CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN -...

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

1.1. INTRODUCCIÓN GENERAL.

ANTECEDENTES

A partir de la década de los 70, cuando empezó la crisis del petróleo, los países consumidores

del petróleo empezaron a darse cuenta de que necesitaban otras fuentes de energía como

alternativa. Además, dado el problema del calentamiento global se firmó en 1997 el protocolo

de Kioto donde los diversos países, incluido España, se comprometían a reducir sus emisiones

de CO2 .

En 2002 el Ayuntamiento de Sevilla publicó la Ordenanza para la Gestión Local de la Energía de

Sevilla donde obligaba a que las viviendas de nueva construcción tuvieran que cubrir de forma

renovable con 2/3 de la demanda energética de agua caliente sanitaria. Hay que decir que

aunque obligaba a cubrir la demanda no decía claramente cómo hacerlo ni establecía normas.

En 2007 se publicó el Reglamento de Instalaciones Térmicas en la Edificación donde ya se

establecían unas primeras normas.

No fue hasta 2009 cuando se escribió el DB-CTE-HE donde ya se normalizada casi totalmente

este tipo de instalaciones.

Por último, en septiembre de 2013 se modificó y amplió el DB-CTE-HE.

OBJETIVOS

El objeto de este proyecto es realizar un informe de fallos de una instalación solar térmica de

baja temperatura real para agua caliente sanitaria de un edificio de viviendas así como una

propuesta de mejora de la instalación.

ALCANCE

Este proyecto ofrece una posible solución futura para volver a poner en marcha la instalación

solar así como una guía de típicos errores que se pueden cometer en estas instalaciones y

cómo evitarlos.

PROYECTO FIN DE CARRERA. CAPÍTULO 1

SERGIO JARANA GONZÁLEZ. Página 3

1.2. INSTALACIONES DE ENERGÍA SOLAR PARA A.C.S.

La radiación electromagnética procedente del sol es la fuente de energía más abundante y

limpia de que disponemos los seres vivos en el planeta Tierra. Sin embargo, su dispersión y

disconformidad dificultan notablemente su aprovechamiento, lo que la sitúa en desventaja en

relación a otros tipos de fuentes energéticas.

A efectos prácticos, desde la Tierra, el Sol puede ser considerado como un foco a 5777 K y que

nos hace llegar 1367 W/m2 en forma de radiación electromagnética.

Por otra parte, de igual modo, se puede tomar la Tierra como una esfera cuyo plano

perpendicular al eje determina una circunferencia llamada ecuador terrestre. Los planos que

pasan por los polos y que, por consiguiente, son normales al plano del ecuador, se denominan

planos meridianos y determinan sobre la esfera terrestre unas circunferencias conocidas como

meridianos terrestres. Finalmente, los planos paralelos al ecuador cortan a la esfera terrestre

formando circunferencias denominadas paralelos.

La posición relativa del Sol con respecto a una superficie se establece en función de la posición

solar en la esfera celeste y de la posición de la superficie sobre el plano del horizonte, la cual

viene caracterizada por dos ángulos tal y como puede verse en la siguiente figura:

El ángulo acimutal, α, también llamado

orientación, que forma la proyección de la

normal a la superficie sobre el plano horizontal

con el plano meridiano del lugar. Se cuenta a

partir del punto cardinal Sur, de 0° a ± 180°,

positivamente hacia el Este y negativamente

hacia el Oeste.

La pendiente o inclinación, β, de la superficie,

que es el ángulo formado por dicha superficie

con el plano horizontal. Se mide de 0° a 180°. Si

β>90° la superficie estaría enfrentada al suelo. Figura 1. 1. Ángulos acimutal y de inclinación.

Antes de alcanzar cualquier punto de la superficie de la Tierra, la radiación solar ha de

atravesar la atmósfera terrestre, en la que se ve sometida a un proceso de atenuación

dependiente de la longitud del camino recorrido. Este proceso viene determinado por la altura

y posición del sol, y también con notable influencia de las variaciones de la composición

atmosférica (nubes, polvo, contaminación... etc. ).

