Núm. 3 Energia solar tèrmica

Energia solar tèrmica

Col·lecció Quadern PràcticNúmero 3

Energia solartèrmica


Energia solartèrmica


© Generalitat de CatalunyaInstitut Català d’Energiawww.gencat.cat/icaen

1a. edició: Barcelona, desembre de 2009Contingut tècnic: Anna Mundet i Pau Carnero. Institut Català d'Energia. Joan Francesc Roca. Intiam Ruai.Disseny i maquetació: Oxigen, comunicació gràficaImpressió: Estudi6Dipòsit legal: B-43.682-2009

Aquesta obra està subjecte a una llicència de Reconeixement-No comercial-Sense obres de-rivades 3.0 de Creative Commons.

Biblioteca de Catalunya - Dades CIPMundet, AnnaEnergia solar tèrmica(Col·lecció Quadern pràctic 3)

Bibliografia: I. Carnero, Pau II. Roca, Joan Francesc III. Institut Català d'Energia IV. Títol V. Col·lecció: Col·lecció Quadern pràctic 31. Energia tèrmica solar 2. Energia tèrmica solar – Catalunya 620.91

CCBY NC ND

Índex

Presentació 15

1. Marc reglamentari 171.1. Polítiques europees de promoció de l'energia solar 171.2. Polítiques estatals de promoció de l'energia solar 181.3. Polítiques catalanes de promoció de l'energia solar 18 1.3.1. Polítiques municipals 191.4. Marc normatiu per a les instal·lacions d'energia solar 19 1.4.1. Qualificació professional 19 1.4.2. Reglamentació aplicable 20

2. Recursos energètics 212.1. Radiació solar incident en la superfície de l’atmosfera 21 2.1.1. Constant solar 222.2. Radiació solar incident en la superfície de la Terra 22 2.2.1. Localització geogràfica 23 2.2.2. Factor estacional 23 2.2.3. Factor climatològic 25 2.2.4. Valor estàndard de referència 252.3. Avaluació del recurs - Radiació solar incident 25 2.3.1. Paràmetres de la posició del Sol 27 2.3.2. Avaluació de la radiació incident 27 2.3.3. Taules de radiació 28

3. Sistemes solars tèrmics per a ACS 323.1. Equips termosifó 32 3.1.1. Funcionament 32 3.1.2. Elements bàsics 33 3.1.3. Elements de seguretat 34 3.1.4. Valvuleria i accessoris 343.2. Instal·lacions amb circulació forçada 36 3.2.1. Elements bàsics 36 3.2.2. Sistema de control 36 3.2.3. Elements de seguretat 36 3.2.4. Grup de circulació 37 3.2.5. Valvuleria i accessoris 373.3. Instal·lacions per a habitatges plurifamiliars 37 3.3.1. Instal·lació amb acumulació per a cada habitatge 38

3.3.2. Instal·lació amb acumulació centralitzada de circuit tancat i bescanviador de calor a cada habitatge 41 3.3.3. Instal·lació amb acumulació centralitzada, amb comptador d’aigua a cada habitatge 433.4. Altres aplicacions de l’energia solar 45 3.4.1. Suport a la calefacció 45 3.4.2. Escalfament de piscines 46 3.4.3. Refrigeració amb energia solar 48

4. El captador solar 504.1. Característiques bàsiques dels captadors solars tèrmics 50 4.1.1. Especificacions dels captadors solars 504.2. Principis físics del funcionament del captador solar pla 52 4.2.1. El cos negre (l'absorbidor) 52 4.2.2. L'efecte d'hivernacle 52 4.2.3. L'aïllament 524.3. Components d’un captador solar pla 524.4. Captadors solars plans 55 4.4.1. Funcionament del captador solar pla 554.5. Altres tipus de captadors solars tèrmics 56 4.5.1. Captadors plans sense coberta 56 4.5.2. Captadors solars de cilindre parabòlic 57 4.5.3. Captadors solars de tubs de buit 594.6. Rendiment dels captadors solars tèrmics 594.7. Connexió de captadors solars tèrmics 61 4.7.1. Connexió en sèrie 61 4.7.2. Connexió en paral·lel 61 4.7.3. Connexió mixta de captadors 62 4.7.4. Equilibrament del camp de captació 62 4.7.5. Elements de connexió dels captadors 62

5. Ubicació i ancoratge dels captadors solars 655.1. Ubicació dels captadors 65 5.1.1. La superfície disponible 65 5.1.2. Orientació i inclinació 65 5.1.3. La incidència d'ombres 66 5.1.4. Ombres properes 675.2. Ancoratges dels captadors 70

5.2.1. Càrrega estructural 70 5.2.2. Separació entre fileres de captadors 71 5.2.3. Estructura de suport 71 5.2.4. Sistema d'ancoratge 71 5.2.5. Estructures mòbils 74

6. Elements hidràulics 756.1. Fluid termòfor 75 6.1.1. Duresa de l'aigua 76 6.1.2. Fluid caloportador 766.2. Canonades 77 6.2.1. Diàmetre de les canonades 776.3. Aïllaments de canonades 78 6.3.1. Aïllament als dipòsits acumuladors 806.4. Acumuladors 80 6.4.1. Posició de l'acumulador 82 6.4.2. Tipus d'acumuladors utilitzables 83 6.4.3. Aïllaments dels acumuladors 84 6.4.4. Situació de les connexions 85 6.4.5. Ubicació a la instal·lació solar 85 6.4.6. Normatives 866.5. Bescanviador de calor 86 6.5.1. Tipus de bescanviadors líquid-líquid 86 6.5.2. Característiques tècniques dels bescanviadors 87 6.5.3. Bescanviadors per a circuits secundaris 89 6.5.4. Normativa i documents de referència 896.6. Bombes de recirculació 89 6.6.1. Característiques del circulador 89 6.6.2. Ubicació a la instal·lació 91 6.6.3. Normativa i documents de referència 916.7. Vas d’expansió 91 6.7.1. Funcionament del vas d'expansió 92 6.7.2. Ubicació dins del sistema 92 6.7.3. Normativa i documents de referència 926.8. Termòstat diferencial 93 6.8.1. Principi de funcionament 936.9. Vàlvules bàsiques 96 6.9.1. Vàlvules d'aïllament o tall de la instal·lació 96

6.9.2. Vàlvula antiretorn o de retenció 98 6.9.3. Vàlvula de seguretat 98 6.9.4. Vàlvules reguladores del cabal 100 6.9.5. Vàlvula mescladora de tres vies 100 6.9.6. Vàlvula de zona motoritzada 1016.10. Purgador 101 6.10.1. Purgadors automàtics 102 6.10.2. Separador d'aire 1026.11. Comptador d'energia 103 6.11.1. Ubicació a la instal·lació 104 6.11.2. Normativa i documents de referència 1046.12. Sistema auxiliar 104 6.12.1. Sistemes auxiliars amb acumulació 106 6.12.2. Sistemes auxiliars instantanis 106

7. Manteniment d’instal·lacions 1097.1. Posada en servei 109 7.1.1. Operacions de posada en servei 109 7.1.2. Proves funcionals dels equips 110 7.1.3. Lliurament de la instal·lació 1117.2. Manteniment bàsic 111 7.2.1. Operacions de manteniment més usuals en un sistema d'ACS 112 7.2.2. Altres operacions de manteniment 113 7.2.3. Programa de manteniment 113

8. Dimensionament de la instal·lació 1148.1. Dimensionament energètic 114 8.1.1. Establiment del consum energètic 114 8.1.2. Fracció solar 117 8.1.3. Avaluació de l'energia solar 1208.2. Dimensionament de la superfície de captació 122 8.2.1. Energia que aprofita el captador 122 8.2.2. Energia que aprofita el sistema 124 8.2.3. Càlcul de la superfície de captació 1258.3. Dimensionament dels elements hidràulics 127 8.3.1. Elecció del volum d'acumulació 127 8.3.2. Cabal del circuit primari 127 8.3.3. Dimensionament del bescanviador 128

8.3.4. Dimensionament de les canonades 128 8.3.5. Dimensionament de l'aïllament 129 8.3.6. Dimensionament del circulador 131 8.3.7. Dimensionament del vas d'expansió 133 8.3.8. Determinar el volum d'anticongelant 133

9. Consultes recomanades 135

14/15 Energia solar tèrmica

L’esgotament progressiu dels recursos energètics fòssils i l’impacte ambiental que provoquen, obliguen a fer un canvi vers un model nou que es basi en un desenvolu-pament més sostenible i, a establir, entre altres coses, l’aprofitament dels recursos energètics renovables de Catalunya.

El Govern de la Generalitat de Catalunya va aprovar el Pla de l’energia de Catalu-nya 2006–2015, amb l’objectiu general d’assegurar el subministrament amb qualitat, cost mínim i respecte pel medi ambient. Una de les prioritats del Pla és fomentar les energies renovables.

Del conjunt d’energies renovables, l’energia solar tèrmica representa un recurs energètic important, ja que la radiació solar disponible a Catalunya és una de les més elevades d’Europa.

Alhora, l’aprovació de diferents normatives que obliguen a fer que les noves edi-ficacions aprofitin l’energia solar tèrmica, com el Código Técnico de la Edificación i el Decret d’ecoeficiència, l’alt fenomen de replicabilitat de les ordenances solars i la modificació del Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios, ha provocat un increment important d’aquestes instal·lacions.

Durant anys, l’Institut Català d’Energia ha treballat en la formació dels profes-sionals i en la difusió al públic en general, en l’àmbit de l’energia solar tèrmica, fent cursos presencials i amb el quadern pràctic per a l’instal·lador, publicat l’any 2003, contribuint, d’aquesta manera, a que definitivament es desenvolupi l’energia solar a Catalunya.

Aquest quadern incorpora, entre altres continguts, les diferents tecnologies dis-ponibles en l’actualitat, exemples il·lustratius de possibles instal·lacions, el marc re-glamentari d’aplicació, el manteniment i un senzill mètode de càlcul.

Estem convençuts que aquest nou quadern contribuirà a la qualitat i la millora de les instal·lacions alhora que facilitarà la formació i la difusió dels coneixements tècnics en matèria d’energia solar tèrmica.

Presentació


1.1. Polítiques europees de promoció de l’energia solar

L’any 2009 es va aprovar la Directiva 2009/28/CE del Parlament Europeu i del Con-sell, relativa al foment de l’ús d’energia provinent de fonts renovables.

La Directiva estableix un marc comú per al foment de l’energia provinent de fonts renovables. Fixa objectius nacionals obligatoris en relació amb la quota d’ener-gia provinent de fonts renovables en el consum final brut d’energia i amb la quota d’energia provinent de fonts renovables en el transport. Estableix normes relatives a les transferències estadístiques entre Estats membres, als projectes conjunts entre Estats membres i amb tercers països, a les garanties d’origen, als procediments ad-ministratius, a la informació i la formació, i a l’accés a la xarxa elèctrica de l’energia que prové de fonts renovables. També defineix criteris de sostenibilitat per als bio-carburants i els biolíquids.

S’estableix com a objectiu assolir una quota del 20% d’energia provinent de fonts renovables quant al consum d’energia i una quota del 10% d’energia provinent de fonts renovables quant al consum de combustibles en el transport, a la Comunitat, per al 2020.

Millorar l’eficiència energètica també és un objectiu clau de la Comunitat amb la finalitat d’assolir una millora del 20% en l’eficiència energètica des de l’aprovació de la Directiva fins al 2020.

La Directiva té en compte que les situacions de partida, els potencials d’energies renovables i les combinacions energètiques varien d’un Estat membre a l’altre. Per tant, la Directiva manifesta la necessitat de traduir l’objectiu del 20% comunitari en objectius individuals per a cada Estat membre, atenent a una assignació equitativa i adequada que tingui en compte els diferents punts de partida i potencials dels Estats membres, inclòs el nivell actual d’energia provinent de fonts renovables i la matriu energètica. Per tant, es reparteix entre els Estats membres l’augment total requerit en l’ús d’energia provinent de fonts renovables, sobre la base d’un mateix increment de la proporció que correspongui a cada Estat membre, ponderat en funció del seu PIB i modulat per a reflectir els diferents punts de partida, i calcular en termes de consum final brut d’energia, tenint en compte els esforços realitzats fins ara pels Estats membres respecte a l’ús d’energia provinent de fonts renovables.

D’aquesta manera, l’objectiu global per a l’Estat espanyol és tenir una quota del 20% d’energia provinent de fonts renovables en el consum d’energia final bruta per a l’any 2020.

1. Marc reglamentari

1.2. Polítiques estatals de promoció de l’energia solar

A l’Estat espanyol, la Llei d’ordenació del sector elèctric 54/97, habilita mecanismes per a reservar una quota del mercat per a les energies autòctones; estableix el lliure accés de tercers a les xarxes de transport i distribució i manté el règim especial de ge-neració d’energia elèctrica, amb un règim econòmic diferenciat, per tal de promoure les energies renovables i la cogeneració.

Cal destacar que, d’acord amb els anteriors compromisos de la Unió Europea, l’es-mentada llei estableix l’objectiu d’aconseguir que l’any 2010, a l’Estat espanyol, les energies d’origen renovable representin un 12% del consum d’energia primària.

Aquestes transposicions de normes europees cap a l’Estat espanyol queden reco-llides en els objectius del Plan de Fomento de las Energías Renovables, amb l’objectiu en l’àmbit de l’energia solar d’incorporar 4,9 milions de metres quadrats de capta-dors per a la producció d’ACS i calefacció.

L’IDAE (Institut per a la Diversificació i Estalvi de l’Energia) és l’organisme en-carregat de realitzar les accions corresponents per a assolir el màxim compliment possible del Plan de Fomento.

En l’àmbit legislatiu es pot destacar l’aprovació del Código Técnico de la Edifica-ción (HE) apartat “Ahorro de Energía” (en què s’estableix l’obligatorietat de cobrir l’aportació energètica d’ACS amb alguna energia renovable, procés de cogeneració o fonts d’energia residual, en les edificacions de nova construcció i en la rehabilitació d’edificis existents).

1.3. Polítiques catalanes de promoció de l’energia solar

El Llibre blanc de l’energia a Catalunya, elaborat el 1981 i revisat el 1985, va establir els objectius fonamentals de la política energètica de la Generalitat de Catalunya, així com també el pla de mesures per dur-la a terme.

En aquest marc neix, l’any 1991, l’Institut Català d’Energia, ICAEN, com a ins-trument per a sensibilitzar tota la societat catalana, tant professionals de l’energia com usuaris.

Finalment, el Pla de l’energia de Catalunya 2006-2015 aprovat pel Govern de la Generalitat l’any 2005 fa una aposta clara per l’estalvi i l’eficiència energètica i l’ús de les energies renovables, establint un objectiu ambiciós de reducció anual de la inten-sitat energètica (consum d’energia final/PIB) de l’1,74% i una participació de l’11% de les fonts renovables en el consum d’energia primària en l’horitzó del 2015.

Pel que fa al suport econòmic, l’Institut Català d’Energia obre una convocatòria anual d’ajuts per a accions d’estalvi energètic i aprofitament de les energies renova-bles, en el marc del Pla de l’energia de Catalunya.

Les accions d’incentivació han estat acompanyades darrerament per normatives que regulen l’obligatorietat d’instal·lar sistemes d’energia solar tèrmica. A Catalunya, el Decret 21/2006 regula l’adopció de criteris ambientals i d’ecoeficiència als edificis, i marca paràmetres de dimensionament i aportacions mínimes de les instal·lacions d’energia solar tèrmica en edificis de nova construcció.


1.3.1. Polítiques municipals

Pel que fa a l’àmbit municipal, molts ajuntaments han desenvolupat línies de promo-ció que es basen, principalment, en difondre accions d’educació ambiental i formació ocupacional mitjançant campanyes divulgatives.

Alguns municipis també han introduït mesures o incentius econòmics per tal de fomentar l’activitat instal·ladora local. Algunes d’aquestes mesures han estat elimi-nar taxes administratives en la concessió de llicències d’obra de les edificacions que incloguessin la captació solar o bé atorgar subvencions directes per la instal·lació dels equips.

Darrerament, les accions normatives que regulen l’obligatorietat de col·locar cap-tadors solars sota la modalitat d’ordenances (la primera va ser aprovada l’any 1999, i va ser la primera a Europa), han demostrat ser accions molt eficaces per a fomentar la implantació de l’energia solar.

1.4. Marc normatiu per a les instal·lacions d’energia solar

Les instal·lacions solars, en l’àmbit reglamentari, no presenten diferències significa-tives respecte a instal·lacions que utilitzen altres fonts d’energia, com l’electricitat, el gas o el gasoil.

De fet, el que cal és conèixer els detalls tècnics i les peculiaritats específiques del Sol com a recurs energètic, així com les tecnologies (captadors solars) que ens per-metran aprofitar-ne l’energia.

Per això, les instal·lacions solars, bàsicament, estan regulades pel marc normatiu establert per a les instal·lacions en edificis, en general. 1.4.1. Qualificació professional

Segons la normativa vigent, les instal·lacions de producció i de consum d’energia les han de fer tècnics qualificats que disposin del carnet d’instal·lador corresponent.

kep

/Eur

o95

19850,100

0,125

0,150

0,155

0,200

1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

CatalunyaUnió Europea

Figura 1.1. Consum d’energia final/PIB d’un 10,6% al final del període.

Per tant, el projectista instal·lador d’energia solar, a més de conèixer les pecu-liaritats específiques del Sol com a recurs energètic, amb vista a fer instal·lacions, caldrà que tingui el carnet d’instal·lador i mantenidor d’instal·lacions tèrmiques en edificis “RITE”, en els casos de la solar tèrmica.

Aquest és l’únic requisit oficial necessari per a poder desenvolupar aquesta acti-vitat professional.

1.4.2. Reglamentació aplicable

Les normatives preceptives que cal tenir en compte en l’execució d’instal·lacions so-lars seran les següents:

Normatives de les instal·lacions de subministrament d’aigua

• Código Técnico de la Edificación (HS), apartat “Salubridad”, secció “Suministro de agua”.

• Normas Tecnológicas de la Edificación NTE-IFF (per a aigua freda) i NTE-IFC (per a aigua calenta).

Normatives per a les instal·lacions de producció i subministrament d’aigua calenta i calefacció

• Reglamento de Instalaciones Térmicas RITE.

• Decret de la Generalitat de Catalunya 352/2004, de 27 de juliol, pel qual s’estableixen les condicions higièniques sanitàries per a prevenir i controlar la legionel·losi.

• Normas Básicas de Instalaciones de Gas, Instalaciones petrolíferas, etc.

• REBT Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión.

Normatives per a les instal·lacions d’energia solar tèrmica (*)

• Código Técnico de la Edificación (HE), apartat “Ahorro de Energía”, en què s’estableix la contribució mínima d’energia solar tèrmica en la producció d’ACS en edificis nous i les bases reglamentàries per a instal·lar sistemes solars tèrmics en edificis.

• Decret d’ecoeficiència de la Generalitat de Catalunya, pel qual s’estableixen les condicions i obligatorietats per la sostenibilitat i respecte pel medi, en la construcció de nous edificis a Catalunya.

Taula 1.1. Diferents normatives.

* Complementàriament, és necessari conèixer i aplicar l’ordenança solar o normatives urbanístiques específiques del municipi on s’executi la instal·lació.


2. Recursos energètics

2.1. Radiació solar incident en la superfície de l’atmosfera

L’energia solar arriba a la Terra en forma d’ones electromagnètiques que es desplacen per l’espai en totes les direccions sense cap suport material. Aquest efecte és el que anomenem radiació solar i fa referència a un fenomen físic vibratori que es represen-ta en ones.

