perlita
0,02
0,18
Baldosa
0,02
0,81
Cemento
0,02
1,4
Láminas bituminosas
0,002
0,19
Hormigón
0,05
0,17
Bovedilla
0,2
1,58
Cámara de aire
0,2
0,012
Escayola
0,02
0,3
Techo claraboya
Polimetacrilato
0,018
0,18
Hormigón
0,1
0,17
Suelo tierra
Poliestireno
expandido
0,03
0,057
Hormigón
0,1
0,17
0,03
0,057
Tipo
Muro exterior grueso
Muro exterior fino
Techo
Suelo sótano
Ventanas
Puertas exteriores
Poliestireno
expandido
Vidrio doble de 6 mm
carpintería metálica
Madera opaca
U(W/m2ºC)
0,52
1,57
0,057
4,17
0,78
0,69
2,8
3,5
Tabla 3. Coeficientes de transmisión térmica de los cerramientos que componen
la vivienda.
CÁLCULOS
101
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
o
Suplemento por interrupción de servicio
Tiene en consideración el incremento extra de aporte energético a un local para
conseguir las condiciones de confort de diseño tras una interrupción del
servicio de calefacción.
Su magnitud Zis depende de la clase de servicio (horas al día de interrupción
del servicio de calefacción). Zis es función del tipo de cerramiento, tipo de
calefacción (lujo, reducida o normal) y la clase de servicio.
En nuestro caso nos encontramos con una interrupción de servicio de 9 a 11
horas y con una calefacción tipo normal.
Lujo
Tipo de cerramiento
Normal
Reducida
I
II
III
I
II
III
I
II
III
Muros de hormigón o piedra
0,20
0,40
0,60
0,15
0,30
0,40
0,10
0,20
0,30
Muros de ladrillo macizo
0,15
0,30
0,45
0,06
0,20
0,30
0,08
0,15
0,25
Muros de ladrillo hueco
0,10
0,20
0,30
0
0,15
0,20
0,05
0,10
0,15
Hormigón poroso/ tabiques
0,05
0,10
0,15
0,04
0,08
0,10
0,03
0,05
0,08
Muros con cámara de aire
0,04
0,08
0,12
0,04
0,08
0,10
0,02
0,04
0,06
Muros de aislamiento
0,02
0,04
0,06
0,02
0,04
0,06
0
0,02
0,04
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Ventanas, puertas, paredes
delgadas, cubiertas y techos
I: Servicio sin interrupción; marcha reducida por la noche
II: Interrupción del funcionamiento de 9 a 11 horas al día
III: Interrupción de 12 a 15 horas al día o más
Tabla 4. Suplemento por interrupción de servicio (Zis)
o
Suplemento por orientación
Tiene en consideración el incremento extra de aporte energético a un local
debido a la orientación de sus paredes exteriores.
Orientación
S
SO
O
NO
N
NE
E
SE
Zo
-0,050
-0,025
0
0,025
0,050
0,025
0
-0,025
Tabla 5. Suplemento por orientación (Zo)
CÁLCULOS
102
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
A continuación pasamos a exponer los resultados obtenidos de la carga
térmica de transmisión de calor de cada habitación de la vivienda a calefactar:
Cerramiento
Dormitorio 1 + aseo 1
Muros exteriores
Puertas exteriores
Ventanas
Suelo
Techo
Dormitorio 2 + aseo 2
Muros exteriores
Puertas exteriores
Ventanas
Suelo
Techo
Estar
Muros exteriores
Puertas exteriores
Ventanas
Suelo
Techo
Patio cubierto
Muros exteriores
Puertas exteriores
Ventanas
Suelo
Techo claraboya
Estudio
Muros exteriores
Puertas exteriores
CÁLCULOS
A(m2)
K(W/m2ºC)
Ti-Te
Qto(W)
Zis
Zo
Qt(W)
10,59
0,52
14
77,10
2,1
14,45
14,45
2,8
0,78
0,057
14
14
14
82,32
157,79
11,53
328,74
0,15
0,025
386,27
82,32
183,67
13,42
279,42
0,15
-0,025
314,34
0,15
-0,025
431,75
0,15
-0,025
1733,06
2,1
16,82
16,82
2,8
0,78
0,057
14
14
14
16,25
0,52
14
118,30
1,32
18,24
18,24
2,8
0,78
0,057
14
14
14
51,74
199,18
14,56
383,78
11,79
1,57
14
259,14
18,49
18,49
0,78
4,17
14
14
201,91
1079,45
1540,50
19,92
1,57
14
437,84
103
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Ventanas
Suelo
Techo
1,3
7,34
7,34
Cocina
Muros exteriores
Puertas exteriores
Ventanas
Suelo sótano
Techo
Salón
Muros exteriores
Puertas exteriores
Ventanas
Suelo sótano
Techo
Dormitorio (P.A)
Muros exteriores
Puertas exteriores
Ventanas
Suelo
Techo
Baño (P.A)
Muros exteriores
Puertas exteriores
Ventanas
Suelo
Techo
2,8
0,78
0,057
0
14
14
0,00
80,15
5,86
523,85
22,75
1,57
14
500,05
3,15
15,43
15,43
2,8
0,69
0,057
14
14
14
123,48
149,05
12,31
784,89
32,5
0,52
14
236,60
3,94
30,02
30,02
2,8
0,69
0,057
14
10
0
154,45
207,14
0,00
598,19
0,15
-0,025
589,33
0,15
0
902,63
0,15
0,05
717,82
23,38
1,56
14
510,62
4,15
12,4
12,4
2,8
0,78
0,057
14
0
14
162,68
0,00
9,90
683,19
0,15
-0,025
768,59
104,54
152,88
43,12
0,00
4,62
305,16
0,15
0,05
Total (W)
366,19
6210,00
14,36
3,12
1,1
5,79
5,79
0,52
3,5
2,8
0,78
0,057
14
14
14
0
14
Tabla 6. Cálculo de la carga térmica de transmisión de calor de los cerramientos
de la vivienda.
CÁLCULOS
104
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
B) CARGA TÉRMICA DE VENTILACIÓN
La ventilación es la renovación del aire interior del local con objeto de mantener
unas condiciones sanitarias adecuadas dentro del local. Puede ser espontánea
(infiltraciones a través de rendijas de puertas y de ventanas) o forzada. La carga
térmica de ventilación es, pues, la pérdida energética derivada de acondicionar
térmicamente el aire entrante de acuerdo a la temperatura interior de diseño del local.
Su expresión es:
Q v n Va C p Ti Te 1,163 (W)
·
Siendo:
n = nº de renovaciones de aire por hora (h-1)
Va = Volumen de la vivienda (m3). Su valor es 441,86 m3
ρCp = 0.299 Kcal/m3ºC ( Densidad x Calor específico a presión constante del
aire; es una constante)
Ti = temperatura interior de diseño del local (ºC) (Ver anexos-tabla 2). Su valor
es 20ºC.
Te = temperatura de cálculo exterior (ºC) (Ver anexos-tabla 3). Su valor es 6ºC.
Para el cálculo de las renovaciones se hace uso de la siguiente tabla obtenida
del ―Reglamento de Instalaciones térmicas en los Edificios‖ (RITE), en el IT 1.1.4.2
Exigencias de calidad de aire interior:
3
Categoría
dm /s por persona
IDA 1
20
IDA 2
12,5
IDA 3
8
IDA 4
5
IDA 1(aire de óptima calidad): hospitales, clínicas, laboratorios y guarderías
IDA 2(aire de buena calidad): oficinas, residencias, sala de lectura, museos, aulas…
IDA 3 (aire de calidad media): edificios comerciales, cines, teatros, bares, gimnasios…
IDA 4 (aire de baja calidad)
Tabla 7. Caudales de aire exterior, en dm3/s por persona.
CÁLCULOS
105
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
En nuestro caso nos encontramos con la categoría IDA 2, aire de buena
calidad, por lo que es necesario un caudal de aire exterior de 12,5 dm3/s por persona.
Suponiendo que habitan 4 personas en la vivienda, obtenemos unas cargas
térmicas de ventilación de:
·
Q v 0,20 441,86 0,299 14 1,163
·
Q v 430,22W
C) GANANCIA INTERNA DE CALOR
Las habitaciones a calefactar suelen contar con ganancias internas gratuitas de
calor. Será un sumando negativo debido su carácter de ganancia energética.
Actividad
Ocupante
Reposo
Moderada
Fuerte
Trabajo pesado
Varón adulto
114
174
290
580
Mujer adulta
97
148
247
494
Niño
86
131
218
435
Tabla 8. Ganancias internas de calor Qi por ocupación [W]
La ganancia calorífica derivada de la radiación solar incidente no se considera
pues este factor será inexistente en la consideración de las consideraciones exteriores
para el cálculo en calefacción.
En el diseño de calefacción de suelo radiante se considera las ganancias
internas de calor por ocupación igual a 0. De esta manera se realizan los cálculos en
las condiciones más desfavorables.
Así pues, la carga térmica de la vivienda será la suma de la carga térmica de
transmisión de calor y la carga térmica de ventilación:
·
·
·
Q Qt Qv
CÁLCULOS
106
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
·
Q 6210W 430,22W
·
Q 6640,22W
1.2.2 CÁLCULO DE LA ENERGÍA NECESARIA PARA ACS
1.2.2.1 CÁLCULO DE LOS CONSUMOS DE AGUA
El cálculo de los consumos de agua se lleva a cabo tomando el criterio del
Código técnico de Edificación. Para valorar las demandas se tomarán los valores
unitarios de consumo en litros de agua caliente sanitaria por día a 60ºC, de la
siguiente tabla que se reproduce a continuación:
Criterio de Demanda
Viviendas unifamiliares
Viviendas multifamiliares
Hospitales y clínicas
Hotel****
Hotel****
Hotel/hostal**
Camping
Hostal/pensión*
Residencia( ancianos…)
Vestuarios/duchas
colectivas
Escuelas
Cuarteles
Fábricas y talleres
Administrativos
Gimnasios
Lavanderías
Restaurantes
Cafeterías
Litros A.C.S./día 60ºC
30
22
55
70
55
40
40
35
55
Por persona
Por persona
Por cama
Por cama
Por cama
Por cama
Por emplazamiento
Por cama
Por cama
15
Por servicio
3
20
15
3
20 a 25
3a5
5 a 10
Por alumno
Por persona
Por persona
Por persona
Por usuario
Por Kg de ropa
Por comida
1
Por almuerzo
Tabla 9. Demanda de referencia a 60 ºC. (Referencia CTE)
En esta instalación se considera una temperatura de uso de 45ºC ya que se
considera que a esta temperatura de consumo se satisfacen las necesidades
energéticas de los usuarios. Por lo que se ha elegido una temperatura en el
acumulador diferente a 60ºC. No obstante, la demanda a considerar a efectos de
CÁLCULOS
107
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
cálculo será la que se obtenga a partir de la siguiente expresión:
12
DT Di (T )
1
60 Ti
Di (T ) Di (60º C )
T Ti
Siendo:
D(T )
Demanda de agua caliente sanitaria anual a la temperatura T elegida.
Di (T )
Demanda de agua caliente sanitaria para el mes (i) a la temperatura T
elegida.
Di (60º C )
Demanda de agua caliente sanitaria para el mes (i) a la temperatura de
60ºC.
T
Temperatura del acumulador final.
Ti
Temperatura media del agua fría en el mes (i).
La temperatura de red del agua se considerará según la tabla siguiente:
PROVINCIA
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
SEP
OCT
NOV
DIC
AÑO
CÁDIZ
8
9
11
13
14
15
16
15
14
13
11
8
12,3
Tabla 10. Temperatura media del agua en la red, en ºC, en la provincia de Cádiz.
(Fuente: Pliego de condiciones del IDAE. Anexo IV)
Como la temperatura de consumo es de 45ºC siendo esta diferente a 60ºC
pasamos calcular el consumo de agua para esa temperatura con la ecuación anterior:
𝐷 45º𝐶 = 30 ×
60 − 12,3
45 − 12,3
𝐷 45º𝐶 = 43,75 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎
CÁLCULOS
108
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
El cálculo del número de personas por vivienda deberá hacerse utilizando
como valores mínimos los que se relacionan a continuación:
Nº de dormitorios
1
2
3
4
5
6
7
Más de 7
Número de personas
1,5
3
4
6
7
8
9
nº de dormitorios
Tabla 11. Cálculo del número de personas por vivienda.
Nuestra casa en estudio tiene 3 dormitorios por lo que, guiándonos de la tabla
anterior, consideramos que habitan en la vivienda 4 personas.
De todas formas, se ha optado por sobredimensionar el sistema de manera que
se ha supuesto que se consumirá una media de 75 l por persona y día a una
temperatura de consumo de 45ºC. Por tanto, el consumo diario será de 300 l por día.
1.2.2.2 CÁLCULO DE LA DEMANDA ENERGÉTICA MENSUAL POR CONSUMO DE
ACS
El cálculo de la demanda energética se realiza mediante la siguiente expresión,
para cada mes del año, expresado en KWh/mes:
DEmes Qdía N TACS TAF 1,16 10 3
Siendo:
DEmes
Demanda energética, en KWh/mes
Qdía
Consumo diario de agua caliente sanitaria a la temperatura de
referencia TACS, en l/día.
N
Número de días del mes considerado, días/mes.
TACS
Temperatura de referencia utilizada para la cuantificación del consumo
de agua caliente, 45ºC.
TAF
Temperatura del agua fría de la red, en ºC.
-3
1,16 x 10
Equivalencia entre Kcal y KWh. (1 Kcal = 1000 x 4,186 J h/3600s = 1,16
x 10-3 KWh)
Los valores obtenidos se exponen en la siguiente tabla:
CÁLCULOS
109
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Día por mes
Consumo de agua[L/día]
Tª media agua red [ºC]
Incremento Ta[Cº]
Demanda ener.[KWh]
CÁLCULO ENERGÉTICO
31
28
31
30
31
30
31
31
30
31
30
31
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
8
9
11
13
14
15
16
15
14
13
11
8
37
36
34
32
31
30
29
30
31
32
34
37
399,2 350,8 366,8 334,1 334,4 313,2 312,9 323,6 323,6 345,2 354,9 399,2
TOTAL DEMANDA ENERGÉTICA ANUAL: 4157.9 KWh
Tabla 12. Cálculo de la demanda energética.
CÁLCULOS
110
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.3 DISEÑO DE LA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA ACS
1.3.1 DATOS DE PARTIDA
Los datos de partida necesarios para el dimensionado y cálculo de la
instalación solar térmica están constituidos por dos grupos de parámetros que definen
las condiciones climáticas y de uso.
Las condiciones de uso vienen dadas por la demanda energética asociada a la
instalación. Para agua caliente sanitaria (ACS), la demanda energética se determina
en función del consumo de agua caliente. Estas necesidades energéticas han sido
calculadas en el apartado anterior.
Las condiciones climáticas vienen dadas por la radiación global total en el
campo de captación, temperatura ambiente diaria y la temperatura del agua de la red.
Para el dimensionado de la instalación es necesario conocer el porcentaje de la
demanda energética que será aportado por la energía solar, es decir, la contribución
solar mínima.
1.3.1.1 CONDICIONES CLIMÁTICAS
Las condiciones climáticas, a efectos de las instalaciones solares térmicas, están
definidas por:
1
La radiación global total en el campo de captación.
2
La temperatura ambiente media diaria.
3
Temperatura mensual media del agua de la red.
De los tres parámetros mencionados el más difícil de tabular ha sido siempre la
radiación global total, porque tiene múltiples condicionantes, comenzando por la propia
determinación de los factores a considerar, como por ejemplo la radiación difusa, que
es recibida en los días nublados.
Las tablas a tener en cuenta para evaluar las condiciones climáticas son las
correspondientes a la radiación directa sobre un m2 de superficie en un día medio de
CÁLCULOS
111
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
cada mes con una inclinación de 45ºC, la Tª media del agua en la red en ºC, y la
temperatura ambiente media durante las horas de Sol en ºC. A continuación pasamos
a reproducir estas tablas:
MUNICIPIO
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
SEP
OCT
NOV
DIC
PTO STA Mª
130,3
146,6
179,1
185,6
194
190,4
201,6
205,8
185
157,4
131,1
110,5
Tabla 13. Radiación solar incidente media mensual sobre un metro cuadrado de
superficie inclinada de 45º y orientación Sur en El Puerto de Santa María
(Kwh/m2). (Fuente: Agencia andaluza de la energía. Consejería de innovación,
ciencia y empresa.)
MUNICIPIO
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
SEP
OCT
NOV
DIC
PTO STA Mª
11
12
15
16
19
23
23
24
21
19
14
12
Tabla 14. Temperatura ambiente media durante las horas de sol, en ºC, en El
Puerto de Santa María. (Fuente: Agencia andaluza de la energía. Consejería de
innovación, ciencia y empresa.)
La tabla de la temperatura media del agua de red quedo reflejada en el
apartado anterior.
Justificación de la orientación e inclinación de los captadores solares
Según las recomendaciones del ITE 10.1 del RITE, la orientación óptima de los
colectores será en dirección Sur, admitiendo desviaciones máximas de hasta 25º. Por
tanto, en este término, dicha instalación cumple con la normativa vigente al diseñarse
orientada al Sur.
La inclinación óptima, dependiendo del periodo de utilización, será uno de los
valores siguientes:
Demanda constante anual:
la latitud geográfica
Demanda preferente en invierno:
la latitud geográfica + 10º
Demanda preferente en verano:
la latitud geográfica – 10º
CÁLCULOS
112
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Para instalaciones de uso anual, la inclinación óptima de los captadores
respecto del plano horizontal coincidirá con la latitud del lugar. Esto es así bajo el
argumento de que un colector orientado al ecuador, logra captar la máxima energía a
lo largo del día cuando la inclinación sea tal que, al medio día solar, los rayos incidan
perpendicularmente a la superficie del colector y por tanto, la inclinación idónea sería
igual a la latitud del lugar. Esto sería válido si toda la radiación fuese directa, pero no si
se considera la influencia de la radiación difusa. La proporción de ésta última, con
respecto a la total, es superior en invierno en la mayor parte de los países y climas.
Por todo esto se va a favorecer la captación en invierno, ya que en verano siempre
suele haber energía sobrante, siendo la aportación mayor que el consumo. Por tanto
para favorecer la captación en invierno, la inclinación será igual a la latitud más 10º.
Por todo lo dicho anteriormente y como estamos en una latitud de 36.5º
(Cádiz), la inclinación escogida es de 45º. Esto cumple con lo exigido con el RITE que,
para instalaciones de uso anual, establece una inclinación igual a la latitud del lugar
pero admite desviaciones de ±10º.
1.3.1.2 ZONAS CLIMÁTICAS
Las zonas climáticas son aquellas que son homogéneas a efectos de la
exigencia, indicando sus límites en un mapa y una tabla de localidades. Es decir, la
finalidad de estas zonas es establecer el porcentaje exigible de aportación de la
energía solar a la demanda energética solar de agua caliente sanitaria (ACS).
A continuación podemos observar el mapa de España diferenciado por las
distintas zonas climáticas:
CÁLCULOS
113
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 3. Zonas climáticas.
Observando el mapa de las zonas climáticas vemos que nos encontramos en la
zona IV. A partir de esta zona sabremos que contribución solar mínima se ha de
satisfacer.
1.3.1.3 CONTRIBUCIÓN SOLAR MÍNIMA PARA A.C.S.
Las contribuciones solares mínimas para la demanda de agua caliente sanitaria
a una temperatura de referencia de 60 ºC se recogen en la siguiente tabla, según en la
zona climática donde se esté situado, considerándose el caso general:
1 General: la fuente energética de apoyo es gasóleo, propano, gas natural, u
otra.
CÁLCULOS
114
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Demanda de
A.C.S del
edificio (l/d)
50-5000
5000-6000
6000-7000
7000-8000
8000-9000
9000-10000
10000-12500
12500-15000
15000-17500
17500-20000
>20000
Zona climática
I
30
30
30
30
30
30
30
30
35
45
52
II
30
30
35
45
52
55
65
70
70
70
70
III
50
55
61
63
65
70
70
70
70
70
70
IV
60
65
70
70
70
70
70
70
70
70
70
V
70
70
70
70
70
70
70
70
70
70
70
Tabla 15. Contribución solar mínima en %. Caso general.
La zona climática que corresponde es la IV y la demanda de agua caliente
sanitaria está en el intervalo de 50-5000 l/d obteniendo, por lo tanto, la aportación de
la energía solar a la demanda energética de agua caliente sanitaria (ACS) ha de ser al
menos del 60 %.
1.3.2 CÁLCULO DEL CAMPO DE CAPTADORES
El dimensionado del campo de captadores constituye la base fundamental de la
instalación, ya que es el elemento que recoge la energía solar que se precisa, siendo
ésta función de su superficie total de captación.
De los cuatro criterios generales de cálculo:
1. Demanda de energía térmica,
2. Energía solar térmica aportada,
3. Fracciones solares mensuales y anual,
4. Rendimiento medio anual,
Se ha obtenido mediante cálculo en el apartado anterior, la demanda de
energía térmica.
El valor de la energía solar térmica aportada debe ser al menos el producto de
CÁLCULOS
115
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
la demanda de energía por la contribución solar mínima, por lo que habrá que
dimensionar el campo de captadores para ello. La fracción solar anual deberá ser igual
o mayor a la contribución solar mínima.
Estos valores presentan un resultado a cumplir, y no sirven para definir la
superficie de captación de forma directa, por lo que es necesario realizar varias
pruebas, una vez predimensionado el campo de captadores, hasta lograr el
cumplimiento de todos los requerimientos, de la forma siguiente:
1. Predimensionado del campo de captadores.
2. Cálculo de la cobertura del sistema solar.
3. Reiteración del proceso hasta obtener los valores de fracción solar mensual
y anual que cumpla con las exigencias.
Como fin de todo el proceso de cálculo se obtiene el rendimiento medio anual
de la instalación.
A continuación pasamos a exponer cada uno de los pasos a llevar a cabo:
1.3.2.1 PREDIMENSIONADO DEL CAMPO DE CAPTADORES
La superficie de captación solar es un dato imprescindible para el proceso de
cálculo, siendo necesario realizar una hipótesis de partida fijando un valor previo, para
ajustar la superficie a la contribución requerida posteriormente.
1.3.2.2 CÁLCULO DE LA COBERTURA DEL SISTEMA SOLAR. MÉTODO f-CHART
El cálculo de las instalaciones de energía solar se realizará en base al ―método
de las curvas f‖ o ―F-Chart‖. Este método es el aconsejado en el Pliego de Condiciones
Técnicas de Instalaciones Solares Térmicas de Baja Temperatura, del IDAE.
El porcentaje de la fracción solar mensual se determina como relación entre
dos magnitudes adimensionales D1 y D2, mediante la fórmula siguiente:
f 1,029D1 0,065D2 0,245D12 0,0018D22 0,0215D13
CÁLCULOS
116
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
La secuencia de cálculo que se va a seguir es la siguiente:
1. Cálculo del parámetro D1.
2. Cálculo del parámetro D2.
3. Determinación de la fracción energética mensual aportada por el sistema de
captación solar.
4. Valoración de la cobertura solar anual, grado de cobertura solar o fracción solar
anual F.
A continuación se procede al desarrollo de los distintos pasos para el cálculo
del método f-chart.
A) CÁLCULO DEL PARÁMETRO D1
El parámetro D1 expresa la relación entre la energía absorbida por el captador
plano EA mes y la demanda energética mensual de la vivienda durante un mes, DE mes.
D1
EAmes
DEmes
La expresión de la energía absorbida por el captador, EA mes, es la siguiente:
EAmes S c FR' H mes
Siendo:
EAmes
energía solar mensual absorbida por los captadores, en kWh/mes
Sc
superficie de captación, en m2
Hmes
energía solar mensual incidente sobre la superficie de captadores, en
kWh/m2mes
F’R(ζα)
factor adimensional, cuya expresión es:
FR´
FR´ FR n
n FR
Donde:
FR(ζα)n
CÁLCULOS
factor de eficiencia óptica del captador, ordenada en origen de la
117
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
curva característica del captador, dato que debe proporcionar el
fabricante. El valor del factor de eficiencia óptica del captador
seleccionado es de 0,75.
[(ζα)/( ζα)n]
modificador del ángulo de incidencia.
En general se puede tomar como constante:
0,96
F’R/FR
superficie transparente sencilla
factor de corrección del conjunto captador-intercambiador. Se
recomienda tomar un valor 0,95.
B) CÁLCULO DEL PARÁMETRO D2
El parámetro D2 expresa la relación entre la energía perdida por el captador EP
mes,
para una determinada temperatura, y la demanda energética mensual de la
vivienda DE mes.
D2
EPmes
DEmes
La expresión de las pérdidas del captador es la siguiente:
EPmes S c F ' R U L 100 Tamb t K1 K 2
Siendo:
EPmes
energía solar mensual perdida por los captadores, en kWh/mes
Sc
superficie de captación solar, en m2
F’RUL
factor, en kWh/m2K, cuya expresión es:
F ' R U l FRU L
F 'R
10 3
FR
Donde:
FRUL
coeficiente global de pérdidas del captador, en W/m2K,
pendiente de la curva característica del captador solar,
dato proporcionado por el fabricante. El valor del
CÁLCULOS
118
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
coeficiente global de pérdidas del captador seleccionado
es de 5,2.
F’R/FR
factor
de
corrección
del
conjunto
captador-
intercambiador. Se recomienda tomar el valor 0,95
TAMB
temperatura media mensual del ambiente, en ºC
Δt
periodo de tiempo considerado en horas
K1
factor de corrección por almacenamiento, cuya expresión es:
V
K1
75 S c
0 , 25
Donde:
V
volumen de acumulación solar, en litros.
Se recomienda que el valor de V sea tal que se cumpla la
condición 50<V/Sc<180
K2
Factor de corrección de ACS que relaciona las distintas temperaturas,
cuya expresión es:
K2
11,6 1,18TAC 3,86TAF 2,32TAMB
100 TAMB
Donde:
TAC
temperatura mínima del agua caliente sanitaria, (45ºC)
TAF
temperatura del agua de la red, en ºC
Tamb
temperatura media mensual del ambiente, en ºC.
C) FRACCIÓN SOLAR ANUAL
Una vez determinados los valores mensuales de los parámetros D1 y D2, la
fracción solar mensual se puede calcular a partir de la expresión ya conocida
anteriormente:
f 1,029D1 0,065D2 0,245D12 0,0018D22 0,0215D13
CÁLCULOS
119
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
La fracción solar anual se calcula como la relación entre la suma de
aportaciones solares mensuales y la suma de las demandas energéticas de cada mes:
12
F
EU
mes
1
12
DE
mes
1
Siendo:
EUmes
energía útil mensual aportada por la instalación solar para la producción
de agua caliente sanitaria de la vivienda, en kWh/mes, cuya expresión
es:
EU mes f mes DEmes
Siendo:
fmes
DEmes
Fracción solar mensual
demanda energética, en kWh/mes.
Una vez calculada la superficie de captación que cumpla con la contribución
solar mínima requerida, se podrá calcular la producción solar prevista definitiva EUmes
a partir de la demanda energética DEmes y la fracción solar mensual.
Según la normativa, al encontrarnos en la zona IV, la contribución solar mínima
ha de ser del 60 %. Si se coloca 1 captador solar se obtiene una fracción solar anual
de 0,48 no cumpliendo con la normativa. Si se colocan 2 captadores obtenemos una
fracción solar anual de 0,78 cumpliendo de esta forma el reglamento. El campo de
captadores del sistema para abastecer ACS, estará formado, por tanto, por dos
captadores.
1.3.2.3 RESUMEN DE LOS DATOS
PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE POR MEDIO DE ENERGÍA SOLAR CTE DBHE-4
CÁLCULOS
120
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Cálculos de superficie de captación para la producción de agua caliente
sanitaria, con el objetivo de cumplir con la contribución marcada por la fracción solar
mínima establecida en el CTE.
DATOS DE LAS CARACTERISTICAS DEL CONSUMO.
La tipología de edificio es: Vivienda unifamiliar.
La vivienda está compuesta por 3 dormitorios, para lo que el CTE establece 4
personas por vivienda.
La vivienda está habitada los 12 meses del año.
Con un consumo previsto de 75 litros por persona y día.
La temperatura de utilización prevista es de 45 ºC.
Al ser la temperatura de utilización distinta de 60º, debemos de compensar la
demanda con la siguiente fórmula:
D(45ºC) =D(60ºC)x[(60-12,3)/(45-12,3)]
Demanda corregida (45ºC) =43.75 litros por persona.
Se ha sobredimensionado el sistema a una demanda por persona de 75l/día.
Habrá una demanda total de 300 l/día.
DATOS GEOGRÁFICOS
Provincia: CADIZ
Latitud de cálculo: 36,6º
Zona Climática: IV
CÁLCULO DE LA DEMANDA DE ENERGÍA
Día por mes
Consumo de agua[L/día]
Tª media agua red [ºC]
Incremento Ta[Cº]
Demanda ener.[KWh]
CÁLCULO ENERGÉTICO
31
28
31
30
31
30
31
31
30
31
30
31
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
300
8
9
11
13
14
15
16
15
14
13
11
8
37
36
34
32
31
30
29
30
31
32
34
37
399,2 350,8 366,8 334,1 334,4 313,2 312,9 323,6 323,6 345,2 354,9 399,2
TOTAL DEMANDA ENERGÉTICA ANUAL: 4157.9 KWh
Tabla 16. Cálculo de la demanda energética
CÁLCULOS
121
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
DATOS RELATIVOS AL SISTEMA
Datos del captador seleccionado: Modelo RAYOSOL _V19
Factor de eficiencia óptica: 0,750
Coeficiente global de pérdidas: 5,2660 W/(m²·ºC)
Área Útil: 1,91 m².
Constantes consideradas en el cálculo:
Factor corrector conjunto captador-intercambiador: 0.95
Modificador del ángulo de incidencia: 0.96
Temperatura mínima ACS: 45º
Número de Captadores: 2. Área Útil de captación 3,82 m2.
