ejemplo de instalación 61 en edificación multifamiliar con

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4.1. Características del edificio

Este tercer ejemplo se desarrollará partiendo del mismo edificio que en los dos casosanteriores, pero en esta ocasión se supondrá que se trata de una construcciónprevista en Madrid.

Para este caso, se ha elegido una configuración con acumulación solar mixta(centralizada + individual para cada vivienda), con la finalidad de poder reducir elvolumen de los depósitos instalados en el interior de las viviendas respecto del quese obtendría en un caso de únicamente acumulación solar individual.

El esquema de principio de esta configuración se indica en la Figura 4.1.

Ejemplo de instalaciónen edificación multifamiliarcon acumulación solar mixta

Manual de cálculo y diseño de instalaciones de producciónde agua caliente sanitaria en edificaciones de viviendasmediante energía solar y apoyo individual a gas naturalCasos Prácticos

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Figura 4.1

Esquema de principiode una instalación en

edificación multifamiliarcon acumulación solar

mixta (centralizada +individual para cada

vivienda)

© Grupo Gas Natural, 2004. Dirección de Tecnología y Medio Ambiente

Captadoressolares

Agua fríaSalidaagua caliente

Depósitosolar

Salidaagua caliente

Depósitosolar

Agua fría

Depósitosolar

CirculadorPrimario

CirculadorSecundario

Circuladordistribución

44.2. Cálculo de la demanda energética del edificio

En este caso, para el cálculo del consumo diario de agua caliente sanitaria Qdía setendrán en cuenta las indicaciones de la Ordenanza sobre captación de energía solarpara usos térmicos del Ayuntamiento de Madrid.

Según se establece en dicho texto, para edificios de viviendas debe considerarseun consumo de agua caliente sanitaria de 22 litros a 60ºC por persona y día. El númerode personas a considerar en cada vivienda se determina en función del número dedormitorios. En este caso, con viviendas de 3 dormitorios, la ocupación a considerares de 4 personas por vivienda. Además, la Ordenanza Solar de Madrid no especificaningún factor de reducción del consumo en edificios de viviendas (factor desimultaneidad para el caudal) como es el caso de otras Ordenanzas.

Según lo anterior, el consumo diario de agua caliente sanitaria que debe considerarsepara el cálculo de la instalación solar es de 2.112 litros/día:

Qdía = 22 · 4 · 24 = 2.112 litros/día

Como datos de temperatura del agua de red en Madrid se tomarán los procedentesde Censolar y recogidos en la publicación Instalaciones de Energía Solar Térmica.Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura del IDAE.Dichos valores son los que figuran en la Tabla C del Anexo I del documentode Conceptos Generales y que se reproducen en la Tabla 4.1.

Tabla 4.1

Temperatura de aguafría en Madrid (ºC)

(Fuente: IDAE)

Mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic AÑO

TAF 6 7 9 11 12 13 14 13 12 11 9 6 10,3

El cálculo de la demanda energética mensual se realiza a partir de los datos deconsumo diario de agua caliente y las temperaturas del agua fría y caliente.

Es interesante resaltar que a diferencia de los dos ejemplos anteriores (Barcelonay Sevilla), la temperatura de referencia para el cálculo del consumo de agua calientees de 60ºC, tal como impone la Ordenanza Solar de Madrid, y no de 45ºC.

Teniendo en cuenta estos datos, la demanda energética total del edificio esde 44.473 kWh/año.

4.3. Elección de la fracción solar anual

Según la Ordenanza Solar de Madrid, la fracción solar mínima para los edificios enlos que se prevea un consumo de agua caliente sanitaria superior a 1.000 litros/día,como es el de este caso, es del 75%. La instalación solar se diseñará para lograrcomo mínimo esta cobertura solar anual.


4



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4.4. Elección de la superficie de captadores solares

Como en los casos anteriores, se ha realizado la elección de la superficie de captadoressolares necesaria a partir de los cálculos efectuados con el método f-Chart.