Aproximadament, la meitat de la radiació solar incident en l’atmosfera terrestre correspon a la banda de freqüències de la llum que és visible per a l’ull humà (0,38 a 0,78 μm). La resta pertany a bandes que no capten els nostres ulls, principalment l’infraroig (la radiació associada a processos tèrmics i de longituds d’ona superiors a 0,78 μm) i una petita component de llum ultraviolada que presenta longituds d’ona una mica més petites que la visible (inferiors a 0,38 μm). Vegeu la taula 2.1.

Ones electromagnètiquesÉs un fenomen físic vibratori que es representa en forma d’ones. La quantitat d’ener-gia d’aquestes ones és proporcional a la seva freqüència (ritme d’oscil·lació) tal com s’expressa en l’equació de Planck:

On:h, és la constant de Planck i val 6,62 x 10-34 J x s.v, és la freqüència vibratòria expressada en Hz (s-1).c, és la velocitat de la llum en m/s.λ, és la longitud d’ona en m.La freqüència de les vibracions ondulatòries és el nombre de vegades que es repe-

teix la forma d’ona completa en la unitat de temps. La seva unitat és l’Hertz (Hz) o també la inversa del temps (s-1).

Un altre paràmetre característic de les radiacions és la longitud de l’ona, que és la distància entre dos punts iguals d’una ona, per exemple, entre crestes o passos per zero. Vegeu la figura 2.1.

Banda Ultraviolat Visible Infraroig

Longitud d’ona (μm) 0,01 - 0,38 0,38 - 0,78 0,78 - 1.000

Percentatge energètic (%) 5% 49% 46%

Potència de radiació (W/m2) 54 662 620

E = h x v = hc

Taula 2.1. Distribució espectral de radiació extraterrestre.

Alta freqüència

Ona curta

Baixa freqüència

Ona llargaLongitud d’ona

Figura 2.1. Tipus de freqüència.

Figura 2.2. Longitud d'ona.

Per tant, com més petita sigui la longitud d’ona, més gran serà la freqüència, és a dir, més cops es repeteix l’ona en el temps i més energia es pot transportar. Vegeu la figura 2.2.

A més, en funció de la freqüència, les radiacions tenen més o menys capacitat de penetrar en els materials. La llum visible (amb longituds d’ona entre els 0,4 i 0,7 μm) no pot travessar parets; en canvi, per a aturar els raigs gamma (de longitud d’ona deu mil vegades més petita) cal blindar les centrals nuclears amb parets de formigó i plom d’1 m de gruix.

2.1.1. Constant solar

La potència de la radiació solar rebuda sobre una unitat de superfície (m2), sobre un pla tangent a l’esfera imaginària formada per la capa externa de l’atmosfera, s’ano-mena constant solar.

El valor d’aquesta constant és: 1.353 W/m2.Encara que aquest valor s’anomeni “constant” solar, no és un valor fix sinó que

varia aproximadament ± 3% en funció de les variacions de la distància entre el Sol i la Terra al llarg de l’any. Vegeu la figura 2.3.

L’òrbita terrestreLa Terra gira al voltant del Sol formant una el·líptica en què el Sol és el focus, amb una separació màxima el 21 de juny (afeli) i una distància mínima el 21 de desembre (peri-heli). La distància mitjana entre els dos astres (UA) és de 149.600.000 km.

D’altra banda, la Terra gira sobre un eix imaginari que està inclinat 23º 30’ respecte del pla de l’eclíptica (pla de l’òrbita terrestre al voltant del Sol) o sigui que l’eix de la Terra no és perpendicular a la seva òrbita. La ruta aparent del Sol a través del cel té el nom d’eclíptica. Vegeu la figura 2.4.

2.2. Radiació solar incident en la superfície de la Terra

La radiació solar és força constant abans d’entrar a l’atmosfera; en canvi, un cop tra-vessada la franja d’aire que ens envolta, la radiació solar experimenta tot un seguit de processos d’interacció amb la matèria (gasos, pols en suspensió, vapor d’aigua, etc.) que formen l’atmosfera mateixa. En aquest procés, la radiació solar serà altera-da pels fenòmens físics següents:

1. Reflexió: una part de la radiació no penetra, sinó que es desvia cap a l’exterior com si es tractés d’un mirall.

2. Transmissió: una part de la radiació travessa el cos podent patir més o menys canvis de direcció i/o velocitat (refracció).


3. Absorció: una part de la radiació és absorbida produint un escalfament del cos per l’impacte sobre els àtoms que composen el material.

Degut als fenòmens descrits anteriorment, només es podrà aprofitar a nivell de mar una part de l’energia disponible. Aquest filtrat es dóna no només en quantitat sinó també en composició i l’energia que incideix es distribueix al llarg de les dife-rents bandes de radiació, tal com es pot observar a la figura 2.5.

D’altra banda, la radiació solar incident en la superfície de la Terra, està condici-onada pels factors que descriurem a continuació.

2.2.1. Localització geogràfica

La radiació incident variarà en funció de la localització geogràfica: si ens situem més allunyats de l’equador, el nivell de radiació incident per unitat de superfície (W/m2) serà més baix.

Això es deu, principalment, al fet que l’angle d’incidència de la radiació sobre la Terra és menys perpendicular al Sol i, alhora, la radiació solar ha de travessar més atmosfera “aire” que actua de filtre de la radiació solar.

La radiació solar incident pot variar fins a un 30% per aquest concepte.L’alçada respecte al nivell del mar serà un altre dels factors que afectarà directa-

ment la quantitat de radiació incident. L’espessor d’atmosfera que ha de travessar la radiació solar varia en funció de la distància que hi ha entre el punt d’ubicació i l’estratosfera. Vegeu la figura 2.6 i la taula 2.2.

2.2.2. Factor estacional

L’estacionalitat està determinada per la declinació de la Terra respecte el Sol i això incideix directament sobre el temps d’exposició diària a la radiació solar, tal com podem observar a la figura 2.7.

Figura 2.3. Variació de la constant al llarg de l'any en funció de la distància Sol-Terra.

Rad

iaci

ó ex

trat

erre

stre

(W

/m2)

1420

1400

1380

1360

1340

1320

1300

1280

1260gen feb mar abr maig jun jul ago set oct nov des

Valor mitjà de la constant solar

Alçada sobre el nivell del mar (m) 0 900 1.500 2.250

Intensitat màxima de radiació (W/m2) 950 1.050 1.100 1.150

Taula 2.2. Variació de la radiació en funció de l'alçada sobre el nivell del mar.

Flux

d’e

nerg

ia

0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2

1

2

3

0

Cos negre a 6.000kRadiació solar al límit de l’atmosferaRadiació solar a la superfície de la Terra

Longitud d’ona

Llanterna en posició vertical

Llanterna en posició obliqua

Figura 2.6. Amb una il·luminació obliqua

s’ocupa més superfície d’il·luminació, però

incideix menys llum per unitat de superfície. Amb la radiació solar, passa el mateix: si ens allunyem

més de l’equador, la radiació solar és menys

perpendicular i, per tant, hi ha menys energia

incident per unitat de superfície (W/m2).

Figura 2.5. L'espectre de radiació abans i després de depassar l'atmosfera.

Figura 2.4. L'òrbita terrestre.

Equinoccide primavera

Solstici d’hivern(21 de desembre)

Equinoccide tardor

Solstici d’estiu(21 de juny)

Òrbita el·líptica

UA 1

UA 0,988

UA 1UA 1,017

SOL


Com a conseqüència d’aquesta inclinació, variarà la geometria de la situació d’un emplaçament respecte al Sol en cada punt de l’òrbita terrestre.

Aquest fet fa variar l’angle d’incidència i el temps d’exposició a la radiació solar, i dóna pas a les estacions meteorològiques, que són oposades en dates entre els dos hemisferis perquè la radiació solar hi incideix amb angles diferents.

2.2.3. Factor climatològic

De l’energia solar que travessa l’atmosfera i que incideix sobre l’escorça de la Terra, una part principal hi arriba directament, és a dir, que no pateix canvis de dispersió en la direcció. La resta d’energia arriba de manera difusa o dispersa; aquesta última correspon als raigs desviats per les gotes de vapor d’aigua en suspensió (núvols).

Com més ennuvolat és el dia, més important és la radiació difusa. En canvi, com més clar és el dia, el factor que determinarà la radiació solar incident serà la climato-logia específica d’un punt concret, ja que els elements climatològics, com els núvols o les boires, actuen com un filtre intens de la radiació solar, reduint-la de manera important. Vegeu la taula 2.3 i la Figura 2.8.

2.2.4. Valor estàndard de referència

Tot i aquesta accentuada variabilitat pel que fa a possibles valors de la radiació inci-dent en un lloc i moment determinats sobre la Terra, la indústria ha trobat un valor de referència per a provar equips, etc.

Valor estàndard de referència: 1.000 W/m2.

2.3. Avaluació del recurs - Radiació solar incident

La Terra fa una rotació completa sobre si mateixa aproximadament cada 24 hores (23 h 56 min 4 seg.). Aquest fet implica que des de qualsevol emplaçament, un obser-vador té la sensació que ell està estàtic i que és l’univers el que gira al seu voltant.

Per tant, tot i que és la Terra la que gira, ens hem acostumat a associar el movi-ment del sistema Sol-Terra només al Sol.

En aquest context podem establir que l’alçada solar varia durant el dia. El Sol surt molt baix, sobre l’horitzó; assoleix l’alçada màxima al migdia i es torna a amagar a la tarda. De la mateixa manera, cada dia de l’any el Sol arriba a una alçada màxima diferent.

A Catalunya, el valor més alt és el del dia del solstici d’estiu, proper als 71º; i el més baix, el del solstici d’hivern, proper als 25º. Vegeu la figura 2.9 i la taula 2.4.

Coordenades terrestresAmb les coordenades globals, denominades Latitud ( ) i Longitud (L), es pot localitzar qualsevol punt de la Terra buscant el paral·lel i el meridià que els correspongui, respectivament. La latitud es mesu-ra per la seva elevació en graus respecte a l’equador, considerant que el Pol Nord equival a =90º N. La longitud és l’angle que forma el meridià del punt a observar amb el meridià 0º de referència que passa per Greenwich (Londres).

Meridià de Greenwich

Equador

N

S

O Elatitud

longitud

Primavera Tardor

Tardor Primavera

2 4 6 8 10 12 14 160 18 20 22 24

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

Temps (hores)

41° 29' 37" Nord, 2° 2' 19" Est, ciutat més propera: Rubí, EspanyaMes: gener, Inclin: 35 graus, Orient: 0 graus

global, cel clar

difusa, cel realglobal, cel real

Irra

dià

ncia

(W/m

2 )

Figura 2.8. Gràfic de la irradiància respecte

al temps.

Radiació global (W/m2) Percentatge de difusa (%)

Cel clar 750 - 1.000 10 - 20

Parcialment núvol 200 - 500 20 - 90

Tapat 50 - 150 90 - 100

Taula 2.3. Influència del factor climatològic.

Figura 2.7. Exposició a la radiació.

Estiu

Hivern

23° 30´

Hivern

Estiu


2.3.1. Paràmetres de la posició del Sol

Azimut (H): és l’angle que forma la projecció dels raigs solars sobre el pla tangent, la superfície terrestre i el sud geogràfic. L’azimut 0º correspon al moment en què el Sol es troba exactament sobre el Sud geogràfic i indica el migdia: 12:00, hora solar.Alçada solar (A): és l’angle que formen els raigs solars amb l’horitzontal quan arri-ben a la superfície de la Terra. Vegeu la figura 2.10.

2.3.2. Avaluació de la radiació incident

Per a mesurar la radiació total que una superfície rep en un determinat nombre de dies (o mesos) s’utilitzen uns aparells anomenats piranòmetres, els quals detecten la intensitat de la radiació incident en cada moment i que, acoblats a un ordinador, acumulen aquestes dades en el decurs del temps de presa de mesures.

-100-120 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120

10

20

30

40

50

60

70

80

NE E SE S SO O NO

H: A

lçad

a so

lar

(°)

21 de juny

21 d’abril

mitjana

21 de febrer

21 de desembre

A: Azimut (°)

-7 h

-6 h

-5 h

-4 h

-3 h

-2 h

-1 h0 h

1 h

2 h

3 h

4 h

5 h

6 h

7 h

Figura 2.9. Diagrama de les trajectòries del Sol a Catalunya.

H Gener Febrer Març Abril Maig Juny Juliol Agost Set. Oct. Nov. Des.

A H A H A H A H A H A H A H A H A H A H A H A H

0 0 27 0 35 0 46 0 58 0 67 0 71 0 70 0 62 0 51 0 39 0 29 0 25

1 16 26 18 33 21 44 26 55 33 64 38 68 36 66 29 59 23 49 19 37 16 28 15 23

2 30 21 34 29 39 38 48 48 57 56 63 59 60 58 52 52 43 42 36 32 31 23 29 19

3 43 15 48 21 55 30 64 39 73 46 78 48 76 47 68 42 58 34 50 25 44 17 42 13

4 54 6 60 12 67 20 76 29 85 35 89 37 87 36 80 32 71 24 62 15 56 8 53 4

5 71 2 78 9 87 18 95 23 99 26 97 25 91 20 82 13 73 5

6 97 6 104 12 108 15 106 14 101 9 92 2

7 114 2 117 5 116 4

Taula 2.4. Trajectòria del Sol.

Un piranòmetre col·locat sobre una superfície perfectament horitzontal, lliure d’obstacles al seu voltant, rep la radiació total (directa i difusa) de tota la volta celeste i permet avaluar l’energia disponible a la zona on és ubicat.

Òbviament, les dades de radiació obtingudes a partir dels piranòmetres han d’és-ser de gran fiabilitat, ja que un cop recopilades al llarg dels anys i després d’un intens procés matemàtic i estadístic, donen lloc a les anomenades taules de radiació solar.

2.3.3. Taules de radiació

Conèixer la radiació ens permet avaluar l’energia solar incident en la nostra instal-lació, a quines hores funcionarà a màxima potència, com treure’n el millor profit, etc.

Tot i que la radiació solar instantània (irradiància) és molt important a l’hora de poder avaluar el que està passant en una instal·lació que està en funcionament, quan es vulgui avaluar l’energia que produirà un sistema o bé dimensionar-lo, el que necessitem és saber la quantitat d’energia que aquesta radiació aporta al llarg d’un període de temps concret o irradiació.

Obtenir aquesta informació és una tasca laboriosa ja que requereix mesuraments de qualitat al llarg de molts anys (més de 10 anys) i un treball posterior de validació i de correlacions matemàtiques per tal de poder extrapolar les dades al territori i a diferents orientacions i inclinacions.

Finalment, els resultats són els anomenats atles de radiació solar, com l’Atles de Radiació Solar a Catalunya, edició 2000, elaborat per l’Institut Català d’Energia, que permet obtenir dades de radiació global-difusa de 83 estacions de mesurament distribuïdes arreu del territori català. A continuació, presentem alguna de les seves taules.

A la taula 2.5. adjunta tenim les dades obtingudes per l’estació de Barcelona i ens indica els valors mitjans de la radiació global diària (MJ/m2/dia), és a dir, la suma de tots els components de la radiació (directa, difusa i reflectida) que rebria una super-fície d’1 m2 que estigués orientada al Sud (Azimut=0) en funció de la seva inclinació, per a cadascun dels mesos de l’any. Finalment, la columna de la dreta facilita el valor mitjà anual.

(Alçada solar) 21 de juny 0h solar

21 de desembre0h solar

71°

25°

(Azimut)

Estiu(240°)

Hivern(120°)

S N

O

E

Figura 2.10. Paràmetres de la posició del Sol.


Si observem els valors podrem identificar amb claredat les variacions estacionals i també algunes peculiaritats.

Per exemple:• El mes de l’any amb menys radiació solar és, en termes generals, el desembre,

però si es tracta d’analitzar la radiació solar que rebrà una façana, veiem que el pitjor mes de l’any és el juny (ja que el Sol està molt alt i, per tant, l’angle de visió de la superfície és molt petit).

• El valor màxim d’irradiació global anual al llarg de l’any es dóna amb una incli-nació de 35º amb 17,73 MJ/m2/dia. Per tant, aquesta serà la millor inclinació en sistemes on l’important sigui la producció anual i no hi hagi cap època crítica a cobrir.

• Tot i que és a 65º que trobem la màxima insolació al mes de desembre, a 50º, aquesta continua essent de més del 95% i, en canvi, permet aprofitar millor els mesos de primavera i de tardor. Vegeu la taula 2.5.

L’Atles també ens presenta taules amb la irradiació per a superfícies desorien-tades del Sud 30, 60 i 90º, amb independència de si la desorientació es troba en direcció est o oest.

La unitat d’energia utilitzada en les taules de radiació és el mega Joule (MJ), múl-tiple de la unitat internacionalment reconeguda com a unitat d’energia, el Joule.

1MJ = 0,27 kWh1MJ = 240 kcal

Una altra dada que presenta l’Atles de Radiació a Catalunya són els valors mitjans de radiació global horària. Aquesta dada és útil per a determinar el perfil de produc-ció d’energia al llarg del dia. Vegeu la taula 2.6.

Pel que fa a la reglamentació actual, el CTE-HE4 estableix les fraccions solars mínimes exigides en funció dels paràmetres següents:

• La demanda diària d’ACS establerta per a diferents trams.• L’energia auxiliar per l’escalfament de l’ACS (efecte Joule, gasoil, propà, gas na-

tural o altres).• Les zones climàtiques on s’ubicarà la instal·lació.En l’aspecte que pertoca a aquest capítol, la radiació solar i la seva avaluació quan-

titativa està inclosa en l’apartat “Zonas climáticas”, de l’HE4. Aquestes zones han estat definides tenint en compte la radiació global mitjana diària sobre superfície horitzontal (H) segons la figura 2.11.

En cas que la localitat d’ubicació de la instal·lació no aparegui indicada a la taula 3.3. “Zonas climáticas” de l’HE 4, s’haurà d’utilitzar la zona climàtica de la localitat més propera o utilitzar la taula anterior si disposem de dades de radiació precises de la nostra geografia.

A Catalunya, amb el mateix criteri anteriorment exposat, el Decret d’ecoeficièn-cia de la Generalitat de Catalunya 21/2006 del 14 de febrer del 2006, estableix les zones climàtiques que apareixen a la figura 2.12.

