Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos

Equation Chapter 1 Section 1 Departamento de Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriales INSTALACIÓN DE ENERGÍA SOLAR PARA LA PRODUCCIÓN DE ACS EN UNA RESIDENCIA DE ANCIANOS Autor: Francisco Javier Benjumea Trigueros Tutor: José Guerra Macho Departamento de Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2015 Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 1 Contenido 1. MEMORIA DESCRIPTIVA ................................................................................. 4 1.1 OBJETO DEL PROYECTO ........................................................................... 5 1.2 ANTENCEDENTES....................................................................................... 5 1.3 MÉTODO DE CÁLCULO.............................................................................. 6 1.3.1 Datos a aportar al CHEQ4.......................................................................... 7 1.4 DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO .................................................................. 15 1.5 DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES .............................................. 17 1.5.1 Esquema de principio ................................................................................. 17 1.5.2 Sistema de captación o circuito primario ..................................................... 20 1.5.3 Sistema de acumulación .............................................................................. 22 1.5.4 Sistema auxiliar .......................................................................................... 23 1.5.5 Sistema hidráulico. ..................................................................................... 24 1.5.6 Sistema de control. ..................................................................................... 25 1.6 CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS ................................................... 27 1.6.1 Captadores solares ................................................................................. 27 1.6.2 Interacumulador solar ............................................................................ 30 1.6.3 Caldera sistema auxiliar ......................................................................... 32 1.6.4 Interacumulador auxiliar ........................................................................ 35 1.6.5 Bomba circuito primario ........................................................................ 37 1.6.6 Bomba circuito auxiliar .......................................................................... 42 1.6.7 Vaso de expansión del circuito primario................................................. 46 1.6.8 Vaso de expansión del circuito auxiliar .................................................. 48 1.6.9 Central de control y regulación .............................................................. 51 1.7 NORMATIVA .............................................................................................. 53 1.7.1. Cumplimiento del CTE-HE 4 ..................................................................... 53 1.7.2. Cumplimiento del RITE ............................................................................. 55 1.7.2. Cumplimiento de las normas UNE ............................................................. 56 1.8 BIBLIOGRAFÍA. ......................................................................................... 57 2. MEMORIA DE CÁLCULO ................................................................................... 58 2.1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 59 2.2 DATOS DE PARTIDA .................................................................................... 59 2.3 CÁLCULO DE LA DEMANDA ...................................................................... 61 Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 2 2.4 CÁLCULO DE LA SUPERFICIE DE CAPTACIÓN ....................................... 62 2.4.1 Irradiación solar sobre el plano del captador ............................................... 62 2.4.2 Inclinación de los captadores. ..................................................................... 65 2.4.3 Pérdidas por sombras, orientación e inclinación .......................................... 65 2.4.4 Determinación del área de captación ........................................................... 67 2.4.5 Conexión serie/paralelo de los captadores ................................................... 70 2.4.6 Resumen superficie de captación. ............................................................... 71 2.5 CÁLCULO DEL VOLUMEN DE ACUMULACIÓN ...................................... 72 2.6 CÁLCULO DE LA RED DE TUBERÍAS ........................................................ 74 2.7 CÁLCULO DE LOS EQUIPOS DE INTERCAMBIO ..................................... 79 2.8 DIMENSIONADO DE LA BOMBA DE CIRCULACIÓN .............................. 83 2.9 CÁLCULO DEL EQUIPO AUXILIAR............................................................ 86 2.9.1 Interacumulador auxiliar ............................................................................. 86 2.9.2 Caldera auxiliar .......................................................................................... 90 2.9.2 Bomba auxiliar ........................................................................................... 92 2.10 SELECCIÓN DE ACCESORIOS .................................................................... 94 2.11 CÁLCULO ESPESOR DE AISLAMIENTO .................................................. 97 3. PLIEGO DE CONDICIONES TÉCNICAS Y ADMINISTRATIVAS .................. 100 3.1 Objeto ....................................................................................................... 101 3.2 Normativa aplicable .................................................................................... 101 3.3 Condiciones de materiales y equipos ........................................................... 102 3.3.1 Tuberías y accesorios ........................................................................... 102 3.3.2 Válvulas .............................................................................................. 105 3.3.3 Aislamiento ......................................................................................... 107 3.4 Vasos de expansión ................................................................................. 107 3.5 Bombas ................................................................................................... 108 3.6 Captadores .............................................................................................. 109 3.6.1 Generalidades ...................................................................................... 109 3.6.2 Modelo de captador ............................................................................. 110 3.6.3 Estructura soporte y sujeción del captador............................................ 111 3.7 Sistema eléctrico y de control .................................................................. 111 3.8 Aparatos de medida ................................................................................. 112 3.9 Acumuladores ......................................................................................... 114 Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 3 3.10 Intercambiadores de calor .................................................................... 115 3.10.1 Intercambiadores externos ................................................................... 115 3.4 Provisión del material ................................................................................. 116 3.5 Condiciones de montaje .............................................................................. 116 3.6 Pruebas, puesta en marcha y recepción ........................................................ 116 3.6.1 General ................................................................................................ 116 3.6.2 Pruebas parciales ................................................................................. 117 3.6.3 Pruebas finales ..................................................................................... 118 3.6.4 Ajustes y equilibrado ........................................................................... 118 3.6.5 Recepción ............................................................................................ 119 3.7 Mantenimiento ............................................................................................ 120 3.7.1 Vigilancia ............................................................................................ 120 3.7.2 Mantenimiento preventivo ................................................................... 120 3.7.3 Mantenimiento correctivo .................................................................... 120 4. MEDICIONES Y PRESUPUESTO ...................................................................... 123 4.1 SISTEMA DE CAPTACIÓN SOLAR ........................................................ 124 4.2 SISTEMA DE ACUMULACIÓN ............................................................... 125 4.3 SISTEMA HIDRÁULICO .......................................................................... 125 4.4 SISTEMA AUXILIAR ............................................................................... 126 4.5 SISTEMA DE CONTROL Y REGULACÓN ............................................. 127 4.6 PRESUPUESTO INSTALACIÓN COMPLETA ........................................ 128 5. PLANOS.............................................................................................................. 129 5.1 SITUACIÓN Y EMPLAZAMIENTO ............................................................ 130 5.2 ESQUEMA DE PRINCIPIO .......................................................................... 131 5.3 CUBIERTA CON CAPTADORES ................................................................ 132 5.4 TUBERIAS PRIMARIO PLANTA BAJA ..................................................... 133 5.5 DETALLES CAPTADORES ......................................................................... 134 5.6 SALA DE MÁQUINAS ................................................................................. 135 Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 4 1. MEMORIA DESCRIPTIVA Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 5 1.1 OBJETO DEL PROYECTO El presente proyecto tiene como objeto el diseño de la instalación de energía solar para la producción de agua caliente sanitaria para una residencia de ancianos. Esta instalación es necesaria por ley y presentas varias ventajas:  No contamina, ya que es una energía renovable.  Es una fuente inagotable.  Se ahorra dinero a medida que la tecnología va avanzando, mientras que el costo de los combustibles fósiles aumenta con el paso del tiempo porque cada vez son más escasos.  La única inversión es el coste inicial de la infraestructura, pues no requiere de ningún combustible para su funcionamiento, y se puada amortizar a los 5 años de su implantación.  El uso de la energía solar en lugar de las energías tradicionales supone un aumento de la independencia energética del país ante posibles crisis de los mercados internacionales energéticos, proporcionando una mayor seguridad energética. Este proyecto se trata de un trabajo de fin de grado de la titulación Grado en Ingeniería de las Tecnologías Industriales, por lo que tendrá únicamente fines académicos. 1.2 ANTENCEDENTES Actualmente el consumo energético de España depende mayoritariamente del uso de combustibles fósiles, la mayoría de los cuales importados del exterior. Se está aumentando el uso de las energías renovables en nuestro país, pero aun así, el uso de estas debe subir más. Este aumento es necesario ya que las energías renovables son prácticamente inagotables y con menos impacto medioambiental. El consumo de energías renovables reduciría la dependencia de otros países exportadores de combustibles fósiles, los cuales pueden cortar el suministro debido a diferentes motivos como pueden ser guerras, huelgas o cambio de gobierno. En España, y en Andalucía y Sevilla concretamente, los niveles de irradiación solar son muy elevados, por situación y climatología, por lo que tenemos que aprovechar esta ventaja. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 6 Figura 1.1 Consumo de la energía primaria. 1.3 MÉTODO DE CÁLCULO La principal herramienta de cálculo de este proyecto será el CHEQ4. Este es un programa informático elaborado por el IDAE (Instituto para la Diversificación y el Ahorro de la Energía) y ASIT (la Asociación Solar de la Industria Térmica), con el fin de facilitar a todos los agentes participantes en el sector de la energía solar térmica de baja temperatura la aplicación, cumplimiento y evaluación de la sección HE4 incluida en la exigencia básica HE Ahorro de energía del Código Técnico de la Edificación (CTE). CHEQ4 permite definir una amplia variedad de instalaciones solares introduciendo un mínimo de parámetros del proyecto, asociados a cada configuración del sistema, y de esta manera, obtener la cobertura solar que ese sistema proporciona sobre la demanda de energía para ACS y piscina del edificio. En función de los datos introducidos el programa validará el cumplimiento de la contribución solar mínima definida por la exigencia HE4 permitiendo a su vez generar un informe justificativo de los resultados obtenidos de forma rápida y sencilla. CHEQ4 genera adicionalmente junto con el informe un documento de verificación donde figuran los principales parámetros de la instalación, de manera que estos puedan ser verificados por los agentes implicados en labores de control de la ejecución de las instalaciones. El informe favorable generado por la aplicación será suficiente para acreditar el cumplimiento, desde el punto de vista energético, de los requisitos establecidos en la sección HE4. El no cumplimiento de la contribución solar mínima utilizando CHEQ4 no inválida la posibilidad de demostrar su cumplimiento mediante otros procedimientos. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 7 Esta herramienta, desarrollada por la Consultoría en Energía Renovable y Eficiencia Energética (AIGUASOL), utiliza como motor la nueva metodología de cálculo Metasol. Metasol es una metodología para el cálculo de la contribución solar mínima de agua caliente sanitaria en instalaciones solares térmicas, que supone una nueva forma rápida y precisa de comprobar el correcto dimensionado de dichas instalaciones. El método Metasol combina la precisión y flexibilidad de la simulación dinámica de programas como TRANSOL, la rapidez y simplicidad de métodos estáticos como F- Chart, manteniendo presente las características del mercado español y la normativa aplicable. Este método de cálculo instantáneo se ha realizado siguiendo una aproximación similar a la del método F-Chart: partiendo de modelos detallados, obtenidos del programa TRANSOL, se realizan gran cantidad de simulaciones para cotejar los resultados obtenidos en función de las variables clave del sistema. A diferencia del caso F-Chart, las condiciones de contorno (radiación, temperatura ambiente, temperatura del agua de red, demanda, etc.) se fijan de acuerdo a la normativa española. Además, en lugar de fijar la configuración del sistema, se han escogido ocho configuraciones diferentes, que incluyen sistemas para viviendas unifamiliares, edificios y sistemas para piscinas cubiertas. Estos cubren la mayor parte de los sistemas instalados en España, si bien no la totalidad de las posibilidades de sistema solar; en ocasiones, se debe escoger una configuración de sistema similar a la instalada, que en cualquier caso, mejorará la precisión en comparación con métodos estáticos desarrollados para el cálculo de sistemas de viviendas unifamiliares. El rango de aplicación del método de cálculo Metasol es notablemente más amplio que en el caso del método F-Chart. A partir de más de 69.000 simulaciones realizadas se obtienen, en base mensual más de 800.000 datos, que conforman la información utilizada para generar las correlaciones. 1.3.1 Datos a aportar al CHEQ4. 1. Localización: lo primero es introducir la localidad donde está situado el edificio y la altura a la que está situada este. De forma que el programa pueda obtener los datos climáticos como puede ser la radiación incidente o la temperatura de agua de red. En la figura 1.2 se muestra el programa, con los datos utilizado en la presente instalación. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 8 Figura 1.2 Pantalla de CHEQ4 localización. 2. Configuración: Esta pestaña permite al usuario seleccionar el tipo de instalación que más se ajuste al sistema que desea validar. Internamente, CHEQ4 seleccionará las curvas MetaSol correspondientes a dicha instalación y cuáles son los parámetros que la definen. En la figura 1.3 se muestra el programa, con los datos utilizado en la presente instalación. Figura 1.3 Pantalla de CHEQ4 configuración. Las diferentes configuraciones disponibles se encuentran agrupadas según sean para “Consumo único” o “Consumo múltiple”. A continuación se numeran dichas configuraciones: Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 15  Demanda bruta (kWh): Demanda energética anual teniendo en cuenta las pérdidas en acumulación y en distribución.  Aportación solar al sistema (kWh): Energía solar aportada por la instalación.  Consumo de energía primaria auxiliar (kWh): Energía aportada por la instalación auxiliar de apoyo para satisfacer la demanda total.  Reducción de las emisiones de CO2 asociada a la utilización del sistema solar térmico (kg). También se muestran gráficamente los valores mensuales de fracción solar, demanda bruta, fracción solar y consumo auxiliar. Figura 1.15 Pantalla de CHEQ4 resultados. 1.4 DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO El edificio objeto de este proyecto se trata de una residencia de ancianos que consta de 60 camas repartidas en 3 plantas, las camas de distribuyen en habitaciones compartidas de dos camas la mayoría aunque hay habitaciones individuales. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 16 Figura 1.16 Modelado del edificio. En la planta baja se encuentran la cocina, una despensa, todo lo relacionado con la lavandería, dos cuartos de basura y los diferentes cuartos de instalaciones. En la primera planta está compuesta principalmente por dormitorios, y en la que también se encuentra un salón, un comedor, un despacho de psiquiatra y la dirección. Por último, en la segunda planta hay una terraza de 100 m2, una sala de rehabilitación, una sala de terapia ocupacional, un salón-comedor y la enfermería. El edificio consta de una instalación de fontanería que distribuye el agua desde la sala de máquinas hasta cada una de las habitaciones a través de dos bombas. La sala de máquinas se encuentra en la planta baja, y tiene una superficie de 34.22 m2.En ella además de las dos bombas de impulsión cuenta de un depósito de agua fría de 3000 litros y de un filtro Cilit. El sistema actual de producción de ACS consta de una caldera convencional de gasoil de 150 Kw, marca Wolf, y con un depósito de una capacidad 2000 litros. Se encuentra orientado al Sur y con un acimut del edificio es de 5º dirección Este. La parcela del edificio es de 1.377,23 m2 y tiene una superficie ocupada de 964,65 m2. Está situado en la localidad de Santiponce (Sevilla), Santiponce se encuentra muy próximo a Sevilla, a 12 km al Noroeste, tal como se observa en la figura 1,17 teniendo una altitud sobre el nivel del mar de 17 metros. En la figura 1.18 Se sitúa el edificio en la localidad mediante el círculo rojo, localizado en la avenida Andalucía. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 17 Figura 1.17 Plano zona Santiponce. Figura 1.18 Plano zona Santiponce 1.5 DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES 1.5.1 Esquema de principio Se trata de una instalación solar de agua caliente sanitaria para consumo único con interacumulador. En la cual el único consumidor es la residencia de ancianos, con sus diferentes puntos de consumo. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 18 En la figura 1.19, se muestra un esquema general de la instalación. (Véase Plano 2: esquema detallado de la instalación). Figura 1.19 Esquema de principio de la instalación. La instalación solar completa se compone, básicamente, de los siguientes sistemas:  El sistema de captación, circuito primario, compuesto de captadores solares, recibe la energía radiante y la transmite al fluido caloportador en forma de energía térmica, que es transportada hasta los elementos de intercambio y acumulación. El sistema de acumulación es necesario debido a la existencia de un desfase horario entre la producción y el consumo de energía, con lo que dispondremos de un depósito encargado de acumular la energía térmica. El sistema auxiliar el cual se usa cuando con no se alcanza la temperatura deseada mediante la energía solar. El sistema de hidráulico transforma la energía eléctrica en energía mecánica para transportar el fluido por los circuitos primario, secundario y de distribución. El sistema de control es el encargado de dosificar todas estas energías mediante sondas, termostatos y relés. En los siguientes puntos se hará una descripción de las características principales de los sistemas citados para la instalación de un portal, común al resto de portales. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 19 Figura 1.20 Esquema de sistemas de la instalación. Analizando la instalación en funcionamiento, es decir, en régimen permanente y no en el momento del comienzo o del final de uso, la explicación simplificada de la instalación es la siguiente: 1. El sistema consta de dos circuitos principales, circuito primario (solar) y circuito auxiliar, por los que circulan dos fluidos que en ningún momento se mezclan, y un tercer circuito de distribución para consumo. 2. La radiación solar llega a los captadores solares. Una parte de esta radiación será utilizada para calentar el fluido que va por el interior de los captadores (calor útil) y la parte restante serán pérdidas. 3. El líquido que circula por los captadores se calienta desde de salida del interacumulador solar hasta la temperatura de entrada a este mediante el calor útil. 4. El fluido que circula por los captadores calienta el agua del depósito de acumulación, pasando a través del depósito mediante un serpentín e intercambiando el calor. 5. En el depósito se produce una mezcla del agua fría que viene de la red y el agua caliente procedente del intercambiador de calor. El balance de energía en el depósito de acumulación define su temperatura media. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 20 6. El caudal de consumo estará definido por el número de camas en la residencia y por el número de horas de sol de la región donde esté situada la instalación. 7. Una vez que se tiene una temperatura de consumo, es necesario utilizar una caldera para llegar a la temperatura de suministro si no se consigue con el sistema solar. La instalación solar puede descomponerse de diferentes sistemas. Siguiendo la tipología de las instalaciones solares recogida en las diapositivas de la asignatura Energía Solar, impartida en esta escuela por el grupo de termotecnia:  Sistema de circulación: instalación por circulación forzada, el fluido circula impulsado por una bomba. Sistema de intercambio: instalación con el intercambiador de calor en el depósito. Sistema de energía auxiliar: instalación con sistema de energía auxiliar en acumulador secundario centralizado. La forma de acoplamiento: sistema partido. Aplicación: instalación de producción de agua caliente para uso sanitario. 1.5.2 Sistema de captación o circuito primario El circuito solar o primario es el que engloba el sistema de captación y parte del interacumulador de calor, tal como se observa en la figura 1.21. Figura 1.21 Esquema del circuito primario. En este esquema se puede identificar: Qs: Calor recibido por los paneles debido a la radiación solar Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 21 Qp: Calor por las pérdidas ópticas del colector Tec: temperatura a la cual entrará el fluido en los captadores solares Tsc: temperatura a la cual saldrá el fluido de los captadores solares. El fluido caloportador circula por dicho circuito y es el encargado de transferir la energía térmica obtenida en los captadores por medio de la radiación solar al circuito secundario a través del intercambiador de calor. Por ello el diseño seleccionado para el circuito primario se basa en la idea de forzar la circulación del fluido mediante una bomba eléctrica, que si bien encarece la instalación, permite obtener una protección contra heladas al utilizar como fluido caloportador líquidos de bajo punto de congelación y controlar la transferencia térmica entre captación y acumulación. Además de la bomba eléctrica en el circuito primario se coloca un vaso de expansión que absorbe la dilatación de volumen sufrida por el fluido debido a los cambios de temperatura. Para la presente instalación, la cual es de baja temperatura, se ha utilizado un captador solar plano para el sistema de captación. El Captador solar plano es un intercambiador de calor que transforma energía radiante (Radiación Solar) en energía térmica que aumenta la temperatura de un fluido de trabajo contenido en el interior del captador, en la figura 1.22 se puede observar las partes que lo componen. Figura 1.22 Esquema de un captador solar plano. El funcionamiento del captador solar plano está regido por los siguientes principios básicos: 1) El aporte de energía solar no es “controlable”. 2) La demanda y el aporte de energía solar están desfasados Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 22 3) La orientación e inclinación del captador influyen fuertemente en el rendimiento. 4) El rendimiento de captación aumenta al disminuir la temperatura del fluido a la entrada. 5) Interesa captar la energía solar a la mayor temperatura posible. 6) Hay que dar preferencia al consumo de la energía solar frente a la convencional. El sistema de captación solar de la instalación está formado por 30 captadores solares planos repartidos en tres grupos diez, en cada grupo están conectados cinco en paralelo y dos en serie. Obteniéndose así una superficie de captación de 65,1 m2. (Véase Plano 3 Planta cubierta). Los captadores están orientados hacia el sur geográfico con un azimut de 5º y con una inclinación de 45 º sobre el plano horizontal de la cubierta del edificio. (Véase Plano 6 Planta cubierta con captadores). Las características técnicas de los captadores solares vienen reflejadas en el punto, 1.6.1. 1.5.3 Sistema de acumulación En nuestro caso el sistema de acumulación también es donde se produce el intercambio de calor. El circuito primario es el encargado de calentar en el interacumulador solar el agua de red para suministrarlo al sistema de preparación de A.C.S. del edificio, previo paso por el sistema de auxiliar. Figura 1.23 Interacumulador solar. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 23 Cuando el fluido caloportador que circula por los captadores ha visto incrementada su temperatura, pasa por el interacumulador solar, calentando el agua fría de la red. El agua calentada circulará hacia el interacumulador convencional y de ahí a la distribución. La acumulación del agua calentada por los captadores solares permite almacenar energía durante los periodos en los que la captación solar es elevada (por ejemplo, durante las horas centrales del día) para su consumo cuando se producen picos de demanda (por ejemplo, al final de la tarde o a primera hora de la mañana). Además, la acumulación de agua permite reducir la temperatura media de funcionamiento de los captadores solares. El rendimiento energético de un captador solar disminuye cuando aumenta su temperatura de funcionamiento. En consecuencia, un volumen de acumulación suficiente permitirá aumentar la producción energética anual de la instalación solar. Se instala un interacumulador de 4000 litros para la instalación en disposición vertical, en la sala de máquinas, ubicada en la planta baja del edificio. (Véase Plano 6 Sala de máquinas). El intercambio de calor se produce a través de un serpentín por el que circula el fluido caliente que viene de los captadores, la superficie de intercambio de dicho equipo es de 8,4 m2 y con una potencia intercambiada de 49.07 kw. Las características técnicas del equipo mencionado en el presente apartado vienen recogidas en el punto 1.6.2. 