Volumen de acumulación ACS: 300 L
Inclinación: 45 º
Desorientación con el sur: 0
CÁLCULO DE LA COBERTURA DEL SISTEMA SOLAR
Rad. Inclin (kWh/m2mes)
DE (kWh/mes)
EA(kWh/mes)
D1(EA/DE)
K1
K2
EP(kWh/mes)
D2(EP/DE)
F
EU(kWh/mes)
CÁLCULO ENERGÉTICO MEDIANTE EL
MÉTODO F-CHART
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO
130,30 146,6 179,1 185,6 194,0 190,4 201,6 205,8
399
351
367
334
334
313
313
324
340
383
468
485
507
497
527
538
0,85
1,09 1,28 1,45 1,52 1,59 1,68 1,66
0,99
0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99
0,75
0,76 0,82 0,87 0,89 0,88 0,87 0,82
908
810
940
951
972
899
886
832
2,27
2,31 2,56 2,85 2,91 2,87 2,83 2,57
0,57
0,71 0,80 0,87 0,89 0,92 0,96 0,97
227
250
292
289
298
289
302
314
SEP
185,0
324
483
1,49
0,99
0,81
816
2,52
0,90
292
OCT
157,4
345
411
1,19
0,99
0,82
886
2,57
0,75
260
NOV
131,1
355
343
0,97
0,99
0,80
878
2,47
0,63
223
DIC
110,5
399
289
0,72
0,99
0,72
844
2,11
0,49
195
Total producción energética útil anual:3231KWh
Tabla17. Cálculo de la cobertura del sistema solar
CÁLCULOS
122
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
RESULTADOS
RESULTADO OBTENIDOS
Total demanda energética anual: 4157,9 KWh
Total producción energética útil anual por la instalación solar: 3231 KWh
Fracción solar anual: 78%
EXIGENCIAS DEL CTE
Zona climática tipo: IV
Sistema de energía de apoyo tipo: General: gasóleo, propano, gas natural, u
otras
Contribución Solar Mínima: 60%
Cumple las exigencias del CTE
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
SEP
OCT
NOV
DIC
TOTAL
Deman.Ener.(kWh/mes)
399
351
367
334
334
313
313
324
324
345
355
399
4158
E.Útil cap.(kWh/mes)
227
250
292
289
298
289
302
314
292
260
223
195
3232
%Energía Aportada
56,8
71,2
79,7
86,6
89,1
92,4
96,4
97,0
90,3
75,3
62,8
49,0
77,7
Tabla 18. Cálculo del porcentaje de energía aportada.
Cumple la condición del CTE, no existe ningún mes que se produzca más del
110% de la energía demandada.
Cumple la condición del CTE, no existen 3 meses consecutivos que se
produzca más de un 100% de la energía demandada.
CÁLCULOS
123
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
GRAFICA COMPARATIVA DEMANDA-ENERGIA
CAPTADA
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Deman.Ener.(kWh/mes)
Ener.Útil cap.(kWh/mes)
Figura 4. Gráfica comparativa demanda-energía captada.
1.3.3 VOLUMEN DE ACUMULACIÓN SOLAR
El volumen de acumulación solar se ha dimensionado en función de la energía
que aporta a lo largo del día de forma que sea acorde con la demanda al no ser ésta
simultánea con la generación.
El área total de los captadores tendrá un valor tal que cumpla la condición:
50<V/A<180
Siendo:
A
la suma de las áreas de los captadores, en m2
V
el volumen del depósito de acumulación solar, en litros.
En nuestro sistema se ha optado por un volumen de acumulación de 300 litros
ya que se ha supuesto que éste será el máximo consumo de agua caliente por día.
Teniendo en cuenta que nuestro sistema lleva incorporado 2 captadores solares de
1.91 m2, cada uno, habrá un área de captadores total de 3.82 m2. Comprobamos que
se cumple la anterior condición:
CÁLCULOS
124
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
50 <
300
< 180
3,82
50 < 78,53 < 180
1.3.4 SISTEMA DE INTERCAMBIO
El intercambiador de calor debe ser capaz de transferir toda la energía
procedente de los captadores solares hacia el depósito de acumulación.
En nuestro sistema, el intercambiador de calor está incluido en el interior del
acumulador solar, para éste caso, las condiciones de cálculo son las siguientes:
La relación entre la superficie útil de intercambio y la superficie total de
captación no será inferior a 0,15:
S útil de intercambio ≥ 0,15 x S c
Siendo:
S útil de intercambio
superficie útil del intercambiador interno, en m2
Sc
superficie total de captadores instalados, en m2.
La superficie de intercambio es de 1.3 m2, dato facilitado por el fabricante del
interacumulador (Anexos - Tablas y diagramas. Tabla 5). La superficie de captadores
es de 3.82 m2. Observamos que cumple la condición:
1.3 ≥ 0,15 x 3.82
1.3 ≥ 0.573
1.3.5 CIRCUITO HIDRÁULICO
El circuito hidráulico es el conjunto de elementos unidos de tal forma que
permiten el paso o circulación de la corriente hidráulica. El circuito hidráulico está
constituido por un conjunto de tuberías, bombas, válvulas, etc.
CÁLCULOS
125
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
A continuación definimos los distintos tipos de circuitos:
Circuito primario: circuito del que forma parte los captadores y las tuberías que
los unen, en el cual el fluido recoge la energía solar y la transmite.
Circuito secundario: circuito que va desde el interacumulador a la caldera de
biomasa.
Circuito de consumo: circuito por el que circula el agua de consumo.
Para evitar las pérdidas térmicas, la longitud de las tuberías del sistema debe
ser tan corta como sea posible y evitar al máximo los codos y las pérdidas de carga en
general.
Es importante evitar la formación de bolsas de aire, para ello los tramos
horizontales tendrán siempre una pendiente mínima del 1% en el sentido de la
circulación.
1.3.5.1 CIRCUITO HIDRÁULICO PRIMARIO
1.3.5.1.1 CAUDAL DEL CIRCUITO PRIMARIO
El caudal del circuito primario se calcula a partir del caudal unitario por m 2 del
captador, de su superficie y del número de ellos. El caudal del fluido portador está
comprendido entre 1,2 l/s y 2 l/s por cada 100 m2 de red de captadores, lo que
equivale a 43,2 l/hm2 y 72 l/hm2, respectivamente. Como base de los cálculos se ha
considerado un valor medio de 50 l/h por m2 de captación solar, para captadores
solares conectados en paralelo.
El caudal se calcula:
Q Qcaptador A N
Siendo:
Q
caudal total del circuito primario, en l/h
Q captador
caudal unitario del captador, en l/hm2
A
superficie de un captador solar, en m2
N
nº de captadores en paralelo.
CÁLCULOS
126
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Por tanto, teniendo en cuenta que la superficie de nuestro captador es de 1,91
2
m y que la instalación está formada por 2 captadores conexionados en paralelo,
obtenemos un caudal de:
Q 50 1,91 2
Q= 191 l/h
1.3.5.1.2 DIMENSIONES DE LAS TUBERÍAS DEL CIRCUITO PRIMARIO
Una vez calculado el caudal se procede a calcular el diámetro mínimo interior
de la tubería.
La ecuación de continuidad establece la relación entre el caudal Q, la velocidad
v y la sección S, en la tubería de sección constante:
𝑄 =𝑣·𝑆 =𝑣·
𝜋 · 𝐷2
4
Siendo:
Q
caudal, en m3/s
v
velocidad, en m/s
S
Sección interior de la tubería, en m2
D
diámetro interior de la tubería, en m.
Despejando la velocidad, obtenemos:
𝑣=
4𝑄
𝜋 · 𝐷2
Partiendo de un caudal dado, en este caso de 191l/h, debemos seleccionar una
velocidad que se encuentre entre valores de 1,5 m/s y 0,3 m/s según la experiencia.
Tanteando diferentes valores de velocidad obtendremos un diámetro determinado.
Una vez conocido este diámetro teórico, debemos comprobar que coincide con los
diámetros normalizados de la siguiente tabla:
CÁLCULOS
127
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tabla 19. Diámetros normalizados para tuberías de cobre.
Es aconsejable que la pérdida de carga sea inferior a 40 mm.c.a/m. Por lo que
dicho esto el diámetro de tubería seleccionado será el que nos proporcione una
velocidad y una pérdida de carga inferior a la recomendable. Por lo que tendremos que
tener en cuenta lo obtenido en el apartado posterior para el cálculo del diámetro de
tubería.
El diámetro de la tubería cobre seleccionado finalmente ha sido 15 mm con un
espesor de 1 mm y por tanto con un diámetro interior de 13 mm. Con este valor se ha
obtenido una velocidad de 0,399 m/s estando este valor entre los márgenes
recomendados. Con estos valores se obtienen unas pérdidas de carga adecuadas,
estas pérdidas se verán en el siguiente apartado.
3.5.1.3 PÉRDIDA DE CARGA LINEAL DE LAS TUBERÍAS
Como se ha comentado en el apartado anterior, otro aspecto a tener en cuenta
en el dimensionado de las tuberías es la pérdida de carga. Los conductos oponen
resistencias al fluido resultante debido al rozamiento.
CÁLCULOS
128
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Existen numerosas expresiones empíricas que proporcionan unos resultados
aproximados a la pérdida de carga de un tramo recto de tubería en función del
diámetro y de la velocidad o caudal.
Como hemos dicho existen diversas fórmulas empíricas para el cálculo de la
pérdida de carga que tiene lugar en tuberías. En este proyecto se hará uso de la
ecuación de Darcy-Weisbach (1875). Su fórmula es:
h = f · (L / D) · (v2 / 2g)
En donde:
h: pérdida de carga (m)
f: coeficiente de fricción (adimensional)
L: longitud de la tubería (m)
D: diámetro interno de la tubería (m)
v: velocidad media (m/s)
g: aceleración de la gravedad (m/s2)
De donde se conoce los siguientes datos:
L= 82,8 m
D=0,013 mm
v = 0,39 m/s
g = 9,81m/s2
El coeficiente de fricción f es función del número de Reynolds (Re) y del
coeficiente de rugosidad o rugosidad relativa de las paredes de la tubería (εr):
f = f (Re, εr);
Re = D · v · ρ / μ;
εr = ε / D
Siendo:
ρ: densidad de la mezcal anticongelante (kg/m3). Su valor es: 1017kg/m3
μ: viscosidad de la mezcla agua-propilenglicol (kg/m2·s). Su valor es: 0,0008 kg/m·s
ε: rugosidad absoluta de la tubería (mm). Siendo su valor para el cobre: 0,0015
Re: número de Reinolds. Su valor se obtiene de la fórmula anterior:
CÁLCULOS
129
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
𝑅𝑒 =
𝑅𝑒 =
𝐷·𝑣·𝜌
𝜇
0,013 · 0,39 · 1017
0,0008
𝑅𝑒 = 6605
Para el cálculo de "f" existen múltiples ecuaciones, la utilizada en este proyecto
es la ecuación de Chen. Esta ecuación es válida para todo tipo de flujos y
rugosidades. Su fórmula es:
1
f
1
2
= −4log
1 ε 5,0452
1
ε
−
log
3,7065 D
Re
2,8257 D
1,1098
+
5,8506
Re0,8981
Realizando este cálculo se obtiene un valor de:
𝑓 = 0,035
Una vez calculado el coeficiente de fricción se obtiene la pérdida de carga
lineal haciendo uso de la ecuación Darcy-Weisbach anteriormente expuesta:
= 𝑓 · (𝐿 / 𝐷) · (𝑣2 / 2𝑔)
𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 = 0,035 · 82,8/0,013 · 0,392 /2 · 9.81
𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 =1,73 m.c.a
Calculamos la pérdida de carga unitaria:
=
1,73
𝑎
= 0,0208 𝑚. 𝑐. = 20,8 𝑚𝑚. 𝑐. 𝑎/𝑚
82,8
𝑚
Como observamos su valor es inferior al valor recomendado de 40 mm.c.a./m
CÁLCULOS
130
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.3.5.1.4 PÉRDIDAS DE CARGA LOCALES EN LAS TUBERÍAS
Además de las pérdidas de carga lineales, existen en la tuberías otras pérdidas
debidas a los accesorios, derivaciones, curvas, cambios de sección, llaves… Para el
caso del circuito primario nos encontramos los siguientes accesorios: 24 codos de 90º,
2 codos de 45º, 1 válvula de retención, 1 válvula de seguridad y 6 válvulas de cierre.
Existen distintos métodos para el cálculo de estas pérdidas de carga locales,
en este proyecto se utilizará el método de las longitudes equivalentes. Este método
asigna a cada accesorio, curva, etc… un valor equivalente en pérdida de carga a una
longitud de tramo de tubería recta, obtenido experimentalmente. Estos valores quedan
reflejados en unas tablas genéricas incluidas en los anexos -Tablas y diagramas;
Tabla 6.
Accesorios
Unidades
Leq (m)
Leq total (m)
Codos 90º
24
0,5
12
Codos 45º
2
0,34
0,68
Válvula de retención
1
0,3
0,3
Válvula de seguridad
1
0,3
0,3
Válvulas de esfera
6
0,18
1,08
14,36
Tabla 20. Pérdida de carga locales.
Con esta longitud equivalente de los accesorios calculamos la pérdida de carga
locales:
𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙𝑒𝑠 = 0,035 · 14,36/0,013 · 0,392 /2 · 9.81
𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙𝑒𝑠 = 0,3 m.c.a
La pérdida de carga total es la suma de la pérdida de carga lineal y de las
pérdidas de carga locales:
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 + 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙
CÁLCULOS
131
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1,73 + 0,30
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 2,03 𝑚. 𝑐. 𝑎
1.3.5.1.5 AISLAMIENTO TÉRMICO DE LAS TUBERÍAS
Para evitar las pérdidas de energía en la instalación, es precisa la colocación
de aislamientos térmicos en todos los componentes del sistema, con especial atención
en el circuito primario que presenta una temperatura de trabajo superior al resto de
componentes del sistema.
Su función es muy importante en el correcto funcionamiento de la instalación,
por lo que en su selección debe primar la cobertura de las exigencias técnicas, su
facilidad de instalación y su longevidad por encima de su coste.
Estos aislamientos han de cumplir la normativa vigente establecida en el
Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) en la ITE 02.10 y
Apéndice 03.1 por la cual para circuitos con temperaturas de fluido comprendidas
entre 40ºC y 100ºC el grosor mínimo de aislamiento es de 25 mm en interiores y 35
mm en exteriores, para materiales de aislamiento con una conductividad térmica (λ)
igual a 0,040 W/(m*K) a 10º C y diámetros de conducción menores a 35 mm como
los aquí planteados.
Tabla 21. Espesores mínimos de aislamiento (mm) de tuberías y accesorios que
transportan fluidos calientes que discurren por el interior de edificios.
CÁLCULOS
132
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tabla 22. Espesores mínimos de aislamiento (mm) de tuberías y accesorios que
transportan fluidos calientes que discurren por el exterior de edificios.
Cuando se utilizan materiales de conductividad térmica, λ, distinta a 0,04
W/(m·K) a 10°C, se aplica la siguiente ecuación para la determinación del espesor
mínimo:
d
D 2d ref
D
·ln
EXP
2
D
ref
1
Donde:
λref: conductividad térmica de referencia, igual a 0,04 W/(m·K) a 10°C
λ: conductividad térmica del material empleado, en W/(m·K)
dref : espesor mínimo de referencia, en mm
d : espesor mínimo del material empleado, en mm
D: diámetro interior del material aislante, coincidente con el diámetro exterior de la
tubería, en mm
El aislamiento térmico elegido para el sistema es de la marca Thisa, modelo
“UV plus”. Es un material aislante, flexible, estructura de celdas cerradas. Está
formado por espuma elastomérica, basada en caucho sintético, con recubrimiento de
lamina de aluminio. Con protección TRIPLEX (Aluminio con una capa de
Polysester).La aplicación de este aislamiento es normalmente para tuberías en los
sectores de A/C, refrigeración, calefacción, energía solar y sanitarios.
La conductividad térmica (λ) del aislamiento térmico seleccionado a 10ºC es de
0,035 W/(m·K) siendo esta valor diferente al de referencia de 0,040 W/(m·K) por lo
que es necesario hacer uso de la expresión anterior para el cálculo de los espesores
mínimos.
Procedemos a su cálculo haciendo distinción entre las tuberías interiores y
exteriores:
Tubería interior
CÁLCULOS
133
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
d
D 2d ref
D
·ln
EXP
2
D
ref
1
Siendo:
D= 15 mm
λ= 0,035 W/(m·K)
λref= 0,040 W/(m·K)
dref= 25 mm
Sustituyendo en la ecuación:
𝑑=
15
0,035
15 + 2 · 25
𝐸𝑋𝑃
· 𝑙𝑛
−1
2
0,040
15
𝑑 = 19,55 𝑚𝑚
Tubería exterior
d
D 2d ref
D
·ln
EXP
2
D
ref
1
Siendo:
D= 15 mm
λ= 0,035 W/(m·K)
λref= 0,040 W/(m·K)
dref= 35 mm
Sustituyendo en la ecuación:
𝑑=
15
0,035
15 + 2 · 35
𝐸𝑋𝑃
· 𝑙𝑛
−1
2
0,040
15
𝑑 = 26,71 𝑚𝑚
En los Anexos – Tablas y diagramas, tabla 7, se pueden observar las diferentes
opciones de espesores de aislamiento del fabricante. Finalmente, el espesor de
aislamiento seleccionado es de 25 mm para las tuberías interiores y para las tuberías
CÁLCULOS
134
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
exteriores el aislamiento seleccionado es de 30 mm cumpliendo de esta forma con los
espesores mínimos establecidos por el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los
edificios (RITE).
1.3.5.1.6 BOMBA
La circulación del fluido caloportador será forzada, lo que conlleva la instalación
de una bomba de impulsión, que debe aportar la presión para vencer la caída de
presión debida a la circulación del fluido por el total del circuito.
La bomba de circulación se ha elegido a partir de las condiciones nominales de
trabajo, definidas por el caudal de circulación Q y la altura manométrica del punto de
funcionamiento H, cuya relación viene determinado por su curva característica, propia
de cada aparato y que debe suministrar el fabricante.
La altura manométrica H de la bomba en el punto de trabajo debe compensar
la pérdida de carga del circuito, determinada fundamentalmente por:
• Las pérdidas de carga totales en la tubería incluido pérdidas de carga
lineales y pérdidas de carga locales.
• La pérdida de carga producida por el intercambiador de calor incorporado
al acumulador.
• La pérdida de carga de los captadores solares.
Es decir:
H = Pdc tuberías + Pdc intercambiador + Pdc captadores
En los apartados anteriores se ha calculado la pérdida de carga lineal de las
tuberías así como las pérdidas de carga singulares debidas a cambios de dirección,
derivaciones o elementos hidráulicos existentes en la canalización, utilizando el
método de las longitudes equivalentes. La pérdida de carga del intercambiador y las
pérdidas de carga de los captadores es una información que suministra los fabricantes
de estos componentes que se puede observar en los Anexos-Tablas y diagramas;
tabla 5.
A continuación se expone una tabla con los valores obtenidos:
CÁLCULOS
135
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Pérdida de carga (m.c.a)
Tubería + accesorios
2,03
Captadores
0,060*2
Intercambiador
0,25
Total
2,4
Tabla 23. Cálculo de la altura manométrica de la bomba.
Así pues, la bomba seleccionada para el circuito primario, deberá ser capaz de
suministrar un caudal de 191l/h para una caída de presión mínima cercana a 2,4
m.c.a. De acuerdo a estos parámetros, se escogen bombas Grundfos, modelo UPS
solar 25-40. La curva característica de la bomba seleccionada es la siguiente:
Figura 5. Curva característica de la bomba UPS solar 25-40.
Las características de la bomba a destacar son:
-
Nº de velocidades: 2
-
Altura máxima: 40 dm
-
Rango de temperaturas ambientes: 0- 40 °C
-
Presión de trabajo máxima: 10 bar
-
Rango de temperatura del líquido: 2 - 110 °C
-
CÁLCULOS
Temp. líquido: 70 °C
136
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.3.5.1.7 VASO DE EXPANSIÓN
Con el propósito de absorber las dilataciones que sufre el fluido caloportador al
incrementarse su temperatura, las instalaciones de ACS deben estar equipadas con
depósitos de expansión.
Este depósito puede ser abierto o cerrado, siendo este último de mayor
utilización por las ventajas presentadas respecto al abierto:
- Facilidad de montaje, pudiéndose ubicar más fácilmente en la instalación.
- No precisan de aislamiento térmico.
- Por tratarse de una instalación cerrada no absorben oxigeno del aire.
- Eliminan las pérdidas del fluido caloportador por evaporación, evitando la
corrosión e incrustación provocada por el agua de reposición.
La capacidad o volumen útil del depósito, Vu, debe ser igual, como mínimo, al
aumento total de volumen por la dilatación del fluido caloportador de la instalación, a la
temperatura que se considere, que en el caso aquí expuesto será de 120 º C, que es
el límite de seguridad contemplado en los elementos de la instalación. Este volumen
se calcula a partir de la expresión siguiente obtenida del libro “Proyecto y cálculo de
instalaciones solares térmicas. Pilar Pereda Suquet. Fagor‖:
P
Vvaso V n f
Pf Pi
Siendo:
Vvaso
volumen del vaso de expansión, litros
V
volumen de fluido caloportador en el circuito primario, litros
n
coeficiente de dilatación, adimensional
Pf
presión absoluta final del vaso de expansión, kg/cm2
Pi
presión absoluta inicial del vaso de expansión, kg/cm2
El volumen del fluido caloportador en el circuito primario corresponde al
volumen del líquido en las tuberías, en el intercambiador y en los captadores del
circuito primario. Teniendo en cuenta que el diámetro interno de la tubería es de 13
mm y que la longitud de la tubería es de 82,8 m, se obtiene un volumen del líquido en
las tuberías de 11 litros aproximadamente. Se tiene que tener cuenta, además, el
CÁLCULOS
137
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
volumen de los captadores y volumen del líquido del intercambiador del acumulador.
En el caso del volumen en los captadores solares es un valor dado por el fabricante
siendo su valor de 4 litros por captador. El volumen del intercambiador
aproximadamente es 6 litros. Por lo que se obtiene un volumen final del fluido
caloportador de 25 litros.
La fracción Pf/( Pf - Pi) se denomina factor de presión Fp, y representa el
cociente entre la presión final y la diferencia entre las presiones final e inicial. Como
valor de Pf suele partirse del valor de la presión correspondiente al tarado de la válvula
de seguridad, Pvs, que es la máxima a la que la instalación puede funcionar y
constituye el límite que nunca se debe alcanzar durante las condiciones de operación.
La presión de la válvula de seguridad se elige en función de las presiones nominales
de los componentes del circuito primario. Por los que se ha decidido una presión de
válvula de seguridad de 3 kg/cm2.
Para obtener la presión absoluta, el valor del tarado de la válvula de seguridad
debe incrementarse en 1 kg/cm2, que es la presión atmosférica, y aplicar un valor
reductor de 0,90, porque si el límite fuera el mismo que el de la válvula de está podría
dispararse frecuentemente. Como esto resulta:
𝑃𝑓 = 0,90𝑃𝑣𝑠 + 1
𝑃𝑓 = 0,9 · 3 +1
𝑃𝑓 = 3,7 𝑘𝑔/𝑐𝑚2
La presión inicial, Pi, de llenado del circuito será como mínimo de 0,5 kg/cm2 al
nivel de los captadores solares para evitar la entrada de aire en el circuito, a la que se
le suma 1 por la presión atmosférica (Pi = 1,5 kg/cm2 de presión absoluta). A este valor
deberá añadirse la presión correspondiente a la altura de la columna de agua situada
sobre el vaso, o presión estática; en esta instalación el vaso de expansión se
encontrará al mismo nivel que los captadores. Es decir:
𝑃𝑖 = 𝑃𝑒𝑠𝑡 + 1 + 0,5
𝑃𝑖 = 1,5
CÁLCULOS
138
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
El coeficiente de dilatación, n, de la mezcla depende de su composición y del
salto térmico. Como valor de la dilatación porcentual del fluido a una temperatura de
100 ºC se ha escogido un valor de 4,3% que aunque pertenece a un fluido compuesto
por 100% de agua, a diferencia del fluido caloportador utilizado en este proyecto es
suficientemente representativo, ya que en ningún caso la temperatura media del
circuito primario será de 100 ºC.
Tabla 24. Coeficiente de expansión del agua.
Sustituimos todos los valores calculados en la expresión anterior:
𝑉𝑣𝑎𝑠𝑜 = 25 · 0,043 ·
3,7
3,7 − 1,5
𝑉𝑣𝑎𝑠𝑜 = 1,8 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠
También se debe considerar el denominado volumen de reserva, para
compensar las pérdidas del fluido, como la purga de aire y la contracción del fluido a
temperaturas muy bajas, que debería ser de unos 3 litros.
Se ha obtenido un volumen del vaso de expansión de 1,8 litros, considerando
un volumen de reserva de 3 litros se obtiene un volumen final del vaso de 5 litros
aproximadamente. La capacidad del vaso de expansión para el circuito primario es de
5 litros. El vaso de expansión elegido es de la marca Salvador Escoda. Las
características se resumen en la tabla siguiente:
CÁLCULOS
139
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tipo
5CFM
Capacidad (litros)
5
Presión máxima de trabajo (bar)
4
Dimensiones aproximadas D(mm) H(mm)
200/240
Presión precarga (bar)
1,5
Tabla 25. Características del vaso de expansión, marca Salvador Escoda.
1.3.5.2 CIRCUITO HIDRÁULICO SECUNDARIO
El circuito hidráulico secundario va desde el interacumulador hasta la
instalación de apoyo de energía convencional auxiliar.
Las condiciones en este circuito son siempre menos exigentes que en el
primario, especialmente porque las temperaturas son menos elevadas, sirviendo de
referencia la de acumulación.
Para el cálculo de este circuito se ha tenido en cuenta que es el circuito
hidráulico de la vivienda y se calcula con otro criterio.
Para el cálculo del diámetro de tubería del circuito secundario se ha hecho uso
de la siguiente tabla que se muestra a continuación. Esta tabla nos relaciona el
diámetro de las tuberías de cobre en función del caudal máximo para una caída de
presión máxima de 40 m.m.c.a / m.
DIÁMETRO (mm)
15
18
22
28
35
42
54
64
CAUDAL
280
480
860
1730
3240
5350
10500
17000
Tabla 26. Diámetros de tuberías en cobre en función del caudal máximo en lts/h.
(caída de presión máxima de 40 mm.c.a./m)
CÁLCULOS
140
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Esta tabla pertenece al Documento Básico HS Salubridad HS4 Suministros de
agua del CTE.
Considerando un caudal por grifo de 12 l/min y suponiendo que haya dos grifos
abiertos simultáneamente obtendremos un caudal de 1440 l/h por lo que haciendo uso
de de la tabla anterior se obtiene un diámetro de tubería de 28 mm.
1.3.5.2.1 AISLAMIENTO TÉRMICO DE LAS TUBERÍAS
Para el cálculo del aislamiento térmico de las tuberías del circuito secundario
se llevan a cabo los mismos pasos que los vistos en el apartado de aislamiento
térmico de tuberías del circuito primario. Por lo que procedemos directamente a su
cálculo.
Tubería interior
d
D 2d ref
D
·ln
EXP
2
D
ref
1
Siendo:
D= 28 mm
λ= 0,036 W/(m·K)
λref= 0,040 W/(m·K)
dref= 25 mm
Sustituyendo en la ecuación:
𝑑=
28
0,036
28 + 2 · 25
𝐸𝑋𝑃
· 𝑙𝑛
−1
2
0,040
28
𝑑 = 21,20 𝑚𝑚
Se selecciona para las tuberías de cobre del circuito secundario de un diámetro
nominal de 28 mm un espesor de 25 mm. La marca elegida es Thisa. En anexosTablas y diagramas, tabla 7, se puede observar las diferentes opciones de aislamiento
CÁLCULOS
141
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
del fabricante. Estos espesores de aislamiento cumplen con los espesores mínimos
establecidos por el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los edificios (RITE).
1.3. 6 SISTEMA DE ENERGÍA AUXILIAR CONVENCIONAL
Las instalaciones de energía solar deben disponer de un sistema de energía
convencional auxiliar.
El sistema auxiliar convencional se diseñará para cubrir el servicio como si no
se dispusiera del sistema solar. Solo entrará en funcionamiento cuando sea
estrictamente necesario y de forma que se aproveche lo máximo posible la energía
extraída del campo de captación.
El cálculo del sistema de energía convencional auxiliar será idéntico al de una
instalación que no disponga de aprovechamiento de energía solar.
El diseño de este sistema se verá más adelante cuando se haya estudiado la
instalación solar térmica para calefacción.
CÁLCULOS
142
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.4. DISEÑO DE LA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA
CALEFACCIÓN
1.4.1 CÁLCULO DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN
En el dimensionado de una instalación solar para calefacción hay que tener en
cuenta que los periodos del año de máxima demanda son aquellos en los que el
recurso solar es más limitado. Esto implica que al cubrir una fracción elevada de la
demanda de calefacción se den grandes excedentes térmicos en verano con los
problemas de sobrecalentamiento asociados, además, al no haber un uso alternativo
de la energía durante el periodo estival, el aprovechamiento de la instalación solar
será reducido.
Para evitar sobrecalentamientos excesivos en verano y que la rentabilidad de la
instalación solar sea demasiado baja, el aporte solar a la calefacción no superará el 50
% de la demanda total anual. Este valor se ha tomado de ―La guía de instalaciones
solares para calefacción por agua caliente‖ de la Agencia Andaluza de la Energía.
Además, siguiendo las indicaciones del CTE se deben prever mecanismos ó sistemas
que eviten los problemas asociados al sobrecalentamiento de los elementos de la
instalación. En nuestro caso se procederá al tapado parcial del campo de captadores.
El método de cálculo utilizado para el dimensionado del campo de captadores
de la instalación solar térmica para calefacción es el conocido método F-Chart, método
explicado anteriormente.
En este caso la demanda energética no es calculada a partir de los consumos
de agua caliente sino de la carga térmica necesaria para calefactar la vivienda.
Orientación e inclinación de los captadores solares
Según las recomendaciones del ITE 10.1 del RITE, la orientación óptima de los
colectores será en dirección Sur, admitiendo desviaciones máximas de hasta 25º. Los
captadores del sistema de calefacción están orientados al sureste. Siendo estas
desviaciones inferiores a 25º. Por tanto, en este término, dicha instalación cumple con
la normativa vigente.
La inclinación de los captadores solares es de 45º correspondiendo esta
CÁLCULOS
143
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
inclinación con la óptima visto en el apartado 1.3.1.1 ―Condiciones climáticas‖.
Se tendrá en cuenta que los captadores del sistema de calefacción están
orientados al sureste por lo que la radiación incidente se ve modificada. Los valores a
tener en cuenta son:
MUNICIPIO
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
SEP
OCT
NOV
DIC
PTO STA Mª
120,6
137,3
171,8
184,1
191,1
195,1
200,8
205,9
180,5
148,7
121,7
102
Tabla 27. Radiación solar incidente media mensual sobre un metro cuadrado de
superficie inclinada de 45º y orientación Sureste en El Puerto de Santa María
(Kwh/m2). (Fuente: Agencia andaluza de la energía. Consejería de innovación,
ciencia y empresa.)