Orientació: 0°

Incli-nació

Gen Feb Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Oct Nov Des Anual

0° 6.80 9,65 13,88 18,54 22,25 24,03 23,37 20,42 16,05 11,40 7,73 6,04 15,04

5° 7,70 10,56 14,72 19,15 22,58 24,21 23,63 20,93 16,85 12,32 8,66 6,94 15,71

10° 8,56 11,41 15,47 19,67 22,78 24,25 23,74 21,31 17,54 13,17 9,55 7,80 16,29

15° 9,37 12,19 16,14 20,07 22,84 24,13 23,70 21,59 18,13 13,95 10,38 8,61 16,78

20° 10,12 12,90 16,70 20,35 22,76 23,87 23,52 21,76 18,61 14,63 11,15 9,37 17,17

25° 10,81 13,52 17,17 20,51 22,60 23,48 23,24 21,80 18,98 15,23 11,85 10,07 17,46

30° 11,43 14,07 17,52 20,54 22,32 23,02 22,86 21,71 19,23 15,73 12,47 10,71 17,65

35° 11,97 14,52 17,77 20,45 21,90 22,43 22,34 21,48 19,36 16,13 13,01 11,28 17,73

40° 12,44 14,88 17,91 20,23 21,35 21,70 21,69 21,12 19,37 16,43 13,47 11,77 17,71

45° 12,83 15,15 17,94 19,98 20,67 20,84 20,90 20,63 19,26 16,63 13,85 12,19 17,58

50° 13,14 15,32 17,86 19,43 19,87 19,86 20,00 20,02 19,03 16,72 14,13 12,53 17,33

55° 13,36 15,40 17,67 18,85 18,95 18,77 18,97 19,29 18,68 16,71 14,32 12,78 16,98

60° 13,49 15,37 17,36 18,16 17,92 17,60 17,84 18,44 18,22 16,59 14,42 12,95 16,53

65° 13,53 15,25 16,95 17,36 16,83 16,41 16,71 17,48 17,65 16,36 14,42 13,04 16,00

70° 13,49 15,03 16,44 16,46 15,70 15,14 15,48 16,43 16,97 16,03 14,33 13,03 15,38

75° 13,35 14,72 15,83 15,47 14,48 13,78 14,18 15,35 16,19 15,60 14,14 12,94 14,67

80° 13,13 14,31 15,12 14,41 13,81 12,36 12,80 14,17 15,31 15,08 13,86 12,77 13,87

85° 12,82 13,81 14,32 13,29 11,82 10,93 11,35 12,93 14,34 14,45 13,50 12,51 13,00

90° 12,43 13,23 13,44 12,11 10,41 9,57 9,99 11,62 13,30 13,74 13,04 12,16 12,08

Inclinació: 45º / Orientació: 0°

Mes 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 Total

Gen 0 0 0 292 857 1.387 1.819 2.061 2.061 1.819 1.387 857 292 0 0 0 12.832

Feb 0 0 0 504 1.062 1.619 2.069 2.321 2.321 2.069 1.619 1.062 504 0 0 0 15.152

Mar 0 0 188 702 1.294 1.871 2.330 2.585 2.585 2.330 1.871 1.294 702 188 0 0 17.943

Abr 0 14 313 862 1.468 2.044 2.496 2.746 2.746 2.496 2.044 1.468 862 313 14 0 19.887

Mai 0 97 380 939 1.534 2.088 2.530 2.766 2.766 2.530 2.088 1.534 939 380 97 0 20.669

Jun 0 130 404 964 1.552 2.103 2.520 2.748 2.748 2.520 2.103 1.552 964 404 130 0 20.844

Jul 0 114 393 957 1.554 2.116 2.542 2.775 2.775 2.542 2.116 1.554 957 393 114 0 20.904

Ago 0 50 345 911 1.525 2.102 2.568 2.816 2.816 2.568 2.102 1.525 911 345 50 0 20.634

Set 0 0 248 791 1.405 1.997 2.464 2.723 2.723 2.464 1.997 1.405 791 248 0 0 19.257

Oct 0 0 0 604 1.193 1.775 2.242 2.502 2.502 2.242 1.775 1.193 604 0 0 0 16.630

Nov 0 0 0 383 941 1.487 1.931 2.180 2.180 1.931 1.487 941 383 0 0 0 13.845

Des 0 0 0 222 800 1.324 1.753 1.995 1.995 1.753 1.324 800 222 0 0 0 12.190

Inclinació: 60º / Orientació: 0°

Mes 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 Total

Gen 0 0 0 341 923 1.457 1.891 2.134 2.134 1.891 1.457 923 341 0 0 0 13.490

Feb 0 0 0 538 1.091 1.641 2.085 2.333 2.333 2.085 1.641 1.091 538 0 0 0 15.374

Mar 0 0 187 681 1.252 1.809 2.253 2.500 2.500 2.253 1.809 1.252 681 187 0 0 17.364

Abr 0 14 245 760 1.332 1.877 2.307 2.545 2.545 2.307 1.877 1.332 760 245 14 0 18.159

Mai 0 95 243 759 1.313 1.832 2.248 2.468 2.468 2.248 1.832 1.313 759 243 95 0 17.916

Jun 0 128 247 743 1.288 1.801 2.190 2.402 2.402 2.190 1.801 1.288 743 247 128 0 17.600

Jul 0 112 233 753 1.307 1.833 2.231 2.449 2.449 2.231 1.833 1.307 753 233 112 0 17.837

Ago 0 48 247 773 1.349 1.894 2.337 2.571 2.571 2.337 1.894 1.349 773 247 48 0 18.440

Set 0 0 222 739 1.325 1.892 2.341 2.590 2.590 2.341 1.892 1.325 739 222 0 0 18.220

Oct 0 0 0 621 1.198 1.768 2.225 2.480 2.480 2.225 1.768 1.198 621 0 0 0 16.587

Nov 0 0 0 434 1.000 1.547 1.990 2.238 2.238 1.990 1.547 1.000 434 0 0 0 14.416

Des 0 0 0 269 876 1.407 1.840 2.083 2.083 1.840 1.407 876 269 0 0 0 12.952

Taula 2.5. Radiació solar global diària

sobre superfícies in-clinades (MJ/m2·dia).

Estació: Barcelona.

Taula 2.6. Radiació solar global horària

sobre superfícies incli-nades (kJ/m2).

Estació: Barcelona.


Figura 2.11. Radiació mitjana diària per zones de Catalunya en kWh/m2.

Radiació solar global

Zona climàtica

MJ/m2 kWh/m2

I H < 13,7 H < 3,8

II 13,7 ≤ H < 15,1 3,8 ≤ H < 4,2

III 15,1 ≤ H < 16,6 4,2 ≤ H < 4,6

IV 16,6 ≤ H < 18,0 4,6 ≤ H < 5,0

V H ≥ 18,0 H ≥ 18,0

< 4,3 KWh/m2

de 4,15 a 4,3 KWh/m2

de 4 a 4,15 KWh/m2 < 3,7 KWh/m2

de 3,85 a 4 KWh/m2

de 3,7 a 3,85 KWh/m2

Figura 2.12. Mapa de zones climàtiques, segons irradiació global diària (mitjana anual).

Zones climàtiques de les comarques de Catalunya

Comarques Zona climàtica

Alt Camp IV

Alt Empordà III

Alt Penedès IV

Alt Urgell II

Alta Ribagorça II

Anoia IV

Bages III

Baix Camp IV

Baix Ebre IV

Baix Empordà III

Baix Llobregat IV

Baix Penedès IV

Barcelonès III

Berguedà III

Cerdanya II

Conca de Barberà IV

Garraf IV

Garrigues IV

Garrotxa III

Gironès III

Maresme III

Montsià IV

Noguera IV

Osona III

Pallars Jussà II

Pallars Sobirà II

Pla de l’Estany III

Pla d’Urgell IV

Priorat IV

Ribera d’Ebre IV

Ripollès II

Segarra IV

Segrià IV

Selva III

Solsonès III

Tarragonès IV

Terra Alta IV

Urgell IV

Vall d’Aran II

Vallès Occidental III

Vallès Oriental III

Zona II Zona III Zona IV

3. Sistemes solars tèrmics per a ACS

Actualment, els sistemes solars tèrmics són, majoritàriament, sistemes indirectes (el fluid que circula pels captadors solars està físicament separat del circuit de consum), tret de les instal·lacions d’escalfament de piscina amb captadors sintètics (captadors solars plans sense coberta) per on l’aigua de la piscina circula pels captadors solars.

En aquest context, podem establir que els sistemes solars tèrmics per a produir aigua calenta sanitària (ACS), es diferencien principalment per la configuració del circuit primari (connexió hidràulica entre els captadors solars i l’acumulador).

1. Sistemes per termosifó.2. Sistemes amb circulació forçada.

3.1. Equips termosifó

Aquests equips presenten una circulació natural, basada en els corrents de convecció que es formen en els fluids a temperatures diferents.

Com podem observar a la figura 3.1., si escalfem un dipòsit d’aigua per la part inferior, quan l’aigua del fons s’escalfa, perd densitat i puja cap a la superfície on es refreda. Llavors torna cap al fons del recipient i així es genera un corrent de circulació natural.

Aquest és el principi de funcionament d’un equip termosifó, en el qual serà im-prescindible que:

• El captador solar (focus de calor) estigui situat sempre a un nivell inferior al de l’acumulador.

• El circuit primari sigui el més curt possible i amb un pendent continu que faciliti la circulació natural.

3.1.1. Funcionament

Quan arriba prou radiació solar, és a dir, amb valors superiors a 200 W/m2, el fluid acumulat als captadors augmenta de temperatura i circula a través del circuit primari fins l’acumulador. Llavors, cedeix aquesta escalfor, sense barrejar-se amb l’aigua de consum de l’interior, tal com s’indica a la figura 3.2.

El funcionament en el circuit primari és per termosifó. La diferència de tempera-tura habitual a les boques del captador (T2-T1) acostuma a ser de 5 a 15ºC, en funció del nivell d’insolació.

A mesura que s’escalfa, l’aigua de l’acumulador s’estratifica per temperatura, és a dir, la part alta és ocupada per aigua calenta i a la part baixa hi queda l’aigua més freda. En acumuladors verticals, aquest diferencial de temperatures pot arribar a ser de 15ºC. En acumuladors horitzontals, aquest diferencial baixa a només 4-5ºC.


Acumulador

Capta

dor

AF

ACS

Figura 3.1. Corrent de circulació natural.

Figura 3.2. Circulació natural en circuit primari solar.

Figura 3.3. Equip termosifó.

3.1.2. Elements bàsics

Aquest tipus d’instal·lacions presenten una configuració molt simple amb pocs ele-ments. Vegeu la figura 3.3.

Captadors solars: en aquests sistemes, la circulació de l’aigua a través del captador no és forçada i, per tant, convé que la pèrdua de càrrega sigui mínima, és a dir, que els tubs que formen la graella del captador, siguin del màxim diàmetre possible.

Pel que fa al nombre de captadors a connectar, no es recomana connectar més de 10 m2 de captadors, perquè la pèrdua de càrrega del circuit de captació serà massa alta i es reduirà considerablement el rendiment de la instal·lació.

Acumulador: l’acumulador emprat en els equips amb funcionament per termosifó en circuit indirecte acostumen a ser de tipus doble envoltant, perquè són els que presenten una superfície d’intercanvi més gran, amb la mínima pèrdua de càrrega al circuit.

La disposició del dipòsit acumulador facilitarà la circulació natural. En aquest cas, la millor configuració seria poder emprar acumuladors verticals per aprofitar l’estratificació de la temperatura, però els condicionants d’integració estètica fan que la majoria dels equips incorporin acumuladors horitzontals.

Una altra qualitat a considerar és que les preses d’aigua, dels components del circuit primari, siguin d’un diàmetre similar al de la canonada d’unió per tal d’evitar les pèrdues de càrrega que representen les reduccions.

És important també que l’entrada d’aigua freda estigui situada a la part inferior del tanc per tal d’evitar que aquesta refredi la zona d’aigua calenta quan es produeix l’entrada d’aigua nova.

3.1.3. Elements de seguretat

Per tal de protegir el circuit primari de sobrepressions és obligatori instal·lar una vàlvula de seguretat (VS) que no tingui cap element de seccionament o tall que l’aïlli hidràulicament de la instal·lació.

Aquest és l’únic element necessari de seguretat a les instal·lacions que treballin a pressió ambient. A les instal·lacions pressuritzades o sobrepressionades és impres-cindible afegir-hi un vas d’expansió (VE) i un manòmetre.

Per les característiques específiques d’aquestes instal·lacions, no resulta viable instal·lar-hi elements actius de protecció contra baixes temperatures (gelades) o con-tra altes temperatures (sobreescalfaments).

3.1.4. Valvuleria i accessoris

En les figures 3.4. i 3.5. s’hi pot observar la posició dels diferents elements.

Circuit primari• Claus de tall a la sortida i entrada de l’acumulador.• Ompliment i buidatge, etc.

Circuit secundari (línia de consum)• Claus de tall a la sortida i entrada de l’acumulador.• Vàlvula antiretorn i seguretat a l’entrada d’aigua freda del dipòsit.• Vàlvula termostàtica a la sortida d’ACS del dipòsit.

ObservacionsEn cap cas s’instal·larà el sistema auxiliar (resistència elèctrica, suport de caldera, etc.) en el dipòsit solar, ja que això implica incomplir el CTE (HE4, Apartat 3.3.3.2., punt 4) pel que fa a la disposició dels sistemes auxiliars.


Circuitsecundari

Circuitprimari

Captadorsolar

Acumulador solar

Aigua sanitària

Vidre de cobertura

Acumulador

SuportAïllament

Captador

1.980 mm

500 m

m

Absorbidor

Aigua calenta

Suports

Aigua freda

1.700 mm

1.53

0 m

m

Figura 3.5. Detall d'un equip termosifó.

Figura 3.4. Parts d'un equip termosifó.

3.2. Instal·lacions amb circulació forçada

En nombroses ocasions no és viable instal·lar equips termosifó, atès que sovint la ubicació dels captadors està per sobre de l’acumulador (per exemple, captadors a la teulada i acumulador dins l’habitatge, camps de captadors, etc.).

En aquest tipus d’instal·lació l’aigua que circula entre els captadors i l’acumulador no ho pot fer per convecció natural atès que l’aigua més calenta (als captadors) ja es troba al punt més alt i no hi ha cap força natural que la faci desplaçar a l’aigua freda que ja està en el punt més baix i és la més pesant.

Aleshores caldrà recórrer a un circulador electromecànic convencional, dels em-prats en circuits de calefacció, per tal d’assegurar la circulació del fluid.

El circulador (bomba) impulsa el fluid (generalment des de la part inferior de l’acu-mulador, zona freda) en direcció cap a la part inferior dels captadors.

Els sistemes forçats són sempre indirectes, tret de les utilitzacions de climatitza-ció de piscina on es pot emprar el propi sistema d’impulsió de filtrat de l’aigua del vas. Vegeu les figures 3.6. i 3.7.

3.2.1. Elements bàsics

Les instal·lacions solars tèrmiques amb circulació forçada, disposen dels elements següents:

Captadors solars: com que en aquests muntatges la circulació del fluid a través del captador és forçada, les pèrdues de càrrega (resistència al pas de l’aigua) no són una limitació important pel que fa al seu valor, ja que es podran compensar a l’hora de triar la circuladora. El que sí que serà vital és conèixer les pèrdues de càrrega de se-leccionar la bomba circuladora necessària.

En aquest tipus d’instal·lacions, es poden utilitzar indistintament captadors ver-ticals i/o horitzontals en funció de criteris d’integració, tot i que els primers presen-ten un rendiment millor.

Acumulador: aquest tipus de muntatge permet utilitzar força variants quant a l’acu-mulador, atès que el circulador farà passar l’aigua pel bescanviador que incorpori o d’un bescanviador extern per a les instal·lacions amb volums d’acumulació elevats.

3.2.2. Sistema de control

En els equips amb circulació forçada, cal controlar la bomba de manera que només impulsi l’aigua en els moments en què hi pot haver guany energètic (moments en què faci sol i, per tant, la temperatura del fluid dels captadors sigui superior a la de l’acumulador). L’aparell encarregat de fer això és el termòstat diferencial que, con-tínuament, compara les temperatures del captador i de l’acumulador connectant o desconnectant la bomba en funció de quina temperatura és superior.

3.2.3. Elements de seguretat

Per tal de protegir el captador de sobrepressions és obligatori instal·lar una vàlvula de seguretat (VS), en cada grup o filera de captadors.


Acumulador

Capta

dor

AF

ACS

Bomba de circulació

Figura 3.6. Sistema de circulació forçada.

D’altra banda, el circuit primari estarà dotat d’un grup de seguretat que constarà de, com a mínim: un vas d’expansió (VE), una vàlvula de seguretat i un manòmetre.

Alhora, aquestes instal·lacions incorporaran sistemes de protecció activa contra baixes temperatures (gelades) o contra altes temperatures (sobreescalfaments).

3.2.4. Grup de circulació

El grup de circulació se situarà generalment a la part inferior de l’acumulador (zona freda), en direcció cap a la part inferior dels captadors.

I disposarà dels elements següents:• Circulador electromecànic per a circuits tancats, del tipus que s’utilitza en cir-

cuits de calefacció.• Vàlvula antiretorn, per a evitar circulacions inverses no controlades.• Regulador de cabal, que permetrà ajustar el cabal del circuit.• Filtre, que garantirà la durabilitat dels elements del circuit.

3.2.5. Valvuleria i accessoris

A la part més alta del circuit primari, també caldrà afegir-hi els purgadors, els manò-metres, un pressòstat i les claus de tall pertinents d’ompliment i buidatge del circuit, sense oblidar l’aïllament de tots els components.

En el circuit secundari, caldrà incorporar una vàlvula de seguretat i antiretorn, un vas d’expansió i les claus de tall pertinents, a l’acumulador.

3.3. Instal·lacions per a habitatges plurifamiliars

Els sistemes solars tèrmics de producció d’ACS, per a habitatges plurifamiliars, són sistemes forçats que presenten configuracions específiques en les quals el camp de captadors és comú per a tots els habitatges i l’acumulació presenta diverses opcions, que tractem a continuació.

Bomba circuladora Vàlvula de tall Sonda de temperatura

Central solar (termòstat diferencial)

Vàlvula antiretorn Vàlvula mescladora de 3 vies (termostàtica)

Termòmetre Regulador de cabal Vàlvula de pressió diferencial

Manòmetre Purgador Detector de flux

Comptador volumètric Vàlvula de seguretat

Vas d’expansió Vàlvula motoritzada de 3 vies

T

M

V

vàlvula tancadaAFAF

vàlvula d’ompliment(unió flexible)

vàlvula de buidatge i ompliment d’anticongelant

ACS

CalderaT

T

Figura 3.7. Instal·lació amb circulació forçada.

CTRL

F

3.3.1. Instal·lació amb acumulació per a cada habitatge

Aquesta tipologia per a habitatges plurifamiliars amb acumulació descentralitzada consisteix en que el camp de captadors sigui comú per a tots els habitatges, però que cada habitatge disposi del seu acumulador i sistema d’energia de suport. El control de cadascun dels dipòsits de la instal·lació es realitzarà amb vàlvules de tres vies a cada acumulador. Vegeu la figura 3.8.

ObservacionsEn cap cas s’instal·larà el sistema auxiliar (resistència elèctrica, suport de caldera, etc.) al dipòsit solar, ja que això implica incomplir el CTE (HE4, Apartat 3.3.3.2., punt 4) pel que fa a la disposició dels sistemes auxiliars.

CTRL

M

M


FuncionamentEn funció del senyal d’una cèl·lula solar amb control d’irradiància (CSI), la bomba de circulació solar (BS) s’activarà i/o s’aturarà per tal de conduir el fluid caloportador escalfat en els captadors solars tèrmics (CST) fins als diferents circuits primaris de cada acumulador.

Un cop el fluid es troba als circuits de cada acumulador, quan la sonda de tempe-ratura ubicada a la part baixa de l’acumulador solar (STD) té una temperatura signi-ficativament més baixa que l’aigua calenta de la sonda del primari (STB) ubicada al baixant solar, el control per termòstat diferencial (TD) actua sobre la vàlvula de tres vies (V3V), deixant pas directe al bescanviador de l’acumulador i aportant escalfor a l’aigua de consum per després tornar el fluid al retorn a captadors. En canvi, quan la sonda de la part baixa assoleix un valor semblant a la de l’impuls del primari (ΔT predeterminat), la vàlvula de tres vies talla la circulació del fluid a tot el ramal de l’habitatge.

En aquest cas, s’acostuma a instal·lar un sistema de protecció contra altes tem-peratures (sobreescalfaments) que funciona mitjançant un termòstat absolut amb sonda de temperatura de captadors (TA2 i STC), que activa – desactiva, segons una consigna, el sistema de dissipació (SD) i una vàlvula de tres vies (V3V). Aquesta vàl-vula permet la circulació del fluid cap al sistema de dissipació (aerotermos, SD). Ve-geu les figures 3.9. i 3.10.

Caldera

TD

STB

STD

V3VI

xarxaAigua de xarxa

Consum d’ACS

Vegeu detall

TA1 i TA2

SD

V3V2

STC

STE

CSI

CTS

Vegeu detall

BST

M T

Local tècnic

Figura 3.8. Instal·lació d'energia solar tèrmica en habitatge plurifa-miliar amb acumulació per a cada habitatge.