Los datos de radiación solar y de temperatura exterior que se han utilizado son losque se recogen en el documento Instalaciones de Energía Solar Térmica. Pliego deCondiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura del IDAE.

En este caso se toman unos captadores solares con los siguientes coeficientescaracterísticos:

FR(τα)n = 0,78

FRUL = 6,50 W/m2 · K

Por lo que la curva de rendimiento es la siguiente:

η = 0,78 - 6,5 ·Te - TAMB

I

Aplicando el método de cálculo, el resultado final que se obtiene es el siguiente:

• Superficie de captación solar Sc = 56 m2

• Capacidad de los depósitos de acumulación individual V = 100 litros

• Capacidad del depósito de acumulación centralizada V = 2.500 litros

• Capacidad total de acumulación Vtotal = 4.900 litros

• Demanda energética anual 44.473 kWh/año

• Producción energética solar anual 33.571 kWh/año

• Fracción solar anual obtenida F = 75,5 %

• Relación Vtotal/Sc 87,5 l/m2

Como se puede observar, como volumen de acumulación individual se ha elegidoun depósito de 100 litros de capacidad para cada una de las 24 viviendas y un depósitocentralizado de 2.500 litros de capacidad situado en la cubierta del edificio.La capacidad total de acumulación es por tanto de 4.900 litros, lo que supone unarelación entre volumen de acumulación solar y superficie de captación de unos87,5 litros/m2, que está dentro del rango recomendado (entre 50 y 100 litros/m2).

Es interesante notar que, en caso de haber escogido una configuración con acumulaciónsolar individual como en el ejemplo de Sevilla, el volumen mínimo de los acumuladoresindividuales debería ser de unos 200 litros. Si bien en el mercado están disponiblesinteracumuladores de esa capacidad, se estima que en este ejemplo, el espacio queocuparían en cada vivienda sería excesivo, y por tanto, se opta por una configuraciónde acumulación mixta. De esta forma, parte del volumen de acumulación se trasladaal acumulador centralizado situado en la cubierta del edificio.


44.5. Selección del número de captadores solares necesarios

La disposición del área de captación será: 28 captadores distribuidos en 4 gruposde 7 unidades cada uno.

4.6. Situación de los captadores solares en el edificio

Como en los dos ejemplos anteriores, los captadores se ubicarán en la cubiertasuperior de edificio.

4.6.1. Orientación e inclinación

Como en los casos anteriores, la orientación elegida será Sur, paralelamente a unade las fachadas del edificio. La inclinación será de 45º respecto a la horizontal.

4.6.2. Implantación de los captadores en la cubierta

Las recomendaciones de implantación de los captadores son las mismas que lasreflejadas en el punto 2.6.2 para el ejemplo en Barcelona.

4.6.3. Separación de elementos que puedan producir sombras

Los 4 grupos de captadores se distribuirán en la cubierta del edificio en dos filas de2 grupos cada uno.

La primera fila de captadores debe separarse suficientemente del murete perimetralde la terraza.

En este caso se seguirán las indicaciones de la propia Ordenanza Solar de Madridpor lo que se refiere al cálculo de las distancias. Siendo:

d = h · kdonde

h la altura del murete

k =1

tan (61º - latitud)

Teniendo en cuenta que la altura h del murete es de 0,5 m, la distancia mínima deseparación que debe dejarse entre el final del murete y el inicio de la primera fila esigual a 1,3 m siguiendo el método de cálculo expuesto y considerando una latitudpara Madrid de unos 40º.

Del mismo modo, la segunda fila de captadores debe separarse una cierta distanciade la primera. El procedimiento para el cálculo de esta separación es idéntico alutilizado anteriormente, con la diferencia de que, en esta ocasión h es la altura verticaldel primer grupo de captadores, es decir, unos 1,41 m. La distancia a dejar entre filases por tanto de 3,7 m.