A continuación pasamos exponer una tabla con los resultados obtenidos con un
campo de captación formado por 8 captadores:
CÁLCULO ENERGÉTICO MEDIANTE EL MÉTODO F-CHART
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY JUN JUL AGO
SEP
OCT
NOV
DIC
Rad. Inclin (kWh/m2mes)
120,6 137,3 171,8 184,1
-
-
-
-
180,5 148,7 121,7 102,0
DE (kWh/mes)
4940
4462
3581
3465
-
-
-
-
1608
2332
3465
3002
EA(kWh/mes)
1260
1435
1796
1924
-
-
-
-
1886
1554
1272
1066
D1(EA/DE)
0,26
0,32
0,50
0,56
-
-
-
-
1,17
0,67
0,37
0,36
K1
1,03
1,03
1,03
1,03
-
-
-
-
1,03
1,03
1,03
1,03
K2
0,69
0,72
0,75
0,83
-
-
-
-
0,78
0,77
0,77
0,68
EP(kWh/mes)
3522
3260
3653
3833
-
-
-
-
3406
3564
3663
3390
D2(EP/DE)
0,71
0,73
1,02
1,11
-
-
-
-
2,12
1,53
1,06
1,13
F
0,20
0,26
0,39
0,43
-
-
-
-
0,78
0,49
0,28
0,26
EU(f*DE)
996
1159
1406
1489
-
-
-
-
1246
1138
967
794
Tabla 28. Cálculo de la superficie de captación de la instalación solar térmica
para calefacción.
En estos cálculos no se ha tenido en cuenta los meses de mayo, junio, julio y
agosto ya que en este periodo no se utilizará el sistema de calefacción.
CÁLCULOS
144
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
El sistema de captación para calefacción estará formado por ocho captadores
subdividido en dos filas de cuatro captadores con una inclinación de 45º y orientados
al sureste. Esta orientación se ve modificada de la óptima por problemas físicos. Esta
variación se encuentra dentro del margen permitido.
A continuación se representa gráficamente las necesidades energéticas para la
calefacción y el aporte solar por el sistema de captación formado por ocho captadores:
6000
5000
Necesidades 4000
energéticas3000
aporte solar
(kWh/mes) 2000
1000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
mes
Figura 6. Gráfica comparativa necesidades energéticas para calefacción y aporte
solar por el sistema de captación.
La fracción solar anual media obtenida es 0,39 siendo su valor inferior al de
0,50.
Distancia entre fila de colectores
A continuación pasamos a calcular la distancia mínima que debe existir entre
captadores para eliminar las pérdidas por sombras de los propios paneles.
La distancia d, medida sobre la horizontal, entre una fila de captadores y un
obstáculo, de altura h, que pueda producir sombras sobre la instalación deberá
garantizar un mínimo de 4 horas de Sol en torno al mediodía del solsticio de invierno.
Esta distancia d será superior al valor obtenido por la expresión:
CÁLCULOS
145
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
d h
tan61º latitud
Donde 1/tan (61º-latitud) es un coeficiente adimensional denominado k. Por lo
que la ecuación queda:
d hk
K es función de la latitud del lugar. A continuación se incluye una tabla con
algunos valores de k, en función de la latitud del lugar:
Latitud
K
29º
1,600
37º
2,246
39º
2,475
41º
2,747
43º
3,078
45º
3,487
Figura 7. Tabla de valores del coeficiente k. Se corresponde con la tabla 7 del
anexo VI del IDAE.
Sabiendo que nos encontramos en una latitud de 36.5 º se obtiene un valor de
k de 2.20.
En la figura siguiente aparecen algunos ejemplos de la toma de datos relativos
a h y d.
Figura 8. Distancia mínima entre filas de captadores.
En nuestro caso h corresponde a la altura del colector siendo su valor de 0,86
m; obteniendo una distancia mínima de 1,89 m.
La separación entre la parte posterior de una fila y el comienzo de la siguiente
no será inferior a la obtenida por la expresión anterior.
CÁLCULOS
146
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.4. 2 VOLUMEN DE ACUMULACIÓN
El volumen del depósito de acumulación elegido para la calefacción es de 1000
litros. Este volumen se ha calculado en función de la superficie de captación. Es decir,
el depósito de acumulación tendrá un valor aproximado de 80 x superficie de
captación.
El volumen total de acumulación tendrá un valor tal que cumpla la condición:
50<V/A<180
Siendo:
A
la suma de las áreas de los captadores, en m2
V
el volumen del depósito de acumulación solar, en litros.
Despejando en la ecuación:
50 <
1000
< 180
1,91 ∗ 8
50 < 65,4 < 180
Vemos que cumple con la condición.
Por otro lado, se garantizará que en ningún caso el depósito solar de
calefacción reciba energía proveniente de sistema de apoyo. Para ello se incluye una
válvula de tres vías todo-nada motorizada en el retorno al acumulador del sistema de
calefacción. Dicha válvula desviará el caudal de retorno directamente al sistema de
apoyo cuando la temperatura de retorno sea superior a la temperatura del acumulador.
1.4.3 SISTEMA DE INTERCAMBIO
El intercambiador de calor del sistema de captación debe ser capaz de
transferir toda la energía procedente de los captadores solares hacia el depósito de
acumulación.
CÁLCULOS
147
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
En nuestro sistema, el intercambiador de calor está incluido en el interior del
acumulador solar, para éste caso, las condiciones de cálculo son las siguientes:
La relación entre la superficie útil de intercambio y la superficie total de
captación no será inferior a 0,15:
S útil de intercambio ≥ 0,15 x S c
Siendo:
S útil de intercambio
superficie útil del intercambiador interno, en m2
Sc
superficie total de captadores instalados, en m2.
La superficie de intercambio es de 4,4 m2, dato facilitado por el fabricante del
interacumulador (Anexos –Tabla 5), y la superficie de captadores es de 15,28 m2, por
lo que observamos que se cumple la condición:
4,4 ≥ 0,15 x 15,28
4,4 ≥ 2,29
1.4.4 CIRCUITO HIDRÁULICO
El diseño del circuito hidráulico de la instalación solar térmica para calefacción
se
lleva a cabo de la misma manera que el diseño del circuito hidráulico de la
instalación solar térmica para ACS por lo que procederemos de manera más
simplificada.
Definimos los distintos tipos de circuitos:
Circuito primario: circuito del que forma parte los captadores y las tuberías que
los unen, en el cual el fluido recoge la energía solar y la transmite.
Circuito secundario: circuito que va desde el interacumulador a la caldera de
biomasa.
Para evitar las pérdidas térmicas, la longitud de las tuberías del sistema será
tan corta como sea posible y se evitará al máximo los codos y las pérdidas de carga
CÁLCULOS
148
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
en general. Los tramos horizontales tendrán siempre una pendiente mínima del 1% en
el sentido de la circulación.
1.4.4.1 CIRCUITO HIDRÁULICO PRIMARIO
1.4.4.1.1 CAUDAL DEL CIRCUITO PRIMARIO
El caudal del circuito primario se calcula a partir del caudal unitario por m 2 del
captador, de su superficie y del número de ellos. El caudal del fluido portador está
comprendido entre 1,2 l/s y 2 l/s por cada 100 m2 de red de captadores, lo que
equivale a 43,2 l/hm2 y 72 l/hm2, respectivamente. Como base de los cálculos se ha
considerado un valor medio de 50 l/h por m2 de captación solar, para captadores
solares conectados en paralelo.
El caudal se calcula:
Q Qcaptador A N
Siendo:
Q
caudal total del circuito primario, en l/h
Q captador caudal unitario del captador, en l/hm2
A
superficie de un captador solar, en m2
N
nº de captadores en paralelo.
Por tanto, teniendo en cuenta que la superficie de nuestro captador es de 1,91
m2 y que la instalación está formada por 8 captadores conexionados en paralelo,
obtenemos un caudal de 764 l/h.
1.4.4.1.2 DIMENSIONES DE LA TUBERÍA DEL CIRCUITO PRIMARIO
Para el dimensionamiento de la tubería de la instalación se procede de la
misma manera que la vista en el apartado de 1.3.5.1.2 ―Dimensiones de la tubería del
circuito primario‖. Por lo que pasamos a exponer únicamente los valores obtenidos.
El diámetro nominal de la tubería cobre seleccionado finalmente ha sido 22
mm con un diámetro interior de 20 mm. Con este valor se ha obtenido una velocidad
CÁLCULOS
149
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
0,67 m/s. El valor obtenido esta dentro de las velocidades recomendables. Con estos
datos se obtienen también unas pérdidas de carga inferiores a 40 mm.c.a./m.
1.4.4.1.3 PÉRDIDA DE CARGA LINEAL DE LAS TUBERÍAS
Como se ha comentado en el apartado anterior, otro aspecto a tener en cuenta
en el dimensionado de las tuberías es la pérdida de carga.
Pasamos directamente a sustituir los valores en la ecuación de la que hemos
hecho uso:
h = f · (L / D) · (v2 / 2g)
Siendo:
h: pérdida de carga (m)
f: coeficiente de fricción (adimensional)
L: longitud de la tubería (m)
D: diámetro interno de la tubería (m)
v: velocidad media (m/s)
g: aceleración de la gravedad (m/s2)
El valor del coeficiente de fricción se calcula a partir de la expresión de Chen.
Haciendo uso de esta expresión se tiene un valor de f de:
𝑓 = 0,027
Sustituimos en la ecuación:
= 𝑓 · (𝐿 / 𝐷) · (𝑣2 / 2𝑔)
𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 = 0,027 · 88,1/0,020 · 0,672 /2 · 9.81
𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 = 2,72 m.c.a
Calculamos la pérdida de carga unitaria:
CÁLCULOS
150
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
=
2,72
= 0,030 𝑚. 𝑐. 𝑎/𝑚 = 30 𝑚𝑚. 𝑐. 𝑎/𝑚
88,1
Su valor es inferior al valor recomendado de 40 mm.c.a. por metro lineal de
tubería.
1.4.4.1.4 PÉRDIDAS DE CARGA LOCALES EN LAS TUBERÍAS
Además de las pérdidas de carga lineales, existen en la tuberías otras pérdidas
debidas a los accesorios, derivaciones, curvas, cambios de sección, llaves… Para el
caso del circuito primario nos encontramos los siguientes accesorios: 28 codos de 90º,
2 codos de 45º, 1 válvula de seguridad, 1 válvula de retención y 6 válvulas de cierre.
Existen distintos métodos para el cálculo de estas pérdidas de carga locales,
en este proyecto se utilizará el método de las longitudes equivalentes. Este método
asigna a cada accesorio, curva, etc… un valor equivalente en pérdida de carga a una
longitud de tramo de tubería recta, obtenido experimentalmente. Estos valores quedan
reflejados en una tabla genérica incluida en los anexos-tabla 6 del proyecto.
Accesorios
Unidades
Leq (m)
Leq Total (m)
Codos 90º
28
0,63
17,64
Codos 45º
2
0,43
0,86
Válvulas de retención
1
0,55
0,55
Válvulas de seguridad
1
0,55
0,55
Válvulas de esfera
6
0,21
1,26
20,86
Tabla 29. Cálculo de las pérdidas de carga locales.
Con esta longitud equivalente de los accesorios calculamos la pérdida de carga
locales:
𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙𝑒𝑠 = 0,027 · 20,86/0,020 · 0,672 /2 · 9.81
𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙𝑒𝑠 = 0,64 m.c.a
CÁLCULOS
151
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
La pérdida de carga total es la suma de la pérdida de carga lineal y de las
pérdidas de carga locales:
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 + 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 2,72 + 0,64
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 3,36 𝑚. 𝑐. 𝑎
1.4.4.1.5 AISLAMIENTO TÉRMICO DE LAS TUBERÍAS
Para evitar pérdidas de energía en la instalación, es precisa la colocación de
aislamientos térmicos en todos los componentes del sistema, con especial atención en
el circuito primario que presenta una temperatura de trabajo superior al resto de
componentes del sistema.
Estos aislamientos han de cumplir la normativa vigente establecida en el
Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) en la ITE 02.10 y
Apéndice 03.1.
Pasamos a determinar el espesor mínimo necesario aplicando la siguiente
ecuación:
d
D 2d ref
D
·ln
EXP
2
D
ref
1
Donde:
λref: conductividad térmica de referencia, igual a 0,04 W/(m·K) a 10°C
λ: conductividad térmica del material empleado, en W/(m·K)
dref: espesor mínimo de referencia, en mm
d : espesor mínimo del material empleado, en mm
D: diámetro interior del material aislante, coincidente con el diámetro exterior de la
tubería, en mm
El aislamiento térmico elegido para el sistema es de la marca Thisa, modelo
“UV Plus”. Es un material aislante, flexible, estructura de celdas cerradas.
CÁLCULOS
152
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
La conductividad térmica, λ, del aislamiento térmico seleccionado a 10ºC es de
0,035 W/(m·K).
Procedemos a representar los valores obtenidos haciendo uso de la fórmula
anterior:
Tubería interior
Teniendo:
D= 22 mm
λ= 0,035 W/(m·K)
λref= 0,040 W/(m·K)
dref= 25 mm
Se obtiene un espesor mínimo del material empleado de:
𝑑 = 20,04 𝑚𝑚
Tubería exterior
Teniendo:
D= 22 mm
λ= 0,035 W/(m·K)
λref= 0,040 W/(m·K)
dref= 35 mm
Se obtiene un espesor mínimo del material empleado de:
𝑑 = 27,46 𝑚𝑚
El espesor elegido es de 25 mm para las tuberías de cobre interiores
pertenecientes al circuito primario. Para tuberías exteriores el espesor seleccionado es
de 30 mm; cumpliendo con lo establecido en el RITE. En los anexos-Tabla 7 se
pueden ver las diferentes opciones de espesores de aislamiento del fabricante.
CÁLCULOS
153
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.4.4.1.6 BOMBA
La altura manométrica H de la bomba en el punto de trabajo debe compensar
la pérdida de carga del circuito, determinada fundamentalmente por:
• Las pérdidas de carga en tramos de tuberías.
• La pérdida de carga producida por el intercambiador de calor incorporado
al acumulador.
• La pérdida de carga de los captadores solares.
Es decir:
H = Pdctuberías + Pdcintercambiador + Pdcaptadores
En los apartados anteriores se ha calculado la pérdida de carga lineal de las
tuberías así como las pérdidas de carga singulares. Las pérdidas de carga del
intercambiador y las pérdidas de carga de los captadores es una información que
suministra los fabricantes de estos componentes (Anexos-tabla 5).
A continuación se expone una tabla con los valores obtenidos:
Pérdida de carga (m.c.a)
Tubería
3,36
Captadores
0,48
Intercambiador
0,450
Total
4,29
Tabla 30. Cálculo de la altura manométrica de la bomba.
Así pues, la bomba seleccionada para el primario, deberá ser capaz de
suministrar un caudal de 764 l/h para una caída de presión mínima cercana a 4,29
m.c.a. De acuerdo a estos parámetros, se escogen bombas Grundfos, modelo UPS
solar 25-60, que satisfacen las necesidades del sistema. La curva característica de la
bomba seleccionada es la siguiente:
CÁLCULOS
154
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 9. Curva característica de la bomba UPS solar 25-60
Las características de la bomba a destacar son:
Nº de velocidades: 2
Altura máxima: 60 dm
Rango de temperaturas ambientes: 0- 40 °C
Presión de trabajo máxima: 10 bares
Rango de temperatura del líquido: 2 - 110 °C
Temperatura líquido: 70 °C
1.4.4.1.7 VASO DE EXPANSIÓN
Con el propósito de absorber las dilataciones que sufre el fluido caloportador al
incrementarse su temperatura, las instalaciones solares deben estar equipadas con
depósitos de expansión. El vaso de expansión será de tipo cerrado.
. A continuación pasamos a exponer brevemente los resultados obtenidos:
P
Vvaso V n f
Pf Pi
Siendo:
Vvaso
volumen del vaso de expansión, litros
V
volumen de fluido caloportador en el circuito primario, litros
CÁLCULOS
155
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
n
coeficiente de dilatación, adimensional
Pf
presión absoluta final del vaso de expansión, kg/cm2
Pi
presión absoluta inicial del vaso de expansión, kg/cm2
El volumen del fluido caloportador en el circuito primario corresponde al
volumen del líquido en las tuberías y en los captadores del circuito primario. Teniendo
en cuenta que el diámetro interno de la tubería es de 20 mm y que la longitud de la
tubería es de 88,1 m, se obtiene un volumen del líquido en las tuberías de 27 litros. En
el caso del volumen en los captadores solares es un valor dado por el fabricante
siendo su valor de 4 litros por captador. El volumen del intercambiador del acumulador
es de 35 litros. Dicho esto, se obtiene un volumen de fluido caloportador en el circuito
primario de 94 litros.
Sustituimos todos los valores en la expresión anterior:
𝑉𝑣𝑎𝑠𝑜 = 94 · 0,043 ·
3,7
3,7 − 1,5
𝑉𝑣𝑎𝑠𝑜 = 6,8 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠
Se ha obtenido un volumen del vaso de expansión de 6,8 litros, considerando
un volumen de reserva de 3 litros aproximadamente se obtiene un volumen final del
vaso de 9,8 litros. Se elegirá el vaso de expansión que más se aproxime a este
volumen.
La capacidad del vaso de expansión seleccionado para el circuito primario es
de 12 litros. El vaso de expansión elegido es de la marca Salvador Escoda con un
volumen de 12 litros.
1.4.5 SISTEMA DE ENERGÍA AUXILIAR CONVENCIONAL
Las instalaciones de energía solar deben disponer de un sistema de energía
convencional auxiliar. El sistema auxiliar convencional se diseñará para cubrir el
servicio como si no se dispusiera del sistema solar. Solo entrará en funcionamiento
cuando sea estrictamente necesario y de forma que se aproveche lo máximo posible la
energía extraída del campo de captación.
CÁLCULOS
156
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
El cálculo del sistema de energía convencional auxiliar será idéntico al de una
instalación que no disponga de aprovechamiento de energía solar, con la diferencia de
que el agua llegará precalentada.
Esta caldera abastecerá la energía necesaria para la demanda de agua
caliente sanitaria así como para la calefacción.
La energía auxiliar se calculará para que ella sola garantice el suministro de
agua caliente sanitaria así como de calefacción sin contar con el aporte solar.
Para la estimación de las necesidades de agua caliente sanitaria vamos a
hacer una serie de consideraciones:
-
Establecemos un periodo punta de una hora.
-
Durante este periodo se considera un consumo total de agua caliente
sanitaria de 300 litros.
La potencia útil de la caldera depende del caudal de agua (Q) que circula a
través de ella y del salto térmico del agua que existe a la entrada (Te) y salida (Ts) de
la caldera.
𝑃𝑢 = 𝑄 ∗ 𝑇𝑠 − 𝑇𝑒 ∗ 𝐶𝑒
Donde:
Pu es potencia útil en Kcal/h
Q es caudal en l/h. Siendo su valor 300l/h.
Ts es temperatura del agua a la salida en ºC. Siendo su valor 45ºC.
Te es temperatura del agua a la entrada en ºC. Siendo su valor 12,3 ºC. (Tª
media anual del agua de red)
Ce es calor específico en Kcal/kg ºC. Para el agua es 1 Kcal/kg ºC
Sustituimos en la ecuación:
𝑃𝑢 =
CÁLCULOS
300𝑙
∗ 45 − 12,3 º𝐶 ∗ 1 𝐾𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔º𝐶
157
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
𝑃𝑢 = 9810𝐾𝑐𝑎𝑙/ = 11,4 𝐾𝑊
Esta es la potencia necesaria para el calentamiento de agua caliente sanitaria
considerando un periodo de reposición de 1 hora. Para la calefacción de la vivienda es
necesario 6640,22 W como vimos en el apartado 1.2.1 ―Cálculo de la carga térmica de
la vivienda‖. Por lo que obtenemos una potencia útil total necesaria para la calefacción
y para la obtención de agua caliente sanitaria de 18,06 KW.
Estimamos unas pérdidas en tuberías del 10%:
𝑃𝑢 = 18,06 ∗ 1,1 = 19,9 𝐾𝑊
La caldera seleccionada debe tener al menos una potencia útil de 19,9 KW.
Finalmente la caldera escogida es una caldera de biomasa marca MET MANN,
gama COMBIPACK, modelo CB-28/400 que es capaz de proporcionar una potencia de
hasta 28 KW. Las características son:
Potencia térmica (kW)
28
Rendimiento útil medio (%)
90,4
Diámetro salida de humos (mm)
150
Contenido de agua en la caldera (litros)
150
Pérdida de carga del agua (mmca.)
18
Potencia eléctrica en el encendido (kW)
1,3
Potencia eléctrica en el funcionamiento
(kW)
Temperatura de trabajo del agua (ºC)
45-90
Potencia intercambiador (kW)
32
Producción de agua caliente sanitaria
(l/h)
Peso en vacio (kg)
CÁLCULOS
0,3
900
358
158
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Dimensiones(mm) ( ancho x fondo x
alto)
1202x990x1569
Tabla 31. Características de la caldera de biomasa.
CÁLCULOS
159
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.5. DISEÑO DE LA INSTALACIÓN DE CALEFACCIÓN POR
SUELO RADIANTE
El cálculo de la instalación de calefacción por suelo radiante se puede
sistematizar en una serie de pasos que se describen a continuación:
1.5.1 DISEÑO DE CIRCUITOS
Cada habitación (dormitorio, cocina, etc.) será calefactado por circuitos
independientes. De este modo se posibilita la regulación de temperaturas de cada
estancia de forma independiente. En el caso de que un local a calefactar sea
excesivamente espacioso se dispondrá de 2 circuitos para obtener un mejor confort.
Para el diseño de circuitos han de medirse las áreas que van a calefactar cada
uno de los circuitos, así como la distancia existente entre el área a calefactar y el
colector. El cálculo de la longitud L de cada circuito se determina:
L A 2I
e
Siendo:
A = Área a calefactar cubierta por el circuito [m2]
e = Distancia entre tubos [m]
I = Distancia entre el colector y el área a calefactar [m]
Circuitos de longitud muy reducida pueden dificultar el equilibrado hidráulico de
la instalación si en la misma están presentes circuitos de longitudes elevadas.
La distancia entre los tubos será la misma en todos los circuitos de la instalación.
La distancia entre tubos es de 20 cm.
A continuación pasamos a exponer los resultados obtenidos:
CÁLCULOS
160
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Planta baja
Habitaciones
Estar
Patio Cubierto
Estudio
Cocina
Salón
Dormitorio 1 + Aseo
Dormitorio 2 + Aseo
Circuito
C.1.
C.2.
C.3.
C.4.
C.5.
C.6.
C.7.
A(m2)
Circuito
C.8.
C.9
A(m2)
l(m)
18,24
18,49
7,34
15,43
30,02
14,45
16,82
e(m)
3
7,1
8,4
6,7
0
0
3,6
L(m)
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
97,2
106,65
53,5
90,55
150,1
72,25
91,3
Planta alta
Habitaciones
Dormitorio 3
Baño
l(m)
12,4
5,79
e(m)
1,9
0
L(m)
0,2
0,2
65,8
28,95
Tabla 32. Diseño de los circuitos.
1.5.2 CÁLCULO DE LA TEMPERATURA MEDIA SUPERFICIAL DEL PAVIMENTO
La temperatura media superficial del pavimento (Tms) es función de la carga
·
térmica del local ( Q ) y de la temperatura interior de diseño del local (Ti) (Ver anexos
tabla 3). Se calcula de acuerdo a la siguiente expresión:
Q W
·
m2 h·Tms Ti
Siendo:
h = Coeficiente de transmisión de calor del suelo [W/ m2ºC]. Se toma un
valor de 11 W/m2ºC. (Anexos-Tabla 4).
Es conveniente, por motivos de confort del usuario de la instalación, que la
temperatura media superficial del pavimento no supere los 30ºC.
Los resultados obtenidos son los siguientes:
CÁLCULOS
161
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
LOCALES
2
A(m2)
Q ( W/m )
14,45
16,82
18,24
18,49
7,34
15,43
30,02
12,4
5,79
Dormitorio 1 aseo 1
Dormitorio 2 + Aseo 2
Estar
Patio cubierto
Estudio
Cocina
Salón
Dormitorio PA
Baño PA
Ti (ºC)
29,83
21,78
26,77
96,82
83,39
61,59
27,01
65,08
66,34
Ts(ºC)
20
20
20
20
20
20
20
20
20
22,71
21,98
22,43
28,80
27,58
25,60
22,46
25,92
26,03
Tabla 33. Cálculo de la temperatura superficial del pavimento.
1.5.3 CÁLCULO DE LA TEMPERATURA DEL AGUA
El salto térmico entre el agua de impulsión y el de retorno se fija en 10 ºC. La
magnitud de la temperatura media del agua en las tuberías emisoras (Tma) depende
·
de la demanda térmica del local ( Q ), la temperatura interior de diseño (Ti) y del
coeficiente de transmisión térmica (Ua) según la fórmula:
·
Q W m 2 U a Tma Ti
El coeficiente global de transmisión térmica de la capa sobre tubos [Ka] se
calcula aplicando la fórmula:
e 1 h
U a W m2 º C 1
Siendo:
e = espesor de la capa [m]
λ = Conductividad térmica del material de la capa [W/mºC] (Ver anexos tabla 1)
h= Coeficiente de transmisión de calor del suelo [W/m2ºC]. Su valor se fija en
11 W/m2 ºC.
CÁLCULOS
162
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tras el cálculo de todas las Tma de todos los circuitos se seleccionará la mayor
de ellas.
Procedemos al cálculo de Ua de las diferentes capas que nos encontramos en
la vivienda dependiendo de los diferentes pavimentos que nos encontramos en la
vivienda:
Espesor (m)
λ(W/mºC)
0,02
1,4
0,015
0,14
0,002
0,35
Cemento
Parquet
Tubería Wirsbo
U(W/m2ºC)
4,59
Tabla 34. Cálculo del coeficiente de transmisión térmica Ua de la capa 1.
Espesor (m)
λ(W/mºC)
0,02
1,4
0,02
0,81
0,002
0,35
Cemento
Baldosa
Tubería Wirsbo
U(W/m2ºC)
7,37
Tabla 35. Cálculo del coeficiente de transmisión térmica Ua de la capa 2.
Sustituimos valores en la fórmula anterior y obtenemos los siguientes
resultados:
Locales
Dormitorio 1 + Aseo 1
Dormitorio 2 + Aseo 2
Estar
Patio Cubierto
Estudio
Cocina
Salón
Dormitorio 3
Baño 3
A(m2)
14,45
16,82
18,24
18,49
7,33
15,43
30,02
12,4
5,79
Pavimento
Parquet+baldosa
Parquet+baldosa
Parquet
Baldosa
Parquet
Baldosa
Parquet
Parquet
Baldosa
Q(W/m2)
29,83
21,78
26,77
96,82
83,39
61,59
27,01
65,08
66,34
Ti (ºC) U(W/m2ºC)
20
5,98
20
5,98
20
4,59
20
7,37
20
4,59
20
7,37
20
4,59
20
4,59
20
7,37
Ta(ºC)
24,99
23,64
25,84
33,13
38,18
28,35
25,89
34,19
29,00
Tabla 36. Cálculo de la temperatura del agua.
Por lo tanto, la temperatura de impulsión del sistema será de 38,18°C (la mayor
Ta) y el retorno será de 38°C - 10°C = 28°C.
CÁLCULOS
163
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.5.4 CÁLCULO DEL CAUDAL DE AGUA
El caudal de agua a través de un circuito de calefacción por suelo radiante es
función de la potencia térmica emitida, que suponemos un valor idéntico a la carga
·
térmica ( Q ), y del salto térmico entre la impulsión al circuito y el retorno de éste.
Como se ha comentado con anterioridad, el salto térmico es una constante de valor de
10ºC, por lo que el caudal es únicamente función de la carga térmica según la
expresión:
· ·
Q m C p Timp Tret [Kcal/h]
Siendo:
·
m = Caudal de agua [kg/h]
Cp = Calor específico del agua [1 kcal/KgºC]
Timp – Tret = Salto térmico impulsión – retorno = 10ºC
Despejamos de la ecuación el caudal de agua y sustituimos valores:
𝑚=
𝑄
𝐶𝑝 · (𝑇𝑖𝑚𝑝 − 𝑇𝑟𝑒𝑡 )
Los valores obtenidos de caudales de cada circuito ser representan en la
siguiente tabla:
Locales
A(m2)
Circuitos
Q(W/m2)
Estar
18,24
18,49
11,53
15,43
30,02
14,45
16,82
12,4
5,79
C.1.
C.2.
C.3.
C.4.
C.5.
C.6.
C.7.
C.8.
C.9
26,77
96,82
83,39
61,59
27,01
29,83
21,78
65,08
66,34
Patio Cubierto
Estudio
Cocina
Salón
Dormitorio 1 + Aseo 1
Dormitorio 2 + Aseo 2
Dormitorio 3
Baño 3
CÁLCULOS
Q(W)
Q(Kcal/h)
488,20
419,78
1790,29
1539,36
612,05
526,26
950,39
817,18
810,74
697,10
430,99
370,59
366,40
315,05
806,97
693,86
384,11
330,27
Caudal total
Caudal(l/s)
0,0117
0,0428
0,0146
0,0227
0,0194
0,0103
0,0088
0,0193
0,0092
0,1586
164
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tabla 37. Cálculo caudal de agua.
Los cabezales electrotérmicos, gracias a su ciclo de apertura y cierre,
permitirán el paso del caudal calculado. De este modo se posibilita la regulación de
cada local de forma independiente a todos los demás.
1.5.5 CÁLCULO DE MONTANTES Y TUBERÍAS DE DISTRIBUCIÓN
Para el cálculo de la red de tuberías de conexión entre la sala de caldera
(sótano) y colectores debe conocerse el caudal circulante en cada tramo. Una vez
conocido este dato se entra en el gráfico de pérdidas de carga y se selecciona la
dimensión de la tubería de acuerdo a un límite de pérdida de carga lineal que
dependerá de la potencia de la bomba disponible. Usualmente este valor de pérdida
de carga se fija en 0,2 KPa/m (20 mm.c.a/m).
Los accesorios precisos son codos, derivaciones en T y racores con salida
roscada.
En la red de tuberías de distribución nos encontramos con diferentes tramos ya
que para obtener una óptima calefacción de todas las zonas de la vivienda se han
colocado 3 colectores. De esta manera nos encontramos con un tramo de tubería que
sale de la caldera que debe tener las dimensiones adecuadas para abastecer a los 9
circuitos de los que dispone la vivienda ramificándose para abastecer a los diferentes
colectores; cada ramificación tendrá las dimensiones adecuadas según los circuitos a
los que deba proporcionar agua caliente. Lo representamos de la siguiente manera:
Tramo 2.