Esto hace que finalmente, a la superficie terrestre normalmente lleguen aproximadamente

menos de 1000 W/m2 procedentes del sol.

Los sistemas solares se pueden clasificar en dos grupos:



Sistemas pasivos: Aprovechan el calor y la luz del sol sin necesidad de sistemas mecánicos ni aporte externo de energía. Incluye sistemas para el calentamiento de espacios, sistemas de calentamiento de agua basados en termosifón, invernaderos, el uso de materiales para suavizar las oscilaciones de la temperatura del aire y chimeneas solares para mejorar la ventilación natural. Las tecnologías solares pasivas ofrecen importantes ahorros, sobre todo en lo que respecta a la calefacción de espacios.

Figura 1. 2. Ejemplo de los efectos de un tipo de sistema solar pasivo. Muro trombe.

Sistemas activos: Permiten la captación y acumulación de calor, así como la

generación de electricidad. La captación se realiza mediante módulos que pueden ser planos o con algún sistema de concentración de radiación. La mayoría de los módulos solares suelen situarse sobre soportes fijos, pero si se le añade un sistema de seguimiento solar aumentan su rendimiento, como es el caso de las centrales térmicas solares.

Figura 1. 3. Ejemplo de sistema solar activo. Instalación fotovoltaica.

Por tanto, la energía solar para a.c.s. está dentro del grupo de los sistemas activos.



Existen tres formas de aprovechar la energía solar mediante sistemas activos:

Energía solar térmica (Producción de calor, en nuestro caso para calentar agua para

consumo doméstico).

Energía solar fotovoltaica (Producción de electricidad).

Energía solar fotoquímica (Producción de reacciones químicas. Están en fase

experimental).

Dentro de la energía solar térmica nos encontramos con otros tres grupos dependiendo de la

temperatura con la que se trabaje. De esta forma tenemos:

Sistemas de alta temperatura: Con temperaturas superiores a los 600ºC. Empleados en plantas de producción de potencia para la generación eléctrica (centrales termosolares). Los métodos más empleados son sistemas de receptor central (centrales de torre) y discos parabólicos.

Sistemas de media temperatura: En este tipo de sistemas, cuyo rango de temperatura máximo está cercano a los 300ºC está orientado al consumo industrial de procesos que empleen esas temperaturas. Es una tecnología poco usada debido a su alto coste y poco beneficio.

Sistemas de baja temperatura: Donde se encuentra la producción de agua caliente sanitaria. El rango de temperatura de funcionamiento, se encuentra por debajo de los 100ºC. Este tipo de instalaciones utilizan colectores planos y se localizan en edificios de viviendas y del sector terciario, como hoteles y oficinas. También se puede emplear en

procesos industriales que empleen esos rangos de temperaturas.

La instalación tradicional para generar el agua caliente sanitaria se basaba únicamente en

hacer pasar el agua fría por un sistema tradicional de calentamiento (termo eléctrico, caldera,

calentador modulante a gas…). Al incorporar el sistema de energía solar térmica, hacemos que

una parte de la energía necesaria para el calentamiento sea la energía solar, convirtiendo el

sistema tradicional de calentamiento en la energía de apoyo que garantiza la temperatura final

del agua en caso de no contar con suficiente radiación solar.

En general, aunque se pueden combinar métodos, los sistemas se pueden dividir, dependiendo

del consumo, en sistemas de consumo único y sistemas de consumo múltiple.

Sistemas de consumo único:

Pueden ser sistemas termosifón, sistemas con interacumulador o sistemas con intercambiador

independiente:

Sistemas naturales (termosifón) . La circulación en el circuito primario solar se efectúa

por convección natural. El fluido en el captador asciende a medida que se calienta a

consecuencia de la radicación solar y, al alcanzar el acumulador colocado por encima



del captador, transfiere su calor y vuelve enfriado hacia el captador. Se tratan de

sistemas prefabricados para consumo único.

Figura 1. 4 . Esquema de un sistema termosifón.

