Sesion5 Sol Dis Instalaciones Solar Termica ASIT

7/31/2019 Sesion5 Sol Dis Instalaciones Solar Termica ASIT

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SESI N 5

DI SEO DE LASI NSTALACI ONESSOLARES TRMI CAS


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DI SEO DE LAS I NSTALACI ONES Criterios generales

Sistema de captacin Sistema de acumulacin

Sistema de intercambio

Circuito hidrulico

Sistema de apoyo

Sistema elctrico y de control


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CRI TERI OS GENERALES DE DI SEO Dimensionado bsico de la instalacin:

captacin

acumulacin orientacin e inclinacin

Seleccin del sistema:

individual

colectivo

Seleccin del esquema de funcionamiento

Anlisis previos:

Espacios disponibles Nivel de centralizacin

Procedimiento iterativo


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ESPACI OS DI SPONI BLES


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NI VEL DE CENTRALI ZACI N


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DI SEO DEL SI STEMA DE CAPTACI N Alineado con los ejes principales del edificio

Criterios de accesibilidad y cercana a consumo

Posibles ubicaciones

Distribucin del campo de captadores

Estudio de sombras

Agrupacin y sectorizacin

Trazado hidrulico


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ALI NEACI N EJES PRI NCI PALES


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POSI BLES UBI CACI ONES DEL SI STEMA DE CAPTACI N En cubierta plana y visitable: las ms utilizadas

En cubierta inclinada: adaptacin

Acoplados a castilletes

En fachada, medianeras y paramentos verticales

En otros elementos: aparcamientos, etc.


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ESTUDI O DE ALTERNATI VAS DE UBI CACI N


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MEDI DAS E I NCLI NACI N DE CAPTADORES


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MEDI DAS DE BATER A DE CAPTADORES


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I NTEGRACI N EN CASTI LLETES


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ESTUDI O DE SOMBRASAnlisis de espacios disponibles:

- Considerar sombras actuales y futuras

- Definir espacios tiles soleados

Criterios de control encadenados

1. Requisitos geomtricos

2. Sombras al medioda solar del solsticio de invierno

3. Prdidas de la radiacin solar incidente4. Clculo de prestaciones con efectos sombra


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ESTUDI O DE SOMBRAS 1


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AGRUPACI N Y SECTORI ZACI N

Bateras de captadores

Grupos de bateras de captadores

Sectorizacin del campo de captadores para independizar grupos de captadores (no bateras)

criterios de sectorizacin

- por disposicin de espacios- por seleccin del proyectista (fiabilidad y mantenimiento)

nivel de sectorizacin

- pequeas (menores de 10m2): 100% (1 grupo)

- medianas (entre 10 y 100 m2): 50 a 20 % (de 2 a 5 grupos)

- grandes (mayores de 100m2): 20 a 10% ( de 5 a 10 grupos)


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CONEXI ONADO DE UNA BATER A


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CONEXI ONADOS SERI E Y PARALELO


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CONEXI ONADO DE BATER AS


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CI RCUI TO HI DRULI CO Trazado de canalizaciones

1. Interconexin sistemas y evacuacin de calor

2. Equilibrado de circuitos3. Prdidas trmicas

4. Espacios y trazados horizontales y verticales

Equilibrado hidrulico

Caudales en circulacin


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EQUI LI BRADO DE CI RCUI TOS


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POTENCI A DE LA I NSTALACI N SOLAR

Potencia trmica de la instalacin solar (PT en W):

PT = . A . Gref

siendo: rendimiento del sistema de captacin

A rea de apertura del sistema de captacin en m2

Gref

Irradiancia solar de referencia igual a 1000 W/m2

Potencia mxima: cuando = o Potencia nominal: cuando = 0,7

Condiciones de diseo y condiciones de funcionamiento


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CAUDALES Y SALTOS DE TEMPERATURALa potencia trmica suministrada por el sistema de captacin sedestina a aumentar la temperatura del fluido de trabajo:

PTpri = . A . Gref= mpri. .cp.(Ts - Te) La potencia es variable desde 0 a PTmx (cuando = o)

Transferencia de calor en circuito primario:

Caudal constante: se produce variacin del salto de temperatura

de alto caudal: salto inferior a 20 K para potencia nominal de bajo caudal: salto superior a 20 K para potencia nominal

Caudal variable: se ajusta el caudal para mantener:

salto de temperatura constante

temperatura de salida constante

Si el fluido es agua la seleccin del caudal constante podr ser:

de alto caudal: caudal entre 35 y 70 l/h. m2

de bajo caudal: caudal entre 14 y 35 l/h.m2


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CAUDAL DE CI RCULACI N


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DI SEO DEL SI STEMA DE ACUMULACI N

Resultado de la seleccin de la configuracin, elsistema de acumulacin ser:

Centralizado o distribuido De circuito cerrado o de agua caliente sanitaria

Soluciones mixtas

Descripcin del sistema: Capacidad total

Nmero y caractersticas constructivas de los acumuladores

Ubicacin: exterior o interior

Disposicin: vertical u horizontal

Caractersticas trmicas


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DI SEO DEL SI STEMA DE ACUMULACI N