Q= 0,0648l/s
Abastece 3
circuitos
Tramo 4.
Q= 0,0285 l/s
Abastece 2
circuitos
Tramo 1.
Q= 0,16l/s.
Abastece 9
circuitos
Tramo 3.
Q= 0,0655 l/s
Abastece 4
circuitos
CÁLCULOS
165
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 10. Red de tuberías de distribución
El cálculo de los caudales que circula por cada tramo de tubería se ha
calculado en función de los caudales de cada circuito que abastezca. El caudal total
que circula por el sistema de calefacción es de 0,16 l/s. Este caudal se distribuye a los
9 circuitos.
Tramo 1.
Abastece 9 circuitos.
QTotal = 0,16 l/s.
Tramo 2.
Abastece:
C.1_ Estar. Q = 0,0117 l/s
C.2_ Patio cubierto. Q = 0,0428 l/s
C.6_ Dormitorio 1, Aseo 1. Q = 0,0103 l/s
QTotal = 0,0648 l/s
Tramo 3.
Abastece:
C.3_Estudio. Q = 0,0146 l/s
C.4_Cocina. Q = 0,0227 l/s
C.5_Salón. Q = 0,0194 l/s
C.7_Dormitorio 2, Aseo 2. Q = 0,0088 l/s
QTotal = 0,0655 l/s.
Tramo 4.
Abastece:
C.8. Dormitorio 3. Q= 0,0193l/s
C.9. Baño 3. Q= 0,0092 l/s
Qtotal= 0,0285 l/s
Calculamos las dimensiones que ha de tener cada tramo de tubería mediante
las siguientes gráficas, sabiendo el caudal que circula por cada tramo y una pérdida de
carga de 0,2 Kpa/m (20 mm.c.a):
CÁLCULOS
166
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 11. Diagrama de pérdida de carga en tuberías Wirsbo-evalPEX (desde
12x2 hasta 25x2,3)
CÁLCULOS
167
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
KPa/m
Q (l/s)
Figura 12. Diagrama de pérdida de carga en tuberías Wirsbo-evalPEX (desde
32x2,9 hasta 110x10)
CÁLCULOS
168
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Estudiamos cada tramo:
Tramo 1
QTotal = 0,16 l/s.
Pérdida de carga<0,2Kpa/m.
Nos vamos al gráfico y elegimos las tuberías que correspondan con los datos
anteriores. La tubería seleccionada es 32x2,9 mm.
Tramo 2
QTotal = 0,0648 l/s
Pérdida de carga < 0,2Kpa/m.
Nos vamos al gráfico y elegimos las tuberías que correspondan con los datos
anteriores. La tubería seleccionada es 20x2 mm.
Tramo 3
QTotal = 0,0655 l/s
Pérdida de carga < 0,2Kpa/m
Nos vamos al gráfico y elegimos las tuberías que correspondan con los datos
anteriores. La tubería seleccionada es 20x2 mm.
Tramo 4
Qtotal= 0,0285 l/s
Pérdida de carga < 0,2Kpa/m.
Nos vamos al gráfico y elegimos las tuberías que correspondan con los datos
anteriores. La tubería seleccionada es 16x2 mm.
1.5.6 CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CARGA
La pérdida de carga en la instalación será la mayor entre las pérdidas de carga
de todos los posibles trazados que puede seguir el agua desde la impulsión del
circulador hasta el retorno de éste.
Las pérdidas de carga en circuitos emisores, en montantes y tuberías de
distribución se extraen de las gráficas de pérdidas de carga de las figuras 11 y 12
vistas anteriormente. Este es un método diferente de calcular la pérdida de carga que
el que hemos visto en apartados anterior. Hacemos uso de este método ya que
CÁLCULOS
169
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
disponemos de gráficos que nos dan las pérdidas de carga de las tuberías de
polietileno reticulado en función del caudal de manera directa.
A las pérdidas de carga en las tuberías del trayecto más desfavorable se debe
sumar las pérdidas singulares: colectores, codos, derivaciones en T, válvulas…
Las pérdidas de carga de las tuberías de distribución son:
Tramo 1
QTotal = 0,16 l/s.
La tubería es 32x2,9 mm.
Pérdida de carga=0, 05 KPa/m. Se obtiene una pérdida de carga de 1,15 KPa.
Tramo 2
QTotal = 0,0648 l/s
La tubería es 20x2 mm.
Pérdida de carga = 0,08 KPa/m. Se obtiene una pérdida da carga de 2,24KPa.
Tramo 3
QTotal = 0,0655 l/s
La tubería es 20x2 mm.
Pérdida de carga = 0,09 KPa/m. Se obtiene una pérdida de carga de 2,19 KPa.
Tramo 4
Qtotal= 0,0285 l/s
La tubería es 16x2 mm.
Pérdida de carga = 0,07 KPa/m. Se obtiene una pérdida de carga de 0,427 KPa.
Pasamos a continuación a calcular las pérdidas de carga de cada circuito, para
ello entramos en el gráfico visto anteriormente, figura 11, con Wirsbo-evalPEX 16x2 y
se obtienen las pérdidas de carga en los diferentes circuitos:
CÁLCULOS
170
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Local
Estar
Patio Cubierto
Estudio
Cocina
Salón
Dormitorio 1 + Aseo 1
Dormitorio 2 + Aseo 2
Dormitorio 3
Baño 3
Circuito
C.1.
C.2.
C.3.
C.4.
C.5.
C.6.
C.7.
C.8.
C.9
Longitud(m) Caudal(l/s) Pérdida de carga (Kpa/m) Pérdida de carga (Kpa)
97,2
0,0117
0,02
1,94
106,65
0,0428
0,17
18,13
53,5
0,0146
0,03
1,61
90,55
0,0227
0,06
5,43
150,1
0,0194
0,04
6,00
72,25
0,0103
0,01
0,72
91,3
0,0088
0,01
0,91
65,8
0,0193
0,05
3,29
28,95
0,0092
0,01
0,29
Tabla 38. Cálculo pérdida de carga de los circuitos.
Para el cálculo de las pérdidas de carga totales se toma el valor del circuito con
mayor pérdida de carga; como observamos en la tabla el circuito con mayor pérdida de
carga es el C.2 correspondiente al patio cubierto con una pérdida de carga total de
18,13 KPa.
Pasamos al cálculo de la pérdida de carga de los colectores. Para ello
hacemos uso de la siguiente gráfica:
CÁLCULOS
171
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 13. Diagrama de pérdida de carga en el colector Wirsbo en función del
caudal y número de circuitos.
Nuestra instalación consta de 3 colectores para una óptima calefacción de la
vivienda, por ello pasaremos a estudiar cada colector. Disponemos de 2 colectores en
la planta baja y de 1 colector en la planta alta; el primer colector de la planta baja
abastece a 3 circuitos que corresponden a las siguientes habitaciones: estar, patio
cubierto y dormitorio 1 mas baño. El segundo colector abastece a 4 circuitos que
corresponden al estudio, cocina, salón y dormitorio 2 mas baño. El colector de la
planta alta suministra agua a dos circuitos correspondiendo al baño y al dormitorio.
Procedemos al cálculo de la pérdida de carga de cada colector:
Colector 1 (P.B.)
Abastece a 3 circuitos.
Q = 0,0648 l/s.
Con estos valores nos dirigimos al gráfico y obtenemos una pérdida de carga
de 0,6 KPa.
CÁLCULOS
172
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Colector 2 (P.B.)
Abastece a 4 circuitos.
Q = 0,0655 l/s.
Con estos valores nos dirigimos al gráfico y obtenemos una pérdida de carga
de 0,4 KPa.
Colector 1 (P.A.)
Abastece a 2 circuitos.
Q = 0,0285/s.
Con estos valores nos dirigimos al gráfico y obtenemos una pérdida de carga
de 0,3 KPa.
Hay que tener en cuenta las pérdidas de carga de los accesorios. Los
accesorios que nos encontramos en la instalación de calefacción por suelo radiante
son 36 codos, 2 tés, 10 válvulas y 10 manguitos de unión.
Tabla 39. Pérdida de carga de accesorios.
Se toma una pérdida de carga en accesorios total de 7,2 KPa.
Procedemos al cálculo de la pérdida de carga total:
Tramo
Criterio
Circuitos
C.2
Colector
3 colectores
Tuberías de distribución
Wirsbo eval-PEX
Accesorios
Codos, tes, llaves de corte…
Total Pérdida de carga
CÁLCULOS
Pérdida de carga (KPa)
18,13
1,3
6,03
7,2
25,92 (2,65 m.c.a)
173
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tabla 40. Cálculo de la Pérdida de Carga Total
Por otro lado, tenemos que tener en cuenta la pérdida de carga de la caldera,
que tiene una pérdida de carga de 18 mmca. Por lo que obtenemos una pérdida de
carga total de 2,67 m.c.a.
1.5.7 SELECCIÓN DE LA BOMBA
La bomba se selecciona entrando en el gráfico de curvas características y
seleccionando la velocidad que quede por encima del punto característico de
funcionamiento de la instalación que viene determinado por el caudal y por la pérdida
de carga que son 0,16 l/s o lo que es lo mismo 576 l/h y 2,67 m.c.a.
La bomba seleccionada es de la marca Grundfos, modelo UPS 25-60.
1.5.8 SELECCIÓN DEL GRUPO DE IMPULSIÓN
El grupo de impulsión, al mezclar agua de retorno de suelo radiante y de la
impulsión del generador térmico, caldera de biomasa o interacumulador, consigue una
temperatura de impulsión correcta a los colectores de suelo radiante.
Debe seleccionarse el tipo de bomba que incorpora y determinar qué grupo de
impulsión se desea.
La válvula mezcladora divide la instalación en un circuito primario (desde el
generador de calor) y un secundario (desde la válvula mezcladora hasta los circuitos).
El grupo de impulsión seleccionado es de la marca Wirsbo, modelo grupo de
impulsión 22 N, siendo un kit de impulsión premontado formado por circulador UPS 2560, válvula mezcladora
vías ¾ con sonda de impulsión, conexión a caldera ¾‖,
termómetro, conexión a colector 1‖ y by-pass.
El esquema del grupo de impulsión es el siguiente:
CÁLCULOS
174
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 14. Esquema del grupo de impulsión.
Donde:
1,2 - Conexión al secundario
3 - Circulador UPS 25-60
4 -Válvula de llenado
5 -Válvula reguladora
6 -Conexión al primario por el lado del retorno mediante válvula de bola
7,8 -Válvula de 3 vías 3/4" equipada con válvula termostática
14 – By-pass con válvula reguladora
CÁLCULOS
175
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
ANEXO 2. PROGRAMA DE
MANTENIMIENTO
MANTENIMIENTO
176
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
2.1 GENERALIDADES
El mantenimiento de una instalación solar térmica está determinado por las
características de cada uno de los componentes y equipos que lo constituyen, así
como por el clima de la zona donde se encuentra ubicado (humedad, contaminación,
etc.) y de las características del agua que circula por el secundario.
En una instalación de este tipo es preciso realizar tareas de vigilancia,
mantenimiento preventivo y mantenimiento correctivo con el fin de:
Mantener su seguridad.
Conseguir la máxima eficiencia de sus equipos.
Prolongar la duración de las mismas.
En la tabla siguiente se describen los aspectos generales de los diferentes
tipos de mantenimiento:
Mantenimiento
Actuaciones
Personal
Observación de
Vigilancia
valores correctos de
Usuario
operación
frecuencia
Al menos una vez
al mes
-Inspección visual
Preventivo
-Verificación
Personal técnico
especializado
Cada seis meses
-Asegurar
funcionamiento
Corregir defectos
Correctivo
como consecuencias
de anomalías
Personal técnico
Cuando el sistema
especializado
falle
Tabla 1. Tipos de mantenimientos
MANTENIMIENTO
177
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Según la normativa (RITE- ITE 08):
El mantenimiento preventivo y correctivo será efectuado por empresas
mantenedoras o por mantenedores debidamente autorizados por la correspondiente
Comunidad Autónoma.
2.1.1 VIGILANCIA
Consiste en verificar el correcto funcionamiento de la instalación observando
alguno de los valores de operación. Se tendrá especial cuidado en ver si las bombas
hacen algún ruido anormal, funcionamiento de las bombas de acuerdo al control,
temperatura del interacumulador y la temperatura del campo de colectores.
2.1.2 MANTENIMIENTO PREVENTIVO
El plan de mantenimiento preventivo incluye todas las operaciones de
mantenimiento o sustitución, necesarias para asegurar que el sistema funcione
correctamente durante toda su vida útil.
El mantenimiento preventivo no puede ser realizado por el usuario, tiene que
ser personal técnico especializado quien lo efectúe.
Durante el periodo de garantía de la instalación, la empresa instaladora será la
responsable de la realización de las labores de mantenimiento preventivo, sin coste
alguno para el usuario.
Los trabajos que se tengan que realizar en una instalación de energía solar
sólo se deben llevar a cabo en:
-
Horas tempranas de la mañana
-
Últimas horas de la tarde
-
Cuando el cielo esté cubierto
-
Tapando los captadores
MANTENIMIENTO
178
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Según RITE- ITE 08, cuando sea necesario sustituir equipos, piezas o
materiales de una instalación, la empresa de mantenimiento es responsable de que los
elementos nuevos que se instalen cumplan la normativa vigente en cuanto al nivel de
calidad, homologación y aprobación o registros de tipos.
2.1.3 MANTENIMIENTO CORRECTIVO
Son operaciones realizadas como consecuencia de la detección de cualquier
anomalía en el funcionamiento de la instalación, en el plan de vigilancia o en el
mantenimiento preventivo.
Generalmente el fallo es descubierto por el usuario durante las operaciones de
vigilancia. Normalmente el fallo se detecta cuando la avería ya está muy avanzada y el
deterioro puede ser importante.
Se pueden distinguir dos tipos de anomalías en las instalaciones, aquellas que
impiden el funcionamiento del sistema y aquellas que disminuyen sustancialmente su
rendimiento, pero si no se detectan y corrigen pueden llegar a inutilizar la instalación.
Al primer tipo de anomalías se le denomina averías y al segundo degradaciones.
Averías
Síntomas:
-
El sistema auxiliar funciona excesivo tiempo en un día soleado.
-
La instalación genera mucho ruido, o algún ruido anormal.
-
La instalación no calienta en un día soleado.
-
El rendimiento del sistema es muy bajo.
-
El sistema de energía auxiliar no arranca.
-
Los manómetros fluctúan.
-
Algunos de los circuitos tienen fugas importantes.
Posibles anomalías:
-
El quemador del sistema auxiliar está averiado.
-
El termostato no funciona.
MANTENIMIENTO
179
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
-
La cubierta de los captadores está muy sucia.
-
Rotura del cristal del captador.
-
Ha reventado alguna tubería o válvula de la instalación.
-
Bolsas de aire.
-
Bomba atascada.
-
Fallos en el sistema de control.
Degradaciones
Síntomas:
-
Alguno de los circuitos tiene una pequeña fuga.
-
Condensaciones en el interior del captador.
-
Disminución del rendimiento de la instalación.
-
Deformación de las tuberías.
-
Deformación de la caja del captador.
Posibles degradaciones:
-
Pérdida de fluido y disminución del rendimiento.
-
Mal estado del aislamiento.
-
Suciedad excesiva del intercambiador.
-
Tensiones térmicas, posibles dilataciones.
MANTENIMIENTO
180
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
2.2 MANTENIMIENTO
2.2.1 MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA
2.2.1.1 PUESTA EN MARCHA
El proceso de puesta en marcha de la instalación es de gran importancia para
garantizar un eficiente de la energía solar producida, así como una larga vida útil a los
elementos que la componen.
En primer lugar, y una vez conectados todos los elementos del circuito primario
de energía solar, se procede al llenado de la instalación. Para dicho llenado, se
dispondrá de un sistema de llenado automático con la inclusión de un depósito de
recarga donde se realizará la mezcla de agua y propilenglicol en las proporciones que
se indican en la memoria del proyecto.
2.2.1.2 MANTENIMIENTO
Hay que lograr el correcto funcionamiento y situación de las sondas de
temperatura y de los manómetros, asegurando que la medida que proporcionan es
fiable. Es recomendable simular el funcionamiento de la instalación comprobando que
la secuencia y la actuación de los diferentes equipos es correcta.
Los equipos que garantizan el buen funcionamiento de la instalación por las
sobrepresiones originadas por las altas temperaturas son las válvulas de seguridad y
el depósito de expansión. Es recomendable verificar el buen estado de estos, así
como el correcto funcionamiento del depósito, para lo cual hay que comprobar los
niveles de presión al circuito y a la cámara de gas del depósito de expansión. Para
revisar el perfecto estado de los colectores solares, es necesario observar su estado,
si han sufrido algún cambio, o si existe alguna diferencia entre ellos. Conviene
observar la aparición de condensaciones, de corrosión o deformación del absorbedor,
corrosión, deformación o aparición de fugas en las conexiones, así como el correcto
estado de los tornillos y de las estructuras. Si hay que manipular los tubos de unión de
los colectores, hay que hacerlo con mucho cuidado, ya que si se introducen
demasiado, puede ser que se deterioren al estirarlos para sacarlos. Además, es muy
recomendable limpiar periódicamente los cristales de los colectores solares.
MANTENIMIENTO
181
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Con el objetivo de evitar que se produzcan pérdidas de fluido en el circuito
primario, no existirá ninguna vía posible de fuga, de manera que, una vez la instalación
ya está en funcionamiento, y sin la existencia de aire en el circuito, los purgadores se
mantendrán cerrados. En caso de duda, una prueba de presión determinará si la
estanquidad en el circuito es total. Mediante la comprobación visual del aislamiento
exterior de los conductos y del depósito de acumulación se puede detectar si ha
existido alguna fuga, la cual será ratificada en caso de aparecer humedad en el
aislamiento exterior.
En referencia al mantenimiento del fluido caloportador, el anticongelante tiene
una doble función; evitar la congelación del agua en los conductos en caso de que se
den bajas temperaturas y proteger el buen estado de los conductos frente a las
elevadas temperaturas. Esto requiere que el estado del anticongelante sea perfecto y
que no se altere su funcionamiento porque haya perdido parte de sus propiedades. El
anticongelante se altera porque se degrada por el agua, por el desgaste de los
metales, por el aire y por el calor. El seguimiento del estado del anticongelante se
debe realizar midiendo la densidad y el pH, comparándolos con los valores registrados
en el momento del llenado inicial del circuito.
2.2.1.3 SEGURIDAD EN LA INSTALACIÓN SOLAR
El hecho de trabajar a temperaturas elevadas puede ocasionar quemaduras,
por ello la instalación se aislará térmicamente para evitar contactos con superficies
calientes.
Si no es posible el aislamiento, se señalará la zona con el objetivo de que la
persona que manipule la instalación tenga presente el riesgo al que está expuesto.
Para la manipulación de elementos conectados con la red eléctrica, primero se
cortará la alimentación del elemento, y asegurarse de que no pueda ser conectada
accidentalmente. Se habrá de aislar correctamente todos los posibles bornes o
elementos eléctricos que puedan ocasionar contacto con alguna persona o algún
elemento próximo.
MANTENIMIENTO
182
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Los trabajos realizados durante la instalación y la puesta en funcionamiento de
equipo solar, se realizarán por personal cualificado, los cuales tomarán las medidas de
precaución correspondientes para minimizar los riesgos de cualquier situación de
peligro.
Se prestará especial atención en no ingerir ni derramar el contenido de
productos químicos o inhibidores de corrosión como puede ser la solución
anticongelante. Los envases de estos productos irán debidamente etiquetados para
prever un mal uso.
A continuación destacamos las características a tener en cuenta del fluido calo
portante:
Uso previsto del producto: Fluido calor-portante en instalaciones de energía solar
térmica.
Composición/Información sobre los componentes: Propilenglicol y sales inorgánicas
anticorrosivas.
Descripción: Líquido viscoso, rosado intenso, inodoro y con olor específico débil o algo
punzante.
Identificación de los peligros: No tóxico.
Primeros auxilios: Lavar con agua abundante. Cambiar la ropa manchada o
empapada. En caso de inhalación, llevar al afectado al aire libre. Si hay contacto con
la piel, lavar la zona afectada con abundante agua. Igual si el contacto fuera en los
ojos.
Medidas de lucha contra incendios: Producto no combustible. En caso de incendios del
almacén, usar agua pulverizada o medios de extinción secos. Los gases producidos
en caso de combustión son monóxido de carbono (CO), por lo que debe procurarse no
respirarlos y utilizar un aparato de respiración.
MANTENIMIENTO
183
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Medidas en caso de vertido accidental: Llevar ropa adecuada de protección. Lavarse
las zonas de contacto con la piel, cambiarse de ropa, recoger con materiales
adecuados absorbentes. No verter directamente al alcantarillado.
Manipulación y Almacenamiento: Manipular limpiamente de manera normal y guardar
herméticamente cerrado en lugar seco. No se requieren medidas especiales. Hay que
almacenar el producto aislado y protegido de otros que puedan fácilmente inflamarse.
Límites de exposición y medidas de protección personal: Usar guantes, no respirar
directamente los posibles vapores, usar gafas protectoras si se prevén salpicaduras.
Mantenerlo alejado de alimentos y bebidas. Trabajar con ventilación suficiente. Usar
careta respiratoria. La concentración de gases máxima no debe superar el 0,5% en
volumen y la atmósfera ambiente debe contener como mínimo 17% de oxígeno.
Estabilidad
y
Reactividad:
Producto
estable
en
condiciones
adecuadas
de
almacenamiento. Evitar contacto directo con oxidantes y ácidos.
Información toxicológica: Producto de toxicidad no determinada, pero en principio no
tóxico, ni por ingestión.
Información Ecológica: Prácticamente presenta muy baja toxicidad para los
organismos acuáticos y terrestres. Presenta buena degradabilidad superior al 90%. No
produce alteraciones en las depuradoras.
Consideraciones sobre su eliminación: Eliminar en vertederos adecuados y
controlados o incinerar en una planta adecuada.
Información reglamentaria: Respecto al transporte se considera mercancía no
peligrosa. Los envases deben llevar el pictograma de ―Irritante‖ con la indicación Xi,
aunque no es obligatoria la señalización.
Disposiciones de carácter legal: Pictograma de sustancias irritantes, aunque no sea
obligatorio indicarlo.
2.2.1.3.1 PREVENCIÓN DE LA LEGIONELA
MANTENIMIENTO
184
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
La legionela es una bacteria que se conoce por el nombre de Legionella
Pneumophila, y forma parte del entorno acuático natural, siendo capaz de sobrevivir a
condiciones ambientales extremas: temperaturas entre 5,7 y 63ºC; con un pH entre 5,5
y 8,1; un oxigeno disuelto entre 0,3 y 9,6 ppm y una conductividad 18-106 ms/cm.
La vía de infección para las personas es mediante la inhalación de la bacteria
hasta los pulmones, aunque para esto no se necesitan grandes concentraciones de
ésta, y esto solo sucede cuando ésta se encuentra en unas condiciones adecuadas
para su reproducción a gran escala.
La temperatura del agua para que se produzca la proliferación de la bacteria
debe estar en el rango de 20ºC y 45ºC y es óptima alrededor de 37ºC. A temperaturas
muy bajas queda en letargo y vuelve a multiplicarse en condiciones de temperatura
favorables.
A temperaturas mayores de 70ºC la batería muere de forma casi instantánea,
pero si no se alcanza esta temperatura en el agua de todos los puntos del sistema, los
microorganismos que hayan logrado sobrevivir pueden volver a multiplicarse.
Las instalaciones de agua caliente sanitaria de pequeño volumen de
acumulación como es nuestro caso son instalaciones de menor riesgo aún así se
podrán tomar algunas medidas de prevención.
Medidas de prevención:
La instalación limpiará y desinfectará antes de la puesta en funcionamiento
inicial y después de una parada larga o cuando en una revisión rutinaria se
considere necesario por indicios de algún brote.
La desinfección térmica se hará elevando la temperatura del agua de todo el
circuito hasta 70ºC o más, incluidos los dispositivos de acumulación, red de
tuberías y el punto más alejado de suministro. Se mantendrá durante un par de
horas como mínimo. Por eso, se dejará correr eventualmente el agua de los
grifos hasta conseguir que durante 5 minutos salga de ellos el agua a la
máxima temperatura. Para conseguir una temperatura de 70ºC se dispondrá de
MANTENIMIENTO
185
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
una conexión puntual entre el interacumulador y la caldera. (Norma UNE
100030- 2001.IN).
2.2.2 MANTENIMIENTO DE LA BOMBA DE CIRCULACIÓN
2.2.2.1 PUESTA EN MARCHA
En la puesta en marcha se llenará y purgará adecuadamente la bomba y las
condiciones de aspiración e impulsión. Hay que purgar la bomba mediante el tornillo
de purga y parar cuenta en no utilizar la bomba en seco para no dañar el cerramiento
metálico.
Hay que conectar la bomba brevemente para comprobar si el sentido de giro
coincide con el de la flecha de la carcasa de la bomba.
2.2.2.2 MANTENIMIENTO
El cerramiento mecánico no requiere ningún tipo de mantenimiento. Durante la
fase de rodaje, puede gotear ligeramente. No obstante, hace falta supervisarlo de
tanto en tanto para comprobar que no exista ninguna fuga de importancia.
En caso de que sea necesario cambiar el cerramiento mecánico de la bomba,
en primer lugar hace falta desconectarla de la alimentación eléctrica y asegurarse que
nadie pueda volver a conectarla involuntariamente.
2.2.3 MANTENIMIENTO DEL VASO DE EXPANSIÓN
La función de un vaso de expansión es mantener en el punto más alto del
circuito una presión mayor que la atmosférica para evitar la eventual entrada de aire al
circuito a través de juntas o uniones.
Si la instalación está dotada de un vaso de expansión cerrado (como es
nuestro caso), se comprobará (a bomba parada) que la presión mínima (temperatura
más baja), sea igual, al menos, a la altura del punto más alto de la instalación más un
margen de sobrepresión del orden de 2 metros de columna de agua, a fin de evitar
que cualquier punto del circuito pueda quedar a presión menor que la atmosférica.
MANTENIMIENTO
186
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Se ha de comprobar también, que cuando la temperatura del agua es la más
alta posible, la presión máxima a la que se llega es inferior a la presión máxima de
funcionamiento del elemento o equipo que la tenga más baja en toda la instalación, y
que a su vez, es inferior a la presión de tara de las válvulas de seguridad.
De no cumplirse estos requisitos, el volumen del vaso es demasiado pequeño,
debiéndose sustituir por otro más grande o colocar otro en paralelo con el ya existente.
2.2.4 MANTENIMIENTO DE LAS VÁLVULAS
El mantenimiento de los diferentes tipos de válvulas es muy sencillo, consiste
esencialmente en las siguientes operaciones:
-
Lubricar la rosca del caracol.
-
Cambiar la empaquetadura.
-
Cambiar la junta del asiento.
-
Esmerilar el obturador sobre el asiento.
Normalmente estas operaciones pueden realizarse sin necesidad de desmontar
el cuerpo de la válvula de la tubería.
MANTENIMIENTO
187
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
2.3 FRECUENCIA MÍNIMA DE OPERACIONES DE
MANTENIMIENTO PREVENTIVO
Abreviaturas:
IV: inspección visual
CF: Control de funcionamiento.
A. CAPTADORES SOLARES
Colectores
Periodicidad meses
Operaciones
6
IV de diferencias sobre el
original
Cubierta transparente
6
IV de condensaciones y
suciedad
Absorbedor
6
IV de agrietamientos y
deformaciones
Carcasa
6
IV de deformación, oscilaciones
y estado de los orificios de
respiración
Conexiones
6
IV de aparición de fugas
Estructura
6
IV de degradación, indicios de
corrosión y apriete de tornillos
B. ACUMULADORES
MANTENIMIENTO
188
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Depósito
Periodicidad meses
Operaciones
24
IV de presencia de lodos en el
fondo
Ánodos sacrificio
IV de desgaste
12
Aislamiento
12
IV de ausencia de humedad
Periodicidad meses
Operaciones
12
CF de la eficiencia y
C. INTERCAMBIADOR
Intercambiador serpentín
prestaciones
60
Limpieza interior
D. CIRCUITO HIDRÁULICO
Periodicidad meses
Operaciones
Fluido caloportador
12
Comprobación densidad
Aislamiento exterior
6
IV de degradación, protecciones,
uniones y ausencia de humedad
Purgadores
6
CF y limpieza
Vaso de expansión
6
Comprobación de la presión
Válvulas de corte
12
CF de apertura y cierre para
evitar agarrotamiento
Válvulas de seguridad
MANTENIMIENTO
12
CF de apertura y cierre
189
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Bomba
12
Comprobación y estanqueidad
Periodicidad meses
Operaciones
12
CF según el control diseñado para
A. SISTEMA DE CONTROL
Control diferencial
el sistema
Termostato
12
Comprobación exactitud lecturas
B. SISTEMA DE ENERGÍA AUXILIAR
Periodicidad meses
Operaciones
Caldera
12
CF de actuación
Sondas de temperatura
12
CF de actuación
Destacamos a continuación las operaciones de mantenimiento y frecuencia de
la caldera de biomasa:
MANTENIMIENTO
190
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Operaciones de mantenimiento preventivo
Periodicidad
meses
Comprobación del estado de almacenamiento del biocombustibles sólido
1 vez cada
semana
Limpieza y retirada de cenizas en instalaciones de biocombustible sólido
Control visual de la caldera de biomasa
1
1 vez cada
semana
Comprobación y limpieza, si procede, de circuito de humos de calderas y
12
conductos de humos y chimeneas en calderas de biomasa
Revisión de los elementos de seguridad en instalaciones de biomasa
MANTENIMIENTO
1
191
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
2.4 REGISTRO DE LAS OPERACIONES DE MANTENIMIENTO
Según normativa (RITE- ITE 08), el registro de operaciones de
mantenimiento de cada instalación se hará por duplicado y se entregará una
copia al titular de la instalación, además los documentos se guardarán el
menos durante 3 años, contados a partir de la fecha de ejecución de la
correspondiente operación de mantenimiento.
Para el caso de este proyecto, el mantenedor deberá llevar un registro
de las operaciones de mantenimiento, en el que se reflejen los resultados de
las tareas realizadas. Deben numerarse correlativamente las operaciones de
mantenimiento de la instalación incluyendo como mínimo la siguiente
información:
MANTENIMIENTO
El titular de la instalación y la ubicación de ésta.
El titular de mantenimiento.
El número de orden de la operación de la instalación.
La fecha de ejecución.
Las operaciones realizadas y el personal que las realizó.
Materiales sustituidos.
Observaciones.