1.5.4 Sistema auxiliar En el caso de instalaciones con acumulación solar centralizada, como es la instalación estudiada, el calentamiento del agua mediante energía solar se produce en el interacumulador situado en la sala de máquinas, desde el que se hace llegar a cada uso a través de la distribución. Antes de llegar al sistema de distribución, el agua pasa por el sistema auxiliar, el cual está compuesto por un interacumulador y una caldera de apoyo. Este sistema se una en el caso de que la temperatura del agua de distribución, preparada mediante el circuito primario, no sea la deseada. La finalidad del sistema de apoyo es aportar la energía necesaria para elevar la temperatura del agua procedente de la acumulación solar hasta el valor de confort. En este sentido, debe tenerse en cuenta que la temperatura de salida del agua de la instalación solar puede variar entre la temperatura del agua de la red (en el caso de Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 24 períodos prolongados con condiciones meteorológicas adversas que no permitan la aportación de energía solar) y la temperatura máxima de consigna. Figura 1.24 Sistema auxiliar El sistema auxiliar está diseñado para proporcionar la totalidad de la demanda de ACS, debido a que fallase la instalación solar. Está compuesto por una caldera y un interacumulador solar. Se instalará una caldera de baja temperatura de gas natural centralizada, que entrará en funcionamiento cuando el sistema de calentamiento solar no sea suficiente o este falle, por lo que se dispone de una caldera con una potencia de 100 kw. El interacumulador auxiliar elegido tiene una capacidad de 200 litros y el área de transferencia es de 5 m2. Las características técnicas de la caldera seleccionada vienen recogidas en el punto 1.6.3, de la bomba en el 1.6.6 y las del interacumulador auxiliar en el 1.6.4. 1.5.5 Sistema hidráulico. Está formado por la red de tuberías que trasporta el fluido y por la bomba que lo impulsa. Las tuberías son de cobre, tal como indica la norma. La tubería de cobre sólo tiene pequeñas cantidades de fósforo residual, que además facilita la soldadura, y goza de las excelentes características de este metal, como son resistencia a la corrosión, maleabilidad y ductilidad. El cobre resiste la corrosión, tanto de los líquidos que puedan circular por su interior como la debida a los agentes exteriores, aire, humedad o elementos constructivos que entren en contacto con él. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 31 A continuación se muestran los datos técnicos:  Capacidad de ACS (l). 4000  Temperatura máxima en continuo depósito de ACS (°C) 90  Presión máxima depósito de ACS (bar) 8  Temperatura máxima circuito de calentamiento (°C) 120  Presión máxima circuito de calentamiento (bar) 25  Número de serpentines -SB/-SSB (und) 10  Superficie de intercambio -SB/-SSB (m2) 8,4  Peso en vacío (aprox.) -SB/-SSB (kg) 1055 Basándonos en la figura 1.28, las medidas son:  kW/e: Entrada de agua fría/desagüe (“) 3  ww: Salida de ACS (“) 3  z: recirculación (“) 1-1/2  kV: Avance c. primario (“) 2  kr: Retorno c. primario (“) 2  Ra: Conexión lateral (“) 2  tm: conexión vaina sensores (“) 3/4  Diámetro exterior: A (mm) 1910  Longitud total: B(mm) 2310  Cota D (mm) 200  Cota E (mm) 960  Cota F (mm) 400 Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 32  Cota G (mm) 1355  Cota H (mm) 1525 1.6.3 Caldera sistema auxiliar Se ha seleccionado una caldera del fabricante BAXI, exactamente el modelo CPA 100- BTH, de 100 kw de potencia. Se usará como combustible gas natural. Figura 1.29 Caldera BAXI CPA-100BTH.  Características principales:  Caldera monobloc de chapa de acero fabricada en acero especial para garantizar una larga vida útil  Homologada como Baja Temperatura y 3 estrellas de rendimiento según Directiva 92/42/CEE (temp. de retorno: 39 ºC gasóleo / 42 ºC gas)  Posibilidad de acoplamiento de quemador externo de 1 etapa, 2 etapas o modulante  Control de caldera mediante regulación electrónica KSF o regulación analógica  Disponibilidad de calderas con presión máxima de 8 bar Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 33  Disponibilidad de calderas para montaje in situ, para facilitar su instalación en salas de difícil acceso  Aptas para su funcionamiento con biomasa  Protección eléctrica IP 40  Características técnicas:  Combustible gas  Presión máxima (bar) 5  Potencia útil (kw) 100  Rendimiento útil con carga 100% (Tmed=70 ºC) (%) 94,3  Rendimiento útil con carga 30% (Tmed=40 ºC) (%) 95,2  Sobrepresión cámara de combustión (mm.c.a.) 6  Pérdida presión circuito agua (∆t=15ºC) (mm.c.a.) 53  Peso (kg) 385  Capacidad de agua (litros) 170 Figura 1.30 Sección caldera. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 34  Dimensiones Figura 1.31 Dimensiones de la caldera.  A (mm) 880  B (mm) 940  C (mm) 1015  D (mm) 1394  E (mm) 500  F (mm) 720  GØ (mm) 195  H (mm) 373  I (mm) 240  J (mm) 105  K (m) -  L (m) 1014 Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 35  M (mm) 92  N (mm) -  a ida (Ø interior) (“) DN65  b retorno (Ø interior) (“) DN65  c conexión de seguridad (Ø interior) (“) 1-1/2  d conexión de seguridad (Ø interior) (“) 1-1/4  e vaciado (Ø interior) (“) 1 1.6.4 Interacumulador auxiliar El interacumulador elegido es del fabricante IDROGAS, en concreto el modelo SSB de capacidad de 2000 litros. Depósito productor acumulador de ACS con sistema de serpentines desmontables, en acero inoxidable incorporado. Los modelos SSB con la superficie de intercambio aumentada para un mejor aprovechamiento de la energía solar. En el acumulador IDROGAS con aislamiento de poliuretano rígido, el forro es siempre opcional ya que no es necesario para su perfecto funcionamiento y prestaciones, cumple exclusivamente una función estética. Al contrario que los acumuladores del mercado con aislamiento flexible en los que el forro de plástico es imprescindible al llevar incorporado el aislamiento. El equipo consta de un sistema de protección catódica “Correx up”, equipo de protección catódica, libre de mantenimiento, compuesto por ánodo permanente, potenciostato regulador, cableado e instrucciones de conexión y montaje. Sistema incorporado de serie en los modelos vitrificados. A continuación se muestran los datos técnicos:  Capacidad de ACS (l). 2000  Temperatura máxima en continuo depósito de ACS (°C) 90  Presión máxima depósito de ACS (bar) 8  Temperatura máxima circuito de calentamiento (°C) 120  Presión máxima circuito de calentamiento (bar) 25 Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 36  Número de serpentines -SB/-SSB (und) 6  Superficie de intercambio -SB/-SSB (m2) 5  Peso en vacío (aprox.) -SB/-SSB (kg) 475 Figura 1.32 Imagen esquemática del interacumulador IDROGAS SSB 4000 l. Basándonos en la figura 1.32, las medidas son:  kW/e: Entrada de agua fría/desagüe (“) 2  ww: Salida de ACS (“) 2  z: recirculación (“) 1-1/2  kV: Avance c. primario (“) 2  kr: Retorno c. primario (“) 2 Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 37  Ra: Conexión lateral (“) 2  tm: conexión vaina sensores (“) 3/4  Diámetro exterior: A (mm) 1360  Longitud total: B(mm) 2280  Cota D (mm) 175  Cota E (mm) 825  Cota F (mm) 400  Cota G (mm) 1470  Cota H (mm) 1660 1.6.5 Bomba circuito primario En instalaciones superiores a 50 m² se montarán dos bombas idénticas en paralelo, dejando una de reserva, tanto en el circuito primario como en el secundario. En este caso se preverá el funcionamiento alternativo de las mismas, de forma manual o automática. Las bombas se colocaran en la sala de máquinas que está situada en la planta más baja, por lo que deberá elevar el agua hasta la cubierta. Para nuestro caso, al ser un circuito cerrado, no hay que tener en cuenta la altura que sube el agua, ya que por un lado el agua sube y pierde energía pero por otro baja y gana energía, quedando equilibrado. Siempre que sea posible, las bombas en línea 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. Se ha seleccionado una bomba del fabricante WILOS, en concreto el modelo STRATOS PICO-Z 25/1-6, la cual cumple nuestras condiciones de diseño. Se trata de una bomba para ACS de alta eficiencia de rotor húmedo. Para la elección de dicho modelo se ha utilizado un software del propio fabricante, disponible en su página web www.wilo.es. Bomba de recirculación de ACS libre de mantenimiento (ejecución de rotor húmedo), con conexión roscada, provista de motor sincrónico resistente al bloqueo con tecnología Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 38 ECM y regulación electrónica de potencia integrada para una regulación continua de presión diferencial. Con los máximos rendimientos, alto par de arranque y función de desbloqueo incluida. Apta para todas las instalaciones de agua caliente sanitaria (+2 a +70 °C). A continuación se muestra una imagen de la bomba en la figura 1.33. Figura 1.33 Bomba WILOS STRATOS PICO-Z 25/1-6. De serie con:  Modos de regulación preseleccionables para un ajuste óptimo de la carga en modo de funcionamiento manual Δp-c (presión diferencial constante).  Modo de funcionamiento controlado por temperatura.  Detección de la desinfección térmica del depósito de agua caliente sanitaria.  Protección de motor integrada.  Indicación de avería y de funcionamiento (con códigos de fallo).  Indicación del consumo actual en vatios y los kilovatios-hora acumulados o indicación del caudal y la temperatura actuales.  Función de reset para restablecer el contador de corriente o los ajustes de fábrica.  Función bloqueo de teclado para el bloqueo de los ajustes.  Consumo mínimo sólo 3 W.  Función de desbloqueo automático.  Coquilla termoaislante de serie. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 39 A continuación se detallan las características técnicas:  Datos proyectados:  Caudal (l/h) 1465  Altura manométrica (m.c.a.) 3,65  Fluido Agua con glicol (20%)  Temperatura del fluido (ºC) 60  Densidad (kg/m3) 992,3  Viscosidad cinemática (mm2/s) 0,65  Datos hidráulicos  Caudal (l/h) 1465  Altura manométrica (m.c.a.) 3,65  Potencia absorbida (kW) 0.03  Datos de la bomba  Modo operativo dp-c   Presión máxima de trabajo (MPa) 1   Temperatura del fluido (ºC) 2-70   Máx. temperatura ambiente (ºC) 40  Datos del motor  Tipo de protección: IP X4D  Clase de aislamiento: F  Alimentación eléctrica (Hz) 1~230 V, 50  Tolerancia admisible (%) 10 Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 40  Velocidad máx. (1/min) 4200  Velocidad (rpm) 1200 - 4200  Potencia absorbida (kW) 0,04  Intensidad absorbida (A) 0,49  Protección de motor no requerida(resistente al bloqueo)  Medidas de acoplamiento  Conexión de tubería del lado de aspiración (”) 1-1/2  Conexión de tubería del lado de impulsión (”) 1-1/2  Longitud (mm) 180  Materiales  Carcasa de la bomba: Acero inoxidable  Rodete: Plástico (PPE/PS - 30 % GF)  Eje de la bomba: Acero inoxidable  Cojinete: Carbono, impregnado con resina sintética En la figura 1.34 se adjunta una figura esquemática con las medidas de la bomba. Figura 1.34 Medidas bomba WILOS STRATOS PICO-Z 25/1-6. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 47 Esta gama de depósitos puede soportar temperaturas de hasta 90°C. Para facilitar la instalación la conexión es con rosca BSP en inoxidable patentada de 3/4", ideal para instalaciones de este tipo. Su diseño especialmente riguroso en los puntos de más desgaste y los materiales de alta calidad empleados, aseguran una vida útil de larga duración con una garantía de 5 años contra cualquier defecto de fabricación.  Características principales  Diagrama de alto grado de butilo.  Revestimiento de polipropileno virgen.  Acabado de pintura de poliuretano sobre una base de epoxi.  Libre de fugas de aire con sello de anillo en tapa de válvula de aire.  Conexión de agua de acero inoxidable patentada.  Exhaustivas pruebas.  No requiere mantenimiento. En la figura 1.42 se adjunta una imagen en la que se puede ver las diferentes partes del vaso de expansión elegido. Figura 1.42 Esquema de la serie TWB de vasos de expansión Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 48 En la figura 1.43 se adjunta una imagen en la que aparecen las medidas del vaso de expansión elegido. Figura 1.43 Dimensiones del modelo 12LX. Siendo:  A=36,2 cm  B=23 cm  Especificaciones  Sistema de conexión: 3/4 “ BSP  Presión máxima de trabajo: 10 bar  Pre-carga de fábrica : 1,9 bar  Temperatura máxima de trabajo: 90ºC 1.6.8 Vaso de expansión del circuito auxiliar Se ha seleccionado un vaso de expansión del mismo fabricante que el circuito primario, Thermowave en concreto en este caso el modelo TWB 4LX de una capacidad de 4 litros. En la figura 1.44 se muestra una imagen de la serie seleccionada. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 49 Figura 1.44 Serie TWB de vasos de expansión Los vasos de expansión ThermoWave han sido diseñados para satisfacer todas las necesidades de un instalador para Agua Caliente Sanitaria (ACS) convencional. El vaso ThermoWave sigue los estándares de calidad de los acumuladores PressureWave, contiene camisa de polipropileno virgen y membrana de butilo de alto grado certificada por la FDA, garantizando un agua libre de impurezas procedentes del recipiente debido a no estar en contacto directo con la parte metálica exterior. Esta gama de depósitos puede soportar temperaturas de hasta 90°C. Para facilitar la instalación la conexión es con rosca BSP en inoxidable patentada de 3/4", ideal para instalaciones de este tipo. Su diseño especialmente riguroso en los puntos de más desgaste y los materiales de alta calidad empleados, aseguran una vida útil de larga duración con una garantía de 5 años contra cualquier defecto de fabricación.  Características principales  Diagrama de alto grado de butilo.  Revestimiento de polipropileno virgen.  Acabado de pintura de poliuretano sobre una base de epoxi.  Libre de fugas de aire con sello de anillo en tapa de válvula de aire.  Conexión de agua de acero inoxidable patentada.  Exhaustivas pruebas. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 50  No requiere mantenimiento. En la figura 1.45 se adjunta una imagen en la que se puede ver las diferentes partes del vaso de expansión elegido. Figura 1.45 Esquema de la serie TWB de vasos de expansión En la figura 1.46 se adjunta una imagen en la que aparecen las medidas del vaso de expansión elegido. Figura 1.46 Dimensiones del modelo 4LX. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 51 Siendo:  A=25,8 cm  B=16,2 cm  Especificaciones  Sistema de conexión: 3/4 “ BSP  Presión máxima de trabajo: 10 bar  Pre-carga de fábrica : 1,9 bar  Temperatura máxima de trabajo: 90ºC 1.6.9 Central de control y regulación Se ha seleccionado un central de control y regulación del fabricante FAGOR, modelo TR 0704. Se puede ver una imagen de esta en la figura 1.47 Figura 1.47 Central de control FAGOR TR 0704.  Características:  Indicación del valor de medición con display gráfico de matriz de puntos.  Registro de mediciones a través del registrador de datos integrado. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 52  7 Sistemas básicos preprogramados libremente seleccionables.  Transferencia de datos y parametrización a distancia.  Fácil programación  5 Termostatos programables  4 Termostatos diferenciales programables  Contador de calor y de horas de funcionamiento.  Ampliable con módulos a través de interfaz de bus de datos con TA 0403.  Regulación electrónica de rpm.  Display de LCD con organización de menús.  Sensor Radiación solar (opcional)  3 Contadores de calor (opcional)  Función antihielo  Datos técnicos  Tensión 230 Volt ( ± 15 % ), 50 Hz.  Consumo de energía ≤ 3,0 W.  7 entradas: 2 de temperatura (Pt1000) o entrada de radiación y 5 de temperatura (Pt1000) o entrada de impulso para calcular la cantidad de calor.  4 salidas:  R1 como salida de conmutación triac regulador de rpm, potencia máx. de 250 W a 230 V.  R2 triac regulador de rpm, potencia máx. de 480 W a 230 V.  R3 relé, potencia máxima de 800 W a 230 V.  R4 relé, potencia máxima de 800 W a 230 V o R4 sin tensión quitar el puente.  Las salidas tienen protección contra sobrecarga y cortocircuito. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 53  Interfaz:  IS bus: módulo de ampliación, visualización remota de datos, convertidor CAN-bus.  Salida de reporte de mal funcionamiento relé para baja tensión de protección.  RS232 interfaz serial para PC/módem para el registro de los datos de medición/transferencia remota de datos.  Display Dot Matrix Display con 122 x 32 píxel, visualización clara de textos y gráficas..  Tipo de protección IP 20 / DIN 40050.  Temperatura ambiental de 0 a + 45 °C.  Montaje en la pared.  Peso 570 g.  Caja de 3 partes de plástico reciclable.  Dimensiones (largo x ancho x altura) 150 x 215 x 43 mm.  Sensor de temperatura Pt1000 (4 unidades en la entrega) 1,5 m de cable de silicona, temperatura de servicio hasta 180° C. 1.7 NORMATIVA 1.7.1. Cumplimiento del CTE-HE 4  Cumplimiento de la contribución solar mínima (Apartado 2.2.1) La localidad de Santiponce en Sevilla está denominada, según el CTE-HE4, como zona climática V, por lo tanto la instalación debe cumplir una fracción solar mínima del 60%. Según el diseño de la instalación objeto del presente proyecto, la cobertura solar es del 73% por lo que cumple la exigencia de la contribución solar mínima.  Cumplimiento protección contra sobrecalentamientos (Apartado 2.2.2) Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 54 Según el diseño de la instalación, ningún mes del año se supera una fracción solar del 110%. Además, no se supera el 100% de la contribución solar en más de tres meses consecutivos. Por lo tanto no es necesario tomar medidas para evitar sobrecalentamientos ni la instalación de equipos para evacuar el excedente de energía.  Cumplimiento del límite de pérdidas (Apartado 2.2.3) El campo solar de la presente instalación tiene una disposición de los captadores de tipo general, por lo que no debe exceder el 10% de pérdidas por orientación e inclinación, un 10% de pérdidas por sombras, y un 15% de pérdidas totales. El campo solar de la instalación objeto de este proyecto se ha diseñado con una orientación de 5º este y una inclinación de 45º con respecto a la horizontal. Con dichos datos se ha calculado las perdidas por orientación e inclinación en el apartado 2.4.3, resultando estas de 1,2 %, por lo que cumple el presente apartado. Debido a que todos los edificios que rodean al hospital tienen menor altura que la cubierta donde está situado el campo de captación, no se producen sombras en los captadores y por consecuencia no se producen pérdidas por sombras.  Cumplimiento sistemas de acumulación solar y conexión de sistema de generación auxiliar (Apartado 2.2.5) El sistema de acumulación solar se debe dimensionar en función de la energía que aporta a lo largo del día, y no solo en función de la potencia del generador (captadores solares), por tanto se debe prever una acumulación acorde con la demanda al no ser esta simultánea con la generación. Para la aplicación de ACS, el área total de los captadores tendrá un valor tal que se cumpla la condición: 50 < V/A < 180 Donde, A suma de las áreas de los captadores [m²]; V volumen de la acumulación solar [litros]. Para la instalación diseñada, dicho ratio vale 61,44 l/m2 por lo que cumple el presente apartado.  Cumplimiento cálculo de la demanda (Apartado 4.1) La demanda energética de agua caliente sanitaria se obtiene siguiendo las directrices de esta sección y con los datos de demanda unitaria con 60ºC de referencia, tal como se procese en el apartado 2.3 del presente proyecto. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 55 1.7.2. Cumplimiento del RITE  Cumplimiento de la IT 1.1.4.3.1. “Preparación de agua caliente para usos sanitarios” El agua caliente para usos sanitarios se preparará a la temperatura mínima que resulte compatible con su uso considerando las pérdidas en la red de distribución.  Cumplimiento de la IT 1.2.4.2.1. “Aislamiento térmico” Todas las tuberías, accesorios y equipos de la instalación estarán aislados térmicamente. Así se evitan consumos energéticos superfluos y los fluidos caloportadores llegan a las unidades terminales con una temperatura próxima a la de salida de producción. Los espesores de los aislamientos, que aparecen calculados en el apartado 2.2.3 del presente proyecto, cumplen las especificaciones establecidas en el RITE, como se puede observar en el punto 2.11. Para evitar la congelación del agua en tuberías expuestas a temperaturas menores que la de su punto de fusión se recurre al empleo de una mezcla de agua con anticongelante, se usa una mezcla de 20 % en peso de glicol.  Cumplimiento de la IT 1.3.4.4.5. “Medición” La instalación dispone de la instrumentación de medida suficiente para la supervisión de las magnitudes que intervienen de forma fundamental en el funcionamiento de la misma: presión y temperatura. Esta instrumentación se basa en termómetros, termostatos y manómetros. Los instrumentos de medida se sitúan en lugares visibles y fácilmente medibles para su lectura. Los sensores de temperatura en el circuito de agua penetran en el interior de la tubería a través de una vaina de una sustancia conductora del calor. Los instrumentos de medición de los que consta la instalación son los siguientes: - Un manómetro en el vaso de expansión cerrado, situado en el circuito primario del sistema solar. - Un manómetro en la aspiración y otro en la descarga de las bombas, para una lectura diferencial de la presión. - Termómetros y manómetros a la entrada y la salida del interacumulador de calor. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 56  Cumplimiento de la IT 2.3.3. “Sistemas de distribución de agua” Los diferentes ramales del subsistema solar primario están conectados de forma que el circuito queda equilibrado hidráulicamente con retorno invertido. Las tuberías estarán situadas en lugares donde sean accesibles a lo largo de su recorrido facilitando su inspección, sobre todo en los tramos principales y de sus accesorios.  Cumplimiento de la IT 2.3.4. “Control automático” Los sistemas de control del sistema solar aparecen descritos en el apartado 1.4.6 del presente documento, los cuales cumplen con los requisitos exigibles por la norma: control y limitación de la temperatura. 1.7.2. Cumplimiento de las normas UNE  UNE 94002 La demanda energética de agua caliente sanitaria se obtiene siguiendo las directrices del apartado 4.1 del CTE, el cual se basa en esta norma. Se toma como datos para los cálculos tanto los consumos unitarios de agua caliente sanitaria como la temperatura del agua fría de la red de distribución en la provincia correspondiente contenidos en esta norma.  UNE 94003 Para el dimensionamiento del campo de captadores, esta norma proporciona datos de la irradiación global horizontal y temperatura ambiente en la provincia correspondiente.  UNE 100155 Respecto al vaso de expansión del circuito hidráulico, esta norma muestra un método de cálculo determinado.  UNE 149201 Para el dimensionamiento de instalaciones de agua para consumo humano dentro de edificios, necesario para el cálculo del volumen de acumulación del sistema auxiliar, tal como se realiza en el apartado 2.9.1. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 63 𝑤𝑠=cos−1(−tan𝛿tan𝜙) Siendo n el día del año, indicado en la tabla 2.6, y 𝜙 la latitud, que en este caso es 37º. Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Nº Días mes 17 47 75 105 135 162 198 228 258 288 318 344 Tabla 2.6. Número del día del año. A continuación calcular la irradiación solar extraterrestre en una superficie horizontal con la siguiente fórmula: 𝐻 0=24·3600 𝜋𝐺𝑐𝑠 (1+0.033cos360 𝑛 365 )(𝜋 𝑤𝑠 180sin𝛿sin𝜙+cos𝛿cos𝜙sin𝑤𝑠) Siendo Gcs la constante solar cuyo valor es 1367 W/m2. Ahora voy a calcular el índice de claridad (Kt), definiéndose de la siguiente manera: 𝐾 𝑡=𝐻  𝐻 0 Siendo:  𝐻 : Irradiación global diaria sobre una superficie horizontal.  𝐻 0: Irradiación solar extraterrestre en una superficie horizontal. A continuación pasamos a descomponer la irradiación directa (𝐻 𝐷) y difusa (𝐻 𝑑), para ello utilizaremos las siguientes correlaciones: Para 𝑤𝑠≤81.4º (invierno) y 0.3≤𝐾 𝑡≤0.8 𝐻 𝑑 𝐻 =1.391−3.560 𝐾 𝑡+4.189 𝐾 𝑡2−2.137𝐾 𝑡3 Para 𝑤𝑠>81.4º (invierno) y 0.3≤𝐾 𝑡≤ 0.8 𝐻 𝑑 𝐻 =1.311−3.022 𝐾 𝑡+3.427 𝐾 𝑡2−1.821𝐾 𝑡3 Con esto y con 𝐻 =𝐻 𝐷+𝐻 𝑑 ya tenemos descompuesta la irradiación en directa y en difusa. Obteniéndose la taba 2.7 con todos los resultados calculados citados anteriormente. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 64 Por último pasamos a calcular la irradiación global diaria media mensual sobre la superficie inclinada, para ello utilizamos la siguiente fórmula: 𝐻 𝑇=𝑅 𝐷𝐻 𝐷+(1+cos𝑠 2)𝐻 𝑑+(1−cos𝑠 2)𝜌𝑠𝐻  Mes Día del año 𝛿 (º) ws(º) 𝐻 0: (MJ/m2) Kt Hd(MJ/m2) HD (MJ/m2) Enero 17 -20,92 73,26 17,05 0,575 3,16 6,64 Febrero 47 -12,95 80,02 22,23 0,594 4,05 9,15 Marzo 75 -2,42 88,18 28,77 0,629 5,66 12,44 Abril 105 9,41 97,18 35,39 0,625 7,00 15,10 Mayo 135 18,79 104,86 39,89 0,632 7,82 17,38 Junio 162 23,09 108,74 41,66 0,682 7,57 20,83 Julio 198 21,18 106,98 40,70 0,717 6,84 22,36 Agosto 228 13,45 100,39 37,06 0,699 6,51 19,39 Septiembre 258 2,22 91,67 31,11 0,669 5,79 15,01 Octubre 288 -9,60 82,68 24,11 0,601 4,88 9,62 Noviembre 318 -18,91 75,04 18,24 0,576 3,38 7,12 Diciembre 344 -23,05 71,30 15,61 0,538 2,98 5,42 Tabla 2.7 irradiación directa y difusa sobre superficie horizontal. Donde para superficies orientadas al sur ±15º, como es en este caso, ya que el acimut es de 5º: 𝑅 𝐷=cos(𝜙−𝑠)cos𝛿sin𝑤´𝑠+𝜋 𝑤´𝑠 180 sin(𝜙−𝑠)sin𝛿 cos𝜙cos𝛿sin𝑤𝑠+𝜋 𝑤𝑠 180sin𝜙sin𝛿 Siendo:  𝐻 𝑇: Irradiación global diaria sobre una superficie inclinada.  𝐻 𝐷: Componente directa de la irradiación global diaria sobre una superficie horizontal.  𝐻 𝑑: Componente difusa de la irradiación global diaria sobre una superficie horizontal.  S: inclinación de la superficie, 45º. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 65 Obteniéndose los resultados mostrados en la tabla 2.8: Mes Componente directa(MJ/m2) Componente difusa(MJ/m2) Componente reflejada(MJ/m2) 𝐻 𝑇(MJ/m2) Enero 14,3 2,7 0,2 17,28 Febrero 15,7 3,5 0,3 19,52 Marzo 16,4 4,8 0,4 21,62 Abril 15,0 6,0 0,5 21,48 Mayo 13,9 6,7 0,6 21,16 Junio 15,1 6,5 0,6 22,13 Julio 16,9 5,8 0,6 23,34 Agosto 17,5 5,6 0,5 23,63 Septiembre 17,6 4,9 0,5 23,04 Octubre 15,1 4,2 0,4 19,67 Noviembre 14,5 2,9 0,3 17,62 Diciembre 12,5 2,5 0,2 15,29 Tabla 2.8 Cálculo irradiación global diaria media mensual sobre una superficie inclinada. 2.4.2 Inclinación de los captadores. El CTE HE4 recomienda una inclinación igual a la latitud geográfica si el consumo es constante a lo largo del año, una inclinación igual a la latitud geográfica +10º si la demanda es preferente en invierno y -10º si es preferente en verano. En este caso, tenemos una demanda más o menos constante pero con unos picos en Diciembre y en Enero (meses de invierno) por lo que cojo una inclinación de 45º, unos grados más de inclinación, para que la fracción de demanda cubierta en estos meses no sea muy baja, de esta forma se mantiene más constante la demanda cubierta a lo largo del año. 2.4.3 Pérdidas por sombras, orientación e inclinación Se van a determinar las pérdidas por orientación e inclinación de los captadores de acuerdo a las pérdidas máximas permisibles, las cuales son un 10 %, indicado en el CTE. Lo primero es comprobar los límites máximos y mínimos permitidos para que no se superen las pérdidas máximas, para ello nos ayudamos de la figura 2.1, tomada del CTE para una latitud de 41º. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 66 Se ha trazado una línea roja con la orientación de nuestro edificio, -5º. De esta forma se pueden determinar los límites máximo y mínimo. Figura 2.1 Pérdidas por inclinación. De la figura se obtiene que los límites máximos y mínimos son 59º y 15º respectivamente, Se corregirán los límites de inclinación aceptables en función de la diferencia entre la latitud del lugar en cuestión y la de 41º, de acuerdo a las siguientes fórmulas:  inclinación máxima = inclinación (φ = 41º) – (41º - latitud)=55º;  inclinación mínima = inclinación (φ = 41º) – (41º-latitud); siendo 5º su valor mínimo=11º. Como ya he mencionado antes, el ángulo de inclinación de los captadores es de 45º. Según el CTE en ángulo de inclinación óptimo sería la latitud del lugar, aunque la que hemos tomado cumple perfectamente con las especificaciones. Para cuantificar las pérdidas asociadas a elegir una inclinación distinta de la óptima, el CTE sugiere la siguiente expresión: Pérdidas (%) = 100 ⋅ 1,2·10−4· (β − βopt)2 + 3,5·10−5α2=1.2% (<10%) En cuanto a las pérdidas producidas por las sombras que puedan proyectar elementos en los alrededores de la instalación, para este caso, los captadores están situados en la cubierta del edificio donde no existen obstáculos en los alrededores que puedan proyectar dichas sombras. Por lo tanto, considero estas pérdidas nulas. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 67 2.4.4 Determinación del área de captación Se ha hecho un estudio paramétrico de la influencia del área de captación en la demanda cubierta (f), para ello utilizamos la herramienta informática CHEQ4. Con ello conseguimos obtener una tabla demanda cubierta-área de captación, obteniéndose de hay una superficie que cumpla los requisitos mínimos del CTE H4. Los datos de partida para el estudio paramétrico del área de captación del CHEQ4 se muestran en la tabla 2.9. Localización Localidad Santiponce (Sevilla) Altura de referencia [m] 0 Configuración Sistema seleccionado Instalación de consumidor único con interacumulador Demanda Edificio Residencia Número de personas 60 Campo de captadores Captador seleccionado SOLARIA 2.4 AL AL ( Fagor):  Área (m2): 2,17  η: 0,722  a1 (W/m2K): 3,39  a2 (W/m2K): 0,014  Q (l/m2h): 45  K50: 0.86 Orientación [º] -5 Inclinación [º] 45 Pérdidas por sombreamiento [%] 0 Porcentaje de anticongelante primario [%] 20 Longitud del circuito primario [m] 50 Diámetro de la tubería primario [mm] 20 Espesor del aislante primario [mm] 25 Tipo de aislante primario Poliestireno Tipo de sistema de apoyo Caldera convencional gas natural Otros parámetros Longitud del circuito de distribución [m] 260 Diámetro de la tubería distribución [mm] 1,2 Espesor del aislante distribución [mm] 25 Tipo de aislante distribución Poliestireno Temperatura de distribución [ºC] 60 Tabla 2.9 Datos de partida CHEQ 4. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 68 Los valores que fijo son la relación volumen/área de captación (75 l/m2), inclinación (45º) y número de paneles en serie (2), para los que iremos variando el número de captadores para una demanda del 0% al 100% de forma que se pueda observar la evolución. Se obtiene la tabla 2.10 Representando la tabla 2.10 en una gráfica en el que los ejes sean demanda cubierta y superficie de captación se obtiene la figura 2.2. Nº de captadores Nº en serie Superficie(m) Volumen acumulación(l) Aporte solar (kWh) Demanda cubierta (%) 2 2 4,34 325,5 2238 4,7 4 2 8,68 651 5197 10,9 8 2 17,36 1302 11264 23,6 12 2 26,04 1953 17128 36,0 16 2 34,72 2604 22407 47,0 18 2 39,06 2929,5 24827 52,1 20 2 43,4 3255 27089 56,9 22 2 47,74 3580,5 29186 61,3 24 2 52,08 3906 31130 65,3 26 2 56,42 4231,5 32936 69,1 28 2 60,76 4557 34565 72,6 30 2 65,1 4882,5 36043 75,7 32 2 69,44 5208 37429 78,6 34 2 73,78 5533,5 38968 81,8 36 2 78,12 5859 40074 84,1 38 2 82,46 6184,5 41306 86,7 40 2 86,8 6510 42558 89,3 42 2 91,14 6835,5 43868 92,1 44 2 95,48 7161 44849 94,1 46 2 99,82 7486,5 45455 95,4 48 2 104,16 7812 46043 96,6 50 2 108,5 8137,5 46521 97,7 52 2 112,84 8463 46883 98,4 54 2 117,18 8788,5 47142 99,0 56 2 121,52 9114 47274 99,2 Tabla 2.10 Paramétrica Demanda cubierta- Superficie. La norma obliga a cubrir más del 60 % de la demanda anual por lo que sería suficiente con una superficie de 47,74 m2 pero al disponer de más superficie en la cubierta y de modo que se use menos el sistema auxiliar se coge una superficie de 65,1 m2 que cubre una demanda de 76 %. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 69 Figura 2.2 Demanda cubierta- Superficie. A continuación en la imagen 2.3 y 2.4 se muestras los datos obtenidos del CHEQ 4 para los datos de la superficie de captación elegida y los datos antes dichos. Figura 2.3 Tabla de resultados de CHEQ4. Figura 2.4 Gráfica de resultados de CHEQ4. 0 20 40 60 80 100 020 40 60 80 100 120 Fracción de demanda cubierta Superficie de captacion Demanda cubierta-superficie de captación Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 70 2.4.5 Conexión serie/paralelo de los captadores Una vez tenemos el número de captadores seleccionado, lo siguiente es ver cuál va a ser la conexión entre ellos, ya que esto afecta al rendimiento de la instalación y a la fracción de demanda cubierta. Para ello, y con ayuda del CHEQ4, vamos a hacer un estudio paramétrico del número de captadores en serie. En este caso, los valores que permanecen fijos son la relación volumen de acumulación/área de captación (75 l/m2), inclinación (45º), número de paneles (30) y los datos de partida del CHEQ4 del apartado 2.4.4,para los que iremos variando el número de paneles en serie. Obteniéndose la tabla 2.11. Captadores en serie Demanda cubierta (%) 1 84,1 2 75,7 3 66,8 5 50,7 Tabla 2.11 Paramétrica Demanda cubierta-captadores en serie. Representando esta tabla en una gráfica en el que los ejes sean demanda cubierta y número de captadores en serie se obtiene la figura 2.5. Figura 2.5 Demanda cubierta- Número de captadores en serie 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 12345 Fracción de demanda cubierta Número de captadores en serie Demanda cubierta-Captadotes en serie Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 71 A la vista de la gráfica se observa que a medida que aumenta el número de captadores en serie disminuye la fracción de demanda cubierta por la instalación. A vista de esto de esto y para disminuir el caudal del primario, se elige dos captadores en serie. Los captadores se distribuyen de forma que no se produzcan sombras en ellos, en la cubierta de este edificio hay una leve construcción con la que hay que tener cuidado a la hora de colocar los captadores. A continuación en la imagen 2.7 se muestra la distribución de los captadores en la cubierta del edificio. Estos se han colocado en la zona central del edificio de forma que la pérdida de carga en el circuito primario sea menor, ya que las tuberías tienen que bajar hasta la planta baja por los huecos de las instalaciones Figura 2.6 Cubierta con captadores. 2.4.6 Resumen superficie de captación. En este apartado se resumen todos los cálculos realizado en el apartado 2.4, respecto a la superficie de captación de la instalación, de forma que se visualice la selección de los parámetros: Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 72  Acimut: 5º hacia el Este.  Inclinación de la superficie: 45º.  Pérdidas por inclinación y orientación: 1,2 %.  Número de captadores: 30.  Superficie de captación total: 65,1 m2.  Captadores en serie: 2.  V/A: 75 l/ m2 (Se coge este valor aleatoriamente, después se calcula) Con estos parámetros y los datos de partida de la tabla 2.9 se obtiene del CHEQ4 los resultados del apartado 2.4.4, ya que en este apartado se eligieron dos captadores en serie aleatoriamente, se muestran en las figuras 2.3 y 2.4. 2.5 CÁLCULO DEL VOLUMEN DE ACUMULACIÓN En este apartado se calcula el volumen del interacumulador. El CTE H4 obliga a tener una relación volumen de acumulación-superficie de captación (V/A) comprendida entre 50 < V/A <180. Para el cálculo del volumen de acumulador se a realizar un estudio paramétrico, para ello utilizaremos los datos de partida del CHEQ4 del apartado 2.4.4,además de la superficie de captación seleccionada en dicho apartado, el número de captadores en serie elegido en el apartado 2.4.5 y una inclinación de 45º. Estos valores los dejaremos fijos e iremos variando V/A desde 50 hasta 180. Por otra parte, el sistema de acumulación solar se debe dimensionar en función de la energía que aporta a lo largo del día, y no solo en función de la potencia del generador (captadores solares), por tanto se debe prever una acumulación acorde con la demanda al no ser esta simultánea con la generación. Obteniéndose la tabla 2.12. Representando esta tabla en una gráfica en el que los ejes sean demanda cubierta y volumen de acumulación se obtiene la figura 2.7. A la vista de los resultados, se observa que el volumen de acumulación no influye tanto como el número de captadores en serie o la superficie de captación. Por lo que se selecciona un volumen de 4000 l, que da un número índice de 61,44 l/m2. Se muestran los resultados del CHEQ4 en las figuras 2.8 y 2.9. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 79 2.7 CÁLCULO DE LOS EQUIPOS DE INTERCAMBIO Se ha seleccionado interacumuladores, intercambiadores incorporados al acumulador (serpentín), puesto que los intercambiadores de placas externos tienen mayores pérdidas y se necesita añadir una segunda bomba de circulación aumentando el coste de la instalación. Para saber si la selección del modelo que hemos escogido es correcta o suficiente para nuestra instalación tendremos que evaluar una serie de aspectos que son:  Caudales de diseño  Superficie de intercambio  Potencia de intercambio  Temperatura de los circuitos primario y secundario El CTE fija la superficie mínima de diseño del intercambiador S en metros cuadrados, la cual está en función de la superficie de captación (A), de forma que se cumpla la siguiente ecuación: 𝑆 ≥0.15∗𝐴 𝑚2 Por consiguiente para un área de captadores de 47,74 m2, l superficie mínima de intercambio a tener en cuenta será de: 𝑆≥7.161 𝑚2 Para la evaluación del intercambiador se seguirá el procedimiento desarrollado a continuación. La potencia térmica cedida por el fluido del circuito primario es igual a la potencia ganada por el agua que va a distribución. Determinaremos la potencia cedida por el circuito primario se puede estimar como: 𝑃𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 =𝐶𝑝;𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 ∙𝑉󰇗𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 ∙𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 ∙∆𝑇 Siendo:  𝑃𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟: Potencia intercambiada en el interacumulador, en kw.  𝐶𝑝;𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜: Calor especifico del fluido, en kJ/(kg ºC).  𝑉󰇗𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜: Caudal del fluido, en m3/s.  𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜: Densidad del fluido, en kg/ m3.  ∆𝑇: Salto de temperatura que experimenta el fluido en el interacumulador, en ºC. Lo primero necesitamos saber las propiedades del fluido de trabajo, mezcla de agua y glicol. Para ello nos ayudaremos de las gráficas que vienen en las figuras 2.12 y 2.13, en Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 80 las cuales se representa dichas propiedades en función del porcentaje de glicol en el fluido de trabajo. Nuestro caso, la solución está compuesta por un 20 % de composición en masa de glicol. Figura 2.11 Densidad de mezcla de agua y glicol para distintas temperaturas Figura 2.12 Calor específico de mezcla de agua y glicol para distintas temperaturas Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 81 Por lo que las propiedades en nuestro caso son: 𝐶𝑝;𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 =0,97 𝑘𝑐𝑎𝑙 𝑘𝑔 º𝐶 =4,06 𝑘𝐽 𝑘𝑔 º𝐶 𝜌𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 =0,99 𝑔 𝑐𝑚3=0,99𝑘𝑔 𝑙 Partiendo del esquema de la figura 2.13 se tomarán como hipótesis de diseño que en el primario: ∆T1= (T11-T12)= 30 ºC (lo más recomendable) Figura 2.13 Esquema de flujos de entradas y salidas en el interacumulador. Por tanto se obtiene la siguiente potencia: 𝑃𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 =4.06 𝑘𝐽 𝑘𝑔 º𝐶∙1.465 𝑙 ℎ∙1ℎ 3600𝑠𝑒𝑔∙0,99𝑘𝑔 𝑙∙30º𝐶 𝑃𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 =49.07𝑘𝑤 Considerando que el caudal de distribución es el 80% el caudal del primario y que no hay pérdidas de calor en el intercambiador se obtiene una T22 de 46ºC. Con estos datos ya podemos elegir el interacumulador. Se utilizará un interacumulador del fabricante Salvador Escoda S.L. y el modelo es, dentro de los depósitos de gran capacidad vitrificados, la serie IMVV 4000 SSB. Se puede observar que el interacumulador seleccionado tiene una superficie de intercambio de 8.4 𝑚2. La cual es mayor que la requerida, calculada antes: 𝑆 =8.4≥7.161 𝑚2 Por lo tanto es válido. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 82 Se muestra una imagen del depósito en la figura 2.14 y las características en la tabla 2.18. Figura 2.14 Imagen esquemática del interacumulador solar seleccionado. Tabla 2.18 Características del interacumulador solar seleccionado. El cálculo de la caída de presión se ha realizado como si el equipo de intercambio fuera una tubería de 2”. Al tener la superficie de intercambio y el diámetro sacamos la Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 83 longitud, la cual es 52.7 m. Con estos datos y el caudal que pasa por el interacumulador, el cual es el del primario (1465 l/h), ya podemos calcular la pérdida de presión de forma análoga que en el apartado de red de tuberías. Produciéndose una perdida en el equipo de intercambio de 694.6 Pa. 2.8 DIMENSIONADO DE LA BOMBA DE CIRCULACIÓN Para el dimensionado de la bomba de circulación del circuito primario se deben seguir las pautas del código técnico, que es lo primero que tendremos en cuenta, estas son las siguientes:  Siempre que sea posible, las bombas en línea 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.  En instalaciones superiores a 50 m² se montarán dos bombas idénticas en paralelo, dejando una de reserva, tanto en el circuito primario como en el secundario. En este caso se preverá el funcionamiento alternativo de las mismas, de forma manual o automática.  Si el circuito de captadores está dotado con una bomba de circulación, la caída de presión se debería mantener aceptablemente baja en todo el circuito.  