1. Condiciones de ocupacin de espacios comunes en el edificio

de espacios particulares en viviendas2. Cargas que transmite

3. Conexionado a resto de sistemas:

al sistema de captacin/intercambio al sistema de apoyo/consumo

4. Importancia de las prdidas trmicas


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ACUMULACI N CENTRALI ZADA

Por comportamiento trmico: uno, vertical e interior

Por fiabilidad: ms de uno e iguales

conexionado en serieprever desconexin individual


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Prevencin de legionelosis:

- normativa sanitaria de aplicacin

- prever el tratamiento trmico a 70C- conexionado con sistema de apoyo

- en acumuladores de inercia no es necesario


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- Ocupacin de espacios comunes y transmisin de cargas

- Trazados horizontales por cubierta o por plantas inferiores


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ACUMULACI N DI STRI BUI DAPor vivienda:

- un interacumulador

- vertical e interior- prximo al apoyo/consumo


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ACUMULACI N DI STRI BUI DA

La capacidad es funcin del consumo de la vivienda (UNE 94002)


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SI STEMA DE I NTERCAMBI O

Resultado de la seleccin de la configuracin, elsistema de intercambio podr ser:

Independiente o incorporado al acumulador Solar o de consumo

Centralizado o distribuido

Soluciones mixtas

Descripcin del sistema: Potencia trmica total

Caudales de diseo de primario y secundario

Temperaturas de entrada y salida de ambos circuitos

Prdida de carga mxima admisible


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SI STEMA DE I NTERCAMBI O

Recomendaciones para seleccionar el intercambiador: Incoporados para instalaciones inferiores a 20 m2

Independientes para instalaciones superiores a 50 m2 Independientes para instalaciones inferiores a 50 m2 con

varios acumuladores


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I NTERCAMBI O CENTRALI ZADO

En funcin del tamao,completar la instalacin con:

- vlvulas de corte en las 4 conexiones

- vlvulas de purga y desage en los 2 circuitos- puentes manomtricos en ambos circuitos

Prever desmontajes


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I NTERCAMBI O DI STRI BUI DO

Por vivienda:

- un intercambiador

- prximo al apoyo/consumo- conexin serie y sencilla

- vlvulas de corte en descarga


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CALCULO Y SELECCI N DE I NTERCAMBI ADORES

El dimensionado del intercambiador queda definido por, almenos, los siguientes parmetros:

Potencia trmica

Caudales de diseo de primario y secundario

Temperaturas nominales de entrada y salida de ambos circuitos

Efectividad del intercambiador:

No confundir efectividad con el rendimiento del intercambiador (es 1)

fece

fefsreal

TT

TT

Q

Q

==

max


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CALCULO DEL I NTERCAMBI ADOR SOLAREl dimensionado del intercambiador cumplir:

La potencia trmica ser como mnimo 500 W/m2

Los caudales de diseo de primario y secundario no diferirnms de un 10%

Con temperatura de entrada en primario de 50C latemperatura de secundario sea superior a 45C

La prdida de carga no ser superior a 2 mca


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CALCULO DEL I NTERCAMBI ADOR DE CONSUMOEl dimensionado del intercambiador cumplir:

El caudal nominal de consumo ser, como mnimo 0,7 Qmx

La potencia trmica ser como mnimo la necesaria paraaumentar la temperatura de consumo desde 15 a 45C

El caudal del circuito primario del intercambiador ser igualo superior al de consumo

Con temperatura de entrada en primario de 50C latemperatura de secundario sea superior a 45C

Verificar cmo afecta la prdida de carga a ambos circuitos.


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I NTERCAMBI ADOR DE CONSUMO EN VI VI ENDASEl dimensionado delintercambiador cumplir que elcaudal de nominal de consumo

sea, como mnimo:

Nm dorm [l/min] [l/h]

1 10 6002 11 660

3 12 720

4 13 7805 14 840

6 15 900


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CALCULO DEL I NTERCAMBI ADOR DE DESCARGAEl dimensionado del intercambiador cumplir: La potencia trmica ser

Ps es la potencia del intercambiador solar

Pc es la potencia del intercambiador de consumo

Vc es el volumen de acumulacin de consumo

VT es el volumen de acumulacin total (inercia + consumo)

Caudales de ambos circuitos no diferirn ms de un 10%

Con temperatura de entrada en primario de 50C la

temperatura de secundario sea superior a 45C La prdida de carga no ser superior a 2 mca

( scT

c

sd PP

V

VPP +=


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CI RCUI TO HI DRULI CO- Esquema de lnea

- Caudales y equilibrado

- Seleccin y dimensionado de tuberas- Diseo de circuitos forzadas y seleccin de bombas

- Diseo y dimensionado de sistemas de expansin

- Valvulera

- Sistemas de llenado

- Purgas de aire


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CI RCUI TO HI DRULI COSobre planos a escala, el esquema de lnea:

Refleja la ubicacin de componentes principales (CS,AS, INT, BC, VE, y SA) y el trazado de tuberas detodos los circuitos

Debe especificar el material, los dimetros detuberas, el caudal nominal que circula por ellas y elespesor de aislamiento.