192
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
ANEXO 3. EVALUACIÓN DE
RIESGOS
EVALUACIÓN DE RIESGOS
193
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
3.1 OBJETIVO
La evaluación de riesgos es el procedimiento dirigido a estimar la magnitud de
aquellos riesgos que no hayan podido evitarse, obteniendo la información necesaria,
para que el empresario esté en condiciones de tomar una decisión apropiada sobre la
necesidad de adoptar medidas preventivas y, en tal caso, sobre el tipo de medidas que
deben adoptarse.
El procedimiento seguido para la identificación de riesgos es el siguiente:
-
Recopilación de la documentación previa necesaria para realizar el estudio.
-
Identificación de los riesgos.
-
Evaluación de los riesgos identificados.
El presente estudio se realiza en las fases de montaje y explotación de la
instalación de energía solar térmica.
3.2 MECANISMO DE EVALUACIÓN DE RIESGOS
La metodología utilizada en el presente estudio consiste en identificar el factor
de riesgo y asociarle los riesgos derivados de su presencia. Para la evaluación de los
riesgos se utiliza el concepto de ―Grado de riesgo‖ obtenido de la valoración conjunta
de la probabilidad de que se produzca el daño y de la severidad de las consecuencias
del mismo. Este método se ha tomado del ―Instituto Nacional de Seguridad e higiene
en el Trabajo‖.
Se han establecido diferentes grados de riesgo obtenidos de las diferentes
combinaciones de la probabilidad y las consecuencias, las cuales se indican en la
siguiente tabla:
EVALUACIÓN DE RIESGOS
194
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
CONSECUENCIAS
LIGERAMENTE
DAÑINO
DAÑINO
EXTREMADAMENTE
DAÑINO
Riesgo moderado
BAJA
Riesgo tolerable
Riesgo moderado
Riesgo considerable
MEDIA
Riesgo moderado
Riesgo considerable
Riesgo intolerable
ALTA
PROBA
Riesgo tolerable
BILIDAD
Riesgo trivial
Riesgo Trivial: no se requiere acción específica.
Riesgo Tolerable: no necesita mejorar la acción preventiva. Sin embargo se
deben considerar mejoras que no supongan carga económica. Se requieren
comprobaciones periódicas para asegurar que se mantiene la eficacia de las
medidas de control.
Riesgo Moderado: se deben hacer esfuerzos para reducir el riesgo. Deben
implantarse medidas para reducir el riesgo en un tiempo determinado.
Riesgo considerable: no debe comenzarse o continuar el trabajo hasta que se
haya reducido el riesgo.
Riesgo Intolerable: debe prohibirse el trabajo hasta que se haya reducido el
riesgo.
En el caso de las Consecuencias, se consideran las esperadas en caso de que
se materialice el riesgo, teniendo en cuenta para ello históricos de siniestralidad.
EVALUACIÓN DE RIESGOS
195
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
3.3. IDENTIFICACIÓN DE RIESGOS
A) CAÍDAS DE PERSONAS A DISTINTO NIVEL
Las instalaciones de energía solar térmica, lo más habitual es que se realicen
en las cubiertas de edificios, por lo que es necesario extremar las medidas de
seguridad por caídas de personas a distinto nivel. Si no existen barandillas en la
construcción habrá que instalarlas previo al trabajo en la cubierta.
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Trabajo en cubierta de edificios
Baja
Extremadamente dañino
Moderado
Escaleras de mano
Baja
Extremadamente dañino
Moderado
Trabajo en andamios
Baja
Extremadamente dañino
Moderado
B) CAÍDAS DE OBJETOS DESPRENDIDOS
En los trabajos en cubiertas, principalmente si estas son inclinadas, se produce
riesgo de caída de objetos por los límites de la cubierta. También aparece este riesgo
en la descarga y traslado del material a utilizar y en la instalación de paneles y
estructura metálica.
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Descarga de material
Baja
Dañino
Tolerable
Traslado de material
Baja
Dañino
Tolerable
Colocación de paneles
Baja
Dañino
Tolerable
Colocación de estructuras
Baja
Extremadamente dañino
Moderado
Trabajo en cubierta de edificios
Baja
Dañino
Tolerable
C) PROYECCIÓN DE FRAGMENTOS O PARTÍCULAS
EVALUACIÓN DE RIESGOS
196
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
El principal riesgo de proyección de fragmentos y partículas en el montaje de
una instalación solar térmica se produce en el trabajo con la estructura metálica por los
cortes y soldaduras.
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Trabajos de soldadura
Baja
Dañino
Tolerable
Corte de elementos metálicos
Baja
Dañino
Tolerable
D) PISADAS SOBRE OBJETOS
En trabajos sobre cubiertas es necesario evitar depositar objetos sobre la
cubierta que puedan provocar tropiezos y pisadas. La propia instalación y los objetos
existentes en la cubierta también pueden producir riego de pisadas sobre objetos.
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Herramientas sobre el suelo
Baja
Dañino
Tolerable
Materiales sobre el suelo
Baja
Dañino
Tolerable
E) GOLPES / CORTES POR OBJETOS
Las estructuras metálicas tienen presencia de aristas que pueden ser
cortantes. Los paneles solares térmicos tienen en la parte superior un cristal por lo que
su manipulación debe ser cuidadosa para evitar roturas y cortes.
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Descarga de material
Baja
Dañino
Tolerable
Traslado de materias
Baja
Dañino
Tolerable
Colocación de estructuras
Baja
Dañino
Tolerable
Colocación de paneles
Baja
Dañino
Tolerable
EVALUACIÓN DE RIESGOS
197
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
F) HERRAMIENTA
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Montaje de estructuras
Baja
Dañino
Tolerable
Montaje de andamios
Baja
Dañino
Tolerable
Montaje de paneles
Baja
Dañino
Tolerable
Montaje eléctrico
Baja
Dañino
Tolerable
G) ATRAPAMIENTOS POR O ENTRE OBJETOS
La situación de mayor riesgo por atrapamiento por o entre objetos se produce en
la descarga y traslado de materiales. Los paneles solares térmicos y las estructuras
metálicas son elementos que por su volumen son de difícil manejo, y requieren para su
descarga la utilización de elementos mecánicos.
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Descarga de material
Baja
Extremadamente dañino
Moderado
Traslado de material
Baja
Dañino
Tolerable
H) SOBREESFUERZOS
En las instalaciones solares térmicas se utilizan materiales pesados y
voluminosos con medios mecánicos y manuales. Cuando la manipulación es manual
existe el riego de aparición de sobreesfuerzos, por lo que los trabajadores deberán
tener la formación necesaria en materia de prevención de riesgos laborales.
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Descarga de material
Baja
Dañino
Tolerable
Traslado de material
Baja
Dañino
Tolerable
EVALUACIÓN DE RIESGOS
198
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Colocación de paneles
Baja
Dañino
Tolerable
Colocación de estructuras
Baja
Dañino
Tolerable
I) RIESGO ELÉCTRICO
Alguno de los componentes de una instalación solar térmica son de
accionamiento eléctrico, con lo que resulta necesario realizar una instalación eléctrica
con sus correspondientes elementos de corte y protección. También se utilizan
herramientas eléctricas que deberán contar con las correspondientes medidas de
seguridad.
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Colocación de paneles
Alta
Ligeramente dañino
Moderado
Montaje líneas eléctricas
Baja
Dañino
Tolerable
Uso de aparatos eléctricos
Baja
Dañino
Tolerable
J) POSICIÓN
La postura en la realización de algunos trabajos en el montaje de una
instalación solar térmica puede llevar a la aparición se lesiones de tipo muscular o
articular. En el montaje de paneles, puede ser necesario adoptar posturas de trabajo
forzadas o extremas, por lo cual se recomienda controlar el tiempo de trabajo en
dichas condiciones.
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Traslado de material
Baja
Dañino
Tolerable
Colocación de paneles
Media
Dañino
Moderado
Colocación de estructuras
Baja
Dañino
Tolerable
K) DESPLAZAMIENTOS
EVALUACIÓN DE RIESGOS
199
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Deben facilitarse los accesos a la cubierta donde se realice la instalación solar
térmica para el tránsito de los trabajadores con carga o sin carga. Si no existe acceso
natural por dentro del edificio se tendrá que habilitar un acceso por la fachada provisto
de las medidas de seguridad.
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Descarga de material
Baja
Dañino
Tolerable
Traslado de material
Media
Dañino
Moderado
Colocación de paneles
Baja
Dañino
Tolerable
Colocación de estructuras
Baja
Dañino
Tolerable
L) ESFUERZOS
Por el peso y volumen de los paneles solares térmicos, los depósitos de
acumulación y demás equipos que componen la instalación, la carga física del trabajo
es importante. Al realizarse parte de la instalación en la cubierta, las condiciones
climatológicas, especialmente en verano y en invierno, también afectan a la capacidad
física del trabajador.
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Descarga de material
Baja
Dañino
Moderado
Traslado de material
Baja
Dañino
Tolerable
Colocación de paneles
Baja
Dañino
Tolerable
Colocación de estructuras
Baja
Dañino
Tolerable
M) MANIPULACIÓN DE CARGAS
El peso de un panel solar térmico en vacío se sitúa entre 40 y 50 kilos, por
tanto la manipulación de estos equipos se realizará o bien con medios mecánicos o
con la intervención de al menos dos trabajadores. EL volumen de los paneles, con una
superficie media de exposición de 2 m² provoca que la manipulación sea compleja.
EVALUACIÓN DE RIESGOS
200
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
También la manipulación de los depósitos de acumulación, por su volumen y
peso, requiere la utilización de medios mecánicos o la intervención de varios
trabajadores.
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Descarga de material
Baja
Dañino
Tolerable
Traslado de material
Baja
Dañino
Tolerable
Colocación de paneles
Baja
Dañino
Tolerable
Colocación de estructuras
Baja
Dañino
Tolerable
N) INSATISFACCIÓN
La realización de una instalación solar térmica requiere de la realización de
trabajos variados que comprenden la instalación de paneles, estructura, instalación
hidráulica, instalación eléctrica, componentes electrónicos, etc., es importante realizar
rotaciones en los puestos de trabajo para evitar la repetición de tareas elementales y
aumentar la participación.
SITUACIÓN DE RIESGO
PROBABILIDAD
SEVERIDAD
ESTIMACIÓN
Colocación de paneles
Baja
Ligeramente dañino
Trivial
Colocación de estructuras
Baja
Ligeramente dañino
Trivial
EVALUACIÓN DE RIESGOS
201
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
3.4 MEDIDAS PREVENTIVAS
Las medidas preventivas a tener en cuenta son:
-
Normativa de prevención dirigida y entregada a los operarios de las máquinas y
herramientas para su aplicación en todo su funcionamiento.
-
Cuidar el cumplimiento de la normativa vigente en:
Manejo de maquinas y herramientas.
Movimiento de materiales y cargas.
Utilización de medios auxiliares.
-
Mantener los medios auxiliares y las herramientas en buen estado de
conservación.
-
Disposición y ordenamiento del tráfico de vehículos, acera y pasos para
trabajadores.
-
Señalización de la obra en su generalidad.
-
Protección de huecos para evitar la caída de objetos.
-
Protecciones de fachadas evitando la caída de objetos a personas.
-
Asegurar la entrada y salida de materiales de forma organizada y coordinada
con los trabajos de realización de la obra.
-
Orden y limpieza en toda la obra.
-
Delimitación de las zonas de trabajo y cercado si es necesario.
EVALUACIÓN DE RIESGOS
202
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
3.5 PROTECCIONES
3.5.1 PROTECCIONES COLECTIVAS
Las protecciones previstas son:
-
Señales varias en la obra de indicación de peligro.
-
Señales normalizadas para el tránsito de vehículos.
-
Comprobación de que todas las máquinas y herramientas disponen de sus
protecciones colectivas de acuerdo con la normativa vigente.
Todo ello armonizado con las posibilidades y formación de los trabajadores en
la prevención de riesgos laborales.
3.5.2 PROTECCIONES PERSONALES
Las protecciones necesarias para la realización de los trabajos previstos desde
le proyecto son los siguientes:
o
Protección del cuerpo, de acuerdo con la climatología, mediante ropa de
trabajo adecuada.
o
Protección del trabajador en su cabeza, extremidades, ojos y contra caídas de
altura con los siguientes medios:
-
Casco
-
Poleas de seguridad
-
Cinturón de seguridad
-
Gafas antipartículas
-
Pantalla de soldadura eléctrica
-
Guantes finos de goma para contactos con el hormigón
-
Guantes de cuero para manejo de materiales
-
Mandil
-
Polainas
-
Botas de agua
-
Gafas antipolvo
-
Impermeable
EVALUACIÓN DE RIESGOS
203
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
ANEXO 4. BIBLIOGRAFÍA
BIBLIOGRAFÍA
204
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
La instalación solar ha de cumplir las normas y reglamentos que se describen a
continuación:
4.1. NORMAS APLICADAS
-
UNE 157001:2002 Criterios generales para la elaboración de proyectos.
-
Reglamento de las Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) y sus
Instrucciones Técnicas Complementarias (ITC). Real Decreto 1027/2007.
-
Código Técnico de la Edificación (CTE). Real Decreto 314/2006.
-
UNE 94002:2005. Instalaciones solares térmicas para producción de agua
caliente sanitaria. Cálculo de la demanda de energía térmica.
-
UNE EN 12975–2:2006 Sistemas solares térmicos y componentes. Captadores
solares. Parte 2: Método de ensayo.
-
UNE En 1264. Parte 2. Suelo radiante: métodos para la determinación de la
emisión térmica de los suelos radiantes por cálculos y ensayo.
-
UNE En 1264. Parte 3. Calefacción por suelo radiante. Sistemas y
componentes. Dimensionamiento.
-
UNE En 1264. Parte 4. Calefacción por suelo radiante. Sistemas y
componentes. Instalación.
4.2 BIBLIOGRAFÍA
-
Proyecto y cálculo de instalaciones solares térmicas. Pilar Pereda Suquet.
Fagor.
-
Energía solar térmica para instaladores. Manuel tobajas Vázquez. Cano pina,
Ceysa, 2005.
-
La guía ASIT de la energía solar térmica.
-
Manual técnico sistema de calefacción por suelo radiante Wirsbo eva-lPEX.
Uponor.
-
La energía en España 2008. Ministerio de Industria, turismo y comercio.
-
El sol puede ser suyo. Respuestas a todas las preguntas claves. Ministerio de
Industria, turismo y comercio. Junio 2007.
-
Producción de agua caliente sanitaria por energía solar térmica. Agencia
Andaluza de la Energía. Consejería de innovación, ciencia y empresa. Julio
2007.
BIBLIOGRAFÍA
205
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
-
Manual técnico. Energía solar térmica. Salvador Escoda. Junio 2008.
-
Guía práctica sobre instalaciones individuales de calefacción y A.C.S. en
edificios de viviendas. Autor: FEGECA. Asociación de Fabricantes de
Generadores y Emisores de Calor por Agua Caliente. Septiembre 2009.
-
Plan de energías renovables en España 2005-2010. IDAE.
-
Prescripciones técnicas para las instalaciones solares térmicas. Agencia
Andaluza de la Energía.
-
Guía de instalaciones solares para calefacción por agua caliente. Agencia
Andaluza de la Energía.
4.3 OTRAS REFERENCIAS
-
―Diseño básico de una instalación solar para satisfacer la demanda de agua
caliente sanitaria de un edificio de viviendas.‖ PFC. Francisco Muñoz Medina.
-
―Instalación solar térmica para aplicaciones industriales de una planta de
sacrificio de ganado‖. PFC. Francisco Javier Vázquez Muñoz.
-
―Estudio de la aportación de la energía solar térmica y el uso de equipos de
elevada eficiencia energética a un modelo de construcción sostenible.
Desarrollo de un caso práctico‖. PFC. José Antonio Pérez Vázquez. Mayo
2009.
-
―Diseño de Instalaciones de ACS mediante Energía Solar‖. PFC. Plans Planell,
Joan. Abril 2009.
4.3.1 Páginas web:
www.idae.es
www.agenciaandaluzadelaenergia.es
www.rayosol.es
www.mityc.es
www.aprean.com
www.caloryfrio.com
www.lyondell.com (propiedades de las mezclas de propilenglicol)
BIBLIOGRAFÍA
206
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
ANEXO 5. TABLAS Y DIAGRAMAS
TABLAS Y DIAGRAMAS
207
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
En este capítulo, se muestran las tablas y diagramas extraídos de diferentes
fuentes que se han utilizado en los cálculos y en otros capítulos del presente proyecto.
1. INFORMACIÓN UTILIZADA PARA LA DESCRIPCIÓN DE LOS CERRAMIENTOS.
Propiedad de los materiales según el Catálogo de elementos constructivos del
Código técnico de edificación.
TABLAS Y DIAGRAMAS
208
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tabla 1. Propiedades de los materiales en construcción. (1)
TABLAS Y DIAGRAMAS
209
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tabla 1. Propiedades de los materiales en construcción. (2)
TABLAS Y DIAGRAMAS
210
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tabla 2. Propiedades del vidrio. (3)
TABLAS Y DIAGRAMAS
211
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
2. INFORMACIÓN UTILIZADA PARA EL CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DE
LA VIVIENDA.
Tabla 3. Temperaturas interiores de cálculo para instalaciones de calefacciones
(ºC) (Fuente: Manual Técnico Sistema de Calefacción por Suelo Radiante
Wirsbo®-evalPEX)
TABLAS Y DIAGRAMAS
212
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tabla 4. Temperatura ambiente valor mínimo (Te) en ºC. (Fuente: Agencia
Andaluza de la energía)
Tabla 5. Resistencias térmicas superficiales (m2ºC/W) (Fuente: CTE HE1)
TABLAS Y DIAGRAMAS
213
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
3. INFORMACIÓN UTILIZADA PARA EL CÁLCULO DE LA INSTALACIÓN SOLAR
TÉRMICA.
Volumen
Superficie de
Caudal
Caída de
Diámetro
Longitud
depósito
intercambio
(l/h)
presión
intercambiador
tubería (m)
(mm.c.a)
(mm)
2
(l)
(m )
150
0,7
100
50
20
12
200
0,9
200
100
20
15
300
1,3
300
250
20
20
400
1,8
400
670
20
20
500
2,2
500
100
30
25
600
2,7
600
200
30
30
800
3,5
700
250
30
40
1000
4,4
800
450
30
50
Tabla 6. Características de los intercambiadores de los acumuladores solares
ACCESORIO
DIÁMETRO NOMINAL DE TUBERÍA
12
18
22
28
35
42
54
66,7
76,1
Curva de 45º
0,20
0,34
0,43
0,47
0,56
0,70
0,83
1,00
1,18
Codo de 90º
0,38
0,50
0,63
0,76
1,01
1,32
1,71
1,94
2,01
Curva de 90º
0,18
0,33
0,45
0,60
0,84
0,96
1,27
1,48
1,54
Reducción
0,20
0,30
0,50
0,65
0,85
1,00
1,30
2,00
2,30
T confluencia en ramal
0,10
0,15
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
T derivación en ramal
1,50
1,68
1,80
1,92
2,40
3,00
3,60
4,20
4,80
Válvula antirretorno
0,20
0,30
0,55
0,75
1,15
1,50
1,90
2,65
3,40
Válvula de compuerta
0,14
0,18
0,21
0,26
0,36
0,44
0,55
0,69
0,81
Válvula de asiento
1,10
1,34
1,74
2,28
2,89
3,46
4,53
5,51
6,69
inclinado
Tabla 7. Pérdida de carga locales de diferentes accesorios (m)
TABLAS Y DIAGRAMAS
214
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tabla 8. Diferentes espesores del aislamiento marca Thisa, modelo UV plus
4. INFORMACIÓN UTILIZADA PARA LA CARACTERIZACIÓN DEL FLUIDO
CALOPORTADOR
% en masa
3
Densidad (kg/m )
0
10
20
30
40
50
60
1.000
1.008
1.017
1.026
1.034
1.041
1.046
Tabla 9. Densidad de las mezclas propilenglicol-agua
% en masa
0
10
20
30
40
50
60
4.186,8
4.103,1
4.019,3
3.914,7
3.747,2
3.558,8
3.370,4
Calor específico
(J/kgºC)
Tabla 10. Calor específico de las mezclas propilenglicol-agua.
TABLAS Y DIAGRAMAS
215
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Figura 1. Viscosidad dinámica de las mezclas agua-propilenglicol según la
temperatura.
TABLAS Y DIAGRAMAS
216
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
B) PLIEGO DE
CONDICIONES
PLIEGO DE CONDICIONES
217
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1. PLIEGO DE CONDICIONES TÉCNICAS GENERALES
1.1 GENERALIDADES
El presente pliego de condiciones técnicas tiene como objetivo establecer las
bases técnicas para la realización del diseño y montaje de una instalación solar para la
aplicación a una vivienda del término municipal del Puerto de Santa María, para
satisfacer la demanda de agua caliente sanitaria y calefacción mediante suelo radiante
hidráulico.
Cualquier duda que pueda surgir en la interpretación o ejecución del presente
pliego de condiciones, así como de cualquier documento de este presente proyecto,
será resuelto por el jefe de obra, cuya interpretación será aceptada íntegramente.
1.2 EJECUCIÓN DE LA OBRA
Todas las obras del proyecto se ejecutarán
de acuerdo con los planos y
ordenes del ingeniero director de obras, quien resolverá las cuestiones que se
planteen referentes a la interpretación de aquellos y de las condiciones de ejecución.
El ingeniero director suministrará al contratista cuanta información se precise
para que las obras puedan ser realizadas.
El orden de ejecución deberá ser aprobado por el Ingeniero Director y será
compatible con los plazos estipulados.
Antes de iniciar cualquier obra el Contratista deberá ponerlo en conocimiento
del Ingeniero Director y recabar su autorización.
Todos los equipos que se empleen en la ejecución de las obras deberán
cumplir las condiciones generales siguientes:
Estarán disponibles con suficiente antelación al comienzo del trabajo
correspondiente, para que puedan ser examinados y aprobados en su caso,
por el Ingeniero Director.
PLIEGO DE CONDICIONES
218
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Después de ser aprobado un equipo por el Ingeniero Director, deberá
mantenerse en todo momento en condiciones de trabajo satisfactorias,
haciendo las sustituciones o reparaciones para ello.
Si durante la ejecución de las obras el Ingeniero Director observara que, por
cambio de las condiciones de trabajo o por cualquier otro motivo, el equipo o
equipos empleados no son idóneos al fin propuesto, deberán ser sustituidos
por otros que lo sean.
1.3 MATERIALES
Todos los materiales y aparatos que se utilicen estarán de acuerdo con las
características reseñadas en los documentos de este proyecto, memoria, pliego y
presupuesto. Todos los materiales serán de buena calidad y de reconocida casa
comercial. Tendrán las dimensiones que indiquen los documentos de este proyecto y
fije la dirección facultativa.
Los materiales serán reconocidos en obra antes de su empleo por la dirección
facultativa, sin cuya aprobación no podrán ser empleados en la obra.
El contratista proporcionará a la dirección facultativa muestra de los materiales
para su aprobación. Los ensayos y análisis que la dirección facultativa crea
necesarios, se realizará en laboratorios autorizados para ello.
Los accesorios serán de buena calidad y estarán igualmente exentos de
defectos, tanto en su fabricación como en la calidad de los materiales empleados.
1.4 DESPERFECTOS EN LAS PROPIEDADES COLINDANTES
Si el contratista causara algún desperfecto en las propiedades colindantes,
tendrá que restaurarlas a su cuenta, dejándolas en el estado que las encontró al dar
comienzo las obras de la instalación solar.
1.5 ORDEN DE LOS TRABAJOS
El contratista tiene plena facultad de ordenar los trabajos en la forma que más
le interese, siempre y cuando no vaya en detrimento de la calidad de los mismos, por
PLIEGO DE CONDICIONES
219
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
ello, el orden a seguir en los trabajos debe acatar luego la aprobación del proyectista y
del director de obra.
El contratista deberá cumplir toda la legislación social y laboral en vigor,
quedando como único responsable ante los organismos competentes y demás
interesados.
1.6 SOBRE EL PRESUPUESTO
En principio no se acepta ninguna revisión de precios, salvo disposiciones
mayores. El presupuesto tendrá validez de seis meses a partir de la entrega del
presente proyecto.
1.7 FORMA DE PAGO
Será establecido en un periodo de seis meses, venciendo a los tres meses de
comenzar la obra y quedará finalizado en el periodo que caduque la garantía.
Al comienzo de la obra debe ser entregado un 20% del total presupuestado.
1.8 JURISDICCIÓN
Las partes contratantes se someten expresamente, renunciando a cualquier
fuero, a los juzgados y tribunales de Cádiz.
1.9 GARANTÍA DE CALIDAD
El suministrador garantizará la instalación durante un periodo mínimo de 3
años, para todos los materiales utilizados y el procedimiento empleado en su montaje.
Sin perjuicio de cualquier posible reclamación a terceros, la instalación será
reparada de acuerdo con estas condiciones generales si ha sufrido una avería a causa
de un defecto de montaje o de cualquiera de los componentes, siempre que haya sido
manipulada correctamente.
PLIEGO DE CONDICIONES
220
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
La garantía se concede a favor del comprador de la instalación, lo que deberá
justificarse debidamente mediante el correspondiente certificado de garantía, con la
fecha que se acredite en la certificación de la instalación.
La garantía comprende la reparación o reposición, en su caso, de los
componentes y las piezas que pudieran resultar defectuosas así como la mano de
obra empleada en la reparación o reposición durante el plazo de vigencia de la
garantía.
Queda expresamente incluidos todos los demás gastos, tales como tiempo de
desplazamiento, medios de transporte, amortización de vehículos y herramientas,
disponibilidad de otros medios y eventuales portes de recogida y devolución de los
equipos para su reparación en los talleres del fabricante.
Así mismo se deben incluir la mano de obra y materiales necesarios para
efectuar los ajustes y eventuales reglajes del funcionamiento de la instalación.
La garantía podrá anularse cuando la instalación haya sido reparada,
modificada o desmontada, aunque solo sea en parte, por personas ajenas al
suministrador.
1.10 CONSIDERACIONES GENERALES
El contratista es el único responsables de la ejecución de las obras que haya
contratado. No tendrá derecho a indemnización alguna por el mayor precio que
pudiera costarle los materiales ni por las erradas maniobras que cometiese durante la
construcción, siendo todas ellas de su cuenta y riesgo e independiente de la
inspección del director de obra.
Será asimismo responsable ante los tribunales de los accidentes que por
inexperiencia o descuido ocurran en la construcción de la instalación, en cuyo caso, si
no fuese persona competente en los trabajos, tendrá obligación de hacerse
representar por otra que tenga para ello los debidos conocimientos.
PLIEGO DE CONDICIONES
221
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
2. COMPONENTES
2.1 GENERALIDADES
Los materiales de la instalación deben soportar las máximas temperaturas y
presiones que puedan alcanzarse.
Todos los componentes y materiales cumplirán lo dispuesto en el Reglamento
de Aparatos a Presión, que les sea de aplicación.
Los materiales situados en intemperie se protegerán contra los agentes
ambientales, en particular contra el efecto de la radiación solar y la humedad.
2.2 CAPTADORES SOLARES
El captador solar seleccionado deberá estar homologado por el Ministerio de
Industria y Energía de acuerdo con lo señalado en el Real Decreto 891/1980 de 14 de
abril, sobre homologación de los paneles solares y en la Orden de 20 de julio de 1980
por la que se aprueban las normas e instrucciones técnicas complementarias para la
homologación de los paneles solares.
El captador llevará de forma claramente visible e indeleble el modelo y nombre
del fabricante.
Sólo se utilizarán captadores que se ajusten a las siguientes características
técnicas:
Material de la cubierta transparente: vidrio normal o templado de espesor no
inferior a 3 mm y transmisividad mayor o igual a 0,8.
Distancia media entre el absorbente y la cubierta transparente no inferior a 2
cm ni superior a 4 cm.
Material del absorbedor: materiales metálicos
La pérdida de carga del captador para un caudal de 1 l/min por m² será inferior
a 1 m.c.a.
PLIEGO DE CONDICIONES
222
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
El captador llevará un orificio de ventilación de diámetro no inferior a 4 mm
situado en la parte inferior de forma que puedan eliminarse acumulaciones de
agua en el captador. El orificio se realizará de forma que el agua pueda
drenarse en su totalidad sin afectar al aislamiento.
2.3 ACUMULADORES
En el proyecto se especificará el tipo de acumulador utilizado y las siguientes
características técnicas:
- Volumen cubicado real.
- Principales dimensiones.
- Presión de máximo trabajo.
- Situación y diámetro de las bocas de conexión.
- Situación y especificación de los puntos de sujeción o apoyos.
- Máxima temperatura de utilización.
- Tratamiento y protección.
- Material y espesor de aislamiento y características de su protección.
El depósito estará fabricado de acuerdo con lo especificado en el Reglamento
de Aparatos a Presión y probado con una presión igual a dos veces la presión de
trabajo y homologado por el Ministerio de Industria y Energía.
El acumulador llevará una placa de identificación situada en lugar claramente
visible y escrito con caracteres indelebles en las que aparecerán los siguientes datos:
- Nombre del fabricante y razón social.
- Contraseña y fecha de registro de tipo.
- Número de fabricación.
- Volumen neto de almacenamiento en litros.
- Presión máxima de servicio.
En este presente proyecto el intercambiador está incorporado al sistema de
acumulación, por lo que la placa de identificación indicará además de lo especificado:
- Superficie de intercambio térmico en m².
PLIEGO DE CONDICIONES
223
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
- Presión máxima de servicio, del circuito primario.
Los materiales del cambiador de calor resistirán temperaturas de 110ºC y serán
compatibles con el fluido de trabajo. El diseño del cambiador de calor permitirá su
limpieza utilizando productos líquidos.
Los tubos de los cambiadores de calor tipo serpentín sumergido en el depósito
para sistemas con circulación por bombeo, tendrán diámetros interiores o iguales a
una pulgada.
La pérdida de carga de diseño en el intercambiador de calor no será superior a
3 m c.a.
Los depósitos utilizados serán de acero inoxidable.
Cada acumulador vendrá equipado de fábrica de los necesarios manguitos de
acoplamiento, soldados antes del tratamiento de protección, para las siguientes
funciones:
– Manguitos roscados para la entrada de agua fría y la salida de agua caliente.
– Registro embridado para inspección del interior del acumulador y eventual
acoplamiento del serpentín.
– Manguitos roscados para la entrada y salida del fluido primario.
– Manguitos roscados para accesorios como termómetro y termostato.
– Manguito para el vaciado.
El acumulador estará enteramente recubierto con material aislante e irán
equipados con la protección catódica o anticorrosiva para garantizar su durabilidad.