Sistemas con interacumulador. La circulación en el circuito se realiza mediante una

bomba (circulación forzada). La acumulación es centralizada. Incluyen un sistema de

regulación que controla el proceso. Los captadores solares calientan un fluido

caloportador que transmite su energía al acumulador mediante un intercambiador

interno dentro del propio acumulador.

Figura 1. 5. Esquema de un sistema de consumo único con interacumulador.

Sistemas con intercambiador independiente. Es un sistema análogo al anterior, pero el

trasvase de energía se produce mediante un intercambiador de calor independiente

externo (normalmente de placas). Este sistema permite una mejor limpieza.

Figura 1. 6. Esquema de un sistema de consumo único con intercambiador independiente.



Sistemas de consumo múltiple:

Sistemas con todo centralizado. Este sistema, también de flujo forzado, trasvasa el

calor del fluido caloportador, que se ha calentado a través de los captadores solares,

mediante un intercambiador externo y transfiere la energía a otro fluido caloportador

hasta un primer acumulador de calor. Por otra parte, se dispone otro sistema de

acumulación de apoyo mediante interacumulador conectado por una parte al primer

acumulador y por otra parte a una caldera auxiliar de apoyo centralizada que

mantiene la temperatura a todo el agua.

Figura 1. 7. Esquema sistema de consumo múltiple con todo centralizado.

Sistemas con acumulación centralizada y apoyo distribuido. Este sistema difiere del

anterior en que prescinde del interacumulador auxiliar. Por contra utiliza un

intercambiador de calor externo para transferir la energía al circuito de distribución.

Además, el apoyo auxiliar de la caldera se realiza en cada punto de consumo,

evitándose que la caldera tenga que calentar todo el agua del circuito.

Figura 1. 8. Esquema de sistemas con acumulación centralizada y apoyo distribuido.



Sistemas con acumulación y apoyo distribuidos (todo distribuido). Estos sistemas

prescinden también del acumulador central que vimos en el caso anterior y lo

sustituye por un pequeño interacumulador en cada vivienda. Este sistema implica un

mayor espacio ocupado que el anterior.

Figura 1. 9. Esquema de sistema con acumulación y apoyo distribuidos.

Sistemas con acumulación central e intercambio y apoyo distribuidos. Este sistema es

una combinación de los sistemas todo centralizado y todo distribuido. Para ahorrar

espacio, decide acumular todo de manera centralizada pero cede el calor a las

viviendas mediante pequeños intercambiadores de calor situados en cada vivienda. El

apoyo también se realiza mediante una caldera situada en cada vivienda.

Figura 1. 10. Esquema de sistema con acumulación central e intercambio distribuido.

Existe un último sistema de energía solar térmica para agua caliente sanitaria a nivel

doméstico que sería el empleado cuando existen además piscinas cubiertas.

(Instalación típica de residencias y hoteles).



Sistema con piscina cubierta:

Este sistema mantiene un esquema todo centralizado visto anteriormente para los

consumos normales pero extrae otra rama desde el circuito primario donde cede calor

directamente del fluido caloportador empleado en los captadores hacia el agua de la

piscina a través de un intercambiador externo. Para comprenderlo mejor ofrecemos el

siguiente esquema:

Figura 1. 11. Esquema para consumos normales y piscinas cubiertas.

Pueden existir otros esquemas pero resultan combinaciones de los aquí planteados.



1.3. NORMATIVA.

El presente proyecto se ha desarrollado considerando las especificaciones indicadas en la normativa que se comenta a continuación: 1.3.1. Código Técnico de la Edificación (CTE)