Tendr el grado de definicin necesario para realizarel dimensionado de circuitos.


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CI RCUI TO HI DRULI CO

Caudales para garantizar transporte de calor:

- minimizar prdidas de carga

- minimizar las prdidas trmicas: ajuste de caudales y dimetros reducir longit udes de t razado prior izar t razado cort o del t ramo ms calient e

Equilibrado para conexionado de componentes en paralelo

- por circuitos invertidos

- por vlvulas de equilibrado


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Seleccin de tuberas:

- en circuitos cerrados- cobre

- acero negro

- no materiales plsticos en circuito primario

- en circuitos de consumo:

- cobre- acero inoxidable

- materiales plsticos especficos para acs


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El clculo de tuberas se realiza en funcin del caudaly se selecciona el dimetro de forma que:

- velocidad de inferior a 2 m/s en locales habitados o a 3m/s en exterior o locales no habitados

- prdida de carga unitaria inferior a 40 mm. c.a. pormetro lineal de tubera

Diferencias en las prdidas de carga de cada uno delos circuitos inferiores al 5%


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Diseo de circuitos forzados:

- se utilizarn bombas en lnea

- situadas en las zonas ms fras- evitar zonas bajas de los circuitos

- bombas en paralelo para grandesinstalaciones

- con vlvulas de corte y retencin


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Bombas de circulacin:

La seleccin de la bomba circuladora se realiza enbase a:

- caudal de diseo del circuito

- prdida de carga total

La potencia elctrica no debe exceder el mayor valorde los siguientes:

- 50 W

- 1% de la potencia trmica mxima


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Diseo del sist ema de expansin:- siempre usando vasos de expansin cerrados

- con vlvula de seguridad y manmetro graduado- uno para cada uno de los circuitos cerrado

- ramales de conexin a parte fra de circuitos

- prever expansin del vapor en circuito primario

- ramal con capacidad para enfriar el fluido


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CI RCUI TO HI DRULI COClculo del sistema de expansin:

- en circuito primario prever formacin de vapor

- en resto de circuitos segn UNE 100155

Volumen del vaso de expansin:

VNOMINAL = VUTIL + VGAS = VUTIL * CP = (VRESER+ VDILAT + VVAPOR) * CP- VRESER: Volumen de reserva para compensar contraccion (3%)

- VDILAT = VTOTAL * CET : Volumen total por coeficiente deexpansin trmica en funcin de la temperatura

- VVAPOR: Volumen de fluido en captadores e instalacin que sepuede transformar en vapor

- CP: Coeficiente de presiones


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CI RCUI TO HI DRULI COSistema de llenado:

- manual o automtico

- capacidad de reposicin de anticongelante


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CI RCUI TO HI DRULI COPurga de aire:- el aire reduce la capacidad de transferencia de calor de circuitos

- debe evitarse su entrada y facilitar su evacuacin- el aire interior puede proceder de:

- el existente en circuitos antes del llenado

- entradas por cualquier elemento en depresin

- del disuelto en el agua o el fluido caloportador

- acumulacin de aire:

- en puntos altos

- en sifones invertidos que deben evitarse- utilizar purgadores de aire manuales


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SI STEMA DE APOYO

Generalidades:- el sistema de apoyo, alimentado por otra fuente de

energa garantiza la continuidad del suministro- un mal diseo o funcionamiento puede afectarsignificativamente a la instalacin solar

- podrn utilizarse los sistemas convencionales depreparacin de acs:

- con acumulacin o instantneos

- centralizados o distribuidos- siempre debe disponer de un termostato de controlsobre la temperatura de preparacin


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SI STEMAS DE APOYO CENTRALI ZADOS

- slo acoplables a instalaciones solares centralizadas

Instantneos- Intercambiadores con calderas

Con acumulacin:- Acumuladores con calderas


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EQUI POS DE APOYO I NDI VI DUALES

- acoplables a instalaciones solares centralizadas odistribuidas

Instantneos- Calentadores modulantes

- Calderas mixtas

Con acumulacin:

- Termos acumuladores- Acumuladores con caldera


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SI STEMA DE APOYO

Formas y condiciones de acoplamiento


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REQUI SI TOS DE LOS EQUI POS DE APOYO

1. Resistencia a la temperatura mxima de trabajo

2. Capacidad de abastecer la demanda punta.

3. Confort del servicio (caudal y temperatura)4. Ahorro energtico efectivo

5. Prdidas trmicas

6. Optimizacin rendimiento global

7. Implicaciones en durabilidad de los equipos


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SI STEMA ELCTRI CO Y DE CONTROL

- se encarga de gobernar el correcto funcionamiento:

- maximizar la energa solar aportada

- minimizar el consumo de energa de apoyo

- el sistema ms usual para la instalacin solar es el controldiferencial

- adicionalmente el sistema de control puede utilizarse para

proteccin y seguridad- siempre cumplir el REBT


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MEDI DA DE LA ENERG A TRMI CA

- Importancia de la evaluacin de prestaciones porparte del usuario

- Necesidad de definir procedimiento nico ycentralizado para unificar criterios


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