2.4 BOMBAS DE CIRCULACIÓN
Las bombas podrán ser del tipo en línea. En circuitos de agua caliente para
usos sanitarios, los materiales de la bomba serán resistentes a la corrosión.
PLIEGO DE CONDICIONES
224
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Los materiales de la bomba del circuito primario serán compatibles con las
mezclas anticongelantes y en general con el fluido de trabajo utilizado. Las bombas
serán resistentes a las averías producidas por efecto de las incrustaciones calizas.
Las bombas serán resistentes a la presión máxima del circuito.
La bomba se seleccionará de forma que el caudal y la pérdida de carga de
diseño se encuentren dentro de la zona de rendimiento óptimo especificado por el
fabricante. La presión de la bomba deberá compensar todas las pérdidas de carga del
circuito correspondiente.
2.5 TUBERÍAS
Las tuberías serán de cobre tanto en el circuito primario como en el secundario.
Las tuberías de cobre serán tubos estirados en frío y uniones por capilaridad.
El diámetro de las tuberías se seleccionará de forma que la velocidad de
circulación del fluido sea inferior a 2 m/s cuando la tubería discurra por locales
habitados y a 3 m/s cuando el trazado sea al exterior o por locales no habitados.
El dimensionado de las tuberías se realizará de forma que la pérdida de carga
unitaria en tuberías nunca sea superior a 40 mm de columna de agua por metro lineal.
PLIEGO DE CONDICIONES
225
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
3. PRUEBAS
El suministrador entregará al usuario un documento-albarán en el que conste el
suministro de componentes, materiales y manuales de uso y mantenimiento de la
instalación. Este documento será firmado por duplicado por ambas partes,
conservando cada una un ejemplar.
Las pruebas a realizar por el instalador serán, como mínimo, las siguientes:
Llenado, funcionamiento y puesta en marcha del sistema.
Se probarán hidrostáticamente los equipos y el circuito de energía auxiliar.
Se comprobará que las válvulas de seguridad funcionan y que las tuberías de
descarga de las mismas no están obturadas y están en conexión con la
atmósfera. La prueba se realizará incrementando hasta un valor de 1,1 veces
el de tarado y comprobando que se produce la apertura de la válvula.
Se comprobará la correcta actuación de las válvulas de corte, llenado, vaciado
y purga de la instalación.
Se comprobará que alimentando (eléctricamente) las bombas del circuito, éstas
entran en funcionamiento.
Se comprobará la actuación del sistema de control y el comportamiento global
de la instalación realizando una prueba de funcionamiento diario, consistente
en verificar, que, en un día claro, las bombas arrancan por la mañana, en un
tiempo prudencial, y paran al atardecer, detectándose en el depósito saltos de
temperatura significativos.
Concluidas las pruebas y la puesta en marcha se pasará a la fase de la
Recepción Provisional de la instalación, no obstante el Acta de Recepción Provisional
no se firmará hasta haber comprobado que todos los sistemas y elementos han
funcionado correctamente durante un mínimo de un mes, sin interrupciones o paradas.
PLIEGO DE CONDICIONES
226
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
4. CONDICIONES DE MONTAJE DE LA INSTALACIÓN SOLAR
TÉRMICA
4.1 GENERALIDADES
La instalación se construirá en su totalidad utilizando materiales y
procedimientos de ejecución que garanticen las exigencias del servicio, durabilidad,
salubridad y mantenimiento.
Se tendrán en cuenta las especificaciones dadas por los fabricantes de cada
uno de los componentes.
Es responsabilidad del suministrador el comprobar la calidad de los materiales
utilizados, cuidando que se ajusten a lo especificado en los documentos de este
proyecto, y el evitar el uso de materiales incompatibles entre sí.
El suministrador será responsable de la vigilancia de sus materiales durante el
almacenaje y el montaje, hasta la recepción provisional.
4.2 PROTECCIÓN
Durante el almacenamiento en la obra y una vez instalados se deberán
proteger todos los materiales de desperfectos y daños, así como de la humedad. Las
aberturas
de
conexión
de
todos
los
aparatos
y
equipos
deberán
estar
convenientemente protegidos durante el transporte, almacenamiento y montaje, hasta
tanto no se proceda a su unión. Las protecciones deberán tener forma y resistencia
adecuada para evitar la entrada de cuerpos extraños y suciedades, así como los
daños mecánicos que puedan sufrir las superficies de acoplamiento de bridas, roscas,
manguitos, etc.
Si es de temer la oxidación de las superficies mencionadas, éstas deberán
recubrirse con pinturas antioxidantes, grasas o aceites que deberán ser eliminados en
el momento del acoplamiento.
PLIEGO DE CONDICIONES
227
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Especial cuidado se tendrá hacia los materiales frágiles y delicados, como
materiales aislantes, aparatos de control y medida, etc., que deberán quedar
especialmente protegidos.
4.3 LIMPIEZA
Durante el curso del montaje de las instalaciones se deberán evacuar de la
obra todos los materiales sobrantes de trabajos efectuados con anterioridad, como
embalajes, retales de tuberías, conductos y materiales aislantes, etc. Asimismo, al final
de la obra, se deberán limpiar perfectamente de cualquier suciedad todas las unidades
terminales, equipos de salas de máquinas, instrumentos de medida y control cuadros
eléctricos, etc., dejándolos en perfecto estado.
4.4 RUIDOS Y VIBRACIONES
Toda instalación debe funcionar, bajo cualquier condición de carga, sin producir
ruidos o vibraciones que puedan considerarse inaceptables.
Las correcciones que deban introducirse en los equipos para reducir su ruido o
vibración deben adecuarse a las recomendaciones del fabricante del equipo y no
deben reducir las necesidades mínimas especificadas en proyecto.
4.5 ACCESIBILIDAD
Los elementos de medida, control, protección y maniobra se deben instalar en
lugares visibles y fácilmente accesibles, sin necesidad de desmontar ninguna parte de
la instalación, particularmente cuando cumpla funciones de seguridad. Los equipos,
válvulas y purgadores deben situarse en emplazamientos que permitan la plena
accesibilidad de todas sus partes a efectos de su mantenimiento, reparación o
desmontaje.
4.6 SEÑALIZACIÓN
Las conducciones de la instalación deben estar señalizadas con franjas, anillos
y flechas dispuestos sobre la superficie exterior de las mismas o de su aislamiento
PLIEGO DE CONDICIONES
228
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
térmico, de acuerdo con lo indicado en UNE 100100. En la sala de máquinas se
dispondrá el código de colores, junto al esquema de principio de la instalación.
4.7 IDENTIFICACIÓN DE LA INSTALACIÓN
Al final de la obra los aparatos, equipos y cuadros eléctricos que no vengan
reglamentariamente identificados con placa de fábrica, deben marcarse mediante una
chapa de identificación, sobre la cual se indicarán el nombre y las características
técnicas del elemento.
La información contenida en las placas debe escribirse en lengua castellana,
con caracteres indelebles y claros, de altura no menor que 5mm. Las placas se
situarán en un lugar visible y se fijarán mediante remaches, soldadura o material
adhesivo resistente a las condiciones ambientales.
4.8 MONTAJE DE CAPTADORES
La instalación permitirá el acceso a los captadores de forma que su desmontaje
sea posible en caso de rotura, pudiendo desmontar cada captador con el mínimo de
actuaciones sobre los demás.
Se evitará que los captadores queden expuestos al sol por períodos
prolongados durante el montaje. En este período las conexiones del captador deben
estar abiertas a la atmósfera, pero impidiendo la entrada de suciedad.
Terminado el montaje, durante el tiempo previo al arranque de la instalación, si
se prevé que éste pueda prolongarse, el suministrador procederá a tapar los
captadores.
4.9 MONTAJE TUBERÍAS Y ACCESORIOS
Generalidades
Antes del montaje, debe comprobarse que las tuberías no estén rotas,
dobladas, aplastadas, oxidadas o dañadas de cualquier manera.
PLIEGO DE CONDICIONES
229
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Se almacenarán en lugares donde estén protegidas contra los agentes
atmosféricos. En su manipulación se evitarán roces, rodaduras y arrastres, que
podrían dañar a la tubería. Las piezas especiales, manguitos, gomas de estanqueidad,
etc. se guardarán en locales cerrados.
Las tuberías se instalan de forma ordenada, disponiéndolas, siempre que sea
posible, paralelas a elementos estructurales de la vivienda salvo las pendientes que
deben darse a los elementos horizontales.
La separación entre la superficie exterior del recubrimiento de una tubería y
cualquier otro elemento será tal que permita la manipulación y el mantenimiento del
aislante térmico, así como de válvulas, purgadores, aparatos de medida y control, etc.
El órgano de mando de las válvulas no deberá interferir con el aislante térmico de la
tubería. Las válvulas roscadas deben estar perfectamente acopladas a las tuberías, de
forma que no haya interferencias entre éstas y el obturador.
En cualquier caso, la distancia mínima de las tuberías o sus accesorios a
elementos estructurales será de 5 cm.
Conexiones
Las conexiones de los equipos y los aparatos a las tuberías se realizarán de tal
forma que entre la tubería y el equipo o aparato no se transmita ningún esfuerzo,
debido al peso propio y las vibraciones. Las conexiones deben ser fácilmente
desmontables a fin de facilitar el acceso al equipo en caso de reparación o sustitución.
Se admiten conexiones roscadas de las tuberías a los equipos o aparatos solamente
cuando su diámetro sea igual o menor que DN 50.
4.10 PRUEBAS DE ESTANQUEIDAD
El procedimiento para efectuar las pruebas de estanqueidad del circuito
primario comprenderá las siguientes fases:
1. Preparación y limpieza de redes de tuberías. Antes de efectuar la prueba de
estanqueidad las tuberías deben ser limpiadas internamente, con el fin de eliminar los
residuos procedentes del montaje, llenándolas y vaciándolas con agua el número de
PLIEGO DE CONDICIONES
230
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
veces que sea necesario. Deberá comprobarse que los elementos y accesorios del
circuito pueden soportar la presión a la que se les va a someter. De no ser así, tales
elementos y accesorios deberán ser excluidos.
2. Prueba preliminar de estanqueidad. Esta prueba se efectuará a baja presión, para
detectar fallos en la red y evitar los daños que podría provocar la prueba de resistencia
mecánica.
3. Prueba de resistencia mecánica. La presión de prueba será 1,5 la presión máxima
de trabajo del circuito primario, con un mínimo de 3 bar, comprobándose el
funcionamiento de las válvulas de seguridad. Los equipos, aparatos y accesorios que
no soporten dichas presiones quedarán excluidos de la prueba. La prueba hidráulica
de resistencia mecánica tendrá la duración suficiente para poder verificar de forma
visual la resistencia estructural de los equipos y tuberías sometidos a la misma.
4. Reparación de fugas. La reparación de las fugas detectadas se realizará
sustituyendo la parte defectuosa o averiada con material nuevo. Una vez reparadas las
anomalías, se volverá a comenzar desde la prueba preliminar. El proceso se repetirá
tantas veces como sea necesario.
PLIEGO DE CONDICIONES
231
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
5. INSTALACIÓN DEL SUELO RADIANTE
5.1 CAJA DE COLECTORES
Los
colectores
distribuidores
de
suelo
radiante
se
colocan
en
las
correspondientes cajas o armarios, las cuáles se empotran en pared.
Para posibilitar la purga de aire de los circuitos emisores, los colectores han de
situarse siempre en un plano más elevado que cualesquiera circuitos a los que den
servicio.
La localización debe ser lo más centrada posible dentro del área a calefactar.
De este modo se minimizará la longitud de tubería desde el colector hasta el local a
calefactar y, con ello, se facilitará la instalación y el equilibrado hidráulico.
Las cajas, dentro de las cuales se colocan los colectores, se empotrarán en un
tabique o muro accesible. Para no distorsionar la estética de la vivienda es común
empotrarlas en zonas ocultas a la vista del usuario tales como fondos de armarios o
aseos. Es necesario que el tabique o muro donde se empotre la caja tenga un espesor
suficiente (15 cm).
5.2 ZÓCALO PERIMETRAL
La misión principal de la banda de espuma de polietileno es absorber las
dilataciones producidas por el mortero de cemento colocado sobre los tubos emisores
debido a su calentamiento/enfriamiento. Así mismo, produce un beneficioso efecto de
aislamiento lateral del sistema.
Se fija a la base de las paredes de todas las áreas a calefactar, desde el suelo
base hasta la cota superior del pavimento.
5.3 FILM DE POLIETILENO
La lámina continua de polietileno se coloca sobre el forjado/solera de los
locales a calefactar.
PLIEGO DE CONDICIONES
232
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Es una barrera antihumedad entre el suelo base y la superficie emisora de
suelo radiante colocada encima, de modo que evita el ascenso por capilaridad de
humedades.
5.4 PANEL AISLANTE
El aislamiento térmico del sistema es imprescindible en cualquier instalación de
calefacción por suelo radiante ya que se minimizan las pérdidas caloríficas inferiores,
lo que implica una drástica reducción del consumo energético y posibilita el control de
las temperaturas ambiente de cada uno de los locales.
Los paneles moldeados también tienen la misión de sujetar las tuberías
emisoras, guiándolas y facilitando el trazado de los circuitos con la separación entre
tubos proyectada.
5.5 CIRCUITOS
Su colocación debe realizarse de acuerdo al estudio técnico previo. Las
directrices básicas son las siguientes:
La distancia entre tubos y el tipo de tubería Wirsbo-evalPEX deben mantenerse
constantes en toda la instalación.
Los circuitos nunca se deben cruzar. Para ello es necesario haber hecho
previamente un plano de localización de circuitos.
Los puntos en los que es evidente el riesgo de perforación de tuberías
emisoras (por ejemplo los desagües y los anclajes al suelo de aparatos en
cuartos húmedos) deben haber sido señalados con anterioridad. Al colocar los
circuitos deben bordearse las zonas adyacentes a esos puntos de riesgo. Si
por cualquier causa un circuito emisor de suelo radiante es agujereado, deberá
sustituirse íntegramente; no se permiten empalmes entre tramos de un circuito
bajo suelo.
En el trazado de las curvas debe prestarse atención a no "pinzar" la tubería,
pues se reduciría su sección.
Todo el proceso de montaje de los circuitos se realiza en frío. No calentar la
tubería pues se destruiría la capa de etilvinil-alcohol que protege a las tuberías
de la difusión de oxígeno.
PLIEGO DE CONDICIONES
233
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
La configuración de los circuitos debe ser tal que las tuberías de ida y retorno
se coloquen una al lado de la otra en todos los tramos del circuito ya que de
esta manera se homogeneizará la temperatura superficial del pavimento. Para
ello se recomienda el trazado en doble serpentín o en espiral. En general se
debe prestar atención a dirigir el caudal de impulsión hacia paredes externas o
hacia otras áreas potencialmente frías.
Se debe empezar el trazado de circuitos por la planta más elevada,
continuando después hacia las plantas inmediatamente más bajas. Esto evita
el pisado continuo de las superficies ya terminadas y el riesgo inherente a este
hecho de posible pinzado de tuberías y/o levantamiento de éstas de su
superficie de agarre.
5.6 COLECTORES
Se debe proceder al montaje de los colectores dentro de la caja metálica para
colectores que ha sido empotrada en pared.
Posteriormente se debe proceder al conexionado de las tuberías emisoras al
colector. La conexión se realiza mediante los adaptadores apropiados para el diámetro
de tubería. Se recomienda utilizar curvatubos para facilitar el acceso de las tuberías al
colector.
5.7 LLENADO DE LA INSTALACIÓN Y PRUEBA DE ESTANQUEIDAD
El proceso de llenado de agua se realiza a través de las llaves de
llenado/vaciado que incorporan los colectores. Se realiza circuito a circuito, abriendo
únicamente la llave manual de uno de los circuitos y cerrando las demás llaves así
como las llaves de corte del colector. Siguiendo esta rutina en cada uno de los
circuitos se asegura la ausencia de bolsas de aire en la instalación durante su puesta
en marcha. La prueba de estanqueidad que especifica el RITE en su ITE 06.4.1 se
realiza con la presión de prueba especificada en la norma (1,5 veces la presión de
trabajo con un mínimo de 6 bar).
5. 8 MORTERO DE CEMENTO
PLIEGO DE CONDICIONES
234
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Una vez colocados los circuitos se vierte el mortero de cemento sobre toda la
superficie calefactable.
El espesor recomendable es de 5 cm medidos a partir de la generatriz superior
de la tubería. Espesores mayores aumentan la inercia térmica del sistema mientras
que espesores menores reducen la capacidad de la loseta de mortero de cemento de
resistencia ante esfuerzos cortantes.
Al agua de amasado de la mezcla de mortero de cemento (cemento, arena y
agua) ha de añadírsele aditivo para mortero. Este líquido consigue un perfecto
contacto entre el mortero y las tuberías emisoras una vez la loseta de mortero de
cemento ha secado, evitando con ello inclusiones de aire que aumentarían la
resistencia térmica del sistema y dificultarían la transmisión de calor.
La proporción adecuada de la mezcla es la siguiente:
-
50 Kg. de cemento.
-
220 Kg. de arena.
-
16 litros de agua de amasado (aprox.).
-
0,3 Kg. de aditivo.
El mortero de cemento debe verterse en sentido longitudinal al trazado de las
tuberías. Debe realizarse el vertido sobre una misma planta de modo continuado,
consiguiendo así un fraguado simultáneo de todo el mortero de una misma planta.
Debe iniciarse el vertido sobre una planta inmediatamente después de haber
concluido la colocación de circuitos, el llenado y la prueba de estanqueidad. Así se
evita la deformación de la capa portante de tuberías debido a su continuo pisado y/o
trasiego de maquinaria. En este sentido se debe iniciar el vertido de mortero sobre la
planta más elevada (planta en la que primero debe concluir la colocación de circuitos)
para, posteriormente, ir a la plantas inmediatamente inferiores.
Debe asegurarse un completo secado de la loseta de mortero de cemento
antes de la colocación del pavimento.
5.9 MONTANTES Y TUBERÍAS DE DISTRIBUCIÓN
PLIEGO DE CONDICIONES
235
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Es la red que, partiendo de sala de calderas, alimenta a los colectores
distribuidores de suelo radiante. Se instala mediante tuberías Wirsbo-evalPEX.
La distribución se realiza, en el caso de viviendas unifamiliares, mediante una
única columna montante ascendente/descendente con derivaciones en T a los
colectores distribuidores de suelo radiante.
Se recomienda la colocación de llaves de equilibrado antes del acceso a
colector cuando el número de colectores sea mayor de uno en el conjunto global de la
instalación.
5.10 GRUPO DE IMPULSIÓN Y GENERADOR DE CALOR
Siempre que el agua de salida del generador de calor tenga una temperatura
superior a la de cálculo de la instalación de suelo radiante debe instalarse, a la salida
del generador un grupo de impulsión.
Éste proporciona el caudal de agua preciso a la temperatura precisa para el
correcto funcionamiento de la instalación mediante la mezcla de agua del generador
de calor y agua de retorno de suelo radiante en una válvula de 3 vías.
Debe comprobarse, una vez instalado el grupo, que la temperatura de
impulsión se corresponde al valor calculado en el estudio técnico previo. Debe
seleccionarse la bomba adecuada a los resultados de caudal y pérdida de carga que
refleja el estudio técnico. De acuerdo a esto ha de comprobarse que el retorno es 10°C
inferior a la de impulsión.
Debe seleccionarse un generador de calor de acuerdo a la potencia útil
calculada en el estudio técnico.
5.11 REGULACIÓN DE TEMPERATURA AMBIENTE
La instalación del sistema de regulación de temperatura ambiente tiene por
misión la consecución de las temperaturas interiores de confort requeridas por el
usuario en cada uno de los espacios habitados.
PLIEGO DE CONDICIONES
236
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CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
La instalación comienza roscando los cabezales electrotérmicos (tantos como
circuitos posea la instalación) sobre los actuadores de las llaves manuales de los
colectores de retorno.
A continuación se instalan los termostatos (uno por cada zona cuya
temperatura se desee controlar de forma independiente) en los recintos cuya
temperatura se desee controlar, a una altura de 1,5 m y alejados de puertas, escaleras
y elementos generadores de calor o frío. Se instalará dentro de cada caja de
colectores:
-
Módulo de regulación.
-
Se instalará fuera de la caja de colectores (1 por colector) un módulo de control
empotrado en pared.
Se procederá a la conexión eléctrica:
- Entre cabezales y Módulo de regulación
- Entre el Módulo de regulación y la bomba
Como paso final de instalación habrá que conectar el módulo de regulación al
Módulo de control.
5.12 PUESTA EN MARCHA DE LA INSTALACIÓN
Equilibrado de los circuitos
De acuerdo a los cálculos técnicos de caudal y pérdida de carga en cada
circuito se realizará el equilibrado de todos los circuitos de la instalación. Para ello se
entrará en el gráfico de equilibrado con los valores de caudal y pérdida de carga de
cada circuito y se girará manualmente el detentor de cada circuito hasta el
correspondiente valor resultante de la gráfica.
PLIEGO DE CONDICIONES
237
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Gráfico de equilibrado hidráulico. Colector Wirsbo Quick&Easy
A continuación se representa una tabla indicando las vueltas del detentor
necesarias en cada circuito para conseguir un correcto equilibrado hidráulico:
caudal
P.
carga Vueltas
Local
Circuito
(l/h)
(mBar)
Estar
C.1.
57,6
29,2
6
Patio Cubierto
C.2.
97,2
74,7
6
Estudio
C.3.
82,8
26,8
7
Cocina
C.4.
100,8
72,4
6
Salón
C.5.
86,4
90,1
5
Dormitorio 1 + Aseo
C.6.
50,4
14,5
6
Dormitorio 2 + Aseo
C.7.
43,2
18,3
5
Dormitorio 3
C.8.
82,8
39,5
6
Baño 3
C.9
46,8
5,8
8
Tabla. Equilibrado de los circuitos
Se realizarán una serie de comprobaciones para asegurar la puesta en marcha
correcta de la instalación. Las más comunes son:
• Agua circulante sin bolsas de aire.
PLIEGO DE CONDICIONES
238
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Si uno de los circuitos retorna frío y en su área calefactada no se logra la temperatura
ambiente deseada y además se escuchan ruidos de circulación de agua, es posible
que este circuito tenga bolsas de aire que dificulten el paso de agua. Para
solucionarlo, cerrar las llaves de todos los circuitos menos el circuito en cuestión y
poner a funcionar la bomba a la máxima velocidad durante un periodo de 1 hora. De
este modo facilitaremos el arrastre de las bolsas de aire y su expulsión a través de los
purgadores automáticos.
• Salto térmico ida/retorno en el colector = 10ºC, medido en los termómetros que
incorporan los colectores de impulsión y de retorno.
Si el salto térmico es mayor significa que la velocidad de la bomba es insuficiente:
aumentar la velocidad de la bomba (seleccionar una velocidad mayor o sustituir la
bomba por otra de mayor potencia). Si el salto térmico es menor significa que la
velocidad de la bomba es excesiva: disminuir la velocidad de la bomba (seleccionar
una velocidad menor o sustituir la bomba por otra de menor potencia o instalar una
válvula extra en la tubería de retorno que aumente la pérdida de carga del sistema).
• Temperatura de retorno idéntica en todos los circuitos de un mismo colector.
Si la temperatura de retorno de alguno de los circuitos es menor o mayor que el resto
significa que el equilibrado de ese circuito no es correcto. Reequilibrar los circuitos o
en su defecto abrir una posición los detentores de los circuitos con una temperatura de
retorno anómalamente baja y cerrar una posición los correspondientes a los circuitos
con una temperatura de retorno excesiva. Repetir esta rutina hasta que la temperatura
de retorno sea idéntica en todos los circuitos.
• Las válvulas de cierre de los circuitos actúan correctamente.
Al dejar de enviar señal los termostatos, los cabezales electrotérmicos deben cerrar
completamente. Si se comprueba que transcurridos 15 minutos sigue circulando agua
por algún circuito significa que el cierre no es correcto. Comprobar que cada cabezal
se ha roscado completamente hasta el final de la carrera de cada actuador del colector
de retorno. Comprobar que las roscas no poseen suciedad o incrustaciones. Así
mismo, al recibir señal los cabezales por parte de los termostatos los vástagos de los
cabezales han de ascender. Si transcurridos 15 minutos de una continua emisión de
PLIEGO DE CONDICIONES
239
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
los termostatos alguno de los vástagos no ha ascendido a la misma cota que los
demás revise la conexión del termostato emisor y compruebe que éste está enviando
corriente a los cabezales. También comprobar que la recepción de la señal es correcta
y que a los cabezales les llega corriente eléctrica.
• Temperatura de confort en todos los recintos
Transcurrido el periodo de calentamiento del suelo base todos los recintos alcanzarán
la temperatura óptima de confort programada para cada uno de ellos. Si algún recinto
no logra dicha temperatura de confort y los puntos anteriores han sido verificados,
revisar la posición del termostato. Comprobar que no se ha situado próximo a puertas,
huecos de escalera u otras superficies potencialmente frías que distorsionen su
medida; o por el contrario, comprobar que no se ha situado próximo a un emisor de
calor.
5.13 MOMENTO ADECUADO PARA LA INSTALACIÓN
En la puesta en obra de un sistema de calefacción por suelo radiante se ha de
buscar el momento idóneo de entrar a la obra, ya que se deben cumplir unos
requisitos mínimos antes de comenzar:
Toda la tabiquería debe estar acabada, ya que son los tabiques los que
delimitan los circuitos de calefacción.
Las redes de fontanería y electricidad han de estar terminadas, ya que los
tramos de ellas que vayan sobre forjado quedan bajo la instalación de suelo
radiante. La red de saneamiento ha de estar presentada pero no instalada, ya
que los sanitarios no deben estar colocados con la excepción de la bañera.
Los tabiques donde van a ir situados los armarios de colectores, que no estén
empotrados, deben tener los yesos o azulejos puestos, ya que una vez
instalados los armarios de colectores no se podrá alicatar o dar yeso detrás.
En el caso de que exista riesgo de heladas, es conveniente no empezar a
instalar hasta que la edificación esté provista de puertas y ventanas.
La superficie de forjado debe encontrarse libre de cascotes, materiales de
construcción y pegotes de yeso o cemento. También ha de estar perfectamente
nivelada.
PLIEGO DE CONDICIONES
240
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
6. HOJAS DE ESPECIFICACIÓN
En este apartado, se establecen las especificaciones de los materiales y
elementos constituyentes del objeto del proyecto. Los elementos de la instalación de
los cuales se ha elaborado una hoja de especificación son los siguientes:
o
Colector solar (Tabla 1).
o
Bomba de circulación del circuito primario (2).
o
Centralita de regulación solar (Tabla 3).
o
Vaso de expansión (Tabla 4).
o
Sondas de temperatura (Tabla 5).
o
Purgador automático (Tabla 6).
o
Caldera de biomasa (Tabla 7).
o
Interacumulador (Tabla 8).
o
Conductos de cobre (Tabla 9).
o
Manómetros (Tabla 10).
o
Válvulas de bola (Tabla 11).
o
Válvulas de retención (Tabla 12).
o
Válvulas de seguridad (Tabla 13).
o
Aislamiento (Tabla 14).
o
Estructura soporte captador (Tabla 15).
o
Válvula de 3 vías motorizada (Tabla 16).
o
Tubería polietileno reticulado (Tabla 17).
o
Colectores (Tabla 18).
o
Caja para colectores (Tabla 19).
o
Paneles portatubos (Tabla 20).
o
Termostato ambiente (Tabla 21).
o
Unidad base (Tabla 22).
o
Display (Tabla 23).
o
Grupo de impulsión (Tabla 24).
PLIEGO DE CONDICIONES
241
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
Instalación Nombre: Colector solar
Marca: Rayosol
solar térmica para agua
caliente
apoyo
sanitaria
a
Modelo: V-19
y
calefacción
mediante suelo radiante.
Función: Transformar la radiación solar en energía térmica.
Datos técnicos:
Imagen:
-
2
Superficie total: 2,03 m
-
Superficie útil: 1,91 m2
-
Capacidad: 4 litros
-
Peso (en vacio): 40 kg
-
Absorción: >0,94
-
Emisividad: <0,07
-
Tonalidad: negro
-
Caudal de fluido por colector:
120l/h
-
Temperatura límite: 120ºC
-
Curva de rendimiento::
η=0,754 - 5,266*(te-ta)/It
Materiales de construcción:
Tratamiento selectivo: cromo negro; Cubierta: vidrio templado; Carcasa: aluminio
anodizado; Aislamiento: fibra de vidrio.
Fluido caloportador:
-
Mezcla acuosa al 20% en masa de propilenglicol (18% en volumen).
-
Punto de Congelación: -7ºC
-
Densidad: 1,017 kg/m3
-
Calor específico: 4.019,3 J/kgºC
-
Viscosidad dinámica: 0,80x10-3 Pa·s
Tabla 1. Hoja de especificaciones del colector solar.
PLIEGO DE CONDICIONES
242
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
Instalación Nombre:
Bomba
de Marca: Grundfos
solar térmica para agua circulación
caliente sanitaria y apoyo
Modelo: UPS-SOLAR 25-
a calefacción mediante
40. UPS-SOLAR 25-60
suelo radiante.
Función: Impulsar el fluido caloportador del circuito primario hacia los colectores y los
serpentines de intercambio.
Datos técnicos:
-
Motor
Imagen
monofásico
con
3
velocidades
-
Tensión: 1x230 V
-
Presión máxima de trabajo: 10 bar
-
Temperatura del líquido:
+2ºC a
+110ºC
Diagrama característico:
Materiales de construcción:
Eje y cojinetes radiales de cerámica; Cojinete de empuje en carbono; Soporte de
cojinete en acero inoxidable; Rotor y carcasa del rotor en acero inoxidable férrico.
Impulsor en material resistente a la corrosión; Carcasa de la bomba en fundición.
Dimensiones:
PLIEGO DE CONDICIONES
243
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tabla 2. Hoja de especificaciones de la bomba de circulación.
PLIEGO DE CONDICIONES
244
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
Instalación Nombre:
Centralita
de Marca: Rayosol
solar térmica para agua regulación.
caliente sanitaria y apoyo
a
calefacción
Modelo: CEP 1201
mediante
suelo radiante.
Función: Recoger información de los diferentes sensores de la instalación solar y
regular el funcionamiento de la misma.
Datos técnicos:
-
Voltaje de entrada: 220/230 V, 50 Hz
-
Consumo de energía: max.4 W.
-
Carga permitida: max.500 W
-
Montaje: En pared o en cuadro.
-
Peso caja de aluminio: 0,420 kg.
Imagen:
Materiales de construcción: Plástico, aluminio
Dimensiones:
125 x 82 x 40 mm.
Tabla 3. Hoja de especificaciones de la centralita de regulación.