CTRL

M

CTRL

Caldera

TD

STB

STD

V3VI

xarxaAigua de xarxa

Consum d’ACS

CTRL

Figura 3.9. Detall dels elements del circuit

primari solar ubicats al local tècnic.

Figura 3.10. Detall de la connexió de

l’acumulador solar a la caldera, a l’interior de

l’habitatge.

Consum d’ACS Anada a calefacció

Retorn de calefacció

Aigua de xarxa

A

B

C

STD

STB

Caldera mural mixta ACS

+ Calefacció modulant per

a energia solar

Aigua de xarxa

Baixants / MuntantsBy-pass per reparació de l’acumulador solar Funcionament mode solar: vàlvules A i B obertes, vàlvula C tancadaFuncionament mode caldera: vàlvules A i B tancades, vàlvula C oberta

SD

Aerotermos dissipador de calor

V3V

BS

VE

STECSI

STC

Espai per als equips solars a sotacoberta

Baixants / Muntants

Línia elèctrica d’alimentació al quadre

230/400 v c.b

Quadre de control i proteccions de la

instal·lació solar

TA1 I TA2

Captadors solars

Armari solar

CT

RL

T T

M

CTRL

V3V1


3.3.2. Instal·lació amb acumulació centralitzada de circuit tancat i bescanviador de calor a cada habitatge

En aquesta tipologia, tots els habitatges disposaran d’un camp de captadors i acumu-lació comuna, però es distribuirà l’energia solar mitjançant bescanviadors de calor per a cada habitatge. El control dels diferents bescanviadors de calor dels habitatges de la instal·lació es realitzarà mitjançant vàlvules de dues vies a cada bescanviador. Vegeu la figura 3.11.

FuncionamentCom en el cas anterior, la bomba de circulació solar del circuit de captació (BS1) s’ac-tivarà i/o s’aturarà en funció del senyal d’una cèl·lula solar amb control d’irradiància (CSI) i del termòstat absolut amb sonda de temperatura de captadors (TA1 i STC), per tal de conduir el fluid caloportador escalfat als captadors solars tèrmics (CST) fins al bescanviador de calor principal (BCP). Vegeu la figura 3.12.

El fluid del circuit primari solar transmet la seva escalfor al fluid del circuit d’acu-mulació a través del bescanviador de calor (BCP). El sistema de control del circuit d’acumulació (TD i TA2) s’encarrega de regular la transferència de calor actuant so-bre la bomba de circulació del circuit d’acumulació (BS2). Aquesta s’activa en funció del salt tèrmic entre la sonda de temperatura de captadors (STC) i la sonda de tem-peratura de la part mitjana del dipòsit (STD1) i sempre que la temperatura d’acumu-lació (STD2) estigui per sota d’un màxim permès.

La circulació del fluid de l’acumulador (DS) cap als circuits dels habitatges es re-alitza mitjançant la bomba electrònica de cabal variable de recirculació solar del cir-cuit de distribució (BS3), sempre i quan el control (TA3) determini que l’acumulador disposa de prou temperatura de servei. El retorn del circuit d’habitatges entra per la part baixa de l’acumulador solar (DS) alhora que es fa recircular per una vàlvula mes-cladora de tres vies (VM3V) per tal de regular i limitar la temperatura d’impulsió que cal distribuir als habitatges, així com evitar pèrdues tèrmiques significatives.

Un cop el fluid es troba a l’entrada dels diferents circuits de cada habitatge, quan un fluxòstat (detector de flux) ubicat a la canonada d’aigua freda de consum d’entra-da a cada intercanviador (DF) detecta consums d’ACS, el control del DF actua sobre la vàlvula de dues vies (V2V), deixant pas directe al bescanviador de calor i aportant escalfor a l’aigua de consum per després tornar el fluid al retorn a captadors. Mentre que quan s’atura el consum d’ACS, la vàlvula de dues vies talla la circulació del fluid a tot el ramal de l’habitatge.

En aquesta tipologia és necessari realitzar una recirculació amb una vàlvula de pressió diferencial (VPD) per tal que la bomba (BS3) pugui impulsar el fluid per si els diferents circuits dels dipòsits estiguessin tancats i, d’aquesta manera, poder mante-nir l’aigua a una certa temperatura reduint la inèrcia tèrmica del circuit.

Figura 3.12. Detall de la connexió del bescanvi-

ador a la caldera, a l'inte-rior de l'habitatge.

Consum d’ACS

Anada a calefacció


Aigua de xarxa

A

B

C

Baixants / Muntants

Baixants / Muntants

V2V



a energia solar

By-pass per reparació de l’acumulador solar Funcionament mode solar: vàlvules A i B obertes, vàlvula C tancadaFuncionament mode caldera: vàlvules A i B tancades, vàlvula C oberta

Figura 3.11. Instal·lació d'energia solar tèrmica en habitatge plurifami-liar amb bescanviador a

cada habitatge. STE

CSI

CST

STC

BCP

TA2

STD2

STD1

TA1, TA4 i TA5

BS1 BS2

TA3

VM3V

DS

BS3

Veure detall

Consum d’ACS

Aigua de xarxa

Veure detallSistema d'energiade suport

T

V2V

DF

CTRL

CTRLCTRL

M

CTRL

F

Consum d’ACS

Aigua de xarxa

Sistema d'energiade suport

V2V

DF

CTRL

F

VPD

CTRL

DFF

Aigua de xarxa


3.3.3. Instal·lació amb acumulació centralitzada, amb comptador d’aigua a cada habitatge

En el sistema de producció solar centralitzada, tots els habitatges compartiran un únic camp de captadors i sistema d’acumulació, però disposaran per cada habitatge d’un comptador d’aigua calenta i sistema d’energia de suport. Vegeu la figura 3.13.

FuncionamentEl funcionament del circuit primari és igual que en el cas anterior. El fluid del circuit primari solar transmet la seva escalfor a l’ACS de consum del circuit secundari d’acu-mulació mitjançant el bescanviador de calor (BCP).

La recirculació de l’ACS de consum de l’acumulador (DS) cap als circuits dels habi-tatges es realitza mitjançant la bomba de recirculació del circuit secundari de distri-bució (BS3), sempre i quan el control (TA3) determini que l’acumulador disposa de prou temperatura de servei. El retorn del circuit d’habitatges entra per la part baixa de l’acumulador solar (DS), alhora que es fa recircular per una vàlvula mescladora de tres vies (VM3V) per tal de regular i limitar la temperatura d’impulsió que cal distri-buir als habitatges, així com evitar pèrdues tèrmiques significatives.

Un cop el fluid es troba a l’entrada dels diferents circuits de cada habitatge, quan hi hagi consums d’ACS es produirà un flux directe d’aigua cap al sistema auxiliar de suport de l’habitatge corresponent. Aquest consum individual quedarà enregistrat en un comptador d’aigua a cada habitatge. D’altra banda, quan s’atura el consum d’ACS, se’n talla la circulació a tot el ramal de l’habitatge.

En aquesta tipologia, cal realitzar una recirculació directa a cada baixant projec-tat per tal que la bomba (BS3) pugui impulsar l’ACS quan no hi hagi consums en els diferents habitatges i es mantingui l’aigua a una temperatura de servei reduint la inèrcia tèrmica del circuit. Vegeu la figura 3.14.

M

Figura 3.14. Detall de la connexió del comptador individual a la caldera, a l'interior de l'habitatge.

Figura 3.13. Instal·lació amb acumulació centra-litzada, amb comptador

d'aigua a cada habitatge.

Consum d’ACS

Anada a calefacció


Aigua de xarxa

Comptador individual per a cada habitatge



a energia solar

STE

CSI

CST

STC

BCP

TA2

STD2

STD1

TA1, TA4 i TA5

BS1 BS2

TA3

VM3V

DSBS3

Veure detall

Consum d’ACS

Consum d’ACS

Aigua de xarxa

Aigua de xarxa

Veure detall

Comptador individualper a cada habitatge

Comptador individualper a cada habitatge



CTRLCTRLCTRL

V

V

V

Ret

orn

a ca

pta

dor

sA

nad

a a

cap

tad

ors

Aigua de xarxa


3.4. Altres aplicacions de l’energia solar

L’energia solar tèrmica es pot utilitzar en qualsevol procés tèrmic que s’adapti a les possibilitats i requisits d’aquesta font d’energia. En l’àmbit domèstic, a Catalunya, la utilització de l’energia solar s’ha centrat en la producció d’aigua calenta, però cada vegada s’estén més la utilització de l’energia solar tèrmica per a altres aplicacions com la calefacció, l’escalfament de piscines o els sistemes de climatització.

3.4.1. Suport a la calefacció

La calefacció d’un habitatge presenta peculiaritats que fan que, tot i que resulta pos-sible tècnicament, requereix una anàlisi més complexa. En primer lloc, cal destacar l’estacionalitat del consum (hivern); d’altra banda, la gran demanda puntual que es pot necessitar (puntes de consum) i, finalment, el sistema emissor utilitzat per escal-far les cambres. Vegeu la figura 3.15.

• L’estacionalitat de la demanda pot provocar una utilització anual baixa del siste-ma solar, ja que només funcionarà a ple rendiment els mesos d’hivern: de 2 a 3 mesos a la franja costanera i fins a 8 mesos a la Catalunya central i als Pirineus. Aquesta característica es pot minimitzar dimensionant la instal·lació per tal de cobrir només una petita part de la calefacció (15-25%) i, durant la resta de l’any, dedicant el sistema a produir aigua calenta sanitària. La resta de necessitats per a calefacció les proporciona el sistema convencional de suport. Una instal·lació encara més ben adaptada seria la que combinés calefacció a l’hivern amb escal-fament del vas d’una piscina a l’estiu i la producció d’ACS durant tot l’any. Un equip amb aquestes prestacions podria arribar a cobrir el 60% de tot el consum energètic per a ús tèrmic d’un edifici (habitatge, hotel, hospital, etc.).

• Pel que fa a les puntes de consum, l’equip solar es dimensiona sempre tenint en compte unes necessitats energètiques mitjanes, de manera que es cobreixen els dèficits puntuals amb una aportació superior del sistema convencional de suport.

• Com que els captadors solars plans -la tecnologia que es fa servir a la majoria d’instal·lacions solars per a calefacció- treballen a temperatures baixes, és im-portant que el disseny del sistema d’emissors de calor de l’edifici estigui pensat per a transmetre l’escalfor a aquest rang de temperatura.

En aquests casos els sistemes més emprats són:• Terra radiant. Principalment emprat en obra nova i en rehabilitacions integrals

on calgui substituir o modificar els paviments.• Radiadors sobredimensionats. Molt adients per a espais de serveis amb passa-

dissos amplis, escales, etc.• Convectors forçats fan-coil. Ideals per a espais d’ús intermitent, com ara les

oficines.

M

D’altra banda, a fi de millorar l’aportació solar a l’edifici cal tenir en compte al-guns criteris:

• Disseny arquitectònic de l’edifici adaptat a la zona geogràfica. Això implica tenir en compte els aspectes següents: la ubicació, l’entorn, la forma de l’edifici, la pell i el detall de les superfícies, la caracterització de l’interior, etc.

• Aïllament de l’exterior i sistema de ventilació.Si un projecte preveu aprofitar al màxim els recursos climàtics de la zona i utilitza

un sistema solar de baixa temperatura com a sistema de suport auxiliar a la calefac-ció, la utilització de captadors solars pot cobrir una part molt important del consum energètic: entre el 25% i el 40% de la demanda global.

3.4.2. Escalfament de piscines

La majoria de les piscines descobertes s’utilitzen durant pocs mesos a l’any a causa, principalment, del refredament de l’aigua. A principi i al final de la temporada esti-val, la temperatura de l’aigua de la piscina és massa baixa per a poder-ne gaudir.

Vàlvulamotoritzada

Ompliment

Buidatge Vasd’expansió

M

M


Una forma eficient, neta i econòmica d’escalfar l’aigua de les piscines per assolir temperatures agradables és mitjançant l’energia solar. Amb la utilització de capta-dors senzills es pot aconseguir que augmenti la temperatura de l’aigua fins als 23ºC-28ºC (rang de confort).

Les instal·lacions de climatització de piscines amb energia solar utilitzen una tec-nologia força simple i comprovada en multitud d’instal·lacions escampades per tot Europa. La gran fiabilitat i durabilitat d’aquests sistemes, la quasi nul·la necessitat de manteniment i el fet que aprofitin una font energètica gratuïta són les raons que fan que sigui un sector en fort creixement.

El fet que les temperatures de treball siguin baixes i l’època de l’any d’ús molt favorable fa possible que els captadors solars emprats en l’escalfament de piscines siguin el model més senzill del mercat: els captadors amb absorbidor de materials plàstics no vidrats.

Buidatge

Ompliment

Consum d'ACS

Terra radiant

Aigua de xarxa

Vàlvulatermostàtica

Circuit d'ACS

Circ

uit

de

la c

alef

acci

ó

NC

Acumulador

Acumulador

Vàlvula motoritzada

Circuit de la calefacció

Figura 3.15. Instal·lació d'energia solar per ACS i suport a la calefacció.

Amb un sistema format per uns captadors de plàstic (polipropilè, cautxú, etc.), intercalats en el circuit dels filtres de depuració i algunes vàlvules de regulació, que permeten que l’aigua de la piscina passi pel seu interior, s’aconsegueix augmentar la temperatura fins a l’òptima confortable. Vegeu la figura 3.16.

D’altra banda, cal remarcar que el RITE (Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios), indica textualment:

• ITE 10.2.1. El consum d’energies convencionals per a l’escalfament de piscines està permès només quan estiguin ubicades en locals coberts.

• En el cas de piscines descobertes o l’aire lliure, el RITE, a la seva IT 1.2.4.6.3. estableix que només es podran fer servir fonts d’energies renovables o residuals per a escalfar-les i que es prohibeix fer servir energia convencional.

• La superfície de captació necessària es pot calcular en funció de la superfície de la piscina a escalfar i de la zona climàtica on estigui ubicada, ja que és per l’ober-tura del vas per on l’aigua intercanvia calor amb el medi.

• A les nostres latituds, cal muntar captadors amb una superfície de captació aproximadament del 30% al 50% de la superfície de la piscina, en funció de si la instal·lació està situada en una zona càlida (litoral) o freda (Catalunya central).

• El manteniment d’aquest tipus d’instal·lació es resumeix normalment a tasques molt senzilles que realitza l’usuari: verificació del funcionament correcte de les vàlvules i buidatge del circuit de captador a l’hivern, en aturar la piscina per a evitar danys en cas de risc de glaçades.

• En el cas de les piscines cobertes, el CTE-HE4, al seu apartat 2.1., estableix el percentatge d’aportació solar mínima per a les piscines cobertes i en funció de les zones climàtiques segons la taula 3.1.

3.4.3. Refrigeració amb energia solar

Encara que aquesta és una aplicació de l’energia solar que encara no s’ha estès, cal tenir en compte les seves possibilitats i, per tant, un fort desenvolupament en els propers anys.

La refrigeració presenta la màxima demanda d’energia a les èpoques de l’any amb més radiació solar; de fet, a les hores que es rep més energia.

Els sistemes que actualment es troben en fase de demostració són la combinació d’un camp de captadors solars que funcionen a temperatures elevades, entorn dels 85-90ºC, en combinació amb una màquina de cicle d’absorció, generalment de bro-mur de liti-aigua.

Aquestes instal·lacions troben la màxima rendibilitat en funcionament reversi-ble: refrigeració a l’estiu i calefacció a l’hivern.

Per tal de poder treballar a aquestes temperatures, els captadors emprats són els de tubs de buit o els del tipus CPC, que han estat introduïts recentment en el mercat en què uns reflectors de cilindre parabòlic concentren la radiació solar sobre l’absorbidor.


Zona climàtica I II III IV V

Aportació solar mínima 30% 30% 50% 60% 70%

Taula 3.1. Aportació solar mínima per a les piscines cobertes i en funció de les zones climàtiques.

Figura 3.16. Esquema bàsic de sistemes d’escalfament solar de piscines.

Captador sense coberta Piscina

Circuit obert

Filtre

Captador amb coberta

Circuit tancat

Filtre

Piscina

4. El captador solar

4.1. Característiques bàsiques dels captadors solars tèrmics

El captador és el component d’una instal·lació solar tèrmica, encarregat de capturar l’energia del Sol i transforma-la en calor.

El tipus d’utilització condicionarà el captador emprat; per exemple, si volem es-calfar una piscina fins a una temperatura de 25-28ºC, a la primavera, necessitem un captador simple, ja que fàcilment la temperatura ambient serà d’aquest ordre o fins i tot superior. D’altra banda, si volem escalfar un fluid fins a temperatures de 200ºC necessitarem captadors que concentrin la radiació i la transfereixin a un volum petit de fluid.

Actualment, podem diferenciar entre els principals tipus de captadors següents en el mercat:

1. Els captadors plans o de placa plana.2. Els captadors de concentració de la radiació: de cilindre parabòlic CPC, que

incorporen reflectors concentradors.3. Els de tub de buit.A les aplicacions solars a temperatura baixa, és a dir, a temperatures inferiors a

80ºC, com per exemple la climatització de piscines, la producció d’aigua calenta sanità-ria o, fins i tot, per a subministrar calefacció, s’utilitzen majoritàriament captadors de placa plana, amb o sense coberta vidrada, en funció de l’aplicació. Vegeu la figura 4.1.

4.1.1. Especificacions dels captadors solars

Els captadors solars, com a nucli de les instal·lacions solars tèrmiques, han de com-plir uns requisits mínims de qualitat detallats en la Norma UNE-EN 12975 “Cap-tadors solars tèrmics”. Aquestes prestacions són certificades per algun laboratori acreditat (INTA, ITC i CENER d’Espanya o el TUV d’Alemanya entre d’altres) i han de seguir un protocol d’assaig definit. Aquest procés és imprescindible, avui dia, tal com s’indica en el CTE.

La informació tècnica que cal conèixer sobre un captador solar és la següent:• Corbes de rendiment instantani realitzades per un laboratori acreditat.• Superfície útil de captació.• Pes en buit.


• Instruccions de transport i manipulació del captador.• Capacitat i tipus de líquid termòfor recomanat pel fabricant.• Cabals recomanats i pèrdues de càrrega.• Pressió màxima de servei i pressió de prova.• Materials de constitució de l’absorbidor i del circuit del líquid.• Materials de constitució de la coberta i de la caixa.• Sistema de segellat.• Tipus i gruixos de l’aïllament.• Temperatura d’estancament.• Requisits per al manteniment.

Les normes bàsiques de certificació dels captadors solars tèrmics són:• Norma UNE-EN 12975 “Sistemes solars tèrmics i els seus components” (capta-

dors solars, requisits generals i mètodes d'assaig).• Norma UNE-EN 12976 “Sistemes solars tèrmics i components” (requisits gene-

rals i mètodes d'assaig).

1. Els captadors amb absorbidor de ferro no s’utilitzaran en cap cas.2. Quan s’utilitzin captadors amb absorbidor d’alumini, cal incorporar-hi obliga-

tòriament un fluid de treball amb un tractament inhibidor dels ions del coure i del ferro.

3. En un lloc visible, el captador portarà una placa en què consti com a mínim:a) el nom del fabricant,b) el model, el tipus, l’any de producció,c) el número de sèrie de fabricació,d) l’àrea total del captador,e) el pes del captador buit, la capacitat de líquid,f) la pressió màxima de servei,g) la data de fabricació.

Absorbidor de piscina Captador pla Captador de buit

Diferència de temperatura entre captador i ambient (K, °C)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Ren

dim

ent

Figura 4.1. Rendiment dels diferents captadors del mercat.