En instalaciones de climatización de piscinas la disposición de los elementos será la siguiente: el filtro ha de colocarse siempre entre la bomba y los captadores, y el sentido de la corriente ha de ser bomba-filtro-captadores; para evitar que la resistencia de este provoque una sobrepresión perjudicial para los captadores, prestando especial atención a su mantenimiento. La impulsión del agua caliente deberá hacerse por la parte inferior de la piscina, quedando la impulsión de agua filtrada en superficie. En el presente proyecto la superficie de captación es de 65,1 m2 por lo que se tendrá que instalar dos bombas idénticas en paralelo dejando una de reserva. Dichas bombas se colocaran a la salida del interacumulador, ya que es la zona más fría del circuito primario. Los datos necesarios para la selección de la bomba son el caudal y la perdida de carga que tiene que vencer. El caudal es el que pasa por el circuito primario, es decir, es de 1465 l/h. La pérdida de carga es la suma de la mayor pérdida en el circuito más la pérdidas en el intercambiador. ∆𝑃𝐷𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 = ∆𝑃𝐶𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑚á𝑠 𝑑𝑒𝑠𝑓𝑎𝑣𝑜𝑟𝑎𝑏𝑙𝑒 +∆𝑃𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟 =35050,19+ 694,6=35744,83 𝑃𝑎=3,645 𝑚𝑐𝑎 Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 84 Las bombas se colocaran en la sala de máquinas que está situada en la planta más baja, por lo que deberá elevar el agua hasta la cubierta. Para nuestro caso, al ser un circuito cerrado, no hay que tener en cuenta la altura que sube el agua, ya que por un lado el agua sube y pierde energía pero por otro baja y gana energía, quedando equilibrado. Para seleccionar la bomba nos ayudamos de un programa seleccionador que tiene el fabricante Wilos en su página web. Dicho programa posiciona nuestro punto de trabajo en las gráficas, seleccionando antes la aplicación de uso de la bomba. Para este caso he seleccionado la bomba Stratos PICO-Z 25/1-6, una bomba para recirculación de ACS, de alta eficiencia de rotor húmedo. Figura 2.15 Bomba seleccionada. A continuación en la figura 2.16 se adjunta la gráfica altura manométrica-caudal y potencia-caudal para que se pueda observar el posicionamiento del punto de trabajo de la bomba. De dicha figura se saca que la presión de equilibrado de la bomba es de unos 1.02 mca, equivalentes a 10,002 kPa, y que la potencia consumida es de 32W. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 85 Figura 2.16 Curvas características de la bomba seleccionada. Si queremos determinar el rendimiento de la bomba, lo podemos calcular con la siguiente expresión: 𝜂 = 𝑄󰇗∙∆𝐻 𝑃𝐵𝑜𝑚𝑏𝑎 Siendo:  𝑃𝐵𝑜𝑚𝑏𝑎: Potencia consumida por la bomba en W.  𝜂: Rendimiento de la bomba.  𝑄󰇗: Caudal del fluido en m3/s.  ∆H: Altura manométrica de la bomba en Pa. Calculando, se obtiene un rendimiento de 44,57%, es normal ya que el rendimiento de las bombas en ACS es muy bajo. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 86 2.9 CÁLCULO DEL EQUIPO AUXILIAR El sistema solar no proporciona el 100% de la demanda en el edificio, por lo que necesitaremos un equipo auxiliar que proporcione el resto de demanda. Esta instalación solar cubre alrededor de un 74% de la demanda. Pero el equipo auxiliar no se dimensionará para el 26% restante, sino que se dispone de un equipo de energía convencional auxiliar que se utiliza para cubrir la demanda que la energía solar no pueda satisfacer directamente, garantizando la continuidad del suministro de agua caliente en casos de escasa radiación solar o demanda superior a la prevista. No se permite la conexión de un sistema de generación auxiliar en el acumulador solar, ya que esto puede suponer una disminución de las posibilidades de la instalación solar para proporcionar las prestaciones energéticas que se pretenden obtener con este tipo de instalaciones. El agua que sale del interacumulador solar se lleva al interacumulador convencional, del cual sale el agua caliente sanitaria que se lleva a distribución. Este interacumulador convencional tiene un serpentín por el que pasa el agua calentada por el sistema auxiliar en el caso de que sea necesario, debido a que la temperatura de preparación del agua no sea la adecuada. El sistema de aporte de energía, dispondrá de un termostato de control sobre la temperatura de preparación que en condiciones normales de funcionamiento permitirá cumplir con la legislación vigente en cada momento referente a la prevención y control de legionelosis. No se permite la conexión de un sistema de generación auxiliar en el acumulador solar. Para los equipos de instalaciones solares que vengan preparados de fábrica para albergar un sistema auxiliar eléctrico, se deberá anular esta posibilidad de forma permanente, mediante sellado irreversible u otro medio, como ya se comentó en el apartado 2.7. El sistema convencional auxiliar se diseñara 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. 2.9.1 Interacumulador auxiliar Lo primero que vamos a dimensionar es el volumen del interacumulador auxiliar, para ello necesitamos calcular el caudal instantáneo de distribución. Para ellos se aplicará la fórmula indicada en el apartado 5 de la norma UNE 149201, donde Qc es el caudal total instalado. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 87 En dicha norma no viene el caso de una residencia, de modo que cogeremos el edificio que más se ajuste, siendo este un hospital. De modo que utilizaremos las formulas de la figura 2.17. Figura 2.17 Cálculo del caudal simultáneo UNE: 149201. Para el cálculo del caudal total instalado recurrimos a la tabla de la tabla 2.19 suministrada por el CTE, en la sección HS4: Tabla 2.19 Caudal instantáneo mínimo para cada tipo de aparato. El caudal instantáneo mínimo se calcula como la suma de los caudales mínimos de ACS de cada aparato que hay en el edificio. Para ello, en la tabla 2.20 se muestra un recuento pudiendo obtener el valor total. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 88 Aparato Planta 0 Planta 1 Planta 2 Lavabo 12 14 15 Ducha 8 12 13 Bañera de 1,40 m o más 0 0 0 Bañera de menos de 1,40 m 0 0 0 Bidé 0 0 0 Inodoro con cisterna 8 16 17 Urinario con cisterna 2 0 0 Fregadero no domestico 1 0 0 Lavavajillas industrial 1 0 0 Lavadora industrial 1 0 0 Vertedero 2 0 0 Tabla 2.20 Número de aparatos por planta. Multiplicando cada caudal instantáneo mínimo para ACS de la tabla 2.19 por el número de aparatos existentes en cada planta de la tabla 2.20 se obtiene la tabla 2.21, en la cual se obtiene el caudal por planta en dm3/s. Aparato Planta 0 Planta 1 Planta 2 Lavabo 0,78 0,91 0,975 Ducha 0,8 1,2 1,3 Bañera de 1,40 m o más 0 0 0 Bañera de menos de 1,40 m 0 0 0 Bidé 0 0 0 Inodoro con cisterna 0 0 0 Urinario con cisterna 0 0 0 Fregadero no domestico 0,2 0 0 Lavavajillas industrial 0,2 0 0 Lavadora industrial 0,4 0 0 Vertedero 0 0 0 Total 2,38 2,11 2,275 Tabla 2.21 Caudal instantáneo mínimo por planta. 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 =𝑄󰇗𝑡=6,765 𝑑𝑚3 𝑠 Introduciendo el dato recién calculado en la fórmula correcta de la imagen 2.19, de la siguiente forma: Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 95 Pasamos a calcular cada uno de los términos: 𝑉𝑇 es el volumen total encerrado en los elementos del circuito primario. En este caso tuberías, captadores y el serpentín del interacumulador. 𝑉𝑇=𝑉𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 +𝑉𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 +𝑉𝑠𝑒𝑟𝑝𝑒𝑛𝑡í𝑛 Calculando el volumen del total de las tuberías como el sumatorio de los diferentes tramos con el mismo diámetro: 𝑉𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 =∑𝐿𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠,𝑖 ∙𝜋∗𝑅𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠,𝑖 2=50,09 𝑙 Calculando el volumen de los captadores multiplicando el número de captadores por la capacidad de fluido del captador seleccionado. 𝑉𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 =𝑉𝑒𝑛 𝑢𝑛 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 ∙𝑁º𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 =30∗1,26=37,8𝑙 Calculando el volumen en el serpentín de forma análoga al de las tuberías: 𝑉serpentín =𝐿serpentín ∙𝜋∗𝑅serpentín 2=106,68 𝑙 Por tanto el volumen total es de 194,57 litros. 𝑐𝑒 representa el coeficiente de expansión del fluido. La norma UNE 100155 proporciona una fórmula empírica para su obtención a la que habrá que aplicarle un factor corrector por ser una mezcla con refrigerante. Para temperaturas comprendidas entre 30ºC y 120ºC se aplica la ecuación. Para nuestro caso considero la temperatura máxima de 60ºC. 𝑐𝑒=(3,24∙𝑡2+102,13∙𝑡−2708,3)∙10−6 =0,015 El factor corrector para una mezcla agua-glicol se calcula siguiendo los pasos a continuación: 𝑓𝑐=𝑎∙(1,8∙𝑡+32)𝑏 𝑎 = −0,013∙(𝐺2−143,8∙𝐺+1918,2) 𝑏 =3,5∙10−4 ∙(𝐺2−94,57∙𝐺+500) Siendo G el porcentaje de glicol en el fluido de trabajo, 20% para nuestro caso. Con esto se obtiene un fc=1,305 y por tanto un 𝑐𝑒=0,0198 Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 96 𝑐𝑝 representa al coeficiente de presión. En el caso de un vaso de expansión cerrado con diafragma, se aplica a la siguiente expresión: 𝑐𝑝=𝑃𝑀𝑎𝑥 𝑃𝑀𝑎𝑥 −𝑃𝑚𝑖𝑛 𝑃𝑀𝑎𝑥: presión máxima de funcionamiento. Ésta será ligeramente menor que la presión de tarado de la válvula de seguridad, que tiene un valor entre 6 y 10 bar, tomando 8 bar: 𝑃𝑀𝑎𝑥 =0,9∙𝑃𝑣𝑠 +1=8.2 𝑏𝑎𝑟 𝑃𝑚𝑖𝑛: se corresponde con la presión estática resultante de la diferencia entre el punto más elevado de la instalación y la situación del vaso de expansión, para este caso la diferencia es de 10,9 metros que equivalen a 1,07 bar, más 1 bar de la presión atmosférica. En cualquier caso debe tomarse una presión mínima con un margen de seguridad de 0,5 bar para temperaturas superiores a 90ºC. 𝑃𝑚𝑖𝑛 =1,07+1+0,5=2,57 𝑏𝑎𝑟 Con lo que se obtiene un 𝑐𝑝=1,46. Tras realizar todos los pasos anteriores llegamos a un volumen del vaso de expansión de 5,62 litros. La norma UNE 100155 establece que este volumen ha de ser como mínimo un 6% del volumen total de agua de la instalación el cual equivale a 11,67 litros por lo que no se cumple esta condición, por tanto cogeremos este dato para la selección del vaso de expansión. Se escoge un vaso de expansión del fabricante Thermowave en concreto el modelo TWB 12LX de una capacidad de 12 litros. En la tabla 2.24 se muestra algunas de sus características, siendo el elegido el que está en el recuadro rojo. Figura 2.23 Serie TWB de vasos de expansión Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 97 Tabla 2.24 Especificaciones serie TWB de vasos de expansión También se ha dimensionado el vaso de expansión del sistema auxiliar, de forma análoga que el del circuito primario. 𝑉𝑇,𝑎𝑢𝑥 =𝑉𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠,𝑎𝑢𝑥 +𝑉𝑐𝑎𝑙𝑑𝑒𝑟𝑎,𝑎𝑢𝑥 +𝑉𝑠𝑒𝑟𝑝𝑒𝑛𝑡í𝑛,𝑎𝑢𝑥 = 4,05+70+63,5 =137,55 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 Aplicando los mismo coeficientes que en el del circuito primario, 𝑐𝑒=0,0198 y 𝑐𝑝=1,46, se obtiene un volumen del vaso de expansión de 3,98 litros, por lo que se seleccionara uno de 4 litros. Se selecciona uno del mismo fabricante que el del circuito primario, Thermowave, pero en este caso el modelo de 4 litros, TWB-4LX. 2.11 CÁLCULO ESPESOR DE AISLAMIENTO Los aparatos, equipos y conducciones estarán aislados térmicamente. De esta forma se evitarán perdidas de energía y los fluidos caloportadores llegarán a las unidades terminales con una temperatura próxima a la de producción. Además se cumplirán las condiciones de seguridad para evitar contactos accidentales con superficies calientes. Para el cálculo del aislamiento nos basamos en el cumplimiento del RITE, en concreto en la instrucción técnica 1.2.4.2.1. La cual describe las situaciones en las que deber llevar aislamiento los equipos, aparatos y depósitos de las instalaciones térmicas. Para nuestro caso, al estar el fluido a más de 40ºC y estar instalado en locales no calefactados. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 98 En las tablas 1.2.4.2.1 y 1.2.4.2.2 del RITE, tabla 2.25 y 2.26 del presente proyecto, se muestran los espesores de aislamiento mínimo de tuberías y accesorios que transportan fluidos calientes que discurren por el interior o el exterior. Para un material aislante de conductividad térmica de 0,040 W/(m·K), los espesores de aislante para las tuberías y accesorios de la instalación son los siguientes: Tabla 2.25 Espesores mínimos de aislamiento (mm) de tuberías y accesorios que transportan fluidos calientes que discurren por el interior de edificios Tabla 2.26 Espesores mínimos de aislamiento (mm) de tuberías y accesorios que transportan fluidos calientes que discurren por el exterior de edificios Para nuestro caso de las tuberías solo se aislaran las tuberías por la que circule fluido caliente, que son aquellas que van desde los captadores hasta el interacumulador solar, y la columna de temperaturas comprendidas entre 60ºC y 100ºC. La instalación tiene tuberías de 19,1 y 25.4 mm, ambas menores que 35 mm, por lo que cogeremos un aislamiento de 25 mm para interior y 35 mm para exterior. En la tabla 2.27 se puede ver la longitud de tuberías interiores y exteriores según su diámetro. Longitud 25 mm (interior) 35 mm (exterior) 25,4 60,7 26,0 19,1 0,0 21,7 Tabla 2.27 Longitud de tuberías interiores y exteriores según su diámetro. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 99 Se ha seleccionado el fabricante Rockwool y en concreto el modelo Rockwool 133. Se trata de un aislamiento de lana mineral que tiene una conductividad térmica de 0,040 W/(m·K), y que está disponible en los espesores de las tablas 2.25 y 2.26. En la figura 2.25 se observa una foto de dicho aislamiento. Figura 2.25 Aislante Rockwool 133. Para el caso de los interacumuladores, tanto solar como auxiliar, el aislamiento ya viene incluido. Disponen de una capa de 80 mm de espesor de espuma poliuretano rígido por lo que cumplen con creces la normativa, ya que dice que el espesor mínimo del aislamiento deben ser igual que al de una tubería de más de 140 mm de diámetro, a lo que corresponde 40 mm de espesor del aislamiento. Respecto al vaso de expansión, necesitaría un aislamiento de 40 mm de espesor. El modelo elegido en nuestra instalación está homologado y son diseñados de acuerdo a la normativa actual. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 100 3. PLIEGO DE CONDICIONES TÉCNICAS Y ADMINISTRATIVAS Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 101 3.1 Objeto El presente pliego de condiciones técnicas fija los criterios generales del proyecto de instalación de captadores solares planos para la producción de agua caliente sanitaria en una residencia de ancianos en la localidad de Santiponce, situada en la provincia de Sevilla. Habrán de definirse los equipos y materiales utilizados, montajes de los equipos, además de las pruebas y ensayos parciales a realizar, detallándose también su mantenimiento . 