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3.4.4.4.1 Planteamiento del proyecto

El proyecto de la instalación solar térmica para agua caliente sanitaria constituye un desarrollo del proyecto general de cualquier edificación que se esté diseñando, en este caso dicha instalación proporcionará agua caliente en las condiciones adecuadas para la nave en estudio.

Para apreciar los condicionantes inevitables en la nave que se proyecta, hay que considerar las particularidades de este tipo de instalaciones. Para ello se parte del análisis de los subsistemas básicos de una instalación solar, que son:

 Subsistema de captación.

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 Subsistema de energía convencional auxiliar.

La primera consideración es que se trata de elementos voluminosos, de nueva exigencia obligatoria, excepto en el caso del subsistema de energía convencional auxiliar, y con gran impacto visual en el caso de los captadores.

El campo de captadores tiene la dificultad añadida de unos límites bastante estrictos respecto a orientaciones y colocación, a lo que se suman condiciones

estéticas en muchas ordenanzas, por lo que es previsible que se convierta en el condicionante principal para el diseño de las cubiertas.

El volumen de acumulación constituye el segundo gran condicionante. Es previsible que las ordenanzas municipales impidan su ubicación en las propias cubiertas, por impacto visual, y los cuartos para alojar tales depósitos tienen considerables dimensiones.

El sistema de energía convencional no supone en sí mismo un condicionante añadido, salvo que su integración con el sistema de energía solar conduzca a una alternativa distinta a la que se tomaría sin ella. Es probable que el análisis económico de la instalación conduzca, en algunos casos, a soluciones diferentes a las que se adoptarían sin la instalación solar térmica.

3.4.4.4.2 Procedimiento de verificación

En la Sección HE4, del documento básico HE, se establece el procedimiento para ratificar el cumplimiento de las exigencias estipuladas, siguiendo la secuencia que se expone a continuación:

a) Obtención de la contribución solar mínima, según el apartado 2.2.1.

b) Cumplimiento de las condiciones de diseño y dimensionado del apartado 3. c) Cumplimiento de las condiciones de mantenimiento del apartado 5.

Analizando esta secuencia, se observa que el apartado 2.2.1, de la Sección HE4, define la contribución solar mínima anual como la fracción entre los valores anuales de la energía solar aportada exigida y la demanda energética anual, obtenidos a partir de los valores mensuales, indicándose sus valores.

El apartado 4, recoge los criterios generales de cálculo, especificándose en el apartado 4.1, Dimensionado básico, que, en la memoria del proyecto, se establecerá el método de cálculo especificando, al menos en base mensual, los valores medios diarios de la demanda de energía y de la contribución solar.

Asimismo el método de cálculo incluirá las prestaciones globales anuales definidas por: a) La demanda de energía térmica.

b) La energía solar térmica aportada.

c) Las fracciones solares mensuales y anuales. d) El rendimiento medio anual.

De acuerdo con este análisis de la Sección HE4, el proceso que se seguirá en el cálculo de la instalación será el establecido en estos apartados.

3.4.4.4.3 Demanda de energía térmica. Datos de partida

Siguiendo el criterio del apartado 3 del Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura, del IDAE, los datos de partida necesarios para el dimensionado y cálculo de la instalación están constituidos por dos grupos de parámetros que definen las condiciones climáticas y de uso.

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Las condiciones de uso vienen dadas por la demanda energética asociada a la instalación según los diferentes tipos de consumo. Para aplicaciones de ACS., la demanda energética se determina en función del consumo de agua caliente. Las condiciones climáticas vienen dadas por la radiación global total en el campo de captación, la temperatura ambiente diaria y la temperatura del agua de la red.

3.4.4.4.3.1 Condiciones climáticas

Las condiciones climáticas, a efectos de las instalaciones solares térmicas, están definidas por:

 La radiación global total en el campo de captación.

 La temperatura ambiente media diaria.

 La temperatura mensual media del agua de la red.

Estos datos proceden del Instituto Nacional de Meteorología y otras fuentes fiables, y la dificultad de disponer de las suficientes series estadísticas constituye el principal obstáculo para una valoración adecuada del dimensionado de la instalación. De los tres parámetros mencionados el más difícil de tabular ha sido siempre la radiación global total, porque tiene múltiples condicionantes, comenzando por la propia determinación de los factores a considerar, como por ejemplo la radiación difusa, que es la recibida en los días nublados.

La radiación se mide sobre la superficie horizontal, aplicando fórmulas factoriales para calcular las restantes posiciones de los captadores, pero las mayores dificultades proceden de las condiciones de horas de sol, nubes, lluvia, etc.

A continuación se reproducen las correspondientes a la energía, en megajulios, que incide sobre un metro cuadrado de superficie horizontal en un día medio de cada mes (1kWh = 3,6MJ), la altitud, latitud, longitud y temperatura mínima histórica (la más baja que se haya medido desde el primer año del que se conservan registros de datos), la temperatura media del agua en la red en °C, y la temperatura ambiente media durante las horas de sol en °C, ambas por provincias, del Pliego de Condiciones Técnicas del IDAE, advirtiendo que la denominación de las provincias no se corresponde con la oficial actualmente vigente. Hay que tener en cuenta también los valores particulares que establecen algunas ordenanzas y regulaciones autonómicas, siempre que sean más restrictivas que el CTE. No obstante, en la mayoría de los casos estas tablas proporcionan datos suficientemente fiables para redactar el proyecto.