4.2. Principis físics del funcionament del captador solar pla

El captador solar funciona a partir de l’aplicació dels principis físics següents:

4.2.1. El cos negre (l’absorbidor)

La radiació solar incident és parcialment absorbida pels cossos. La resta és reflectida o els travessa.

La relació entre aquests efectes depèn de:• La naturalesa del cos.• L’estat de la superfície.• El gruix del cos.• El tipus de radiació. La longitud d’ona.• L’angle d’incidència dels raigs solars.Els cossos foscos i mates capten millor la radiació solar que qualsevol altre co-

lor; per això l’absorbidor del captador solar acostuma a ser de colors foscos, per tal d’aprofitar al màxim la radiació solar.

4.2.2. L’efecte d’hivernacle

Aquest efecte es genera en alguns cossos transparents, que normalment només són travessats per radiacions amb longitud d’ona entre 0,3 i 3 μm. Atès que la major part de la radiació solar està compresa entre 0,3 i 2,4 μm, la llum solar pot travessar un vidre (vegeu la figura 4.2.). Un cop travessat, la radiació troba l’absorbidor, que s’es-calfa per la radiació solar i emet radiacions compreses entre els 4,5 i 7,2 μm per a les quals el vidre és opac.

Aquesta radiació que no pot sortir és reflectida cap a l’interior altre cop. Una part d’aquesta energia escalfa el vidre i el vidre la remet cap a dins i cap a fora. Vegeu la figura 4.3.

Alguns plàstics (com el policarbonat) tenen un comportament similar al vidre (deixen passar les radiacions d’ona curta procedent del Sol i aturen les emissions d’ona llarga que procedeixen de la placa absorbidora).

4.2.3. L’aïllament

El tercer dels principis físics que intervenen en el funcionament dels captadors és l’aïllament del conjunt respecte de l’exterior, format normalment per un revestiment intern de la caixa contenidor. Vegeu la figura 4.4.

4.3. Components d’un captador solar pla

El captador solar pla amb coberta vidrada és el més emprat al nostre país, per a instal·lacions de producció d’aigua calenta sanitària. Aquest equip està format pels elements següents (vegeu la figura 4.5.):


Absorbidor - 1 -És l’element que intercepta la radiació solar a l’interior del captador i és l’encarregat de transformar l’energia solar en energia tèrmica.

L’absorbidor està format, habitualment, per una làmina metàl·lica, normalment de coure (bon conductor tèrmic) que s’enfosqueix bàsicament amb:

1.Una fina pel·lícula de pintura negra calòrica, que resisteix temperatures de tre-ball superiors als 100ºC.

2.Un tractament selectiu, basat en deposicions electroquímiques o pintures amb òxids metàl·lics que tenen una alta absorció de la radiació solar (ona curta) i una baixa emissivitat de l’escalfor (ona llarga).

L’absorbidor incorpora una graella de conduccions per on circularà el fluid ter-mòfor.

Figura 4.2. Efecte d’hivernacle.

Figura 4.3. Radiació reflectida.

Tractament Absortància Emitància Efectivitat

Negre de níquel sobre níquel 93 6 155

Negre crom sobre níquel 92 1 92

Negre crom 89 1 89

Negre coure sobre coure 89 1 89

Esmalt ceràmic 9 5 18

Pintura acrílica negra 95 9 103

Taula 4.1. Tractament de l'absorbidor.

Coberta transparent - 2 -Té la funció d’aïllar el captador de les condicions ambientals exteriors -tot i que deixa passar la radiació solar- que provoquen l’efecte d’hivernacle. Normalment està for-mada per una sola làmina de vidre temperat (resistent) amb baix contingut en ferro (molt transparent) de 4 mm de gruix aproximadament.

Aïllament - 3 -Aquest element, tal com passa en la resta d’aplicacions, compleix la funció d’evitar les pèrdues de calor de l’interior del captador -concretament de l’absorbidor- cap a l’exterior i està format normalment per planxes d’espumes sintètiques (poliuretà, cianurats, fibra de vidre, etc.) situades als costats i a la part posterior del captador.

Carcassa - 4 -La carcassa té la funció d’allotjar la resta de components. Aquest tancament normal-ment està format per un perfilat d’alumini anoditzat que garantirà una resistència del conjunt, fins i tot, en les condicions extremes de treball. Alhora, la carcassa, dis-posarà d’unes perforacions de desguàs de condensats, a la part inferior.

3

4

2

1

Figura 4.5. Elements d'un captador.

Figura 4.4. Pèrdues que ens podem trobar.

Pèrduesòptiques Pèrdues per

convecció i conducció

Aprofitament útil

Pèrdues perconvecció i conducció

Irradiació solar


4.4. Captadors solars plans

El captador solar de placa plana té una bona relació cost/efectivitat en el nostre clima i s’adapta correctament a un gran nombre d’aplicacions (l’escalfament d’aigua sani-tària, la climatització de piscines, el suport a calefacció, el preescalfament de fluids industrials, etc.).

Podem distingir dos tipus bàsics de captadors de placa plana, en funció de la configuració de l’absorbidor: el paral·lel de “tipus graella”, en les versions vertical i horitzontal i la sèrie de “tipus serpentí”. Bàsicament, la diferència que hi ha entre ambdós és:

1. La configuració en paral·lel afavoreix que es pugui estratificar la temperatura del captador amb més volum de circulació de l’aigua per les ramificacions de l’interior del captador i obtenir un salt tèrmic d’aproximadament 10ºC amb un bon rendiment. Vegeu la figura 4.6.

2. La configuració en sèrie està composada per un únic circuit continu amb poc volum d’aigua de circulació i un salt tèrmic superior, amb un bon rendiment. Vegeu la figura 4.7.

4.4.1. Funcionament del captador solar pla

El funcionament d’un captador és molt bàsic. De fet, qualsevol cos exposat al Sol rep un flux energètic que l’escalfa i, per tant, fa que n’augmenti la temperatura.

Un cos a una temperatura donada emet energia al seu voltant, en forma de radi-ació, i aquesta depèn directament de la diferència de temperatures entre la tempera-tura del cos i la temperatura ambient.

Si refrigerem el captador fent-li passar un fluid per l’interior, s’aprofita aquesta calor, de manera que s’aconsegueix que una part de l’energia captada es transmeti cap a aquest fluid com a energia útil. La resta d’energia es continua perdent en forma de radiació des del captador cap a l’ambient exterior. En aquest cas, la temperatura de treball és sempre inferior a la d’equilibri.

Figura 4.6. Configuració en paral-lel de l'absorbidor.

Figura 4.7. Configuració en sèrie de l'absorbidor.

Si volem obtenir un bon rendiment, cal fer treballar els captadors a la tem-peratura més baixa possible, sempre que n’hi hagi prou per a l’ús que es vulgui donar.

L’energia aprofitada es treu del captador mitjançant el fluid termòfor, general-ment format per una barreja d’aigua amb anticongelant i inhibidors de la corrosió.

4.5. Altres tipus de captadors solars tèrmics

4.5.1 Captadors plans sense coberta

Tal com el seu nom indica, els captadors sense coberta consten bàsicament de l’ele-ment absorbidor, format generalment per un conjunt de tubs de material plàstic, EPDM, cautxú o polipropilè. Vegeu les figures 4.8. i 4.9.

Aquest tipus de captadors solars són molt econòmics i fàcils d’instal·lar ja que habitualment presenten configuracions flexibles que permeten col·locar-los sobre

Tm-Ta / I

Ren

dim

ent

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.050

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Zona de climatitzacióde piscines

0.06

Figura 4.8. Corba de rendiment d’un

captador solar de polipropilè.

Figura 4.9. Detall d’un absorbidor de piscina.


qualsevol superfície. A més, són resistents a la corrosió i permeten configuracions d’escalfament directe com en el cas de l’escalfament de piscines.

En contrapartida, els captadors sense coberta amb absorbidor sintètic solen tenir corbes de rendiment molt inclinades ja que, pel fet de no tenir vidre tenen molt bon comportament òptic però, en canvi, perden ràpidament el seu rendiment quan la temperatura ambient està per sota de la temperatura de treball o amb una velocitat de vent elevada.

Per això, aquest tipus de captadors, només són aconsellables en aplicacions a bai-xa temperatura en què la temperatura de treball estigui pròxima a la temperatura am-bient com, per exemple, per a allargar la temporada de bany en piscines descobertes.

Una variable d’aquest tipus de captadors sense coberta són els captadors de plan-xa metàl·lica embotida i decalada, dissenyats específicament per a aplicacions en cir-cuit tancat.

Aquesta variant presenta un millor rendiment tèrmic del captador i permet fer-lo servir per a produir aigua calenta sanitària o altres aplicacions de baixa temperatura.

Un altre exemple d’aquest tipus de captador disponible al nostre mercat, consis-teix en una coberta multifuncional que combina les qualitats d’una coberta metàl-lica d’acer inoxidable sense manteniment amb l’eficiència d’un captador solar de su-perfície selectiva.

4.5.2. Captadors solars de cilindre parabòlic

Els sistemes solars de concentració estan dissenyats especialment per a obtenir altes temperatures. El seu principi de funcionament es basa en la projecció de tota la ra-diació incident d’una superfície reflectant sobre un punt concret, tal com es mostra a la figura 4.10.

Fins fa poc, la utilització de sistemes solars tèrmics de concentració CCP esta-va restringida al camp de la recerca, la indústria o la generació d’electricitat, ja que aquesta tecnologia requeria sistemes complexos de seguiment i grans superfícies per a ubicar-los.

En l’àmbit domèstic, no era justificable instal·lar captadors amb aquests requisits per tal d’assolir temperatures altes de més de 200ºC. Vegeu la figura 4.11.

Però actualment disposem, en el mercat, de captadors de concentració “de cilin-dre parabòlic compactes” (CPC) que presenten un format i unes dimensions similars a les dels captadors plans.

Els captadors estan formats per unes conduccions amb un revestiment selectiu que recorren longitudinalment el captador i que actuen d’absorbidor.

Aquestes conduccions reben la radiació solar reflectida per les parets corbes que les envolten, aconseguint així una quantitat d’energia superior per unitat de superfí-cie d’absorbidor (W/m2). Vegeu les figures 4.12. i 4.13.

El resultat de tot això és un captador capaç de generar temperatures altes fins a 200ºC amb nivells estàndards de radiació.

Per tant, aquest tipus de captadors serveixen, tant per a produir ACS com de su-port de calefacció o per a alimentar equips de fred per adsorció o absorció.

Figura 4.10. Captador solar.

Figura 4.11. Forn solar de concentració, situat a Odelló a la Cerdanya

francesa i capaç d’assolir temperatures superiors

a 4.000 ºC.

Figures 4.12. i 4.13. Captador solar

de cilindre parabòlic.

Figures 4.14. i 4.15. Captador solar de tub de buit.

Figura 4.16. Detall d'un captador de tub buit.

Figura 4.17. Secció de tub de buit.

Seccions tub de vidre

vidre

buit

Amb tubs de fluid separats

Amb tubs de fluid concèntric


4.5.3. Captadors solars de tubs de buit

Aquest captador consta d’un conjunt de tubs cilíndrics, formats per un absorbidor selectiu, situat sobre un assentament reflector i envoltat d’un cilindre de vidre trans-parent.

Entre el tub exterior transparent i l’absorbidor interior, s’hi ha fet el buit. Amb això, s’evita les pèrdues per conducció i per convecció des de la superfície absorbent i aquest fet permet assolir temperatures de més de 100ºC i aprofitar molt més la radiació solar.

Actualment, hi ha dos tipus d’aquests captadors, amb tècniques força diferencia-des pel que fa a la transmissió de la calor des del tub de buit fins al circuit primari.

D’una banda, els captadors de buit amb fluid directe, disposen d’un captador principal del circuit primari a la part superior del captador; cada tub es connecta amb aquest captador mitjançant un circuit d’anada i un altre de retorn. Per aquest circuit es fa circular el fluid del circuit primari que s’escalfarà durant el recorregut.

Els circuits interiors dels tubs presenten dues configuracions bàsiques: el circuit concèntric o circuit separat, tal com es mostra a la figura 4.17.

L’altra tendència de transmissió de calor en els tubs de buit s’anomena heat pipe. En aquest sistema, com en el cas anterior, els captadors disposen d’un captador prin-cipal del circuit primari a la part superior però, en aquest cas, el tub de buit disposa d’un tub de coure central segellat i ple d’una barreja alcohòlica.

Es connecta aquest tub a l’absorbidor del captador solar mitjançant una pipeta con-densadora, que farà la funció d’element transmissor de la calor cap al circuit primari.

La radiació solar fa escalfar l’absorbidor i evapora la barreja alcohòlica del seu interior, que puja fins al condensador situat en el captador.

En aquest punt, cedirà la calor al circuit primari i es condensa la barreja alcohò-lica que tornarà a la part inferior del captador pel seu propi pes. Vegeu les figures 4.14., 4.15., 4.16. i 4.17.

Una de les característiques específiques d’aquest tipus de captadors és la possi-bilitat, segons el model, d’inclinar individualment cada tub. Aquesta característica, és força útil a les ubicacions que, per requisits de l’edifici, sigui necessari muntar els captadors desorientats del sud.

4.6. Rendiment dels captadors solars tèrmics

El rendiment del captador és la relació que hi ha entre l’energia útil i la radiació solar disponible. Com més alt sigui l’aprofitament energètic, millor serà el rendiment o l’eficiència del captador.

De fet, els fabricants presenten habitualment el rendiment o l’eficiència dels cap-tadors d’una manera gràfica, a partir dels factors de treball, temperatura del capta-dor i l’ambient que l’envolta, etc.

El gràfic de rendiment d’un captador es basa en un model matemàtic simplificat i és per això que, tant l’expressió matemàtica com la seva representació gràfica corres-ponen al d’una recta. Vegeu la figura 4.18.

Rend=0,78-3,6 T*

Rendiment òptic: 0,78.Coeficient de pèrdues: 3,6 W/m2 ºC.

On el rendiment s'expressa en tant per un, i:El rendiment òptic (la transmitància) és el factor de guanys del captador. El fa-

bricant l’ha de facilitar per assaig. Es tracta d’un valor adimensional i dóna idea de l’eficiència de captació.

El coeficient de pèrdues és el pendent de la recta i representa el factor de pèrdues tèrmiques del captador. El fabricant l’ha de facilitar per assaig i les seves unitats són: W/m2 ºC.

El CTE determina que els captadors solars han de presentar un factor de pèr-dues inferior a 10 W/m2 ºC.

T*, és el factor que determina les condicions de treball del captador solar i aquest va-lor és la resultant de l’equació (Tm-Ta/I) en què s’opera amb els valors següents:

Tm, és la temperatura mitjana del captador.Ta, és la temperatura ambient mitjana diürna.I, és el valor de radiació instantània en W/m2.Actualment, la unificació de criteris i la mobilitat de materials dins d’Europa està

popularitzant expressions del rendiment del captador una mica més exactes a partir d’una expressió matemàtica més complexa que correspon a una corba, enlloc d’una recta.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

EFI

CIÈ

NC

IA

Figura 4.18. Recta del rendiment d'un

captador.

T*=Tm-Ta

I


4.7. Connexió de captadors solars tèrmics

A l’hora de definir i muntar el camp solar, cal tenir en compte que s’ha de fer una distribució dels captadors en grups.

Aquestes agrupacions de captadors haurien d’estar sempre formades per unitats del mateix model i amb una distribució el més uniforme possible.

Hi ha dues opcions o tipologies bàsiques per agrupar dos o més captadors:De tipus sèrie o paral·lel. A més, és pot configurar un camp de captació combi-

nant les dues agrupacions, que és el que anomenem agrupacions o circuits mixtos.

4.7.1. Connexió en sèrie

En la connexió en sèrie, la sortida del primer captador es connecta directament amb l’entrada del següent, i així consecutivament. L’esquema de la figura presenta aques-ta configuració, la temperatura del fluid d’entrada a cada captador és superior a la del captador precedent, de manera que a la sortida d'un grup de captadors podem obte-nir temperatures més altes que si treballéssim amb el salt tèrmic d’un sol captador.

Aquest tipus de connexió té l’inconvenient que el rendiment dels captadors va disminuint proporcionalment amb l’augment de la temperatura de treball; per tant, aquesta tipologia de connexió, únicament s’utilitza en aplicacions molt particulars, i amb un màxim de 6 a 10 m2 de captadors connectats en sèrie, segons la zona climà-tica definida pel CTE (HE4, Apartat 3.3.2.2.).

Com es pot apreciar a la figura, pel que fa al comportament hidràulic d’aquesta configuració, el cabal total del grup de captadors serà l’equivalent al cabal d’un sol captador i, pel contrari, la pèrdua de càrrega provocada pel grup serà l’equivalent a la suma de la pèrdua de càrrega de tots els captadors. Vegeu la figura 4.19.

4.7.2. Connexió en paral·lel

En la connexió en paral·lel, tant la sortida com l’entrada dels captadors estan connec-tades a punts d’entrada i sortida comuns a la resta de captadors.

Amb aquesta configuració, la temperatura del fluid d’entrada és la mateixa a tots els captadors i passa el mateix amb les temperatures de sortida, de manera que a la sortida de la bateria o al grup de captadors obtenim la temperatura com si treballés-sim amb el salt tèrmic d’un sol captador.

Per tant, tots els captadors treballen en el mateix punt de la corba de rendiment. Aquesta connexió és la més habitual a les instal·lacions solars tèrmiques de baixa temperatura.

Hidràulicament, aquesta configuració ens presenta un cabal total del grup, que equival a la suma dels cabals parcials de cada captador, mentre que la pèrdua de càr-rega del grup, serà l’equivalent a la d’un sol captador.

A partir dels esquemes reproduïts en les figures es poden apreciar les diferències bàsiques en la connexió dels captadors que integren una bateria. Vegeu la figura 4.20.

4.7.3. Connexió mixta de captadors

En algunes ocasions, el volum dels captadors i/o la necessitat de temperatures més elevades dóna com a resultat instal·lacions que combinen la disposició en sèrie i en paral·lel. A aquesta tipologia l’anomenem mixta. Vegeu la figura 4.23.

4.7.4. Equilibrament del camp de captació

Bàsicament, hi ha dues metodologies per aconseguir equilibrar el cabal de fluid ter-mòfor en un camp de captadors:

1. Igualant la longitud dels circuits. Això s’aconsegueix amb el que s’anomena retorn invertit. És a dir, igualar la longitud de canonades de connexió de tots els captadors per tal que el fluid tingui la mateixa pèrdua de càrrega.

2. Inserint pèrdues de càrrega mitjançant la disposició de vàlvules d’equilibra-ment a l’entrada de les bateries de captadors. Així, a menor longitud de circuit s’aplica més pèrdua de càrrega amb la vàlvula corresponent. Vegeu les figures 4.21., 4.22. i 4.24.

4.7.5. Elements de connexió dels captadors

El camp de captadors solars tèrmics són, per definició, un circuit hidràulic que trans-met l’escalfor rebuda del Sol al fluid termòfor. Un aspecte important a les instal-lacions són els sistemes de connexió entre els diversos captadors, el camp solar i les canonades que transporten i distribueixen el fluid termòfor fins al punt de consum o d’intercanvi de calor.

Les connexions entre captadors depenen en gran mesura del fabricant, ja que en el mercat hi ha una gran varietat d’acabats i de terminals de connexió entre captadors.

T1 T2 T3

T3>T2>T1

Figura 4.19. Esquema d’un camp de captadors

connectats en sèrie.

Figura 4.20. Esquema d’un camp de captadors connectats en paral·lel.

Figura 4.21. Camp de captadors.

Figura 4.22. Equilibrament hidràulic.