PLIEGO DE CONDICIONES
245
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
Instalación Nombre:
Vaso
de Marca: Salvador Escoda
solar térmica para agua expansión
caliente
apoyo
sanitaria
a
y
Modelo: 5 CMF, 12CMF y
calefacción
mediante
35 CMF.
suelo
radiante.
Función: Absorber las variaciones de volumen del fluido caloportador contenido en el
circuito primario o circuito cerrado debido a los cambios de temperatura que este sufre.
Datos técnicos:
-
Imagen:
Vaso de expansión cerrado de
membrana fija
-
Temperatura max.: 130ºC
-
Capacidad: 5, 12 y 35 litros
-
Presión max. de trabajo: 4 bar
-
Peso:
mirar
en
el
apartado
dimensiones.
-
Conexión: ¾‖
-
Gas contenido en la cámara:
nitrógeno
Materiales de construcción: membrana de caucho sintético y carcasa de acero.
Dimensiones:
Tabla 4. Hoja de especificaciones del vaso de expansión.
PLIEGO DE CONDICIONES
246
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: juego de sondas de Marca: Rayosol
caliente temperatura
sanitaria y apoyo a calefacción
mediante suelo radiante.
Modelo: juego de sondas
CEP 1201
Función: Medir la temperatura a la salida
de los colectores y en la parte inferior del
interacumulador y enviar la lectura a la centralita de regulación solar.
Datos técnicos:
-
Sensor de inmersión.
-
Campo de medida: -5ºC a 70 ºC
-
Conexiones: 1‖
-
Rosca de alojamiento del sensor: 1/2‖
-
Longitud vaina: 30 mm
Imagen:
Materiales de construcción: platino
Tabla 5. Hoja de especificaciones de sonda de temperatura.
PLIEGO DE CONDICIONES
247
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: purgadores
Marca: Salvador Escoda
caliente automáticos de los colectores
sanitaria y apoyo a calefacción solares
mediante suelo radiante.
Modelo:
PURG-O-MAT
150 SOLAR
Función: Eliminar las bolsas de aire del circuito primario para el buen funcionamiento de la
instalación.
Datos técnicos:
-
Presión de servicio: 10 bar
-
Presión de prueba: 15 bar
-
Temperatura max.: 150ºC
-
Conexión: 3/8‖
Imagen:
Materiales de construcción: boya de acero inoxidable, cuerpo de latón forjado y juntas de
vitón (caucho sintético).
Componentes:
Tabla 6. Hoja de especificaciones de los purgadores automáticos de los
colectores.
PLIEGO DE CONDICIONES
248
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: caldera de biomasa
Marca: Met Mann
caliente
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: Combi Pack CB
mediante suelo radiante.
28
Función: Suministrar la potencia necesaria para agua caliente sanitaria y calefacción cuando
los colectores no puedan suministrar la suficiente energía.
Datos técnicos:
-
Potencia térmica: 28 kW
-
Rendimiento útil: 90,4 %
-
Producción agua caliente sanitaria: 900 l/h
-
Presión máxima de trabajo: 2,5 bar
-
Posibilidad de funcionar con pellet y con
Imagen:
leña
-
Control electrónico
Materiales de construcción: acero.
Dimensiones:
Tabla 7. Hoja de especificaciones de la caldera de biomasa.
PLIEGO DE CONDICIONES
249
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: Interacumulador
Marca: Rayosol
caliente
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: interacumulador
mediante suelo radiante.
300.
Interacumulador
1000.
Función: Almacenar agua caliente procedente de los colectores.
Datos técnicos:
Imagen:
-
Capacidad: 300 L y 1000 L
-
Presión máx. de trabajo: 6 kg/cm2
-
Conexiones:
Mirar
en
el apartado de
dimensiones.
-
Peso: 46 kg (300 l) y 130 kg (1000 l)
Materiales de construcción: acero inoxidable, aislamiento con poliuretano y funda de skay
amarillo.
Dimensiones:
PLIEGO DE CONDICIONES
250
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Tabla 8. Hoja de especificaciones del Interacumulador.
PLIEGO DE CONDICIONES
251
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: conductos de cobre
Marca: OutoKumpu
caliente
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo:
mediante suelo radiante.
Función: Transportar el fluido de la instalación por todos los circuitos, haciéndolo llegar a
todos los aparatos necesarios.
Datos técnicos:
Imagen:
-
Conductos de cobre sanitario
-
Tubería rígida
-
Color de identificación: rojo
-
Longitud rollo: 15,24 m
Materiales de construcción: conductos de cobre.
Dimensiones:
LARGOS DE 5 M. DURO
LARGOS DE 50 M. RECOCIDO
LARGOS 3 M. SEMIDURO
12x0,8 mm
12x0,8 mm
12X1,0 mm
15x0,8 mm
15x0,8 mm
15x1,0 mm
18x0,8 mm
18x0,8 mm
18x1,0 mm
22x0,9 mm
6x1,0 mm
22x1,1 mm
28x0,9 mm
8x1,0 mm
28x1,1 mm
6x1,0 mm
10x1,0 mm
8x1,0 mm
12x1,0 mm
10x1,0 mm
15x1,0 mm
12x1,0 mm
18x1,0 mm
15x1,0 mm
22x1,0 mm
18x1,0 mm
15x1,5 mm
22x1,0 mm
18x1,5 mm
28x1,0 mm
22x1,5 mm
Tabla 9. Hoja de especificaciones de los conductos de cobre.
PLIEGO DE CONDICIONES
252
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: Manómetro
Marca: Salvador Escoda
caliente
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: IM 30 503
mediante suelo radiante.
Función: Medir la presión existente en diferentes puntos del sistema.
Datos técnicos:
-
Manómetro de aguja de conexión radial.
-
Campo de medida: 0-400 kPa
-
Precisión: ±2,5%
-
Conexión: 1/2‖
-
Presión estática de servicio: 10-75% fondo
Imagen:
escala
-
Presión dinámica de servicio: 10-66% fondo
escala
-
Presión máxima: 75-100% fondo escala
-
Temperatura ambiente de trabajo:-20– 60ºC
-
Temperatura del fluido de trabajo: -2 – 60ºC
-
Sobrepresión máxima: 125% fondo escala
Materiales de construcción: caja de acero negro, esfera de aluminio blanco, aguja de
aluminio negro, visor de policarbonato, elementos de medida de aleación de cobre y perno de
conexión de aleación de cobre.
Dimensiones:
Tabla 10. Hoja de especificaciones de los manómetros.
PLIEGO DE CONDICIONES
253
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: Válvula de bola
Marca: Salvador Escoda
caliente
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: ¾ ―, 1‖, 1-1/4‖
mediante suelo radiante.
Función: Interrumpir manualmente el paso del fluido en determinados puntos del circuito.
Datos técnicos:
-
Estanqueidad por anillas de teflón
-
Giro de cierre-apertura: 90º
-
Conexiones: variables
-
Temperatura mínima: -15ºC
-
Temperatura máxima: 150 ºC
-
Ciclos cierre-apertura: 100.000
Imagen:
Materiales de construcción: cuerpo de latón estampado OT-58 cromado, bola de latón
cromado pulido, anillos de cierre de teflón (PTFE), eje de latón estampado y palanca de acero
cincado y pintado.
Dimensiones:
Tabla 11. Hoja de especificaciones de las válvulas de bola.
PLIEGO DE CONDICIONES
254
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: Válvula de retención
Marca: Salvador Escoda
caliente
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: ¾ ―, 1‖.
mediante suelo radiante.
Función: Garantizar el sentido de circulación del fluido por los circuitos hidráulicos.
Datos técnicos:
-
Temperatura de trabajo: -20 a 100 ºC
-
Presión máxima: ver tabla
-
Posición trabajo: cualquiera.
Imagen:
Materiales de construcción: cuerpo de latón estampado, embolo de nylon, asiento NBR
(nitrilo), muelle acero inoxidable.
Dimensiones y presiones:
Tabla 12. Hoja de especificaciones de las válvulas de retención.
PLIEGO DE CONDICIONES
255
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: Válvula de seguridad
Marca: Salvador Escoda
caliente
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: ¾ ―, 1‖, 1-1/4‖
mediante suelo radiante.
Función: Evitar que la presión de circuito llegue a un valor peligroso para los elementos de la
instalación, evacuando el fluido circulante cuando se dé este caso.
Datos técnicos:
-
Válvulas
Imagen:
de
seguridad
de
membrana
elastomérica para instalaciones de energía
solar.
-
Apta para mezcla agua/glicol 50%.
-
Presión nominal: 16 bar
-
Campo de regulación: 2 a 8 bar
-
Temperatura máxima: 150° C
Materiales de construcción: Cuerpo: latón, campana: latón, obturador: PTFE (teflón), muelle:
acero tratado, tornillo de regulación y contratuerca: latón.
Dimensiones(mm):
Tabla 13. Hoja de especificaciones de las válvulas de seguridad.
PLIEGO DE CONDICIONES
256
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: Aislamiento de los Marca: Thisa
caliente conductos.
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: UV PLUS
mediante suelo radiante.
Función: Aislar térmicamente los conductos de la instalación.
Datos técnicos:
-
Temperatura de utilización: -45ºC a 125 ºC
-
Temperatura máxima temporal: 150 ºC
-
Densidad: 60 – 75 Kg/m3
-
Coeficiente conductividad térmica:
Imagen:
a 0ºC: 0,035 W /(m*K)
a + 10ºC: 0,035 W /(m*K)
a + 20ºC: 0,036 W /(m*K)
a + 30ºC: 0,037 W /(m*K)
a + 40ºC: 0,039 W /(m*K)
-
Color: blanco
-
Olor: neutro
-
Resistencia a los microorganismos: muy buena
-
Resistencia a UV y a la intemperie: excelente
-
Reacción al fuego: Clase 1, M1
Materiales de construcción: Espuma elastomerica, basada en caucho sintético, con
recubrimiento de lamina de aluminio. Con protección TRIPLEX (Aluminio con una capa de
Polysester).
Dimensiones típicas: Espesor de pared 19, 25 y 30 mm. Longitud de la tubería 95 cm.(+ 5
cm)
Tabla 14. Hoja de especificaciones del aislamiento de los conductos.
PLIEGO DE CONDICIONES
257
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: Estructura soporte Marca: Rayosol
caliente para un colector solar
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo:
mediante suelo radiante.
galvanizado V19
Soporte
Función: Mantener la inclinación adecuada de los colectores sobre la estructura metálica.
Datos técnicos:
Imagen:
-
Peso: 2 Kg
-
Uniones
mediante
placas
de
fijación,
tuercas y arandelas.
Materiales de construcción: Soporte: galvanizado; tornillería: acero inoxidable.
Dimensiones(mm):
Tabla 15. Hoja de especificaciones de la estructura soporte para un captador
solar.
PLIEGO DE CONDICIONES
258
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: Válvula de 3 vías Marca: Salvador Escoda
caliente motorizada
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: SF
mediante suelo radiante.
Función: permitir el paso del fluido hacia una dirección u otra en función de la temperatura de
este.
Datos técnicos:
-
Presión nominal PN: 10 Kg/cm2
-
Temperatura fluido: +5 ÷ 110°C.
-
Máx. Temperatura ambiente: 60°C.
-
Tiempo apertura nominal: 20 seg.
-
Tiempo de cierre nominal: 6 seg
Imagen:
Materiales de construcción: cuerpo de la válvula: latón; cubierta de la válvula: latón; perno
portaesfera: latón; obturador a esfera: EPDM.; muelle de retorno: acero inox.; tapa servomotor:
ABS.
Dimensiones(mm):
Tabla 16. Hoja de especificaciones de válvula de 3 vías motorizadas.
PLIEGO DE CONDICIONES
259
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: Tubería de
Marca: Uponor
caliente polietileno reticulado
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: Uponor
mediante suelo radiante.
evalPEX,
Función: conducción de agua caliente en circuitos cerrados para la calefacción de la vivienda
Características:
-
Estanqueidad al oxígeno.
-
Alta resistencia a la erosión.
-
No se oxidan.
-
Las fuerzas de expansión son muy bajas.
-
Bajo coeficiente de fricción.
-
Peso muy reducido: 1 Rollo de 200 m. De
Imagen:
UPONOR evalPEX 16x1,8 pesa 17,6 Kg.
-
Flexibilidad y suministro en rollo.
Materiales de construcción: Polietileno reticulado. Delgada capa de etilvinil-alcohol.
Dimensiones (mm): tuberías emisoras (UPONOR evalPEX 9,9x1,1, 16x1,8, 17x2 ó 20x1,9
mm.); en montantes y tuberías de distribución (UPONOR evalPEX 25x2,3 hasta UPONOR
evalPEX 110 x10 mm.).
Tabla 17. Hoja de especificaciones de la tubería de polietileno reticulado.
PLIEGO DE CONDICIONES
260
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: colector
Marca: Uponor
caliente
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: Uponor colector
mediante suelo radiante.
básico
Función: distribuir el agua procedente del generador de calor hacia los diferentes circuitos de
los locales a calefactar
Datos técnicos
-
Dimensiones de conexión: hembra - G1
-
Máx. temperatura de operación: 60ºC
-
Máx. presión de operación: 6 bar
-
Máx. presión de prueba (máx. 24 h. = 30ºC):
Imagen:
10 bar
-
Máximo caudal del colector: 3,5 m3/h
-
Tamaños disponibles: 2 - 12 circuitos
Materiales de construcción: Poliamida
Tamaños disponibles: 2-12 circuitos
Tabla 18. Hoja de especificaciones del colector
PLIEGO DE CONDICIONES
261
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: caja para colectores
Marca: Uponor
caliente
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: Uponor caja de
mediante suelo radiante.
colectores
Función: soportar los colectores y ocultarlos de forma que queden registrables en un entorno
visual favorable.
Imagen:
Materiales de construcción: metal
Dimensiones:
Tabla 19. Hoja de especificaciones de la caja del colector
PLIEGO DE CONDICIONES
262
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: paneles portatubos
Marca: Uponor
caliente
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo:
mediante suelo radiante.
tetones
Uponor
panel
Función: aislar térmicamente el sistema y también tienen la misión de sujetar las tuberías
emisoras, guiándolas y facilitando el trazado de los circuitos con la separación entre tubos
proyectada.
Datos técnicos:
-
Imagen:
Panel moldeado de poliestireno expandido
(EPS) de 11 mm de altura tiene una
densidad de 30 Kg/m3 y una resistencia
máxima a la compresión de 200 KPa.
-
Lámina
portatubos
de
poliestireno
termoconformado (PE), que permite la unión
de los paneles por solape en sus extremos,
con espesor de 0.7 ± 0.1 mm. y densidad de
1.03-1.07 g/cm3
Materiales de construcción: el panel moldeado: poliestireno expandido (EPS); Una lámina
portatubos de poliestireno termoconformado (PE),
Dimensiones(mm): 960x640x24 mm
Tabla 20. Hoja de especificaciones de los paneles portatubos
PLIEGO DE CONDICIONES
263
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: Termostato
Marca: Uponor
caliente transmisor
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: Uponor
mediante suelo radiante.
Termostato
Función: enviar las señales vía radio tanto de las temperaturas de consigna como de la
medida a la unidad base.
Características:
-
Marca CE
-
Fuente de alimentación: 2 pilas alcalinas
Imagen:
AAA 1.5V
-
Voltaje: 2.2V a 3.6V
-
Temperatura de funcionamiento: De 0ºC a
45ºC
-
Temperatura de almacenamiento: de -10ºC
a +65ºC
-
Frecuencia de radio: 868.3 MHz
Tabla 21. Hoja de especificaciones del termostato
PLIEGO DE CONDICIONES
264
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: Unidad Base
Marca: Uponor
caliente
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: Uponor Unidad
mediante suelo radiante.
Base
Radio
control
system
Función: utiliza la información de los termostatos para abrir o cerrar los cabezales
electrotérmicos individuales de cada estancia
Características:
-
Imagen:
Recibe y transforma las señales de radio de
los termostatos
-
Cuenta con una alta resistencia frente a
interferencias
-
Hasta 14 actuadores 24 V
-
Temperatura de funcionamiento: De 0ºC a
55ºC
-
Temperatura de almacenamiento: de -20ºC
a +70ºC
-
Consumo: 70W con carga máxima
Tabla 22. Hoja de especificaciones de la unidad base
PLIEGO DE CONDICIONES
265
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: Display
Marca: Uponor
caliente
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: Uponor Display
mediante suelo radiante.
Función: interface del sistema de climatización
Datos técnicos:
-
Imagen:
Temperatura de funcionamiento: De 0ºC a
+55ºC
-
Temperatura de almacenamiento: De -20ºC
a +70ºC
-
Consumo: 1W máx.
Tabla 23. Hoja de especificaciones del display
PLIEGO DE CONDICIONES
266
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Proyecto:
térmica
Instalación
para
agua
solar Nombre: Grupo de impulsión
Marca: Uponor
caliente
sanitaria y apoyo a calefacción
Modelo: Uponor Grupo
mediante suelo radiante.
de impulsión 45N
Función: mezclar el agua proveniente de la caldera con el agua de retorno mediante una
válvula de 3 vías para obtener la temperatura óptima del agua de impulsión para el
funcionamiento del suelo radiante.
Datos técnicos:
Imagen:
Válido hasta 250m2.
Kit de impulsión formado por:
- circulador UPS 25-60,
- válvula mezcladora 2 vías 1‖,
- conexión a la caldera de 1‖,
- conexión a colector 1‖ by-pass.
Esquema de principio:
Tabla 24. Hoja de especificaciones del grupo de impulsión
PLIEGO DE CONDICIONES
267
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
C) PRESUPUESTO
PRESUPUESTO
268
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1. PRESUPUESTO DE LAS PARTIDAS
1.1 PRESUPUESTO DE LA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA AGUA
CALIENTE SANITARIA
CONCEPTO
UNIDAD
€/und
CANTIDAD IMPORTE
Colector solar Rayosol V19
Un.
727,20
2
1454,40
Fluido caloportador ESCOGLICOL PLUS
L
5,20
2
10,40
Tuberías de cobre 15 mm
M
4,00
82,90
331,60
Tuberías de cobre 28 mm
M
8,17
5
40,85
Aislamiento Thisa 25x15 mm
M
7,76
56,4
437,66
Aislamiento Thisa 30x15 mm
M
10,26
31,7
325,24
Aislamiento Thisa 25x28 mm
M
12,41
5
62,05
Cinta adhesiva de aluminio blanco
M
0,23
87,90
20,21
Bomba de circulación Grundfos UPS solar 25-40
Un.
367,00
1
367,00
Vaso de expansión Salvador Escoda 5l
Un.
29,90
1
29,90
Centralita de regulación Solar Rayosol CEP1201
Un.
170,00
1
170,00
Juego sondas Rayosol
Un.
51,00
1
51,00
Manómetro Salvador Escoda (0-4 bares)
Un.
5,56
1
5,56
Válvula de seguridad Salvador Escoda 15 mm
Un.
25,00
1
25,00
Válvula de seguridad Salvador Escoda 18 mm
Un.
38,93
1
38,93
Purgador Salvador Escoda
Un.
27,30
1
27,30
Válvula de esfera Salvador Escoda 15 mm
Un.
11,95
6
71,70
Válvula de esfera Salvador Escoda 28 mm
Un.
29,14
2
58,28
Válvula de retención Salvador Escoda 15 mm
Un.
9,24
1
9,24
Interacumulador Rayosol 300l
Un
1598,00
1
1598,00
TOTAL 5134,32
En las tuberías de cobre se incluye la parte proporcional de los accesorios.
En los captadores solares se incluye soportes, manguitos de conexión, codos, tapones,
válvulas de descarga y válvula de seguridad.
Tabla 1. Presupuesto de la instalación solar térmica para agua caliente sanitaria.
PRESUPUESTO
269
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.2
PRESUPUESTO
DE
LA
INSTALACIÓN
SOLAR
TÉRMICA
PARA
CALEFACCIÓN
CONCEPTO
UNIDAD
€/und
CANTIDAD
IMPORTE
Colector solar Rayosol V19
Un.
727,20
8
5817,60
Fluido caloportador
L
5,20
6,4
33,28
Tuberías de cobre 22 mm
M
4,84
88,1
426,40
Aislamiento Thisa 25x22 mm
M
8,79
56,4
495,75
Aislamiento Thisa 30x22 mm
M
11,66
31,7
369,62
Cinta adhesiva de aluminio blanco Thisa
M
0,23
88,1
20,26
Bomba de circulación Grundfos UPS solar 25-60
Un.
477,00
1
477,00
Vaso de expansión Salvador Escoda 12l
Un.
36,40
1
36,40
Centralita de regulación Solar Rayosol CEP1201
Un.
170,00
1
170,00
Juego sondas Rayosol
Un.
51,00
1
51,00
Manómetro Salvador Escoda (0-4 bares)
Un.
5,56
1
5,56
Válvula de seguridad Salvador Escoda 22 mm
Un.
77,40
2
154,80
Purgador Salvador Escoda
Un.
27,30
1
27,30
Válvula de esfera Salvador Escoda 22 mm
Un.
26,14
6
156,84
Válvula de esfera Salvador Escoda 32 mm
Un.
35,72
2
71,44
Válvula de retención Salvador Escoda 22 mm
Un.
29,07
1
29,07
Interacumulador Rayosol 1000 l
Un.
4013,00
1
4013,00
Válvula de 3 vías monitorizada (con sondas)
Un.
500,74
1
500,74
TOTAL 12856,02
En las tuberías de cobre se incluye la parte proporcional de los accesorios.
En los captadores solares se incluye soportes, manguitos de conexión, codos, tapones,
válvulas de descarga y válvula de seguridad.
Tabla 2. Presupuesto de la instalación solar térmica para calefacción.
PRESUPUESTO
270
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.3 PRESUPUESTO DE LA CALDERA DE BIOMASA
CONCEPTO
UNIDAD
€/und
CANTIDAD
IMPORTE
Caldera de biomasa Metmann Combipack 28kW
Un.
7337,40
1
7337,40
TOTAL 7337,40
Tabla 3. Presupuesto caldera biomasa.
PRESUPUESTO
271
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
1.4 PRESUPUESTO DE LA CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE
CONCEPTO
UNIDAD
€/und
CANTIDAD
IMPORTE
Tubería Wirsbo eval-PEX
M
2,13
756,3
1610,92
Kit colector 2 salidas Uponor
Un.
257,04
3
771,12
Módulo básico 1 salida Uponor
Un
54,92
3
164,76
Paneles portatubos Uponor
Un.
20,00
9
180,00
Zócalo perimetral Uponor
M
1,78
300
534,00
Film de polietileno Uponor
M2
1,00
135
135,00
Caja metálica para colectores
Un
101,55
3
304,65
Sistema de regulación Wirsbo Genius
Un.
573,60
1
573,60
Termostato transmisor Uponor
Un
35,00
8
280,00
Cabezal electrotérmico Uponor
Un.
50,12
9
451,08
Grupo de impulsión Wirsbo 22N
Un.
784,52
1
784,52
Válvula de 3 vías monitorizada (con sondas)
Un.
500,74
1
500,74
Vaso de expansión 32 l Salvador Escoda
Un.
78,00
1
78,00
TOTAL 6368,39
Tabla 4. Presupuesto del sistema de calefacción por suelo radiante.
1.5 RESUMEN DE LOS PRESUPUESTOS
IMPORTE €
IMPORTE (+ IVA)
Instalación solar térmica ACS
5134,32
5955,81
Instalación solar térmica calefacción
12856,02
14912,98
Caldera de biomasa
7337,40
8.511,38
Calefacción por suelo radiante
6368,39
7.387,33
Tabla 5. Resumen de los presupuestos.
PRESUPUESTO
272
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
2. PRESUPUESTO GENERAL
MEDICIÓN:
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA
PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y APOYO A
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE HIDRÁULICO.
CANTIDAD
1101
PRECIO UNITARIO
TOTAL
CAPTADORES SOLARES PLANOS.
Captadores solares planos homologados, marca RAYOSOL, modelo V-19 de
las siguientes características: caja de aluminio anodizado H-14 1050
monopieza, aislamiento térmico en fibra de vidrio de 50 mm de espesor en
parte inferior y de 20
mm en laterales, alma
de cobre electrolítico,
emparrillado formado por tubos de cobre electrolítico de diámetro 28 mm en
colectores horizontales y 15 mm
en verticales,
embutidos en la chapa
captadora en un 75%, tratamiento superficial con alto índice de absorción y
estabilizado U.V, cristal templado tipo Carglass solar de bajo contenido en Fe
con un espesor de 3,8 mm. Instalado totalmente, incluido incluso soportes
tubulares simples, manguitos de conexión, codos, sensores, tapones y
conjuntos de válvulas de descarga y seguridad.
TOTAL PARTIDA
1102
10
727,20
7.272,00.-€.
5.20
43,68.-€.
FLUIDO CALOPORTADOR.
Fluido caloportador Salvador Escoda.
TOTAL PARTIDA
1201
8,4
DEPÓSITO 1000 L.
Depósito acumulador para agua caliente de 1000 litros de capacidad, marca
RAYOSOL, de las siguientes características: depósito acumulador vertical
PRESUPUESTO
273
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
CANTIDAD
PRECIO UNITARIO
TOTAL
fabricado en acero inoxidable AISI-316 con embocadura del mismo material,
aislado térmicamente con espuma de poliuretano flexible de 50 mm de
espesor y acabado con funda de skay y una presión de trabajo de 6 Kg/cm2
de dimensiones: altura = 2140 mm, diámetro = 930 mm y peso = 113 Kg.
Protección catódica. Incluyendo parte proporcional de accesorios. Totalmente
instalada.
TOTAL PARTIDA
1202
1
4.013,00
4.013,00.-€
DEPÓSITO 300 L.
Depósito acumulador para agua caliente de 300 litros de capacidad, marca
RAYOSOL, de las siguientes características: depósito acumulador vertical
fabricado en acero inoxidable AISI-316 con embocadura del mismo material,
aislado térmicamente con espuma de poliuretano flexible de 50 mm de
espesor y acabado con funda de skay y una presión de trabajo de 6 Kg/cm2
de dimensiones: altura = 1320 mm, diámetro = 700 mm y peso = 33 Kg.
Protección catódica. Incluyendo parte proporcional de accesorios. Totalmente
instalada.
TOTAL PARTIDA
1301
1
1.598,00
1.598,00.-€.
CALDERA BIOMASA.
Caldera para calefacción y Agua Caliente Sanitaria con funcionamiento a
base de pellets con las siguientes características: potencia nominal 28 Kw,
rendimiento térmico 90,4%, depósito de agua caliente sanitaria incorporado
de 150 litros de capacidad, capacidad de pellets de 260 Kg, dimensiones en
mm
(anchoxfondoxalto)
1202x990x1569;
marca
MET
MANN,
gama
COMBIPACK, modelo CB-28/400. Totalmente instalada.
TOTAL PARTIDA
PRESUPUESTO
1
7.337,40
7.337,40.-€.
274
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
CANTIDAD
1401
PRECIO UNITARIO
TOTAL
TUBERÍA COBRE DE 15/13 mm.
Tubería de cobre de 15 mm diámetro exterior y un espesor de 1 mm.
Incluyendo parte proporcional de accesorios (codos, tes, etc.). Totalmente
instalada.
TOTAL PARTIDA
1402
82,90
4,00
331,60.-€.
TUBERÍA COBRE DE 22/20 mm.
Tubería de cobre de 22 mm diámetro exterior y un espesor de 1 mm.
Incluyendo parte proporcional de accesorios (codos, tes, etc.). Totalmente
instalada.
TOTAL PARTIDA
1403
88,1
4,84
426,40.-€.
TUBERÍA COBRE DE 28/26 mm.
Tubería de cobre de 28 mm diámetro exterior y un espesor de 1 mm.
Incluyendo parte proporcional de accesorios (codos, tes, etc.). Totalmente
instalada.
TOTAL PARTIDA
1501
5
8,17
40,85.-€.
TUBERÍAS POLIETILENO RETICULADO.
Tuberías UPONOR WIRSBO-EVALPEX, fabricadas en Polietileno reticulado de
16 mm de diámetro. El método de fabricación confiere la máxima flexibilidad a
las tuberías de polietileno reticulado, sin influir en su resistencia mecánica. Las
tuberías Uponor-Wirsbo-evalPEX poseen una barrera antidifusión de oxígeno.
Esta barrera consiste en una delgada película de etilvinil-alcohol (eval) aplicada
sobre el tubo base que impide la entrada de oxígeno a la instalación, con lo que
se evita la oxidación continua de partes metálicas. Totalmente instalada
incluyendo parte proporcional a accesorios, codos, tes, etc.
PRESUPUESTO
275
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
CANTIDAD
TOTAL PARTIDA
1502
756,3
PRECIO UNITARIO
2,13
TOTAL
1.609,00.-€.
PANELES PORTATUBOS.
Paneles portatubos UPONOR.
TOTAL PARTIDA
1503
9
20,00
180,00.-€.
1,00
135,00.-€.
1,78
533,40.-€.
FILM DE POLIETILENO.
Film de polietileno UPONOR.
TOTAL PARTIDA
1504
135
ZÓCALO PERIMETRAL.
Zócalo perimetral UPONOR.
TOTAL PARTIDA
1505
300
DISTRIBUIDORES.
Kit colector básico 2 salidas, marca UPONOR, para suelo radiante hidráulico
fabricados en polisulfona que comprende válvulas de paso, termómetros,
purgadores, llaves de llenado, llaves de vaciado, tapones y soportes.
Circuitos según planos. Totalmente instalado.
TOTAL PARTIDA
1506
3
257,04
771,12.-€.
DISTRIBUIDORES.
PRESUPUESTO
276
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
CANTIDAD
PRECIO UNITARIO
TOTAL
Módulo básico 1 salida UPONOR para suelo radiante hidráulico fabricados en
polisulfona.
TOTAL PARTIDA
1507
3
54,92
164,76.-€.
CAJA PARA COLECTORES.
Caja metálica para UPONOR colector plástico de 2 a 12 salidas. Profundidad
entre 90 y 130 mm.
TOTAL PARTIDA
1508
3
101,55
304,65.-€.
CABEZALES ELECTROTÉRMICOS.
Cabezales electrotérmicos para regulación individual de temperatura para las
distintas estancias a calefactar. Válvula de regulación del sistema
termostático que actúa sobre el retorno de cada circuito, controlando el
caudal de recirculación en función de la señal de un termostato ambiente.
Marca WIRSBO, modelo Wirsbo Q&E. Medida totalmente instalada.
TOTAL PARTIDA
1509
9
50,12
451,10.-€.
TERMOSTATO AMBIENTE.
Termostato digital para la regulación de temperaturas para las distintas
estancias. Marca WIRSBO, modelo Comfort System. Medida totalmente
instalada.