3.4.4.4.3.2 Contribución solar mínima

La contribución solar mínima anual es la fracción entre los valores anuales de la energía solar aportada exigida y la demanda energética anual para ACS obtenidos a partir de los valores mensuales.

En la tabla 3.7.2.3.2.1 se establece, para cada zona climática y diferentes niveles de demanda de ACS a una temperatura de referencia de 60ºC, la contribución solar mínima anual exigida para cubrir las necesidades de ACS.

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Tabla 3.4.4.4.3.2.1 – Contribución Solar Mínima Anual en %

Para el caso de la nave objeto del proyecto, ambos pertenecen a la zona climática I por lo tanto la contribución mínima solar anual es del 30 %.

3.4.4.4.3.3 Cálculo de la demanda energética

Según se establece en el apartado 4.1, Cálculo de la demanda, de la Sección HE4, del DB HE, para valorar las demandas se tomarán los valores unitarios de consumo en litros de A.C.S. por día a 60 °C, de la tabla 4.1.

La demanda de ACS por día a una temperatura de 60 ºC para el caso de fábricas y talleres es de: 21 litros/persona.

Los litros de A.C.S./día a 60 °C de la tabla se han calculado a partir de la Tabla 1 (Consumo unitario diario medio) de la norma UNE 94002:2005 "Instalaciones solares térmicas para producción de agua caliente sanitaria: cálculo de la demanda energética". Para el cálculo se han utilizado los valores de Ti = 12 °C (constante) y T = 45 °C y se corresponde con la tabla 4.1 de la Sección HE4, del DB HE.

En el mismo apartado se contempla el caso de que se elija una temperatura en el acumulador final diferente de 60 °C, en cuyo caso se deberá alcanzar la contribución solar mínima correspondiente a la demanda obtenida con las demandas de referencia a 60 °C. No obstante, la demanda a considerar a efectos de cálculo, según la temperatura elegida, será la que se obtenga a partir de la siguiente expresión:

Dónde:

 D (T) demanda de agua caliente sanitaria anual a la temperatura T elegida.

 Di (T) demanda de agua caliente sanitaria para el mes (i) a la temperatura T elegida.

 Di (60 °C) demanda de agua caliente sanitaria para el mes (i) a la temperatura de 60 °C.

 T temperatura del acumulador final.

 Ti temperatura media del agua fría en el mes (i).

Hay que considerar que una temperatura de acumulación inferior mejora el rendimiento de la instalación al permitir un mayor salto térmico en los intercambia- dores, pero incrementa el coste al suponer un mayor volumen, además de un aumento de riesgo de legionelosis, que se produce en agua acumulada a una temperatura inferior a 50 °C. Esto aparece recogido en la norma UNE EN 100030 IN del 2005.

El número de personas a considerar, para el caso de este proyecto, es de 27 personas. Se ha hecho una previsión de 27 personas, teniendo en cuenta que en el taller trabajarán en el punto de máxima ocupación de la nave 27 personas.

Por lo tanto, para una previsión de 27 personas y un consumo de 21 litros por persona, resulta un caudal diario total de:

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La demanda energética será la cantidad de energía necesaria para elevar la masa de agua resultante de los consumos requeridos desde la temperatura de suministro a la de referencia, en valores mensuales. La unidad física empleada es la caloría, cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de 14,5 °C a 15,5 °C, cuya equivalencia mecánica se obtuvo mediante el experimento de Joule, de forma que:

El cálculo de la demanda energética se realiza mediante la siguiente expresión, para cada mes del año, expresado en kWh/mes:

( )

Dónde:

 DEmes demanda energética, en kWh/mes.

 Qdía consumo diario de agua caliente sanitaria a la temperatura de referencia TACS, en I/día.

 N n° de días del mes considerado, días/mes, no necesariamente meses completos en periodos estacionales.

 TACS temperatura de referencia utilizada para la cuantificación del consumo de agua caliente, 60 °C.

 TAF temperatura del agua fría de la red, en °C. (1 kcal = 1.000 x 4,186 J h/3.600 s = 1,16 x 103 kW h)

El consumo diario se cuantifica según se ha visto anteriormente. La temperatura de referencia es de 60 °C, salvo que se aplique el criterio del apartado 3.1.1, párrafo 2, de la Sección HE4, visto anteriormente. La temperatura del agua de la red se toma de la tabla del Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura del IDAE, si no se establecen otras condiciones en la ordenanza local o en la reglamentación de la Comunidad Autónoma competente.

Los valores obtenidos aplicando la fórmula anterior son los siguientes:

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Los valores de la temperatura media del agua de la red son los correspondientes a la publicación del Pliego de Condiciones del IDAE. Anexo IV. Tabla 4.