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En la Figura 4.2 se indican los valores de las distancias mínimas a respetar.

Figura 4.2

Separación de las filasde captadores

Adicionalmente, para el caso concreto de Madrid, la Ordenanza especifica que sedeberá poner un peto de material translúcido sobre el murete de forma que se lleguea la altura de los captadores instalados. Es decir, para captadores con 1,41 m y unmurete de 0,5 m, se debe instalar un peto de unos 0,92 m, es decir, deaproximadamente 1 m de altura.

4.6.4. Conexión de los captadores

Como en el caso anterior, los 7 captadores de cada grupo se conectarán en paralelo,con la entrada por la parte inferior del primer captador y la salida por la parte superiordel séptimo captador.

Los 4 grupos también se conectarán entre sí en paralelo. A la entrada de cada grupose instalará una válvula de equilibrado hidráulico para garantizar un reparto homogéneodel caudal del circuito primario por los 4 grupos.

En la parte superior de cada grupo, a la salida, se instalará un purgador automáticode boya para permitir la salida del aire de los captadores.

Además, se instalará una válvula de esfera a la salida para poder aislar cada grupode las tuberías del circuito primario y poder proceder a realizar eventuales operacionesde mantenimiento o reparación sin necesidad de vaciar el resto de la instalación.

4.7. Circuito primario

En esta configuración de edificación multifamiliar con acumulación solar mixta(centralizada + individual), se entiende que el circuito primario es el comprendidoentre los captadores solares y el intercambiador de calor del acumulador centralizado.

4.7.1. Fluido caloportador

El fluido del circuito primario será una mezcla de agua con un 30% de propilenglicol,que se estima más que suficiente para evitar la congelación del fluido en inviernodadas las temperaturas mínimas que se pueden dar en Madrid.


d = 1,3 m d = 3,7 m

L = 2

m

h=0,50 m

h = 1,41 m

β = 45°

h =

1 m


44.7.2. Caudal del circuito primario

Tal como se indica en el documento de Conceptos Generales, se recomienda lacirculación de unos 50 litros de fluido caloportador por hora y por m2 de captaciónsolar, lo que representa un caudal total de 2.800 litros/h para el circuito primario.

4.7.3. Tuberías del circuito primario

Como se ha indicado anteriormente, el circuito primario de captación solar comprendedesde los captadores solares hasta el intercambiador de calor de calentamiento delacumulador centralizado.

Figura 4.3

Distribución de loscaptadores y las

tuberías en la cubiertadel edificio.

Ubicación sala demáquinas

Las canalizaciones se realizarán con tubería de cobre. El diámetro de las tuberías sedeterminará a partir del caudal que debe circular por cada tramo y teniendo en cuentael fluido caloportador seleccionado.

En la Figura 4.3 se puede ver la disposición de los captadores solares en la cubiertadel edificio y el recorrido y diámetro de las tuberías de cada tramo del circuito primario.

La elección del diámetro de las tuberías se realiza de forma similar a los ejemplosanteriores, obteniéndose un diámetro DN35 para las tuberías principales para uncaudal de 2.800 l/h de fluido, DN28 para las tuberías de un caudal de 1.400 l/h yDN22 para el resto de tuberías.


E 1:200

Sur

3,7

m1,

3 m

Q = 700 l/h ; DN 22Q = 1.400 l/h ; DN 28

Q = 700 l/h ; DN 22

Q = 700 l/h ; DN 22Q = 1.400 l/h ; DN 28

Q = 700 l/h ; DN 22

Q = 2.800 l/hDN 35

T a 90º

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El procedimiento para el cálculo de la pérdida de carga es el mismo que en el casodel ejemplo de la instalación con acumulación solar centralizada. Una vez efectuadoslos cálculos, la pérdida de carga resultante del circuito primario de captación, incluidoel intercambiador de calor, es de 3,4 m.c.a.