T1 T2 T3

T3=T2=T1


Alguns exemples d’aquests sistemes de connexió són:• Terminacions en tub de coure.• Connexions femella rosca gas amb juntes de llautó.• Connexions còniques mascle/femella.• Terminal de connexió ràpida amb juntes tòriques.

És molt important tenir en compte que els captadors solars treballen en unes condicions de canvis de temperatura força acusats que cal analitzar a l’hora de selec-cionar els sistemes de connexió.

En el cas d’unions soldades, es provocarà amb relativa facilitat el trencament de les unions. Per evitar aquesta tensió en el mercat hi ha unions flexibles o maneguets absorbidors que es poden deformar per tal d’evitar les deformacions dels elements rígids del sistema.

Per complir la normativa actual (RITE i CTE), cada bancada de captadors ha d’in-corporar els elements hidràulics següents:

• Vàlvules de tall a l’entrada i la sortida de cada bateria que permeti aïllar la bate-ria de la resta de la instal·lació.

• Vàlvula de seguretat per bateria de captadors ja que, com en qualsevol màquina que genera calor, s’ha de protegir de sobrepressions degudes al sobreescalfament.

• Aïllament tèrmic de les canonades; cal protegir l’aïllament exposat a la intem-pèrie amb algun tipus de revestiment o pintura asfàltica.

• Purgador d’aire automàtic o manual, a la sortida de cada bateria de captadors. Cada purgador disposarà d’un vas desairejador de com a mínim 100 cm3.

En la selecció d’aquests elements, caldrà considerar que els captadors solars po-den passar, en qüestió de pocs minuts, de treballar a temperatures properes a l’ambi-ent fins a temperatures d’estancament o d’equilibri, per exemple, en el cas d’aturada de la bomba per avaria o per disseny del sistema en arribar a temperatures elevades a l’acumulador.

Figura 4.23. Connexió mixta de captadors.

Figura 4.24. Equilibra-ment hidràulic amb retorn invertit.

Figura 4.25. Equilibra-ment hidràulic amb vàlvu-

les reguladores de cabal.

Un altre aspecte que cal tenir en compte a l’hora de seleccionar el material i els elements de connexió són les condicions climatològiques de l’emplaçament.

En col·locar-ne a l’exterior, la pluja, les temperatures baixes i la radiació ultra-violada fan desaconsellables alguns materials per problemes de corrosió, oxidació i d’altres alteracions.

Criteris comuns per al muntatge dels captadorsIndependentment de la solució adoptada pel que fa a la configuració del camp de cap-tadors, hi ha una sèrie de consideracions a tenir en compte a l’hora de distribuir-los en bateries i de connectar-les entre si.

La disposició dels captadors ha de facilitar les operacions de reparació i manteni-ment, com també el desmuntatge fàcil per a possibles substitucions.

En cas d’ampliació, serà recomanable que els captadors que s’incorporin a la instal·lació siguin del mateix model que els actuals, tant per criteris energètics com per criteris constructius.

La longitud de les canonades ha de ser la més curta possible per tal d’evitar les pèrdues de càrrega i de calor.

S’ha d’evitar la formació de bosses d’aire al circuit i, per això, en els trams de ca-nonada horitzontals es deixarà com a mínim un pendent de l’1% i s’evitarà produir l’efecte sifó en trams molt sinuosos. En cas que sigui inevitable, s’hi col·locaran els dispositius pertinents de dissipació d’aire.

El camp de captadors haurà de tenir equilibrada la pèrdua de càrrega entre les diferents bateries de captadors, de manera que el cabal circulant sigui similar entre tots ells, preferentment amb equilibrament hidràulic.

Tots els captadors disposaran d’un orifici a la part inferior que farà la funció de desguàs dels condensats que es puguin formar a l’interior del captador.


5. Ubicació i ancoratge dels captadors solars

5.1. Ubicació dels captadors

Per qüestions d’adaptació arquitectònica, els captadors acostumen a estar situats a les cobertes, encara que no sigui la zona més pròxima al sistema d’acumulació. Per facilitat de muntatge i seguretat de la instal·lació, s’utilitza habitualment la coberta de l’edifici per a ubicar-hi els captadors.

La coberta és un element estructural de l’edificació del qual hem de conèixer bàsi-cament quatre paràmetres: la superfície disponible, l’orientació, la càrrega estructu-ral que pot suportar i la incidència d’ombres que té. Aquests elements condicionaran la ubicació dels captadors solars i els sistemes d’ancoratge.

5.1.1. La superfície disponible

La superfície disponible ens quedarà determinada per l’espai de la coberta on la pro-pietat determini ubicar els captadors, procurant sempre, que sigui un espai on s’hi accedeixi fàcilment per a fer les operacions de manteniment i que estigui protegit d’actes vandàlics o caiguda d’objectes. En cap cas es pot infringir cap normativa ur-banística del municipi i es requerirà el “Permís de la comunitat de propietaris” en cas que la instal·lació dels captadors es faci en una comunitat constituïda.

5.1.2. Orientació i inclinació

Per la nostra latitud, l’orientació òptima dels captadors serà sud. De fet, com a regla general, el Código Técnico de la Edificación (CTE, Apartat HE 4), considera que l’orien-tació òptima del sistema de captació és el sud i que la inclinació òptima ha de quedar determinada pel període d’utilització de la instal·lació (HE4, Apartat 11, Apartat 2.1.), tal com es mostra a la taula següent:

Tipus d’utilització Inclinació recomanada

Predominant a l’hivern Latitud del lloc + 10º

D’utilització tot l’any Latitud del lloc

Predominant a l’estiu Latitud del lloc - 10º

Taula 5.1. Orientació òptima dels captadors.

En consideració, que en determinades ocasions no és possible assolir les condi-cions òptimes d’inclinació i orientació, l’HE4 estableix uns valors límit de pèrdues d’aquestes dues variables (la taula 2.4. del Punt 8, Apartat 2.1.) i que s’exposen a con-tinuació:

• 10% anual amb caràcter general.• 20% anual per superposició (adaptació dels captadors a la geometria de l’edifici).• 40% anual per integració (els captadors formant part de l’estructura de l’edifici).Podem determinar les pèrdues per orientació i/o inclinació utilitzant l’àbac se-

güent. Vegeu la figura 5.1.

5.1.3. La incidència d’ombres

Per a assolir el màxim aprofitament d’un sistema d’energia solar, s’haurà de tenir cura de la incidència de possibles ombres sobre els captadors, tant les properes (ob-jectes que tapen momentàniament la radiació directa del Sol) com les ombres llunya-nes (elements de l’orografia i/o paisatge que oculten el Sol de l’ambient on es troba la instal·lació).

L’efecte d’ombra s’ha d’avaluar amb força cura a l’hora de determinar la ubicació dels captadors, ja que l’ombra sobre els captadors produeix una disminució impor-tant de la producció, sobretot si l’ombra es produeix a les hores centrals del dia (mà-xima insolació).

100%95% - 100%90% - 95%80% - 90%70% - 80%60% - 70%50% - 60%40% - 50%30% - 40%<30%

N -165°-150°

-135°

-120°

-105°

E

-75°

-60°

-45°

-30°-15°S15°

30°

60°

75°

W

105°

120°

135°

150°165°

90°

70°

50°

30°

10°

Angle d’inclinació

Angle d’azimut

Figura 5.1. Per a deter-minar les pèrdues per

orientació i/o inclinació.


5.1.4. Ombres properes

Per tal d’avaluar la incidència d’ombres d’obstacles pròxims, s’observarà l’entorn prò-xim comprès en la franja est-oest, en la qual no hi ha d’haver cap obstacle que pugui produir ombres sobre els captadors solars, per un període mínim de 4 hores de Sol entorn al migdia del solstici d’hivern.

Per tal de garantir-ho, els captadors s’hauran d’instal·lar a una distància mínima dels obstacles propers, determinada per l’expressió següent:

d = (h / tan h solar) x cos a solar

On: d, és la distància mínima entre l’obstacle i el captador.h, és l’alçada de l’obstacle.tan, és la tangent de l’alçada solar en el mes més desfavorable (desembre).cos, és el cosinus de l’azimut solar en el mes més desfavorable (desembre) a les

10 h solar.Podem simplificar l’aplicació d’aquesta expressió amb el que s’anomena factor K

i que a Catalunya serà igual a:

( 1/ tan 19º) x cos 29º

La resultant de l’expressió anterior serà:

K = 2,54

Sobre aquesta base, establirem que la distància (d) de l’obstacle ha de ser igual o superior a la resultant de multiplicar l’alçada (h) de l’obstacle que ens sobrepassi per 2,54 (a Catalunya), tal com s’indica a la figura 5.2.

ϕ: alçada solarh: alçada de l’objected: distància de l’objecte

h

d

d = h x K = h x 2,54

Figura 5.2. Ombra projectada per un objecte.

ϕ

β = 35°α = 0°

A B C D

13 0,00 0,00 0,00 0,00

11 0,00 0,01 0,12 0,44

9 0,13 0,41 0,62 1,49

7 1,00 0,95 1,27 2,76

5 1,84 1,50 1,83 3,87

3 2,70 1,88 2,21 4,67

1 3,17 2,12 2,43 5,04

2 3,17 2,12 2,33 4,99

4 2,70 1,89 2,01 4,46

6 1,79 1,51 1,65 3,63

8 0,98 0,99 1,08 2,55

10 0,11 0,42 0,52 1,33

12 0,00 0,02 0,10 0,40

14 0,00 0,00 0,00 0,02

Taula 5.2. Taula de referència.

Figura 5.3. Diagrama de trajectòries del Sol. [Nota: els graus d’ambdues esca-

les són sexagesimals]. Azimut (°)

D1 D2

D4

D6

D8

D10

D12

D14

D3

D5

D7

D9

D11

D13C11

C9

C7

C5

C3

C1 C2

C4

C6

C8

C10

C10

B12

B10

B8

B6

B4

B2B1

B3

B5

B7

B9

B11A9

A7

A5

A3A1 A2

A4

A6

A8

A10

1209060300-30-60-90-1200

20

40

60

80

Elevació (°)

0 h

-1 h

-2 h

-3 h

-4 h

-5 h

-6 h

-7 h 7 h

6 h

5 h

4 h

3 h

2 h

1 h


Ombres llunyanesConèixer com pot afectar el relleu del paisatge a una instal·lació solar pot ser clau a l’hora de decidir aspectes tan importants com el muntatge, la inclinació dels cap-tadors per tal d’aprofitar els mesos d’insolació directa o la pròpia ubicació en solars amb diferents possibilitats.

Per tal de conèixer si al llarg de l’any algun element de l’entorn més o menys llu-nyà afectarà la insolació del camp de captació, cal saber l’evolució de les trajectòries que descriu el Sol al llarg dels diferents mesos de l’any.

Aquestes trajectòries es poden consultar en diferents documents de referència. També la majoria dels programes de càlcul d’energia solar basats en models de simu-lació tenen eines de càlcul per a dibuixar-les i/o representar-les.

El CTE (HE4, Apartat 3.6.) facilita l’àbac de la figura 5.3. per a estimar l’afectació d’ombres llunyanes.

En l’àbac del CTE hi ha representades les alçades solars (expressades com a angles d’elevació) en l’eix vertical i l’azimut en l’eix horitzontal.

Observant el paisatge des de la futura ubicació dels captadors podem identificar els elements més importants, determinant-ne l’azimut amb ajut de la brúixola i l’al-çada amb l’ajut d’un inclinòmetre a mode de teodolit. Vegeu la figura 5.4.

La comparació del perfil d’obstacles amb el diagrama de trajectòries del Sol per-met calcular les pèrdues per l’efecte d’ombra de la irradiació solar global que incideix sobre la superfície dels captadors, en el decurs de l’any. Així, se'ns relacionen les ca-selles de la figura 5.4. amb el percentatge d'irradiació solar global que es perdrà al llarg de l'any, si aquestes caselles són "tapades" pel nostre perfil d'obstacles. Vegeu la taula 5.2.

En cas que se situï algun obstacle en aquesta franja, s’haurà de fer un estudi d’om-bres i avaluar la incidència que tenen sobre els captadors. Basant-se en el CTE (HE4, Apartat 2.1., Taula 2.4.), aquesta incidència ha de ser inferior a:

Figura 5.4. Comparació de l'obstacle amb el dia-grama de trajectòria.

D1 D2

D4

D6

D8

D10

D12

D14

D3

D5

D7

D9

D11

D13C11

C9

C7

C5

C3

C1 C2

C4

C6

C8

C10

C10

B12

B10

B8

B6

B4

B2B1

B3

B5

B7

B9

B11A9

A7

A5

A3

A1 A2

A4A6

A8

A10

1209060300-30-60-90-1200

20

40

60

80

Elevació (°)

Azimut (°)

0 h

-1 h

-2 h

-3 h

-4 h

-5 h

-6 h

-7 h 7 h

6 h

5 h

4 h

3 h

2 h

1 h

Tipus Kg/m2

Coberta inclinada amb forjat de fusta

100 Kg/m2

Coberta inclinada amb forjat de formigó

100 – 200 Kg/m2

Coberta plana no transitable 100 - 300 Kg/m2

Coberta plana transitable 500 Kg/m2

Inclinació 20° 25º 30º 35° 40° 45° 50° 55°

Coeficient K 1,88 2,06 2,24 2,39 2,53 2,64 2,74 2,82

ϕ: alçada solarH: alçada de l’objected: distància de l’objecte

Radiació solarϕ: 21 desembre (25°)

H

d d

d = h x K

Figura 5.5. Distància mínima entre fileres de

captadors col·locades horitzontalment.

Taula 5.3. Valors mínims de càrrega estructural.

Taula 5.4. Coeficient K per a distància entre

captadors.

• 10% anual amb caràcter general.• 15% anual per superposició (adaptació dels captadors a la geometria de l’edifici).• 20% anual per integració (els captadors formen part de l’estructura de l’edifici).En cas que se superin els percentatges anteriorment descrits, caldrà justificar-ho

tècnicament.

5.2. Ancoratges dels captadors

5.2.1. Càrrega estructural

El projectista de la instal·lació o, si no escau, la propietat de la instal·lació, és qui ha d’indicar la càrrega estructural que pot suportar la coberta; en cas de no ser així, po-dem fer servir els valors descrits en el quadre adjunt, que representarà el que habitu-alment ens podem trobar a Catalunya. D’altra banda, el Ministeri d’Obres Públiques, en el document (NBE AE88, “Acciones en la edificación”) detalla els valors mínims determinats per llei en noves edificacions que podrem fer servir únicament en cons-truccions executades a partir de la dècada dels noranta. Vegeu la taula 5.3.

En cas que els captadors se situïn en façanes o estructures annexes, s’haurà de complir la normativa urbanística del municipi i alhora s’ha de determinar el valor de resistència dels elements estructurals per tal de garantir-ne la subjecció.

ϕ

h


5.2.2. Separació entre fileres de captadors

La separació entre fileres de captadors ha de garantir la no superposició d’ombres entre les fileres de captadors en els mesos més desfavorables.

Aquest càlcul pot quedar simplificat amb l’aplicació del factor “K” per distància entre captadors. Vegeu la taula 5.4. i la figura 5.5.

L’operació d’establir la distància entre les bases dels captadors queda reduïda a la simple multiplicació de la longitud del captador (h) pel coeficient (K) que correspon-gui en funció de la inclinació de captadors utilitzada.

d = K x h

On: d, és la distància entre la part posterior d’una filera i la part davantera de la següent.K, és un factor adimensional que té una relació directa amb la inclinació dels cap-

tadors.h, és la longitud del captador.En cas que la ubicació dels captadors sigui sobre una superfície inclinada, per

tal de determinar la longitud de l’ombra s’haurà de sumar l’angle d’inclinació de la coberta amb el de l’alçada solar, tal com indiquem a la figura 5.6.

En un pla vertical, l’ombra ve determinada per l’alçada solar màxima que, en el cas de Catalunya, és la del solstici d’estiu, propera als 71º, i per una latitud de 41º N. Vegeu la figura 5.7.

5.2.3. Estructura de suport

L’estructura de suport serà l’element mecànic que han de suportar els captadors i complir, com a mínim, els requisits següents:

• Llarga vida útil sense manteniment.• Resistència mecànica als esforços que provoca el vent.• Rapidesa i senzillesa de muntatge.• Cost adequat. Encara que la majoria dels fabricants disposen de suports adequats per als seus

captadors i que es poden adaptar a diverses cobertes, a l’hora d’escollir una estructu-ra de suport s’ha de tenir en compte diversos paràmetres. Vegeu la taula 5.5.

5.2.4. Sistema d’ancoratge

El sistema d’ancoratge pot ser una de les parts més delicades a l’hora d’executar una instal·lació; d’una banda, han de ser força robusts per a poder suportar la força del vent, essencialment el del nord i, d’altra banda, cal instal·lar-los de manera molt acurada, atès el risc de produir desperfectes en una part sensible de l’edificació, la coberta.

Figures 5.8., 5.9. i 5.10. Sistemes d'ancoratge.

d = h / tan H'

h

h

βω

ϕ

H’

dH’= (ϕ+ω)

H’: alçada solar total : alçada solar : inc. respecte l’horitzontald : distància captadors : inclinació captadors

ϕω

β

Figura 5.7. Distància mínima entre fileres

de captadors en pla vertical.

Figura 5.6. Distància mínima entre fileres de captadors en superfície

inclinada.

d

h

H71°

25°

α

d = h / tan H


Per això no són recomanables els sistemes d’ancoratge en què sigui necessari per-forar la coberta. De tota manera, en cas que no es pugui evitar fer servir aquests sistemes, caldrà omplir els forats amb silicona, espuma de poliuretà, pintura imper-meabilitzant o similar i, un cop ancorada l’estructura, s’haurà de segellar i imperme-abilitzar cadascun dels ancoratges. Tot i així, es corre el risc d’humitats a la coberta, degut, o no, al muntatge dels captadors solars.

L’opció més segura es basa en la utilització de peces de formigó prefabricat per a l’ancoratge; aquestes peces donen estabilitat a l’estructura, simplement pel pes que tenen i això farà que no calgui perforar la coberta.

El tipus d’ancoratge per a un suport de captadors dependrà del format de la base que disposem, en una coberta, un terrat, una façana o sobre un tub. També dependrà de les forces que hi actuïn com a conseqüència de la pressió del vent a què es trobi sotmès.

Avaluació de la força del ventPer tal d’avaluar la força que pot actuar sobre cadascun dels captadors, fem servir la taula següent que fa referència a la força exercida per un vent de 190 km/h (màxim estipulat a Catalunya) sobre 1 m2 en funció de la inclinació que tinguin.

Per a conèixer l’esforç mecànic màxim a què pot estar sotmesa una estructura en funció de la velocitat del vent, haurem de multiplicar la superfície del captador pel valor que s’indica a la taula anterior, en funció de la inclinació de captadors seleccionada.

Com que habitualment els captadors estaran orientats cap al sud, el vent que pot representar un risc més important és el del nord, ja que produirà forces de tracció sobre els ancoratges, que sempre són més destructives que les forces de compressió.

Per a instal·lacions petites, el mercat ofereix unes solucions senzilles, pràctiques i barates, que consisteixen en calaixos de plàstic que s’omplen de material pesant (runa, sorra, pedres, blocs de ciment), a sobre dels quals es fixen els captadors.

En casos en què les cobertes siguin d’uralita o cobertes metàl·liques, s’haurà d’es-tudiar la possibilitat d’incorporar-hi una estructura auto suportant subjectada sobre les columnes laterals o les bigues transversals.