TOTAL PARTIDA
1510
8
35,00
280,00.-€.
SISTEMA DE REGULACIÓN.
Sistema de regulación WIRSBO GENIUS. Medida totalmente instalada.
PRESUPUESTO
277
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
CANTIDAD
TOTAL PARTIDA
1511
1
PRECIO UNITARIO
573,60
TOTAL
573,60.-€.
GRUPO DE IMPULSIÓN.
Kit de impulsión premontado formado por circulador UPS 15-60, válvula
mezcladora 2 vías con sonda de impulsión, conexión a caldera ¾‖,
termómetro, conexión a colector 1‖ y by-pass. Marca WIRSBO, modelo 22 N.
Medida totalmente instalada.
TOTAL PARTIDA
1
784,52
784,52.-€.
1601 VÁLVULA DE ESFERA.
Válvula de esfera de 15 mm diámetro; marca SALVADOR ESCODA, tuerca
en acero inoxidable AISI 304; eje con junta de Vitón y anillo de PTFE (Teflón)
reforzado con grafito para altas temperaturas de -30°C a +180°C; fluido
utilizable: agua y soluciones de glicol (hasta 50%); Mando: Acero con
recubrimiento de epoxi; Asientos: Teflón de alta resistencia térmica; Juntas
tóricas: Elastómero de alta resistencia térmica.
TOTAL PARTIDA
1602
6
11,95
71,70.-€.
VÁLVULA DE ESFERA.
Válvula de esfera de 22 mm diámetro, marca SALVADOR ESCODA; tuerca
en acero inoxidable. AISI 304; eje con junta de Vitón y anillo de PTFE
(Teflón) reforzado con grafito para altas temperaturas de -30°C a +180°C;
fluido utilizable: agua y soluciones de glicol (hasta 50%); Mando: Acero con
recubrimiento de epoxi; Asientos: Teflón de alta resistencia térmica; Juntas
tóricas: Elastómero de alta resistencia térmica.
TOTAL PARTIDA
1603
6
26,14
156,84.-€.
VÁLVULA DE ESFERA.
PRESUPUESTO
278
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
CANTIDAD
PRECIO UNITARIO
TOTAL
Válvula de esfera de 28 mm diámetro, marca SALVADOR ESCODA; tuerca
en acero inoxidable. AISI 304; eje con junta de Vitón y anillo de PTFE
(Teflón) reforzado con grafito para altas temperaturas de -30°C a +180°C;
fluido utilizable: agua y soluciones de glicol (hasta 50%); Mando: Acero con
recubrimiento de epoxi; Asientos: Teflón de alta resistencia térmica; Juntas
tóricas: Elastómero de alta resistencia térmica.
TOTAL PARTIDA
1604
2
29,14
58,28.-€.
VÁLVULA DE ESFERA.
Válvula de esfera de 32 mm diámetro, marca SALVADOR ESCODA; tuerca
en acero inoxidable AISI 304; eje con junta de Vitón y anillo de PTFE (Teflón)
reforzado con grafito para altas temperaturas de -30°C a +180°C; fluido
utilizable: agua y soluciones de glicol (hasta 50%); Mando: Acero con
recubrimiento de epoxi; Asientos: Teflón de alta resistencia térmica; Juntas
tóricas: Elastómero de alta resistencia térmica.
TOTAL PARTIDA
1605
2
35,72
71,45.-€.
VÁLVULA DE RETENCIÓN.
Válvula de retención de 15 mm de diámetro nominal, marca SALVADOR
ESCODA; Cuerpo: Latón;
Disco: Latón; Campana de disco: Acero
inoxidable; Junta Cierre: NBR; Muelle: Acero inoxidable AISI 304;
Temperatura máxima: 90°C.
TOTAL PARTIDA
1606
1
9,24
9,24.-€.
VÁLVULA DE RETENCIÓN.
Válvula de retención de 22 mm de diámetro nominal, marca SALVADOR
ESCODA; Cuerpo: Latón; Disco: Latón; Campana de disco: Acero
PRESUPUESTO
279
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
CANTIDAD
PRECIO UNITARIO
TOTAL
inoxidable; Junta Cierre: NBR; Muelle: Acero inoxidable AISI 304;
Temperatura máx.: 90°C.
TOTAL PARTIDA
1607
1
29,07
29,07.-€.
VÁLVULA DE SEGURIDAD.
Válvula de seguridad de 15 mm de diámetro nominal, marca SALVADOR
ESCODA; Campana: Latón; Pie: Latón; Obturador: Teflón; regulables de 2 a
8 bares.
TOTAL PARTIDA
1608
1
25,00
25,00.-€.
VÁLVULA DE SEGURIDAD.
Válvula de seguridad de 18 mm de diámetro nominal, marca SALVADOR
ESCODA; Campana: Latón; Pie: Latón; Obturador: Teflón; regulables de 2 a
8 bares.
TOTAL PARTIDA
1609
1
38,93
38,93.-€.
VÁLVULA DE SEGURIDAD.
Válvula de seguridad de 22 mm de diámetro nominal, marca SALVADOR
ESCODA; Campana: Latón; Pie: Latón; Obturador: Teflón; regulables de 2 a
8 bares.
TOTAL PARTIDA
1610
1
77,40
77,40.-€.
VÁLVULA DE TRES VÍAS.
Válvulas de 3 vías con asiento motorizada con conexiones roscadas de 32
mm de diámetro, marca SALVADOR ESCODA; cuerpo en bronce; Asiento en
acero inoxidable; Presión máxima PN16; Temperatura de trabajo: -20 a 150.
PRESUPUESTO
280
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
CANTIDAD
TOTAL PARTIDA
1611
PRECIO UNITARIO
2
500,74
TOTAL
1001,49.-€.
MANÓMETRO
Manómetro, marca Salvador Escoda, medible entre 0 y 4 bares.
TOTAL PARTIDA
1612
2
5,56
11,13.-€.
27,30
54,60.-€.
PURGADOR
Purgador, marca Salvador Escoda.
TOTAL PARTIDA
1701
2
BOMBA DE CIRCULACIÓN.
Bomba de circulación marca GRUNDFOS, modelo SOLAR 25-40 para
instalación con presión y temperatura máxima de 10 bar y 110ºC
respectivamente, constituido por motor de rotor encapsulado, selector de 3
velocidades, incluso válvulas, accesorios y pequeño material, completamente
montada, probada y funcionando.
TOTAL PARTIDA
1702
1
377,00
377,00.-€.
BOMBA DE CIRCULACIÓN.
Bomba de circulación marca GRUNDFOS, modelo SOLAR 25-60 para
instalación con presión y temperatura máxima de 10 bar y 110ºC
respectivamente, constituido por motor de rotor encapsulado, selector de 3
velocidades, incluso válvulas, accesorios y pequeño material, completamente
montada, probada y funcionando.
TOTAL PARTIDA
PRESUPUESTO
1
477,00
477,00.-€.
281
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
CANTIDAD
1801
PRECIO UNITARIO
TOTAL
CONTROLADOR DE TEMPERATURA.
Centralita de regulación para circuitos solares, marca RAYOSOL, modelo
CEP 1201, incluyendo juego de sondas. Medida totalmente instalada.
TOTAL PARTIDA
1802
2
221,00
442,00.-€.
TERMOSTATOS DE INMERSIÓN.
Termostato de inmersión, marca SALVADOR ESCODA. Medida totalmente
instalada, probada y funcionando.
TOTAL PARTIDA
1901
4
61,00
244,00.-€.
VASO DE EXPANSIÓN.
Vaso de expansión, de 5 litros de capacidad, marca SALVADOR ESCODA,
circular con membrana fija de butilo adaptado para uso sanitario. Presión
máxima 10 bares; Temperatura máxima 99ºC. El vaso se suministra
precargado a 2 bares. Accesorios y pequeño material, completamente
montado, probado y funcionando.
TOTAL PARTIDA
1902
1
29,90
29,90.-€.
VASO DE EXPANSIÓN.
Vaso de expansión, de 12 litros de capacidad, marca SALVADOR ESCODA,
circular con membrana fija de butilo adaptado para uso sanitario. Presión
máxima 10 bares; Temperatura máxima 99ºC. El vaso se suministra
precargado a 2 bares. Accesorios y pequeño material, completamente
montado, probado y funcionando.
TOTAL PARTIDA
PRESUPUESTO
1
36,40
36,40.-€.
282
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
CANTIDAD
1903
PRECIO UNITARIO
TOTAL
VASO DE EXPANSIÓN.
Vaso de expansión, de 32 litros de capacidad marca SALVADOR ESCODA
circular con membrana fija de butilo adaptado para uso sanitario. Presión
máxima 10 bares; Temperatura máxima 99ºC. El vaso se suministra
precargado a 2 bares. Accesorios y pequeño material, completamente
montado, probado y funcionando.
TOTAL PARTIDA
2101
1
78,00
78,00.-€.
CALORIFUGADO.
Calorifugado marca THISA, modelo ―UV plus‖ Espuma elastomerica, basada
en caucho sintético, con recubrimiento de lamina de aluminio. Con protección
TRIPLEX (Aluminio con una capa de Polysester)., de un espesor nominal de
25 mm, para un tubería de cobre de 15 mm de diámetro exterior, protegida
contra rayos UV colocada en canalización de cobre, incluye cinta de aluminio
blanco; según CTE DB HS-4 y RITE. Totalmente instalada.
TOTAL PARTIDA
2102
56,4
7,8
439,92.-€.
CALORIFUGADO.
Calorifugado marca THISA, modelo ―UV plus‖ Espuma elastomerica, basada
en caucho sintético, con recubrimiento de lamina de aluminio. Con protección
TRIPLEX (Aluminio con una capa de Polysester)., de un espesor nominal de
30 mm, para un tubería de cobre de 15 mm de diámetro exterior, protegida
contra rayos UV colocada en canalización de cobre, incluye cinta de aluminio
blanco; según CTE DB HS-4 y RITE. Totalmente instalada.
TOTAL PARTIDA
2103
31,7
10,30
326,51.-€.
CALORIFUGADO.
PRESUPUESTO
283
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
CANTIDAD
PRECIO UNITARIO
TOTAL
Calorifugado marca THISA, modelo ―UV plus‖ Espuma elastomerica, basada
en caucho sintético, con recubrimiento de lamina de aluminio. Con protección
TRIPLEX (Aluminio con una capa de Polysester)., de un espesor nominal de
25 mm, para un tubería de cobre de 22 mm de diámetro exterior, protegida
contra rayos UV colocada en canalización de cobre, incluye cinta de aluminio
blanco; según CTE DB HS-4 y RITE. Totalmente instalada.
TOTAL PARTIDA
2104
56,4
8,79
495,75.-€.
CALORIFUGADO.
Calorifugado marca THISA, modelo ―UV plus‖ Espuma elastomerica, basada
en caucho sintético, con recubrimiento de lamina de aluminio. Con protección
TRIPLEX (Aluminio con una capa de Polysester)., de un espesor nominal de
30 mm, para un tubería de cobre de 22 mm de diámetro exterior, protegida
contra rayos UV colocada en canalización de cobre, incluye cinta de aluminio
blanco; según CTE DB HS-4 y RITE. Totalmente instalada.
TOTAL PARTIDA
2105
31,7
11,66
369,62.-€.
CALORIFUGADO.
Calorifugado marca THISA, modelo ―UV plus‖ Espuma elastomerica, basada
en caucho sintético, con recubrimiento de lamina de aluminio. Con protección
TRIPLEX (Aluminio con una capa de Polysester)., de un espesor nominal de
25 mm, para un tubería de cobre de 28 mm de diámetro exterior, protegida
contra rayos UV colocada en canalización de cobre, incluye cinta de aluminio
blanco; según CTE DB HS-4 y RITE. Totalmente instalada.
TOTAL PARTIDA
PRESUPUESTO
5
12,42
62,10.-€.
284
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
SUMA SUBTOTALES ................... 31.833,41.-€.
I.V.A. ............................................. 5.093,34.-€.
TOTAL .......................................... 36.926,75.-€.
***********************************
PRESUPUESTO
285
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
3. ESTUDIO DE VIABILIDAD ECONÓMICA
El objetivo de este estudio económico es determinar el periodo de retorno de la
instalación solar, es decir, el número de años desde el inicio de la vida útil de la
vivienda hasta que la inversión inicial de la instalación quede amortizada por el ahorro
económico.
Las razones por las cuales se decide instalar un sistema de energía solar y una
caldera de biomasa son:
Conseguir autosuficiencia e independencia respecto a los suministros
convencionales, lo que comporta una mayor comodidad.
Contribuir a reducir la emisión de CO2 a la atmósfera utilizando una energía
limpia y no contaminante.
Conseguir un ahorro económico utilizando una energía gratuita.
Evitar el consumo de combustibles fósiles, conocedores de su naturaleza finita.
Conseguir un ahorro económico al reducir el consumo de energía
convencional, y a largo plazo, un beneficio económico al haber amortizado la
instalación.
3.1 SUBVENCIONES
Según la Agencia Andaluza de la Energía existen diferentes actuaciones que
son incentivables para un ciudadano, entre las diferentes actuaciones destacamos las
instalaciones de energía a partir de fuentes renovables en vivienda, como son:
Instalaciones solares térmicas para producir agua caliente para usos sanitarios
o de climatización.
PRESUPUESTO
286
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Calderas de biomasa o de instalaciones combinadas de energía solar y
biomasa.
En la página de La Agencia Andaluza de la Energía se dispone de un simulador
el cual en función del tipo de actuación que se lleva a cabo te da un valor orientativo
del incentivo que se puede llegar a obtener.
3.2 PERIODO DE RETORNO DE LA INSTALACIÓN
El periodo de retorno del capital invertido es el tiempo que transcurre desde la
realización de la inversión hasta que el ahorro producido lo amortiza. Este concepto
permite determinar si la instalación proyectada produce algún ahorro en relación a los
costes que supone su inversión y explotación.
El beneficio neto que proporciona la instalación en unidades monetarias ―B‖
viene dado por la ecuación siguiente (Fuente: Agencia Andaluza de la Energía):
𝑡
𝐵=𝐴
1
1+𝑐
1 + 𝑒𝑑
𝑡
𝑡
− 𝑀
1
1+𝑖
1 + 𝑒𝑑
𝑡
−𝐶
Donde:
A
es el ahorro anual en coste de combustible según el precio de este en
un año, €.
M
es el coste del mantenimiento durante un año de la instalación, €.
C
es el coste de la inversión, €.
ed
es el interés del dinero.
i
es el valor de la inflación anual.
c
es el incremento de los precios de los combustible cada año.
t
son el número de años.
El beneficio neto ―B‖ se obtiene a partir de restarle al ahorro energético anual el
coste de mantenimiento
y el total de la inversión realizada. Evidentemente, este
beneficio será negativo en los primeros años, y será positivo cuando se haya
rentabilizado la instalación. Cuando B=0 significará que se habrá alcanzado el tiempo
de retorno de la inversión.
PRESUPUESTO
287
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
C es el valor de la instalación. En el caso de este proyecto, el coste de la
instalación corresponderá al coste de la instalación solar térmica para agua caliente
sanitaria, al de la instalación solar térmica para calefacción y al sobrecoste de una
caldera de biomasa de una caldera de gasoil. Tomamos como referencia que una
caldera de biomasa es 2,5 veces más cara que una caldera de gasoil.
A este coste habrá que añadir el coste que produce el mantenimiento de la
instalación
(M),
este
mantenimiento
engloba
a
todas
las
operaciones
de
mantenimiento posteriores como reparaciones de piezas etc., suele al menos el 1%
del valor total de la instalación.
También se calculará el ahorro energético anual A producido al introducir la
instalación solar y la caldera de biomasa, responsable de la recuperación de la
inversión realizada.
A estos valores conocidos (C, M y A), hay que añadir otros valores que fluctúan
con el paso del tiempo, se tomará un valor constante calculado en un mes
determinado:
-
El incremento anual del coste del combustible sustituido ―c‖
-
El incremento del coste del mantenimiento, según la inflación anual ―i‖
-
El interés bancario ―ed‖
Los valores para este proyecto son los siguientes:
-
Coste de la instalación. Se tendrá en cuenta el resultado del
presupuesto del presente proyecto. Cuando el supuesto contemple la
subvención habrá que restarle ésta al coste total.
-
Ahorro de combustible anual (A): Según datos del Informe de precios
energéticos de carburantes y combustibles obtenido del IDAE, el precio
del gasóleo C es de 0,660 €/l o 6,14 c€/kWh. Esto multiplicado por el
número total de KWh ahorrados anualmente podremos obtener los
euros ahorrados anualmente. Por otro lado también se tendrá en cuenta
PRESUPUESTO
288
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
el coste del combustible de la caldera de biomasa, siendo el coste del
pellet de 3,30 c€/kWh.
Tendremos por lo tanto dos ahorros:
𝐴 = 𝐴𝐴𝐶𝑆 + 𝐴𝑐𝑎𝑙𝑒𝑓𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑚
Donde:
AACS es el ahorro de gasoil destinado a ACS.
Acalefacción es el ahorro de gasoil destinado a calefacción.
-
Coste de mantenimiento (M): se considera el coste de mantenimiento
anual igual a 1,4 % del total de la inversión. Esto es un dato que facilita
el Plan de Energías renovables.
-
Incremento del precio de combustible (c): este valor se puede tomar
como el 8% para el aumento anual en el precio de los combustibles.
-
Inflación (i): este dato se extrae del Banco de España y consideraremos
un 2 %.
-
Interés financiero (ed): se tomará un valor del 4 %.
El tiempo de vida útil será de 25 años.
Los valores de los diferentes parámetros que se utilizan para calcular el periodo
de retorno se pueden ver en la tabla que exponemos a continuación:
PRESUPUESTO
289
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Parámetro
Valor considerado
C sin subvención
25.975,17 €
C con subvención
15%, 30% de 25.975,17 €
M
1,4% de C
A
1297,29 €
ed
0,04
I
0,02
C
0,08
Tabla 6. Parámetros de cálculo del periodo de retorno.
El cálculo se ha realizado para tres inversiones diferentes; teniendo en cuenta
diferentes ayudas que se pueden recibir por la instalación de energías solares y sin
tener en cuenta estas ayudas.
Durante los años en que el beneficio es negativo, el ahorro que produce la
instalación solar no compensa la inversión. El valor de t por el cual el beneficio es
cero, corresponde al tiempo de retorno de la instalación, y a partir de este año y hasta
el final de la vida útil de la instalación, todo el ahorro producido se convierte en
beneficio.
De todos los datos obtenidos son válidos aquellos que cifren el período de
retorno de la inversión en menos de 25 años, que es la vida útil estimada para una
instalación de energía solar térmica de baja temperatura.
Si la instalación está subvencionada se rentabilizará en un menor periodo de
tiempo.
Los resultados de los cálculos se muestran en las siguientes tablas:
PRESUPUESTO
290
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Sin Subvención
Datos iniciales
CÁLCULO DEL TIEMPO DE RETORNO DEL CAPITAL INVERTIDO
Coste instalación C
25975,17
363,65
0,00
25,00
0,02
0,04
1297,25
0,08
Mantenimiento M
Subvención
Vida útil (años)
Inflación anual (i)%
Interés financiero (ed)%
Ahorro anual(A)
Sobre coste de combustible c
T
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
A
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
Q1
1,00
1,04
1,08
1,12
1,16
1,21
1,25
1,30
1,35
1,40
1,46
1,51
1,57
1,63
1,70
1,76
1,83
1,90
1,97
2,05
2,13
2,21
2,29
2,38
2,47
2,57
Q2
1,00
0,98
0,96
0,94
0,93
0,91
0,89
0,87
0,86
0,84
0,82
0,81
0,79
0,78
0,76
0,75
0,73
0,72
0,71
0,69
0,68
0,67
0,65
0,64
0,63
0,62
∑Q1
1,00
2,04
3,12
4,24
5,40
6,61
7,86
9,16
10,52
11,92
13,38
14,89
16,47
18,10
19,80
21,56
23,39
25,29
27,26
29,31
31,43
33,64
35,94
38,32
40,79
43,36
∑Q2
1,00
1,98
2,94
3,89
4,81
5,72
6,61
7,48
8,34
9,18
10,00
10,81
11,60
12,38
13,14
13,89
14,62
15,34
16,04
16,74
17,41
18,08
18,73
19,37
20,00
20,61
€
€
€
Años
Q1=∑*(1+c)/(1+e)+^t
Q2=∑*(1+i)/(1+e)+^t
€
M
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
Ahorro Mantenimiento
1297,25
363,65
2644,39
720,31
4043,35
1070,11
5496,12
1413,18
7004,75
1749,66
8571,42
2079,67
10198,34
2403,32
11887,83
2720,76
13642,31
3032,09
15464,26
3337,43
17356,29
3636,90
19321,09
3930,62
21361,46
4218,68
23480,30
4501,20
25680,64
4778,29
27965,61
5050,06
30338,46
5316,59
32802,57
5578,00
35361,46
5834,38
38018,77
6085,84
40778,28
6332,45
43643,92
6574,33
46619,78
6811,55
49710,10
7044,21
52919,28
7272,40
56251,89
7496,20
Beneficio
-25041,57
-24051,09
-23001,93
-21892,24
-20720,08
-19483,42
-18180,16
-16808,10
-15364,95
-13848,34
-12255,78
-10584,70
-8832,39
-6996,07
-5072,82
-3059,62
-953,30
1249,40
3551,90
5957,76
8470,65
11094,42
13833,06
16690,72
19671,71
22780,52
Observamos que en el caso sin subvención el tiempo de retorno invertido es de 17
años, consiguiendo un beneficio total a los 25 años de 22.780,52 €
PRESUPUESTO
291
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Subvención 15%
Datos iniciales
CÁLCULO DEL TIEMPO DE RETORNO DEL CAPITAL INVERTIDO
Coste instalación C
25975,17
363,65
3896,28
25,00
0,02
0,04
1297,25
0,08
Mantenimiento M
Subvención
Vida útil (años)
Inflación anual (i)%
Interés financiero (ed)%
Ahorro anual(A)
Sobre coste de combustible c
T
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
A
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
Q1
1,00
1,04
1,08
1,12
1,16
1,21
1,25
1,30
1,35
1,40
1,46
1,51
1,57
1,63
1,70
1,76
1,83
1,90
1,97
2,05
2,13
2,21
2,29
2,38
2,47
2,57
Q2
1,00
0,98
0,96
0,94
0,93
0,91
0,89
0,87
0,86
0,84
0,82
0,81
0,79
0,78
0,76
0,75
0,73
0,72
0,71
0,69
0,68
0,67
0,65
0,64
0,63
0,62
∑Q1
1,00
2,04
3,12
4,24
5,40
6,61
7,86
9,16
10,52
11,92
13,38
14,89
16,47
18,10
19,80
21,56
23,39
25,29
27,26
29,31
31,43
33,64
35,94
38,32
40,79
43,36
∑Q2
1,00
1,98
2,94
3,89
4,81
5,72
6,61
7,48
8,34
9,18
10,00
10,81
11,60
12,38
13,14
13,89
14,62
15,34
16,04
16,74
17,41
18,08
18,73
19,37
20,00
20,61
€
€
€
Años
Q1=∑*(1+c)/(1+e)+^t
Q2=∑*(1+i)/(1+e)+^t
€
M
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
Ahorro Mantenimiento
1297,25
363,65
2644,39
720,31
4043,35
1070,11
5496,12
1413,18
7004,75
1749,66
8571,42
2079,67
10198,34
2403,32
11887,83
2720,76
13642,31
3032,09
15464,26
3337,43
17356,29
3636,90
19321,09
3930,62
21361,46
4218,68
23480,30
4501,20
25680,64
4778,29
27965,61
5050,06
30338,46
5316,59
32802,57
5578,00
35361,46
5834,38
38018,77
6085,84
40778,28
6332,45
43643,92
6574,33
46619,78
6811,55
49710,10
7044,21
52919,28
7272,40
56251,89
7496,20
Beneficio
-21145,30
-20154,81
-19105,65
-17995,96
-16823,80
-15587,14
-14283,88
-12911,82
-11468,68
-9952,07
-8359,51
-6688,42
-4936,12
-3099,80
-1176,55
836,66
2942,97
5145,68
7448,18
9854,03
12366,93
14990,70
17729,34
20586,99
23567,98
26676,79
Observamos que en el caso de la subvención del 15 % el tiempo de retorno invertido
es de 15 años, consiguiendo un beneficio total a los 25 años de 26.676,79 €.
PRESUPUESTO
292
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Subvención 30 %
Datos iniciales
CÁLCULO DEL TIEMPO DE RETORNO DEL CAPITAL INVERTIDO
Coste instalación C
25975,17
363,65
7792,55
25,00
0,02
0,04
1297,25
Mantenimiento M
Subvención
Vida útil (años)
Inflacón anual (i)%
Interés financiero (ed)%
Ahorro anual(A)
Sobre coste de
combustible c
T
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
A
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
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1297,25
1297,25
1297,25
1297,25
Q1
1,00
1,04
1,08
1,12
1,16
1,21
1,25
1,30
1,35
1,40
1,46
1,51
1,57
1,63
1,70
1,76
1,83
1,90
1,97
2,05
2,13
2,21
2,29
2,38
2,47
2,57
€
€
€
Años
Q1=∑*(1+c)/(1+e)+^t
Q2=∑*(1+i)/(1+e)+^t
€
0,08
Q2
1,00
0,98
0,96
0,94
0,93
0,91
0,89
0,87
0,86
0,84
0,82
0,81
0,79
0,78
0,76
0,75
0,73
0,72
0,71
0,69
0,68
0,67
0,65
0,64
0,63
0,62
∑Q1
1,00
2,04
3,12
4,24
5,40
6,61
7,86
9,16
10,52
11,92
13,38
14,89
16,47
18,10
19,80
21,56
23,39
25,29
27,26
29,31
31,43
33,64
35,94
38,32
40,79
43,36
∑Q2
1,00
1,98
2,94
3,89
4,81
5,72
6,61
7,48
8,34
9,18
10,00
10,81
11,60
12,38
13,14
13,89
14,62
15,34
16,04
16,74
17,41
18,08
18,73
19,37
20,00
20,61
M
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363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
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363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
363,65
Ahorro Mantenimiento
1297,25
363,65
2644,39
720,31
4043,35
1070,11
5496,12
1413,18
7004,75
1749,66
8571,42
2079,67
10198,34
2403,32
11887,83
2720,76
13642,31
3032,09
15464,26
3337,43
17356,29
3636,90
19321,09
3930,62
21361,46
4218,68
23480,30
4501,20
25680,64
4778,29
27965,61
5050,06
30338,46
5316,59
32802,57
5578,00
35361,46
5834,38
38018,77
6085,84
40778,28
6332,45
43643,92
6574,33
46619,78
6811,55
49710,10
7044,21
52919,28
7272,40
56251,89
7496,20
Beneficio
-17249,02
-16258,54
-15209,38
-14099,69
-12927,53
-11690,87
-10387,61
-9015,55
-7572,40
-6055,79
-4463,23
-2792,15
-1039,84
796,48
2719,73
4732,93
6839,25
9041,95
11344,46
13750,31
16263,20
18886,97
21625,61
24483,27
27464,26
30573,07
Observamos que en el caso de la subvención del 30 % el tiempo de retorno invertido
es de 13 años, consiguiendo un beneficio total a los 25 años de 30.573,07 €.
PRESUPUESTO
293
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
Observando los resultados, se puede ver que la previsión más pesimista se
han realizado corresponde al caso en el que no haya subvención, obteniéndose
beneficio a partir del decimo séptimo año. En el caso más optimista, cuando haya una
subvención del 30%, la instalación se amortiza a los trece años.
3.3 BENEFICIO MEDIOAMBIENTAL
El ahorro económico proporcionado por una instalación energética realizada
íntegramente con energías renovables puede llegar a ser importante, pero más
importantes son los beneficios que estas instalaciones producen en el medioambiente,
en forma de ahorro de emisiones.
El ahorro de emisiones contribuye a la reducción del efecto invernadero y a la
prevención de la lluvia ácida, nociva para el patrimonio natural e histórico artístico.
Para cuantificar el beneficio medioambiental, emplearemos la cantidad de
emisiones de CO2 que se evita por la atmósfera, al emplear energía solar y biomasa
como fuentes principales de producción de agua caliente sanitaria y calefacción, en
vez de gasóleo.
Para ello calcularemos las emisiones de CO2 que se emitirían a la atmósfera,
suponiendo que para el sistema de calefacción y agua caliente sanitaria en la vivienda
se utilizará como fuente de energía el gasóleo.
El aporte energético total, de parte de la energía solar y la biomasa es de
31012,9 kWh/año, suponiendo un rendimiento de la caldera del 85%, y teniendo en
cuenta que 1MWh equivale a 0,086 tep, tenemos que son necesarias 3,14 tep/ año de
gasoil.
Por otro lado, al quemar una unidad de tonelada equivalente de petróleo de
gasoil se emiten 3,07 toneladas de CO2 a la atmosfera. Obtenemos finalmente que se
evitan 9,63 tCO2/año usando energía solar térmica y biomasa para agua caliente
sanitaria y calefacción en la vivienda en lugar de gasoil.
PRESUPUESTO
294
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
FUENTE ENERGÉTICA
Carbón importado
Lignito negro
Lignito pardo
Gas siderúrgico
GLP
Coque de petróleo
Gasolina
Gasóleo A y B
Gasóleo C
Queroseno
Fueloil
Gas de refinería
Gas Natural
Biomasa
Biocarburantes
Solar Térmica Baja
Temperatura
(Kt CO2/ktep)
4,032
3,861
3,983
3,055
2,614
4,137
2,872
3,070
3,070
2,964
3,207
2,766
2,337
Neutro
Neutro
0
Tabla 7. Factores de Emisión para Usos Térmicos. (Fuente: Plan de
energías renovables en España 2005-2010.)
PRESUPUESTO
295
DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA Y
CALEFACCIÓN POR SUELO RADIANTE EN UNA VIVIENDA
D) PLANOS
PLANOS
296
ESQUEMA DE PRINCIPIO
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DIMENSIONES DEL CAPTADOR
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DETALLES CAPTADORES
AUTORA PROYECTO
LUCIA CARRlBERD PtREZ
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F"ECHA JUNIO 2010
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DISTRIBUCiÓN EN PLANTA
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LudA CARRlBERO P(REZ
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FECHA JJNIO 2010
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FECHA: JUNIO 2010
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AUTORA PROYECTO
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NOMERO PLANO 6
FECHA JUNIO 2010
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DISTRIBUCiÓN PERFIL
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FECHA JUNIO 2010
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DISTRIBUCiÓN EN PLANTA
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DISTRIBUCiÓN EN PLANTA
LUCIA CARRlBERO ptREZ
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NÚMERO PlANO 11
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