Las tuberías del circuito primario se aislarán según lo indicado en el Reglamento deInstalaciones Térmicas en los Edificios. El material elegido es una espuma elastoméricade célula cerrada suministrada en coquillas de 30 mm de grosor para todos lostramos. El aislamiento de todo el circuito primario se protegerá exteriormente conuna cubierta de chapa de aluminio.

4.7.4. Bomba del circuito primario

La elección de la bomba se realiza a partir de la pérdida de carga total y el caudal delcircuito primario, cuyos valores se indican a continuación.

H = 3,4 m.c.a.

Q = 2.800 litros/h

4.7.5. Vaso de expansión

El circuito primario debe disponer de un vaso de expansión para absorber lasdilataciones del fluido caloportador.

Para el cálculo del contenido de líquido del circuito se deberá sumar el correspondientea las tuberías (unos 45,3 litros) y el de los 28 captadores (36,4 litros, aproximadamente),siendo el contenido total de unos 82 litros.

Aplicando el procedimiento de cálculo indicado en el documento de ConceptosGenerales, se obtiene un volumen mínimo del vaso de expansión de 10,5 litros.El modelo que se instalará será un tamaño comercial de 12 litros de capacidad.

4.7.6. Otros elementos del circuito primario

Las indicaciones de los ejemplos anteriores siguen siendo igualmente válidas paraeste caso.

4.8. Subsistema de intercambio y acumulación

En este caso, se considera que el subsistema de intercambio y acumulación estácompuesto por el acumulador centralizado, con su recirculación por el intercambiadorde calor de placas, el intercambiador de los interacumuladores individuales y lospropios interacumuladores (uno por vivienda).

Se entenderá por circuito secundario, al circuito hidráulico entre el intercambiadorde calor de placas y el acumulador centralizado.



44.8.1. Fluido de trabajo

El fluido del circuito secundario es agua de consumo para usos sanitarios en todoel subsistema de intercambio y acumulación.

4.8.2. Acumulación solar centralizada

Para determinar la capacidad del acumulador centralizado deberá tenerse en cuentaque la capacidad total de acumulación de agua deberá estar comprendida entre loslímites aconsejados (50 y 100 litros por m2 de captación solar). Para este tipo deconfiguraciones, en edificación multifamiliar con acumulación solar mixta (centralizadae individual) es preferible situarse en la parte media-alta de este rango.

Como ya se mostró en el apartado 4.4., la capacidad de los depósitos individualesse ha establecido en 100 litros por vivienda, es decir, teniendo en cuenta las 24viviendas, se obtienen 2.400 litros. Se toma un depósito centralizado de 2.500 litrosde capacidad, con lo que el volumen total es de 4.900 litros (87,5 litros de acumulaciónpor m2 de captación solar).

El depósito centralizado puede ser de acero, sin tratamiento interior alimentario, yaque el agua que contendrá no estará destinada a usos sanitarios. En cualquier caso,deberá estar aislado según lo indicado en el Reglamento de Instalaciones Térmicasen los Edificios.

La instalación del acumulador solar centralizado se realizará en el interior del localdestinado a sala de máquinas ubicada en la cubierta del edificio. En la tubería deentrada de agua fría se instalará una válvula de seguridad con descarga conducidaa desagüe y tarada a 8 kg/cm2. Entre la válvula de seguridad y el acumulador no seinstalará ninguna válvula de corte.

4.8.3. Intercambiador de calor

El acumulador centralizado será calentado con la energía procedente de los captadoressolares mediante un intercambiador de calor de placas de acero inoxidable.