3.2 Normativa aplicable Todos los materiales y tareas que forman parte de la Instalación deberán cumplir con los requisitos exigidos en los siguientes reglamentos:  Pliego de Especificaciones Técnicas para Instalaciones de Energía Solar Térmica a Baja Temperatura.  Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE), y sus Instrucciones Técnicas Complementarias (ITE). Real Decreto 1027/2007 de 20 de Julio.  Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) y sus instrucciones Complementarias MI.BT, incluidas las hojas de interpretación.  Código Técnico de la Edificación - Acciones en la Edificación (CTE-DB-AE).  Código Técnico de la Edificación – Seguridad en caso de incendio (CTE-DB- SI).  Código Técnico de la Edificación – Protección frente al ruido (CTE-DB-HR)  Norma UNE-EN 12975-1:2006. “Sistemas solares térmicos y componentes. Captadores solares.”  Igualmente, se cumplirá con toda la normativa de carácter regional y local (Ordenanzas, etc.).  Aparte de la Normativa de carácter obligatorio antes mencionada, se utilizaran otras Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 102  Normas como las UNE de la Asociación Española de Normalización y Certificación (AENOR), normas NTE del Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo o de las Compañías suministradores de energía eléctrica, etc. En ocasiones, a falta de normativa Española, podrán utilizarse de organismos internaciones, como CER, ISO, etc. En cualquier caso se seguirá la edición más reciente de toda la normativa mencionada, con las últimas modificaciones oficialmente aprobadas. De igual manera, se respetaran cualesquiera otras normativas o reglamentos mencionados en el presente pliego. 3.3 Condiciones de materiales y equipos 3.3.1 Tuberías y accesorios En los distintos circuitos cerrados de la instalación podrán utilizarse tuberías de cobre, de acero negro, de acero inoxidable o material plástico compatibles con el fluido que utilizan, que soporten las condiciones extremas de funcionamiento del correspondiente circuito y con la protección necesaria en función de su ubicación. En los circuitos de agua caliente sanitaria podrán utilizarse cobre y acero inoxidable. Podrán utilizarse materiales plásticos que soporten las condiciones extremas (presión y temperatura) de funcionamiento del circuito, y que estén autorizadas por la normativa vigente. Las tuberías de cobre serán tubos estirados en frio y sus uniones serán realizadas por accesorios a presión que soporten las condiciones extremas o, mediante soldadura por capilaridad de acuerdo a la norma UNE EN 1057. Se realizara soldadura fuerte cuando la temperatura del circuito pueda superar en algún momento los 125ºC. En todos los casos es aconsejable prever la protección catódica del acero según Norma UNE 100050. Todos los elementos metálicos no galvanizados, ya sean tuberías, soportes, o bien accesorios, o que no estén debidamente protegidos contra la oxidación por su fabricante, se les aplicara dos capas de pintura antioxidante a base de resinas sintéticas acrílicas multipigmentadas por minio de plomo, cromado de zinc y óxido de hierro. Las dos manos se darán: la primera fuera de obra y la otra con el tubo instalado.  Accesorios: Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 103  Compensadores de dilatación. Se utilizaran en los circuitos de agua caliente. Los compensadores de dilatación han de ser instalados allí donde indique el plano y, en su defecto, donde se requiera según la experiencia del instalador, adaptándose a las recomendaciones del Reglamento e Instrucciones Técnicas correspondientes. La situación será siempre entre dos puntos fijos garantizados como tales, capaces de soportar los esfuerzos de dilatación y de presión que se originan. Los extremos del compensador serán de acero al carbono preparados para soldar a la tubería con un chaflán de 37o 30' y un talón de 1,6 mm cuando el diámetro nominal de la tubería sea de hasta 2'' inclusive. Para tuberías de diámetro superior, las conexiones serán por medio de bridas en acero al carbono s/normas DIN 2502 o 2503, según las presiones sean de 6 y 10 o 16 Kg/cm2. Estas bridas irán soldadas a los cuellos del compensador por los procedimientos recomendados para la soldadura de piezas en acero al carbono de espesores medios.  Juntas: No se utilizara amianto. La presión nominal mínima será PN-10, y soportaran temperaturas de hasta 200ºC.  Lubricante de roscas. General: no endurecedor, no venenoso. Acoplamientos dieléctricos o latiguillos. Se incluirán acoplamientos dieléctricos o latiguillos en las uniones entre cobre y acero o fundición, tanto en la conducción de impulsión, como en el retorno  Derivaciones: Para las derivaciones se pueden usar empalmes soldados. Todas las aberturas realizadas a las tuberías se harán con precisión para lograr intersecciones perfectamente acabadas.  Codos en bombas: Se suministraran codos de radio largo en la succión y descarga de las bombas.  Sombreretes: Se incluirá la protección adecuada para cada una de las tuberías que pasen a través del tejado de acuerdo a las instrucciones de la Dirección Facultativa.  Guías: Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 104 Se suministraran guías, donde se indique y donde sea necesario como en liras, Juntas de expansión, instaladas de acuerdo a las recomendaciones del fabricante.  Termómetros: Los termómetros serán de mercurio en vidrio, con una escala adecuada para el servicio (divisiones de 1/2 grado) dentro de una caja metálica protectora con ventana de vidrio, instalados de modo que su lectura sea sencilla.  Manómetros: Los manómetros serán con válvula de aguja de aislamiento en acero inoxidable e inmersos en glicerina. Los rangos de los manómetros serán tales que la aguja, durante el funcionamiento normal, este en el medio del dial. La precisión será de al menos el 1%. Puntos de toma de presión: Se incluirán los puntos de toma con válvula necesarios y/o indicados en planos o especificaciones.  Válvulas de seguridad: Se incluirán todas las válvulas de seguridad indicadas, o necesarias (de tarado Adecuado) para un funcionamiento completamente seguro y correcto de los sistemas. Durante el periodo de pruebas de la instalación se procederá al timbrado de las mismas. Las válvulas de seguridad de alivio serán de paso angular y carga por resorte. Serán adecuadas para condiciones de trabajo de 0 a 120 ºC y hasta 25 kg/cm2. Los materiales de fabricación serán bronce RG-5 para el cuerpo, vástago, tornillo de fijación, tuerca deflectora y la tobera, latón para el cabezal y obturador, acero cadmiado para el resorte Y PTFE para la junta.  Purgadores de aire: Cuando sea necesario, y con el fin de disponer de una instalación silenciosa y evitar formación de cámaras de aire se dispondrá la tubería con pendiente ascendente hacia la dirección de flujo. Las derivaciones se harán de tal modo que se eviten retenciones de aire y se permita el paso libre del mismo. Se incluirán purgadores de aire, manuales o automáticos, en todos los puntos altos, particularmente en los puntos más elevados de los montantes principales así como en todos los puntos necesarios, teniéndose especial cuidado en los retornos (ascensos, codos ascendentes). En el caso de que, una vez que las redes estén en funcionamiento, se den anomalías por presencia de aire en la instalación, se instalaran nuevos empalmes, purgadores, válvulas según se considere necesario y sin costes extra. Si se deben realizar trabajos que requieran rotura, y reposición de acabados, el contratista se hará cargo de los gastos generados. Se preferirán por norma general los purgadores manuales, Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 111  No suponga una disminución del rendimiento térmico del sistema de captación en las condiciones habituales de operación.  Estéticamente sean similares. 3.6.3 Estructura soporte y sujeción del captador La estructura soporte cumplirá los requisitos establecidos en el CTE-SE. Todos los materiales de la estructura soporte se deberían proteger contra la acción de los agentes ambientales, en particular contra el efecto de la radiación solar y la acción combinada del aire y el agua. Las estructuras de acero deberían protegerse mediante galvanizado por inmersión en caliente, pinturas orgánicas de zinc o tratamientos anticorrosivos equivalentes. La realización de taladros en la estructura se debería llevar a cabo antes de proceder al galvanizado o protección de la estructura. La tornillería y piezas auxiliares deberían estar protegidas por galvanizado o cincado, o bien serán de acero inoxidable. 3.7 Sistema eléctrico y de control La instalación eléctrica cumplirá con el vigente Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (REBT) y sus Instrucciones Técnicas Complementarias. Se construirá un cuadro eléctrico específico para la instalación solar. El sistema de control consistirá en un controlador digital programable e incorporara una adquisición de datos de la instalación en tiempo real, tele gestionable a distancia a través de un modem ya incorporado. Los datos a chequear serán: caudales, temperaturas en captadores, acumuladores, potencia y energía inyectadas en cada servicio y número de horas de funcionamiento de las bombas. Las funciones de regulación y control que han de realizarse son las siguientes:  Activar la bomba de circulación en función del salto de temperatura entre la salida de la batería de captadores y la parte baja del acumulador.  La ubicación de las sondas ha de realizarse de forma que detecten exactamente Las temperaturas que se desean, instalándose los sensores en el interior de vainas Y evitándose las tuberías separadas de la salida de los colectores y las zonas de Estancamiento (en el caso de la piscina). Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 112  La precisión de los sistemas de control y la regulación de los puntos de consigna asegurara que en ningún caso las bombas estén en marcha con diferencias de temperaturas menores de 2 o ni paradas con diferencias superiores a 7 ºC.  La diferencia de temperatura entre el punto de arranque y parada del termostato diferencial no será inferior a 2 ºC.  El sistema de control incluirá señalizaciones luminosas de alimentación del sistema de funcionamiento de las bombas. 3.8 Aparatos de medida Los sistemas de medida de temperatura, caudales y energía proporcionan información del estado de funcionamiento de la instalación y permiten realizar la evaluación de las prestaciones energéticas de la instalación. A) Medida de temperatura Las medidas de temperatura se realizaran mediante sondas, termopares, termómetros de resistencia o termistores. La diferencia de temperatura del fluido de trabajo se realizaran mediante termopilas, termómetros de resistencia (conectados en dos brazos de un circuito en Puente) o termopares emparejados, de forma que la señal de salida sea única en todos los casos. Las sondas de temperatura deben ser, preferentemente, de inmersión y deben estar bañadas por el fluido cuya temperatura se pretende medir o situadas, como máximo, a una distancia de 5 cm del fluido. B) Medida de caudal Los contadores de caudal de agua estarán constituidos por un cuerpo resistente a la acción del agua conteniendo la cámara de medida, un elemento con movimiento proporcional al caudal de agua que fluye y un mecanismo de relojería para transmitir este movimiento a las esferas de lectura por medio de un acoplamiento magnético. La esfera de lectura, herméticamente sellada, será de alta resolución. Cuando exista un sistema de regulación exterior, este estará precintado y protegido contra intervenciones fraudulentas. Se suministraran los siguientes datos, que deberán ser facilitados por el fabricante:  Calibre del contador.  Temperatura máxima del fluido. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 113  Caudales: o en servicio continuo. o máximo (durante algunos minutos). o mínimo (con precisión mínima del 5%). o de arranque.  Indicación mínima de la esfera.  Capacidad máxima de totalización.  Presión máxima de trabajo.  Dimensiones.  Diámetro y tipo de las conexiones.  Perdida de carga en función del caudal. La medida de caudales de líquidos se realizara mediante turbinas, medidores de flujo magnético, medidores de flujo de desplazamiento positivo o procedimientos gravimétricos, de forma que la exactitud sea igual o superior a 3% en todos los casos. C) Medida de energía térmica. Los contadores de energía térmica estarán constituidos por los siguientes elementos:  Contador de agua, descrito anteriormente.  Dos sondas de temperatura.  Microprocesador electrónico, montado en la parte superior del contador o separado. La posición del contador y de las sondas define la energía térmica que se medirá. El microprocesador podrá estar alimentado por la red eléctrica o mediante pilas Con una duración de servicio mínima de 3 años. El microprocesador multiplicara la diferencia de ambas temperatura por el caudal instantáneo de agua y su peso específico. La integración en el tiempo de estas cantidades proporcionara la cantidad de energía. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 114 3.9 Acumuladores El acumulador seleccionado deberá especificar el tipo 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, instrucción Técnica Complementaria MJE-AP11 y probado con una presión igual a dos veces la presión de trabajo y homologado por el Ministerio de Industria y Energía. El acumulador llevara 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.  Numero de fabricación.  Volumen neto de almacenamiento en litros.  Presión máxima de servicio. Los depósitos vendrán equipados de fábrica con las bocas necesarias soldadas antes de efectuar el tratamiento de protección interior. Al objeto de este pliego de condiciones podrán utilizarse depósitos de las siguientes características y tratamientos: Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 115  Depósitos de acero galvanizado en caliente de cualquier tamaño, con espesores de galvanizado no inferiores a los especificados en la Norma UNE 37.501.  Depósitos de acero con tratamiento epoxi dicó.  Depósitos de acero inoxidable de cualquier tamaño.  Depósitos de cobre de cualquier tamaño.  