Característica Descripció

Resistència mecànica L’estructura de suport ha de ser capaç de suportar esforços mecànics de com a mínim 2000 N

Robustesa Les estructures de suport han d’estar fabricades amb materials resistents a la intempèrie i que no els calgui manteniment

Caragolam i accessoris robusts Els elements de caragolam i accessoris han de ser resistents a esforços mecànics superiors a 2500 N, inoxidables i han d’estar complementats ambvolanderes sintètiques que evitin possibles deterioraments per defectes galvànics entre metalls

Rapidesa de muntatge El muntatge d’una estructura ha de ser fàcil i àgil

Adaptable Les estructures han de permetre diverses possibilitats de subjecció

Cost reduït L’estructura de suport ha de tenir un cost adequat per captador

Taula 5.5. Paràmetres a tenir en compte a l'hora d'escollir una estructura de suport.

Inclinació 20° 25º 30º 35° 40° 45° 50° 55°

Força del vent (N/m2) 193 294 413 542 681 829 969 1108

Contrapès necessari (kg/m2) 20 30 42 55 69 84 98 113

* amb una velocitat del vent de 190 km/h equivalent a una força de 1.653 N/m2

Taula 5.6. Referència a la força exercida per un vent de 190 km/h sobre 1m2 en funció de la inclinació que tinguin els captadors.

Figura 5.11. Sistema d'unió de les estructures.

Es poden utilitzar molts materials per a les estructures de suport, entre els quals hi ha l’acer inoxidable, l’alumini, el ferro galvanitzat -amb una capa protectora de com a mínim 80 microns-, la fusta tractada, etc. Però el caragolam haurà de ser d’acer inoxidable, complint la norma MV-106. En cas que l’estructura sigui galvanitzada, s’admetran cargols galvanitzats, exceptuant la subjecció dels mòduls a l’estructura, que seran d’acer inoxidable.

En el sistema d’unió de les estructures cal tenir en compte el problema dels pa-rells galvànics que sorgeix quan dos metalls de diferent potencial elèctric es posen en contacte; se soluciona usant aïllants (volanderes de materials no metàl·lics) que evitin el contacte físic entre el marc del captador i l’estructura de suport. Vegeu la figura 5.11.

5.2.5. Estructures mòbils

Es desaconsella del tot fer servir estructures mòbils amb accionament manual, ja que requereixen que l’usuari faci un seguiment intensiu i, això, s’ha demostrat que és completament ineficaç.

D’altra banda, hi ha sistemes mòbils de suport que tenen un accionament auto-màtic i que permeten fer el seguiment continu de la trajectòria solar amb posiciona-dors electromecànics. Aquests sistemes tenen una bona implantació en grans instal-lacions fotovoltaiques, però no tenen cap implantació en l’àmbit urbà.

Criteris i normes per a dissenyar i muntar estructures de suport 1- Les estructures de suport han de ser capaces de resistir, com a mínim, 25 anys

d’exposició a la intempèrie sense corrosió o fatiga apreciables. 2- L’estructura de suport s’haurà de calcular per a suportar càrregues extremes

degudes a factors climatològics adversos, com el vent, la neu, etc. D’acord amb el CTE, Apartat SE - AE “Seguridad estructural” - “Acciones en la edificación”.

3- El disseny i la construcció de l’estructura i del sistema de fixació dels captadors permetrà les dilatacions tèrmiques necessàries, sense transmetre càrregues que afectin la integritat dels captadors o la coberta, seguint les indicacions del fabricant.

4- L’estructura i els marcs metàl·lics dels captadors es connectaran a una presa de terra, ajustant-se al Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió (MI.BT 039).


Els sistemes que conformaran una instal·lació solar tèrmica són els següents: • Sistema de captació, format pels captadors solars, que transformen la radiació

solar incident en energia tèrmica que escalfa un fluid. • Sistema d’acumulació format per un o diversos dipòsits d’emmagatzematge de

l’energia tèrmica, en forma d’aigua calenta.• Circuit hidràulic format per canonades, bombes, vàlvules, etc., que transporten

l’energia tèrmica des del sistema de captació fins al sistema d’acumulació.• Sistema d’intercanvi, format per una sèrie de bescanviadors que transmeten

l’energia tèrmica dels diversos circuits.• Sistema de regulació i control que s’encarrega de garantir que el funcionament

de la instal·lació solar sigui el correcte.• Sistema auxiliar, que garantirà la continuïtat del subministrament d’aigua ca-

lenta en els casos d’escassa radiació solar o de demanda superior al que s’hagi previst.

6.1. Fluid termòfor

En la majoria dels circuits hidràulics de les instal·lacions solars tèrmiques, el fluid predominant serà l’aigua. Per això cal conèixer algunes de les seves característiques més destacades.

L’aigua és un element format per la combinació de dos àtoms d’hidrogen (H) i un d’oxigen (O), i es representa com a H2O. Aquest fluid incolor, inodor i insípid, es manté en estat líquid a temperatures d’entre 0ºC i 100ºC en condicions de pressió atmosfèrica.

La solidificació de l’aigua es produeix per la pèrdua de calor, és a dir, la congelació. En aquest procés, l’aigua augmenta un 10% de volum i aquest efecte causa problemes a les canonades i els captadors solars, durant les nits d’hivern quan la temperatura arriba o baixa dels 0ºC.

La vaporització de l’aigua es produeix per l’aportació de calor fins arribar als 100ºC en condicions de pressió atmosfèrica. En aquest procés, l’aigua passa de l’estat líquid a l’estat gasós.

La calor específica (ce) és la quantitat de calor que cal subministrar a un kg de ma-tèria per tal que la seva temperatura augmenti un grau. Encara que aquest sigui un paràmetre que depèn de les condicions de pressió i temperatura, podem prendre com a valor de referència 4,18 kJ / kg · K, que és el valor que pren a 25ºC.

6. Elements hidràulics

6.1.1. Duresa de l’aigua

Per a utilitzar l’aigua en aplicacions tèrmiques, caldrà tenir en compte la duresa que té. L’aigua, quan travessa les capes de l’atmosfera, es carrega de CO2 i passa a ésser lleugerament àcida. Aquesta, dissol algunes sals minerals (com les de la calç i el mag-nesi) quan travessa les diferents capes de terra.

En funció de la composició de la terra, l’aigua es carregarà més o menys de carbo-nat de calç (CaCO3), que en determinarà la duresa. La mesura de referència és el grau de pH, de manera que:

1 pH = 10 mg de CaCO3 per litre d’aigua

En certes condicions, i particularment quan l’aigua està calenta, es dóna el pro-cés invers al que s’ha descrit anteriorment: el CO2 és alliberat i el carbonat de calci precipita i cristal·litza en forma de pedres de calç que s’incrusten i bloquegen les canonades, les vàlvules, etc.

Pel que fa a l’aigua utilitzada en el circuit solar, ha de presentar un baix nivell d’acidesa (pH entre 5 i 9), especialment en captadors d’acer inoxidable o alumini. En aquests casos, es recomana fer servir aigua tractada o destil·lada.

6.1.2. Fluid caloportador

A les instal·lacions solars, per a extreure la calor del captador solar, cal fer circular un fluid termòfor per l’interior. Aquest fluid, habitualment, serà aigua amb una pro-porció d’un glicol “anticongelant” que farà disminuir la temperatura de congelació de l’aigua i augmentar-ne la temperatura d’ebullició.

Actualment, en el mercat podem trobar dos tipus bàsics de glicols per a aplica-cions solars: l’etilenglicol i el propilenglicol. Preferentment, utilitzarem propilengli-col ja que no és tòxic i s’adapta perfectament a les necessitats de les nostres instal-lacions.

La incorporació d’un glicol a l’aigua fa modificar algunes de les seves característi-ques físiques i que detallem a continuació:

• La viscositat del fluid: els glicols són més densos que l’aigua i la barreja de glicol amb aigua donarà un fluid mes viscós i dens.

• La dilatació del fluid: la incorporació de glicols a l’aigua fa augmentar-ne el co-eficient de dilatació.

• La corrosió: el glicol degradat per la temperatura presenta un alt nivell d’acidesa.La proporció de glicol dependrà de les temperatures d’utilització; per exemple,

per a una aplicació solar a Barcelona, podríem utilitzar una proporció del 70% d’aigua i el 30% de propilenglicol. Aquesta proporció ens permetrà treballar en una franja de temperatures compreses entre els -20ºC i els 170ºC. S’ha de tenir en compte que a temperatures inferiors als -20ºC, el fluid es congelarà i, en el cas d’assolir tempera-

El volum específic 1 l/kg

La densitat específica 1 kg/l

Calors latents de canvi d’estat Fusió 79,9 kcal/kg. Ebullició 539 kcal/kg

Taula 6.1. D'altres valors característics de l'aigua.


tures superiors als 170ºC, el fluid es degradarà i perdrà part de les seves propietats. Això farà que augmenti el nivell de corrosió sobre els elements de la instal·lació.

A fi de conèixer l’estat i la proporció d’anticongelant que conté un circuit, cal mesurar la densitat del fluid. Això indicarà la proporció d’anticongelant que conté el circuit i el pH que determinarà l’estat de degradació de l’anticongelant.

Cal considerar 1. Se seleccionarà el fluid termòfor d’acord amb les especificacions del fabricant i es

podrà utilitzar aigua de la xarxa, aigua desmineralitzada o aigua amb additius. 2. El fluid termòfor tindrà un pH a 20°C entre 5 i 9, i un contingut en sals solubles

inferior a 500 mg/l.3. Cal protegir el circuit primari dels danys per gelades, amb un producte químic

no tòxic que presenti una calor específica superior a 3 kJ/kg K.4. La temperatura a la qual caldrà protegir la instal·lació solar per efecte de les

gelades serà de 5ºC per sota de la temperatura mínima històrica registrada a la zona.

5. S’ha de considerar que els glicols, quan assoleixen el punt d’ebullició, es de-graden i perden part de les propietats, i fan que augmenti el nivell d’acidesa i s’afavoreixi la corrosió de la instal·lació.

6.2. Canonades

En la fabricació de canonades es fan servir diversos materials, així com diversos sis-temes per a unir-les, però la selecció del material adequat dependrà de les necessitats i requisits de funcionament que exigeixi la instal·lació.

En el disseny d’instal·lacions solars cal tenir en compte que el circuit primari -en condicions extremes de funcionament- pot treballar fins a 150ºC de temperatura de fluid. Per tant, cal avaluar la durabilitat del material, treballant en aquestes condici-ons. Per això, el CTE determina que el material a utilitzar a les canonades del circuit de captadors serà el coure o l’acer inoxidable.

6.2.1. Diàmetre de les canonades

Per a establir el diàmetre d’una canonada cal tenir presents les magnituds següents:• Cabal d’aigua que circula per la canonada.• Pèrdua de càrrega que s’infringeix.• Velocitat lineal del fluid.Aquestes magnituds estan relacionades entre si a partir del diàmetre de la ca-

nonada, ja que si augmentem el diàmetre, disminueixen la velocitat i les pèrdues de càrrega. En canvi, si augmentem el cabal, les pèrdues també augmenten.

El diàmetre adequat d’una canonada es calcula amb expressions matemàtiques complexes com les de Darcy, Weisbach o Flamant que utilitzen paràmetres com el coeficient de fricció del material, el tipus de flux (número de Reynolds), la viscositat del fluid, etc.

A la pràctica, l’instal·lador pot obtenir taules o gràfics (àbacs) per a aconseguir el valor de la pèrdua de càrrega d’una canonada de manera directa (es defineix el mèto-de al capítol de dimensionament d’instal·lacions).

Respecte al circuit secundari, cal dir que la incorporació de la instal·lació solar no ofereix cap modificació de materials pel que fa a qualsevol configuració amb utilitza-ció de fonts energètiques convencionals.

Per tant, les canonades de connexió a l’acumulador seran del mateix material que els emprats a la resta de la instal·lació, però evitant el coure quan la instal·lació de distribució posterior sigui de ferro per tal de minimitzar la corrosió galvànica.

Cal considerar 1. A les canonades del circuit primari s’utilitzaran unions roscades, soldades o

embridades amb protecció exterior.2. Per tal de reduir les pèrdues tèrmiques a les canonades, se’n reduirà al mínim la

longitud. A més, s’haurà de minimitzar la utilització de colzes i accessoris amb una elevada pèrdua de càrrega.

3. Els trams horitzontals tindran sempre un pendent mínim d’un 1% en el sentit de circulació i s’evitaran els sifons invertits a tot el traçat.

6.3. Aïllaments de canonades

Per tal de minimitzar les pèrdues d’energia calorífica en el conjunt del sistema de captació solar és convenient col·locar aïllaments tèrmics a tots els components del sistema, en general, i a les canonades, en particular.

Aquests aïllaments han de complir la normativa vigent. En aquest cas és el Regla-mento de Instalaciones Térmicas de los Edificios, RITE, a través de la Instrucció Tècnica IT 1.2.4.2.1. el que dicta els criteris que ha de complir l’aïllament de les canonades i accessoris, dels equips, dels aparells i dels dipòsits de les instal·lacions. Aquesta ins-trucció tècnica estableix dos procediments per a determinar els gruixos mínims dels aïllaments segons es descriu a continuació:

• Procediment simplificat (IT 1.2.4.2.1.2.). Aquest procediment és summament senzill ja que es basa en la consulta de les taules 1.2.4.2.1. i 1.2.4.2.2. d’aquesta instrucció tècnica per a determinar el gruix mínim de l’aïllament en funció del diàmetre exterior de la canonada, la temperatura del fluid de treball i la seva ubicació a la instal·lació (zones interiors o exteriors de l’edifici).


• Procediment alternatiu (IT 1.2.4.2.1.3.). Aquest procediment és més complex que l’anterior degut a que s’ha de calcular el gruix de l’aïllament utilitzant un conjunt de variables més ampli que en el procediment simplificat i basant-se en els criteris establerts a la norma UNE-EN ISO 12241.

En el context d’aquest llibre s’utilitzarà el procediment simplificat per a un mate-rial aïllant amb una conductivitat tèrmica de referència a 10ºC de 0,04 W/(m·ºK), tal com estableix l’IT 1.2.4.2.1.2.

Per a aïllaments de materials amb altres valors de conductivitat tèrmica, el punt 8è. de la instrucció tècnica anterior indica una metodologia de compensació dels gruixos si el material aïllant utilitzat té una conductivitat tèrmica diferent de la de referència, mitjançant l’aplicació d’una fórmula matemàtica.

Si les canonades són a l’exterior, també caldrà garantir les característiques se-güents dels aïllaments:

• Inalterabilitat a causa dels agents atmosfèrics, així com resistència a la formació de fongs.

• Resistència a la radiació solar del material aïllant; en cas contrari, caldrà co-brir-lo adequadament amb fundes, pintures acríliques, pintures asfàltiques, etc. (CTE HE4 Punt 3.3.5.2. “Tuberías”).

• Segellat dels passos a l’exterior, eliminació de ponts tèrmics.Observem a la figura 6.1. com, el fet de posar un aïllant de diferents gruixos,

provoca una reducció considerable en les pèrdues de calor de la canonada i, per tant, un estalvi considerable d’energia.

L’estudi està fet sobre canonades de coure de diferents diàmetres, tal com mostra l’eix d’ordenades. A l’eix d’abscisses hi ha el valor de pèrdues d’energia en W/m.

Per tant, a l’hora de definir l’aïllament que s’aplicarà a una instal·lació s’han d’es-pecificar els valors de les característiques següents del material emprat:

• Coeficient de conductivitat tèrmica del material.• Marge de temperatures de treball segons el fabricant.• Coeficient d’absorció d’aigua.• Gruix nominal escollit en cada zona de la instal·lació.• Característiques i sistema de coberta per a la protecció en els trams muntats a

l’exterior i que restin exposats a la radiació solar.

Característiques tècniques d’alguns aïllamentsAïllament d’escuma de polietilè reticulat: • Coeficient de conductivitat tèrmica a 20ºC: 0,036 W/m.K. • Temperatura de treball: des de -40ºC a +90ºC.Aïllament d’escuma de resina de melamina: • Coeficient de conductivitat tèrmica a 10ºC: 0,034 W/m.K. • Temperatura de treball: des de -60ºC a +150ºC.Aïllament de polietilè expandit: • Coeficient de conductivitat tèrmica a 20ºC: 0,037 W/m.K. • Temperatura de treball: des de -80ºC a +90ºC.Aïllament tubular flexible classe M1: • Coeficient de conductivitat tèrmica a 40ºC: 0,040 W/m.K • Temperatura de treball: des de -45ºC a +105ºC.

6.3.1. Aïllament als dipòsits acumuladors

L’aïllament tèrmic de l’acumulador té per objectiu evitar la pèrdua d’escalfor atesa la diferència de temperatures que hi ha entre l’aigua acumulada, 45-60ºC, i la tempe-ratura ambient de la sala de màquines, que sol ser de 10-12ºC, perquè es tracta d’un espai no climatitzat: les galeries, els patis de veïns, els garatges, les golfes, etc.

Tal com passa amb les canonades, el RITE- IT 1.2.4.2.1.2. marca uns gruixos mí-nims d’aïllament per als acumuladors i dipòsits de la instal·lació emprant com a es-tàndard un material amb conductivitat tèrmica λref. = 0,040 W/m.K a 10ºC.

Aquests valors els expressa amb relació al diàmetre exterior d’una canonada de 140 mm segons les taules de referència. Els valors indicats en la norma es mostren a la taula 6.2. en funció de la ubicació de l’acumulador (interior o exterior).

6.4. Acumuladors

L’acumulador és l’element de la instal·lació on s’emmagatzema l’energia solar tèrmi-ca produïda al llarg de tot el dia en forma d’augment de la temperatura d’un fluid, bàsicament aigua.

Aquest element es dimensionarà, sobretot, en funció de la demanda estimada d’aigua calenta diària i no tant per la potència instantània del generador solar (cap-tadors solars), ja que la demanda d’aigua calenta i la producció solar no coincidiran en el temps. Vegeu la figura 6.2.

Per tal de minimitzar les pèrdues tèrmiques en l’acumulació, l’acumulador solar estarà constituït, preferentment, per un sol dipòsit, que serà de configuració vertical i estarà ubicat en zones interiors.

18 26 600

50

100

150

200

Sense aïllar Aïllament de 9 mm Aïllament de 18 mm

Figura 6.1. Diferència del tipus d'aïllament.

Diàmetre interior (mm)

Pèr

due

s tè

rmiq

ues

(W/m

)


El volum d’acumulació es podrà fraccionar en dos o més dipòsits, que es connec-taran, preferentment, en sèrie invertida al circuit de consum o en paral·lel amb els circuits primaris i secundaris equilibrats. Vegeu la figura 6.4.

Un acumulador solar tèrmic, majoritàriament, és un dipòsit fabricat en acer al carboni o acer inoxidable i dotat d’una sèrie de boques de connexió. La superfície exterior ha d’estar coberta d’un aïllament tèrmic per a evitar les pèrdues de la calor cap a l’exterior.

A més, aquest, serà un dels elements sensibles de la instal·lació i, alhora, deter-minarà en gran mesura la vida útil del conjunt. La qualitat de l’aigua i la temperatura de treball seran els factors que en condicionaran la durabilitat.

En aquest sentit, cal remarcar que la millor manera de mantenir un acumulador en bones condicions és incorporant la utilització dels sistemes de protecció catòdica i efectuar el manteniment preventiu per tal de minimitzar els processos corrosius a què es veu sotmès l’acumulador.

Els acumuladors en el mercat són molt diversos: la posició en què van muntats, el material de construcció, així com la incorporació o no d’elements d’intercanvi de ca-lor són els principals paràmetres a considerar a l’hora de seleccionar un acumulador.

Demanda energètica

Radiació solar

Gen Feb Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Oct Nov Des

Figura 6.2. Gràfic de la demanda energètica i de la radiació solar.

Taula 6.2. Gruix de l’aïllament per a dipòsits i aparells.Font: RITE.