Es el marco normativo por el que se regulan las exigencias básicas de calidad que deben cumplir los edificios, incluidas sus instalaciones, para satisfacer los requisitos básicos de seguridad y habitabilidad. El CTE establece dichas exigencias básicas para cada uno de los requisitos básicos de “seguridad estructural”, “seguridad en caso de incendio”, “seguridad de utilización”, “higiene, salud y protección del medio ambiente”, “protección contra el ruido” y “ahorro de energía y aislamiento térmico”. Éstas deben cumplirse tanto en el proyecto, como en la construcción, el mantenimiento y la conservación de los edificios y sus instalaciones. En la sección DB-HE de este documento, correspondiente al ahorro de energía se tiene por objeto establecer reglas y procedimientos que permiten cumplir el requisito básico de ahorro de energía. Las secciones de este DB se corresponden con las exigencias básicas HE 1 a HE 5, y la sección HE 0 que se relaciona con varias de las anteriores. La correcta aplicación de cada sección supone el cumplimiento de la exigencia básica correspondiente. La correcta aplicación del conjunto del DB supone que se satisface el requisito básico "Ahorro de energía".

Especialmente se ha hecho hincapié en la sección HE 4 "Contribución solar mínima de agua caliente sanitaria" donde se establece que: En los edificios, con previsión de demanda de agua caliente sanitaria o de climatización de piscina cubierta, en los que así se establezca en este CTE, una parte de las necesidades energéticas térmicas derivadas de esa demanda se cubrirá mediante la incorporación en los mismos de sistemas de captación, almacenamiento y utilización de energía solar de baja temperatura, adecuada a la radiación solar global de su emplazamiento y a la demanda de agua caliente del edificio o de la piscina. Los valores derivados de esta exigencia básica tendrán la consideración de mínimos, sin perjuicio de Documento Básico HE Ahorro de Energía valores que puedan ser establecidos por las administraciones competentes y que contribuyan a la sostenibilidad, atendiendo a las características propias de su localización y ámbito territorial.

1.3.2. Reglamento de las Instalaciones Térmicas de los edificios (RITE) Constituye el marco normativo básico en el que se regulan las exigencias de eficiencia energética y de seguridad que deben cumplir las instalaciones térmicas en los edificios para atender la demanda de bienestar e higiene de las personas. Se desarrolla con un enfoque basado en prestaciones u objetivos, es decir, expresando los requisitos que deben satisfacer las instalaciones térmicas sin obligar al uso de una determinada técnica o material ni impidiendo la introducción de nuevas tecnologías y conceptos en cuanto al diseño. Este enfoque se contrapone al enfoque tradicional de especificaciones técnicas detalladas que limitan la gama de soluciones aceptables e impiden el uso de nuevos productos y de técnicas innovadoras.



1.3.3. Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones Solares de Baja Temperatura

El objeto de este documento es fijar las condiciones técnicas mínimas que deben cumplir las instalaciones solares térmicas para calentamiento de líquido, especificando los requisitos de durabilidad, fiabilidad y seguridad. 1.3.4. Documentos Técnicos de Instalaciones en la Edificación (DTIE)

En la realización de este proyecto se ha tenido en cuenta el volumen DTIE 1.01 sobre la preparación de agua caliente para usos sanitarios y el volumen DTIE 8.03 que se refiere a las instalaciones solares térmicas para producción de agua caliente sanitaria. Además, se ha tenido en cuenta también la prevención de la corrosión a través del DTIE 1.05.



1.4. ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO.

Una vez visto esta primera parte de introducción, el proyecto se va a dividir en 3 partes

principales:

PARTE 1. (CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN).

En esta parte se va hacer una primera introducción hacia nuestra instalación (apartado

2.1), posteriormente, en el apartado 2.2 vamos a describir la instalación real

comentando su emplazamiento y composición, y por último, en el apartado 2.3 vamos

a describir detalladamente el estado actual de la instalación, la función de sus

componentes, y se va a realizar un análisis de los problemas que han surgido en ella.

PARTE 2. (CAPÍTULO 3. PROPUESTA DE MEJORA).

En dicha parte, dados los problemas comentados en el apartado anterior, se van a

proponer diversas soluciones locales para remediar esos problemas, aportando en su

conjunto una solución global al mismo.

PARTE 3. (CAPÍTULO 4. RESUMEN Y CONCLUSIONES).

Por último, en esta parte se va a proceder a realizar un resumen de todo lo visto en el

proyecto así como las dificultades encontradas, planteando seguidamente unas

conclusiones finales.



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