Acumuladores no metálicos que, además de soportar las condiciones extremas del circuito, resistan la acción combinada de presión y temperatura más desfavorable y este autorizada su utilización por la Administración Competente. Cuando el intercambiador está incorporado al acumulador solar, éste estará situado en la parte inferior de este último y podrá ser de tipo sumergido o de doble envolvente. El intercambiador sumergido podrá ser de serpentín o de haz tubular. 3.10 Intercambiadores de calor Los intercambiadores de calor serán de acero inoxidable AISI 316 L. El Intercambiador seleccionado resistirá la presión máxima de la instalación. Los Materiales soportaran temperaturas de 110 o y serán compatibles con el fluido de Trabajo. 3.10.1 Intercambiadores externos El intercambiador llevara una placa de identificación situada en lugar claramente visible y escrito con caracteres indelebles en las que aparecerán los siguientes datos:  Fabricante.  Marca.  Modelo.  Número de placas.  Temperatura máxima.  Presión nominal.  Potencia nominal. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 116  Caudal nominal en primario y secundario.  Salto de temperatura nominal en primario y secundario. Se podrán utilizar intercambiadores de placas desmontables o electro soldadas. El Material de las placas será acero inoxidable o cobre. 3.4 Provisión del material Los componentes instalados deberán ser de marcas acreditadas y en su caso homologados, para que ofrezcan las máximas garantías posibles. Se dispondrá de un lugar adecuado y seguro para almacenar los materiales y elementos de la instalación hasta el momento en que estos vayan a ser puestos en obra. Los captadores, por su especial fragilidad, deberán ser suministrados apilados sobre una base de madera adecuada para su traslado mediante carretilla elevadora. En el supuesto de que los captadores una vez desembalados deban quedarse temporalmente a la intemperie, se colocaran con un ángulo mínimo de 20º y máximo de 80º. 3.5 Condiciones de montaje Las condiciones de montajes serán las indicadas por los fabricantes de los diferentes materiales, aparatos o equipos. La instalación de las distintas partes de la obra se realizara teniendo en cuenta la práctica normal conducente a obtener un buen funcionamiento durante el periodo de vida que se le puede atribuir. 3.6 Pruebas, puesta en marcha y recepción 3.6.1 General La ejecución de la instalación termina con la entrega de la instalación al promotor o usuario para iniciar el periodo de uso así como el de mantenimiento. Para Realizar la recepción de la instalación debería estar realizado, además del montaje completo, las pruebas y ajustes especificados, así como la puesta en marcha. El instalador se responsabilizara de la ejecución de las pruebas funcionales, del buen funcionamiento de la instalación y del estado de la misma hasta su entrega a la propiedad. La memoria de diseño contemplará la relación de las pruebas a realizar. En el Documento de Control de Ejecución se recogerán las pruebas parciales, finales y Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 117 funcionales realizadas, la fecha en la que tuvieron lugar, los resultados obtenidos y el Grado de cumplimiento de las expectativas. Al objeto de la recepción de la instalación se entenderá que el funcionamiento de la misma es correcta, cuando la instalación satisfaga como mínimo las pruebas parciales incluidas en el presente capitulo. 3.6.2 Pruebas parciales Todas las pruebas estarán precedidas de una comprobación de los materiales al momento de su recepción a obra. Durante la ejecución de obra, todos los tramos de tubería, uniones o elementos que vayan a quedar ocultos, deberían ser expuestos para su inspección y deberían quedar expresamente aprobados su montaje antes de quedar ocultos. Adicionalmente, se inspeccionaran los soportes de tubería utilizados, los diámetros, trazados y pendientes de tuberías, la continuidad de los aislamientos, etc.  Pruebas de equipos Los materiales y componentes deberían llegar a obra con certificación de origen industrial, que acredite el cumplimiento de la normativa en vigor. Su recepción se realizará comprobando el cumplimiento de las especificaciones de proyecto y sus características aparentes.  Pruebas de estanqueidad de redes hidráulicas Todas las redes de circulación de fluidos portadores deberían ser probadas hidrostáticamente, a fin de asegurar su estanquidad, antes de quedar ocultas por obras de albañilería, material de relleno o por el material aislante. Son aceptables las pruebas realizadas de acuerdo a UNE-EN 14336:2005, en función del tipo de fluido transportado.  Pruebas de libre dilatación Una vez que las pruebas anteriores de las redes de tuberías hayan resultado satisfactorias y se haya comprobado hidrostáticamente el ajuste de los elementos de seguridad, las instalaciones equipadas con captadores solares se llevaran hasta la temperatura de estancamiento de los elementos de seguridad, habiendo anulado previamente la actuación de los aparatos de regulación automática. Durante el enfriamiento de la instalación y al finalizar el mismo, se comprobara visualmente que no hayan tenido lugar deformaciones apreciables en ningún elemento o tramo de tubería y que el sistema de expansión haya funcionado correctamente. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 118 3.6.3 Pruebas finales Las pruebas finales permitirán garantizar que la instalación reúne las condiciones de calidad, fiabilidad y seguridad exigidas en proyecto. Son aceptables, las pruebas finales que se realicen siguiendo las instrucciones indicadas en la norma UNE-EN 12599. Las pruebas de libre dilatación y las pruebas finales de la instalación solar se realizaran en un día soleado y sin demanda. En la instalación solar se llevara a cabo una prueba de seguridad en condiciones de estancamiento del circuito primario, a realizar con este lleno y la bomba de circulación parada, cuando el nivel de radiación sobre la apertura del captador sea superior al 80% del valor de irradiación que defina como máxima el proyectista, durante al menos una hora. 3.6.4 Ajustes y equilibrado La instalación solar debería ser ajustada a los valores de proyecto dentro de los Márgenes admisibles de tolerancia. Se realizaran de acuerdo con los establecido en la Norma UNE 100.010 (partes 1, 2 y 3), "Climatización. Pruebas de ajuste y equilibrado", que habrá que particularizar para las características específicas de cada sistema o instalación.  Sistemas de distribución de agua Se comprobará que el fluido anticongelante contenido en los circuitos expuestos a heladas cumple con los requisitos especificados en el proyecto. Cada bomba, de la que se debería conocer la curva característica, debería ser ajustada al caudal de diseño, como paso previo al ajuste de los caudales en circuitos. de cada circuito hidráulico se deberían conocer el caudal nominal y la presión, así como los caudales nominales cada uno de los ramales. Los distintos ramales, o los dispositivos de equilibrado de los mismos, serán equilibrados al caudal de diseño. Se debería comprobar el correcto equilibrado hidráulico de los diferentes ramales mediante el procedimiento previsto en el proyecto. De cada intercambiador de calor se deberían conocer la potencia, temperatura y caudales de diseño, debiéndose ajustar los caudales de diseño que lo atraviesan. Cuando exista más de un grupo de captadores solares en el circuito primario del subsistema de energía solar, se debería probar el correcto equilibrado hidráulico de los diferentes ramales de la instalación mediante el procedimiento previsto en el proyecto. Se comprobará el mecanismo del subsistema de energía solar en condiciones de estancamiento así como el retorno a las condiciones de operación nominal sin intervención del usuario con los requisitos especificados en el proyecto. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 119  Control automático Se ajustaran todos los parámetros del sistema de control automático a los valores de diseño especificados en el proyecto y se comprobara el funcionamiento de todos los componentes que configuran el sistema de control. 3.6.5 Recepción  Recepción provisional El objeto de la recepción es comprobar que la instalación está de acuerdo con los servicios contratados y que se ajusta, por separado cada uno de sus elementos y globalmente, a lo especificado en el proyecto. Una vez realizadas las pruebas funcionales con resultados satisfactorios, se procederá al acto de recepción provisional de la instalación por parte de la propiedad, con lo que se da por finalizado el montaje de la instalación. El acto de recepción provisional quedara formalizado por un acta donde figuren todos los intervinientes y en la que se formalice la entrega conforme de la documentación referida. La documentación disponible y entregada debería ser, al menos, la siguiente:  Una memoria descriptiva de la instalación, en la que se incluyen las bases de proyecto y los criterios adoptados para su desarrollo.  Una copia reproducible de los planos definitivos, comprendiendo, como Mínimo, los esquemas de principio de todas las instalaciones, los planos de sala de máquinas y los planos de plantas donde se debería indicar el recorrido de las Conducciones y la situación de las unidades terminales.  Una relación de todos los materiales y equipos empleados, indicando fabricante, marca, modelo y características de funcionamiento.  Las hojas desopilativas de los resultados de las pruebas parciales y finales  Un manual de instrucciones de funcionamiento de los equipos principales de la instalación.  Recepción definitiva Desde el acta de recepción provisional, la propiedad podrá y deberá notificar cualquier incidencia en el funcionamiento de la instalación. Transcurrido el plazo estipulado desde el acta de recepción, la recepción provisional se transformara en recepción definitiva. A partir de la recepción definitiva entrara en vigor la garantía. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 120 3.7 Mantenimiento Se definen tres escalones de actuación para englobar todas las operaciones necesarias durante la vida útil de la instalación para asegurar el funcionamiento, aumentar la fiabilidad y prolongar la duración de la misma:  Vigilancia.  Mantenimiento preventivo.  Mantenimiento correctivo. 3.7.1 Vigilancia El plan de vigilancia se refiere básicamente a las operaciones que permiten asegurar que los va lores operacionales de la instalación sean correctos. Es un plan de observación simple de los parámetros funcionales principales, para verificar el correcto funcionamiento de la instalación. Puede ser llevado a cabo por el usuario. 3.7.2 Mantenimiento preventivo El plan de mantenimiento ha de incluir todas las operaciones de mantenimiento necesarias para que el sistema funcione correctamente durante su vida útil. El mantenimiento preventivo implicara operaciones de inspección visual, verificación de actuaciones y otros, que aplicados a la instalación deberían permitir mantener dentro de límites aceptables las condiciones de funcionamiento, prestaciones, protección y durabilidad de la instalación. El mantenimiento preventivo implicara, como mínimo, una revisión anual de la instalación para instalaciones con área de apertura de captación inferior a 20 m2 y una revisión cada seis meses para instalaciones superiores a 20 m2. En la siguiente hoja se definen las operaciones de mantenimiento preventivo que deben realizarse, la periodicidad mínima establecida (en meses) y observaciones en relación con las prevenciones a observar. 3.7.3 Mantenimiento correctivo Las actividades de mantenimiento correctivo no pueden estar sometidas a un plan, dado el carácter impredecible de estas acciones. Como su propio nombre indica, las acciones de mantenimiento correctivo se realizaran para corregir anomalías Observadas durante Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 127 4.3 Caldera del fabricante BAXI modelo CPA 100- BTH o similar: -Potencia 100 kw. -Combustible: gas natural. -Cuadro digital 1 Ud 5.676,00 5676 4.4 Tubería de cobre de 1" con 1 mm de espesor. 8 m 10,58 84,64 4.5 Codo de cobre de 1". 4 Ud 4,06 16,24 4.6 Válvula de corte 1" Fabricante SEI, de bola de acero inoxidable o similar. 8 Ud 28,87 230,96 4.7 Válvula de retención 1" Fabricante SEI, de acero inoxidable o similar. 2 Ud 5,75 11,5 4.8 Reducción 2"-1". 2 Ud 13,1 26,2 4.9 Aislamiento tubería 25 cm espesor ROCKWOOL 133 o similar. 7 m2 7,79 54,53 4.10 Purgador FAGOR o similar. 1 Ud 65 65 4.11 Vaso de expansión de 4l del fabricante Thermowave modelo TWB 4LX o similar. 1 Ud 47,9 47,9 Total sistema auxiliar 12886,97 Tabla 2.4 Presupuesto sistema auxiliar. 4.5 SISTEMA DE CONTROL Y REGULACIÓN Nº de partida Descripción Cantidad Unidad Precio unitario (€) Total (€) 5.1 Centralita FAGOR TR 0704 o similar: -regulación por diferencia de temperaturas 1 Ud 830 830 5.2 Termómetro de inmersión con vaina, con escala 0-120ºC. 3 Ud 7,80 23,4 5.3 Caudalímetro. 1 Ud 10,58 10,58 5.4 Manómetro de esfera 10 atm. 3 Ud 5,78 17,34 Total sistema de control y regulación 881,32 Tabla 2.5 Presupuesto sistema control y regulación. Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 128 4.6 PRESUPUESTO INSTALACIÓN COMPLETA Total sistema de captación 29131,86 € Total sistema de acumulación e intercambio 10037 € Total sistema hidráulico 3963,03 € Total sistema auxiliar 12886,97 € Total sistema de control y regulación 881,32 € Total instalación completa(sin IVA) 56900,18 € IVA (21%) 11949,0378€ Tabla 2.6 Presupuesto instalación completa. Presupuesto completo de la instalación solar: 68849,22 € RATIO (€ sistema solar/ m2 de captación): 1057,60 €/ m2 SESENTA Y OCHO MIL, OCHOCIENTOS CUARENTA Y NUEVE EUROS CON VENTIDOS CENTIMOS. En la figura 4.1 que se adjunta a continuación se descompone el presupuesto total, de modo que se muestra la fracción del coste de cada sistema con respecto al presupuesto total. Figura 4.1 Descomposición del presupuesto total. 52% 17% 7% 22% 2% Total sistema de captación Total sistema de acumulación e intercambio Total sistema hidráulico Total sistema auxiliar Total sistema de control y regulación Instalación de energía solar para la producción de ACS en una residencia de ancianos Francisco Javier Benjumea Trigueros Página 129 5. PLANOS