La elección de las características del intercambiador se realiza del mismo modo queen el caso del ejemplo de la instalación en edificación multifamiliar con acumulaciónsolar centralizada, sin embargo, en este caso y para estar de acuerdo con larecomendación del Anexo VII de la Ordenanza Solar de Madrid, la temperatura dediseño de entrada al secundario del intercambiador será de 45ºC. A continuación seindican sus parámetros de diseño:

• Potencia de intercambio: 34 kW (600 W por m2 de captación solar)

• Circuito primario: agua con anticongelanteTemperatura de entrada: 60ºCCaudal de circulación: 2.800 litros/h

• Circuito secundario: aguaTemperatura de entrada: 45ºCCaudal de circulación: 2.800 litros/h


4


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4.8.4. Tuberías del circuito secundario

El caudal de recirculación del agua del acumulador por el lado secundario delintercambiador de calor se establece en 2.800 litros/hora, igual al caudal del circuitoprimario de captación solar.

Las tuberías serán de cobre sanitario DN35, con 20 mm de aislamiento.

4.8.5. Bomba de circulación del circuito secundario

La elección de la bomba de circulación se realizará a partir del caudal (2.800 litros/h)y la pérdida de carga del circuito.

La pérdida de carga principal es la del intercambiador de calor de placas (ladosecundario). Este valor lo proporciona el suministrador del intercambiador y en estecaso práctico se supone que es de 1,4 m.c.a. La pérdida de carga en las tuberíasresultante es de 0,55 m.c.a. La pérdida de carga total es, por tanto, de 1,95 m.c.a(aproximadamente 2 m.c.a.).

Por tanto la bomba de circulación del circuito secundario será tal que su curvacaracterística presente el siguiente punto

H = 2 m.c.a.

Q = 2.800 litros/h

4.8.6. Acumulación individual

Para la acumulación individual, en este caso se han elegido 24 depósitosinteracumuladores (uno para cada vivienda), con las siguientes características:

• Capacidad 100 litros

• Instalación mural vertical

• Dimensiones aproximadas H = 1,0 m; o/ = 0,48 m

• Intercambiador interno, de serpentín

• Superficie de intercambio 0,8 m2

• Volumen de fluido en el serpentín 4,5 litros

Figura 4.4

Condiciones dediseño del

intercambiador decalor


45ºC

60ºCPrimario:Q = 2.800 l/h

Secundario:Q = 2.800 l/h

Potencia = 34 kW


4La superficie de intercambio de 0,8 m2 que presentan los interacumuladores escogidoses más que suficiente para cumplir la recomendación dada en Conceptos Generalesde que se dimensione con un mínimo de 0,2 m2

intercambio / m2captación solar:

19,2 m2intercambio

= 0,34 m2intercambio/ m2

captador solar56 m2

captadores

0,8 m2 · 24 interacumuladores = 19,2 m2intercambio total en el edificio

El intercambiador de calor de cada acumulador estará conectado a un circuito decalentamiento procedente del acumulador centralizado de 2.500 litros situado en elinterior de la sala de máquinas en la cubierta del edificio. Las tuberías de este circuitoserán también de cobre sanitario, debidamente aisladas.

Para la determinación del caudal del circuito hidráulico se deberá tener en cuenta lasrecomendaciones del fabricante de los interacumuladores. En este ejemplo, se haelegido un caudal de 200 litros/h por acumulador, es decir, un caudal de 4.800 litros/h(= 200 litros/h · 24 interacumuladores).

Dada la disposición de las viviendas en el edificio, se realizarán dos bajantes verticales,cada uno de los cuales se conectará a 12 viviendas (dos por planta y bajante). Porcada bajante se vehiculará 2.400 l/h.

El diámetro de las tuberías se determinará a partir del caudal que debe circular porcada tramo. Así, se determinan los siguientes diámetros:

Tuberías de servicio a 1 interacumulador: DN15 con 200 l/h

Tuberías de servicio a 2 interacumuladores: DN18 con 400 l/h

Tuberías de servicio a 4 interacumuladores: DN22 con 800 l/h

Tuberías de servicio a 6 interacumuladores: DN28 con 1.200 l/h




4.8.7. Bomba de circulación del circuito hidráulico

La bomba de circulación del circuito hidráulico entre el acumulador centralizado y losinteracumuladores individuales se elegirá a partir de las pérdidas de carga del circuitoy del caudal 4.800 litros/h.

La metodología del cálculo de la pérdida de carga es la misma que en el caso delejemplo de la instalación en edificación multifamilar con acumulación solar individual,pero teniendo en cuenta que el circuito se inicia en el acumulador centralizado.


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Para el cálculo de la pérdida de carga del circuito, dato necesario para dimensionarla bomba de circulación, se considera el recorrido más desfavorable para el fluido.Así, se obtiene una pérdida de carga para las tuberías Pdctuberías de aproximadamente1,3 m.c.a.

La pérdida de carga en el intercambiador Pdcintercambiador del interacumulador individualfacilitada por el fabricante del equipo, es de 0,5 m.c.a.

Teniendo en cuenta todas las pérdidas de carga, se obtiene como resultado unapérdida de carga total de 1,8 m.c.a. (1,3 + 0,5 m.c.a.).

La selección de la bomba del circuito se realizará de modo que su curva característicacontenga aproximadamente el punto de trabajo definido por una altura manométricaigual a la pérdida de carga del circuito H = 1,8 m.c.a. y un caudal Q iguala 4.800 litros/h.

4.8.8. Vaso de expansión del circuito hidráulico

El circuito hidráulico entre el acumulador centralizado y los interacumuladoresindividuales debe disponer de un vaso de expansión para absorber las dilatacionesdel fluido que en este caso es agua sin aditivos (el incremento de volumen del aguadesde 4ºC hasta la temperatura máxima alcanzable por los captadores, ε, se toma0,043).

Para el cálculo del contenido de líquido del circuito se deberá sumar el correspondientea las tuberías (aprox. 70 litros) y el de los 24 interacumuladores (108 litros,aproximadamente, si se considera que el serpentín de cada interacumulador alojaunos 4,5 litros), siendo el contenido total de unos 178 litros.

Aplicando el procedimiento de cálculo indicado en el documento de ConceptosGenerales, se obtiene un volumen mínimo del vaso de expansión de 12,3 litros.El modelo que se instalará será de un tamaño comercial de 18 litros de capacidad.

4.9. Subsistema de apoyo

La salida del agua caliente de cada interacumulador individual se conducirá a unacaldera mural de apoyo, que se elegirá del mismo modo que en el caso de losejemplos precedentes.



44.10. Regulación

La bomba de circulación del circuito primario de captación solar se regulará medianteuna sonda de insolación, colocada en una zona soleada, con la misma orientación einclinación que los captadores. La regulación de la puesta en marcha y paro de estabomba se efectuará de forma similar a la bomba de circuito primario del caso deconfiguración en edificación multifamiliar con acumulación solar centralizada.

Figura 4.5

Esquema deregulación de lainstalación solar

La puesta en marcha y la parada de la bomba de recirculación del agua del acumuladorcolectivo por el intercambiador de calor de placas se controlará mediante un termostatodiferencial, con la sonda caliente situada en el circuito primario, a la llegada alintercambiador y la sonda fría en la parte inferior del acumulador. La puesta en marchade la bomba se producirá cuando la diferencia de temperaturas sea superior a unos6ºC y se detendrá cuando esta diferencia sea inferior a 2ºC.

Por último, la bomba del circuito de unión del acumulador colectivo con losinteracumuladores individuales se regulará mediante otro termostato diferencial, enesta ocasión con la sonda caliente situada en la parte superior del acumuladorcentralizado y la sonda fría instalada en la canalización de retorno de losinteracumuladores. Los saltos térmicos para la puesta en marcha y la detención delcirculador serán los mismos que los indicados anteriormente (6ºC y 2ºC).


Captadoressolares

Agua fríaSalidaagua caliente

Depósitosolar

Salidaagua caliente

Depósitosolar

Agua fría

REG REG

ejemplo de instalación 61 en edificación multifamiliar con

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