Ubicació de l’acumulador Temperatura màxima del fluid

40ºC.....60ºC >60º.....100ºC >100ºC...180ºC

Interiors 35 40 50

Exteriors 45 50 60

6.4.1 Posició de l’acumulador

Un paràmetre important a considerar en la selecció d’un acumulador serà quina posi-ció de col·locació tindrà: posició vertical o horitzontal. Vegeu la figura 6.3.

Acumuladors verticals La posició vertical de l’acumulador és la més habitual a les instal·lacions solars tèrmi-ques i així ho recomana explícitament el CTE.

Acu

mul

ado

r

Bescanviador extern

Acu

mul

ado

r

ACS

AFCapta

dor

Acu

mul

ado

r

Bescanviador extern

Acu

mul

ado

r

ACS

AFCapta

dor

Figura 6.4. Diferents sistemes de connexió

dels acumuladors.

Figura 6.3. Diferents tipus d'acumuladors.


L’acumulador en posició vertical és l’opció més recomanable ja que afavoreix l’es-tratificació de l’aigua, de manera que s’acumula la més calenta a la part superior i la més freda a la part inferior del dipòsit. Això permet donar un subministrament instantani d’aigua a temperatura de servei sense que tot el dipòsit estigui a aquesta temperatura.

L’estratificació vertical també permet l’aportació de calor de suport amb fonts energètiques convencionals a la part alta de l’acumulador sense generar interferèn-cia o pèrdua de rendiment greu en l’equip solar. De tota manera, aquesta és una solució explícitament prohibida pel CTE.

Acumuladors horitzontalsAquesta posició d’acumulador, on predomina la dimensió paral·lela al terra respecte de l’alçada que ocupa el dipòsit és l’emprada principalment en els casos següents:

• Equips solars compactes per termosifó ja que permeten una integració arqui-tectònica millor.

• Grans acumuladors i/o dipòsits d’inèrcia, atesa la millor distribució de càrregues sobre la superfície de suport.

• Llocs amb dificultats d’espai on la dimensió limitant és l’alçada: els altells, les golfes, els sota escala, etc.

Cal remarcar que en aquesta posició de l’acumulador, l’aigua no té capacitat d’es-tratificar-se per temperatura, un fet que comporta no poder disposar d’una capa su-perior d’aigua a la temperatura d’utilització fins que tot el dipòsit hagi estat escalfat.Això ho tindrem en compte a l’hora de seleccionar i connectar els diferents sistemes auxiliars.

Aquest darrer concepte fa que, tret dels casos anunciats, a la resta d’instal·lacions solars els acumuladors horitzontals siguin molt poc freqüents.

6.4.2. Tipus d’acumuladors utilitzables

Els dipòsits destinats a emmagatzemar aigua calenta per a usos sanitaris, estaran protegits interiorment de la corrosió per l’aigua amb diferents tipus de revestiments que no es degradaran amb temperatures d’acumulació entre 45 i 70ºC. Els acumula-dors per a instal·lacions solars poden ser:

• Acumuladors d’acer vitrificat amb protecció catòdica.• Acumuladors d’acer amb un tractament que garanteixi la resistència a la tempe-

ratura i la corrosió amb un sistema de protecció catòdica.• Acumuladors d’acer inoxidable adequat al tipus d’aigua i temperatura de treball.• Acumuladors de coure.• Acumuladors no metàl·lics que suportin la temperatura màxima del circuit i

estigui autoritzat que les companyies de subministrament d’aigua potable els facin servir.

• Acumuladors d’acer negre (només en circuits tancats).En tot cas, l’escalfament de l’aigua es pot produir externament al dipòsit i, lla-

vors, aquest es destina únicament a emmagatzemar l’aigua calenta. O, per contra, l’escalfament de l’aigua es produeix al mateix acumulador mitjançant el bescanviador de calor que porta incorporat. Aquest tipus de dipòsits s’anomenen interacumula-dors i es classificaran en funció del tipus de bescanviador incorporat.

6.4.2.1. Acumulador-productor d’ACS amb bescanviador de doble paretEl dipòsit està format per dos circuits independents on els diferents fluids circulen sense barrejar-se. El circuit primari, o circuit d’escalfament, el forma una camisa per on circula el fluid termòfor que procedeix del generador de calor (captadors solars tèrmics, caldera de gas o caldera de gasoil...).

Una de les parets d’aquesta cambra forma, alhora, el circuit secundari, o circuit d’ACS, on s’acumula l’aigua per al consum sanitari.

Aquesta cambra de doble paret és el bescanviador de calor, comunament conegut com a “doble paret” o “doble envolvent”. Un símil del procés d’escalfament d’aquests acumuladors-productors seria el “bany Maria”.

Aquesta tipologia d’acumulador és la més adient per a instal·lacions solars per termosifó. Vegeu la figura 6.5.

6.4.2.2. Acumulador-productor d’ACS amb bescanviador intern de serpentíEn aquest tipus de dipòsit, el bescanviador està format per un tub del mateix materi-al que el dipòsit, corbat en espiral o serpentí. El procés de funcionament és el mateix que el descrit a l’apartat anterior, és a dir, el fluid del circuit primari escalfa el fluid del circuit secundari sense que es barregin.

Aquest tipus d’acumuladors es munten habitualment com a acumuladors de su-port a la instal·lació solar amb escalfament per caldera. Vegeu la figura 6.6.

6.4.3. Aïllaments dels acumuladors

L’aïllament tèrmic de l’acumulador té per objectiu evitar la pèrdua d’escalfor atesa la diferència de temperatures que hi ha entre l’aigua acumulada, 45-70ºC, i la tempe-ratura ambient de la sala de màquines, que sol ser de 10-12ºC, perquè es tracta d’un espai no climatitzat: les galeries, els patis de veïns, els garatges, les golfes, etc.

Figura 6.6. Acumulador productor d’ACS amb

bescanviador intern de serpentí.

Figura 6.5. Acumulador productor d’ACS amb bes-canviador de doble paret.


6.4.4. Situació de les connexions

Les connexions d’entrada i de sortida del dipòsit se situaran de manera que s’evitin camins preferents de la circulació del fluid i, a més:

1. La connexió del retorn de la recirculació i l’entrada d’aigua freda de la xarxa se situarà sempre a la part inferior del dipòsit.

2. La sortida d’aigua calenta se situarà sempre a la part superior del dipòsit.En casos en què calgui instal·lar dipòsits horitzontals, les connexions d’aigua calen-

ta i freda estaran situades en extrems diagonalment oposats.Quan el bescanviador estigui incorporat al dipòsit, les connexions del bescanviador

es faran així:1. La connexió d’entrada calenta de captadors a l’interacumulador es realitzarà,

preferentment, a una altura compresa entre el 50% i el 75% de l’alçada total del dipòsit.

2. La connexió de sortida freda de l’interacumulador a captadors es realitzarà per la part inferior del bescanviador.

En aquest cas, la placa d’identificació del dipòsit indicarà les dades següents: • Superfície del bescanviador en m².• Pressió màxima de treball, del circuit primari.

6.4.5. Ubicació a la instal·lació solar

En general, els dipòsits s’ubicaran en espais protegits de l’exterior i adequats a la seva utilització i manteniment. En els equips solars compactes de termosifó, el dipòsit haurà d’estar convenientment protegit per a mantenir estables les propietats dels materials, l’aïllament i l’envolvent.

En dipòsits ubicats a sala de màquines, la instal·lació haurà d’estar equipada amb les corresponents boques de desguàs i disposar de prou espai per tal d’afavorir els treballs de manteniment i neteja dels acumuladors.

Cal considerar 1. La connexió dels acumuladors permetrà la desconnexió individual sense inter-

rompre el subministrament d’aigua calenta.2. S’admet la connexió puntual entre el sistema auxiliar i l’acumulador solar, de

manera que l’acumulador s’escalfi amb el sistema auxiliar a efectes de preven-ció de la legionel·losi.

3. Tots els acumuladors disposaran d’un termòmetre per tal de visualitzar la tem-peratura d’acumulació.

4. A les instal·lacions solars d’escalfament de piscines no s’utilitzarà cap sistema d’acumulació.

5. Els dipòsits d’un volum superior a 750 l disposaran d’una boca d’home d’un diàmetre mínim de 400 mm, fàcilment accessible i que permeti l’entrada d’una persona a l’interior del dipòsit, sense necessitat de desmuntar canonades ni accessoris.

6.4.6. Normatives

Els acumuladors, com a aparells que pertanyen a una instal·lació tèrmica, han de complir la normativa vigent. A continuació es fa referència a la normativa que hi té una relació directa, a més del RITE:

Decret 352/2004, pel qual s’estableixen els criteris higiènics i sanitaris per a pre-venir i controlar la legionel·losi.

6.5. Bescanviador de calor

El bescanviador de calor és l’element de la instal·lació encarregat de transferir a l’ai-gua del dipòsit la calor que es genera als captadors solars mitjançant el moviment del fluid termòfor sense que hi hagi mescla dels dos fluids, és a dir, amb separació física del fluid que circula pel circuit primari solar del fluid d’ús al circuit secundari o de consum.

6.5.1. Tipus de bescanviadors líquid-líquid

De les tipologies actuals de bescanviadors de calor, la més emprada en els sistemes d’aprofitament de l’energia solar tèrmica és la dels “bescanviadors líquid-líquid”. El líquid termòfor que habitualment és aigua, més additius, circula pel primari i l’aigua de consum, circula pel secundari.

Aquests bescanviadors poden estar dins o fora de l’acumulador en funció de la complexitat de la instal·lació. Basant-se en aquesta ubicació establim dues categories:

6.5.1.1. Bescanviadors incorporats a l’acumuladorEn instal·lacions petites és aconsellable utilitzar bescanviadors situats dins l’acu-mulador (serpentí o doble paret) ja que són més econòmics. Aquesta tipologia de bescanviadors és la més utilitzada a les instal·lacions solars, tant en sistemes de ter-mosifó com en sistemes forçats amb capacitat fins a 1.500 litres.

Els materials de fabricació d’aquest tipus de bescanviadors són l’acer inoxidable, l’acer vitrificat, l’acer galvanitzat i el coure, essent els de més àmplia utilització els dos primers.

El bescanviador del tipus serpentí, tot i tenir menys superfície perquè està sub-mergit en el fluid del secundari, permet que tingui millor rendiment que el de doble paret.

Característiques dels bescanviadors incorporats a l’acumuladorDoble paret

• Habitual en acumuladors de capacitat petita. • Gran superfície d’intercanvi.• Baixa pèrdua de càrrega.• Rendiment de bescanvi més baix que els tipus serpentí i captador.

Serpentí • Emprat en acumuladors amb capacitat fins a 1.500 litres.• Baixa superfície d’intercanvi.• Pèrdua de càrrega mitjana.• Rendiment d’intercanvi mitjà.


Bescanviadors exteriorsA les instal·lacions amb grans dipòsits caldrà utilitzar bescanviadors externs a l’acu-mulador ja que, d’una banda, permeten obtenir la potència necessària sense limitaci-ons i, de l’altra, els fabricants subministren aquests acumuladors sense bescanviador incorporat.

Els bescanviadors exteriors al dipòsit es classifiquen en dos tipus:• De feix de tubs.• De plaques.Els bescanviadors de feix de tubs van ser els primers que, fa dècades, es van comen-

çar a fer servir a la indústria. Actualment els bescanviadors de plaques els han substituït quasi per complet perquè tenen prestacions millors.

L’element de bescanvi està constituït per un paquet de plaques metàl·liques, general-ment d’acer inoxidable amb gruixos entre 0,4 i 3 mm estampades amb un gravat especí-fic perquè el fluid circuli a gran velocitat provocant turbulències i augmenti el coeficient de transferència de la calor.

Es dóna rigidesa a aquest paquet mitjançant dues plaques (bastidors) fixades amb perns de compressió i amb les corresponents connexions hidràuliques pels dos circuits de treball.

El bescanviador de plaques electrosoldades és una variant de l’anterior, en la qual no es poden desmuntar les plaques perquè van soldades entre si i formen una sola peça. Les seves dimensions encara són més reduïdes que l’anterior i el seu cost, més baix.

Característiques dels bescanviadors exteriors: • Superfície d’intercanvi molt elevada amb dimensions exteriors reduïdes.• Grans pèrdues de càrrega.• Alt rendiment d’intercanvi.

6.5.2. Característiques tècniques dels bescanviadors

Generalment, els bescanviadors de calor estan dissenyats per a condicions de funcio-nament diferents a les que normalment treballa una instal·lació solar tèrmica.

A les instal·lacions solars tèrmiques, el bescanviador s’haurà de calcular amb els paràmetres corresponents al sistema solar. Això implica que els salts tèrmics seran més baixos i les temperatures de funcionament en circuit primari, més baixes que en un sistema amb caldera.

A la taula 6.3. es mostren unes condicions típiques de disseny d’un bescanvia-dor de calor per a sistemes solars amb un acumulador. El fabricant del bescanviador haurà de proposar o seleccionar el model més adaptat a aquestes condicions. El salt tèrmic del circuit primari és representatiu de dos captadors en sèrie amb una irradi-ància entorn de 850-900 W/m2. El cabal del circuit primari dependrà de la superfície de captació i de la seva connexió hidràulica (paral·lel o sèrie) i és un paràmetre que es pot conèixer amb un càlcul inicial.

Quant al circuit secundari, el salt tèrmic proposat és representatiu d’una situació d’escalfament d’un acumulador solar amb un nivell acceptable d’estratificació. El ca-bal del circuit secundari resultarà del càlcul del fabricant del bescanviador.

Cal considerar1. Qualsevol bescanviador no condicionarà la temperatura de

treball dels captadors solars.2. La potència mínima d’un bescanviador situat en una instal-

lació solar no serà inferior a 500 W/m2.3. Els bescanviadors incorporats a l’acumulador presentaran

una superfície útil d’intercanvi superior al 15% de la super-fície de captadors.

Per tant, a l’hora de definir completament els bescanviadors a emprar en un projecte caldrà que el projectista o fabricant de l’equip determini correctament el tipus de bescanviador, així com les especificacions mínimes següents:

• Pressió màxima que pot suportar.• Cabal i pèrdua de càrrega al circuit primari.• Cabal i pèrdua de càrrega al circuit secundari.• Potència de bescanvi per a les condicions nominals de funcionament de la

instal·lació.• Salt tèrmic al primari per a les condicions nominals de disseny.• Salt tèrmic al secundari per a les condicions nominals de disseny.

Circuit primari Circuit secundari

Temperatura entrada primari Tep: 56ºC Temperatura entrada secundari Tes: 30ºC

Temperatura sortida primari Tsp: 36ºC Temperatura sortida secundari Tss: 50ºC

Cabal circuit primari: CpSegons superfície de captació

Cabal circuit secundari CsSegons fabricant

Circuit primari Circuit secundari

Temperatura entrada primari Tep: 55ºC Temperatura entrada secundari Tes: 12ºC

Temperatura sortida primari Tsp: 22ºC Temperatura sortida secundari Tss: 45ºC

Cabal circuit primari: Cp 600-700 l/h Cabal circuit secundari Cs 600-700 l/ h

Taula 6.3.

Taula 6.4.

Figura 6.7. Bomba circulatòria i detall.

B

D

AC

G F E

F1 F2

F3 F4

R


6.5.3. Bescanviadors per a circuits secundaris

En cas de bescanviadors individuals instantanis, com és el cas de les instal·lacions solars en edificis plurihabitatge amb aquesta tipologia d’instal·lació, es recomana que el bescanviador es dimensioni amb els criteris indicats a la taula 6.4.

Aquests criteris de disseny estan basats en aconseguir una temperatura de retorn del circuit primari que sigui prou baixa per tal d’obtenir una elevada eficiència de bescanvi i més rendiment dels captadors solars.

6.5.4. Normativa i documents de referència

Els bescanviadors de calor, com a aparells que pertanyen a una instal·lació tèrmica, han de complir la normativa vigent.

• Reglamento de Aparatos a Presión (RAP) i les instruccions tècniques complemen-tàries corresponents.

• Normativa UNE ENV referent als bescanviadors de calor.

6.6. Bombes de recirculació

El circulador o bomba de recirculació és l’element de la instal·lació solar tèrmica en-carregat de moure el fluid del circuit primari, o d’altres circuits tancats de la instal-lació, com ara: el circuit entre acumulador i bescanviador exterior, els anells de recir-culació d’ACS, els circuits de calefacció, etc.

En el cas particular del circuit primari solar, l’objectiu de forçar aquesta circulació és transportar la calor des dels captadors solars fins al bescanviador, compensant les pèrdues de càrrega (resistència al moviment del fluid) dels diferents accessoris que formen el circuit: les canonades, les vàlvules, les derivacions, els captadors i el bescanviador.

6.6.1. Característiques del circulador

El circulador està constituït per dues parts diferenciades:• Un cos hidràulic, fabricat amb diferents materials (ferro fos, bronze, acer inoxi-

dable) que alberga el rodet impulsor.• Un motor elèctric, fixat al cos hidràulic amb cargols, que acciona el rodet im-

pulsor.Totes dues parts formen un conjunt compacte equipat amb les corresponents

connexions elèctriques del motor i d’unió hidràulica a la canonada mitjançant acces-soris roscats o brides planes.

Quan la bomba comença a funcionar, el fluid del circuit banya el rotor o eix del motor i els coixinets provoquen que es refrigeri i lubrifiqui. És per això que a aquests circuladors o bombes se’ls anomena de rotor humit. Tenen una vida útil molt llarga i pràcticament sense manteniment.

El material de fabricació del cos hidràulic dels circuladors defineix l’aplicació que tenen en funció del fluid que transporten. D’aquesta manera, també es pot distingir els tipus de materials en funció de l’aplicació.

Circuits tancats. El ferro fos és el material més emprat en la fabricació del cos hi-dràulic dels circuladors destinats a aquests circuits ja que resulta més econòmic que d’altres materials. El líquid que hi circula és sempre el mateix, generalment aigua amb additius anticalcaris i anticongelants. A més, aquest fluid no és per al consum i, per tant, no ha de mantenir inalterables les característiques de l’aigua.

Circuits oberts. El bronze i l’acer inoxidable són els materials més emprats en cir-cuits oberts. El líquid que hi circula és l’aigua de consum i, per tant, les sals que hi porta dissoltes produeixen problemes de calcificació i corrosió a certs materials com, per exemple, el ferro fos. A més, com que ha d’estar en contacte amb l’aigua de consum, el material de construcció del rodet ha de mantenir inalterables les caracte-rístiques de l’aigua.

Una característica important que tenen els circuladors és la possibilitat de selec-cionar diferents rangs de cabal mitjançant un selector de velocitat que porten incor-porat a la capsa de connexions del motor. Generalment, aquests selectors disposen de 3 o 4 posicions, en funció del fabricant, i això permet adaptar la bomba a diferents règims de cabal en funció de les pèrdues de càrrega del circuit.

En general, les condicions tècniques que han de complir els circuladors són a la taula 6.5.

Un aspecte important a tenir en compte per al bon funcionament del circulador és comprovar que la pressió a la boca d’aspiració pren uns valors superiors als mínims recomanats pel fabricant per tal d’evitar sorolls de cavitació i/o danys als coixinets.

A títol orientatiu presentem una relació de les pressions mínimes d’aspiració amb les temperatures de treball. Vegeu la taula 6.6.

A les instal·lacions solars de més de 50 m2, caldrà muntar dues bombes idènti-ques i que funcionin alternativament.

6.6.1.1. Circuladors amb regulació electrònicaEls circuladors amb regulació electrònica disposen d’un variador de velocitat electrò-nic, incorporat a la caixa de connexions del motor, que permet que variï la velocitat i aconsegueixi adaptar el cabal de la bomba a un circuit amb pèrdues de càrrega o de transport energètic variable.

Generalment, a les instal·lacions solars tèrmiques, el circuit primari solar té unes pèrdues de càrrega fixes i, per tant, aquesta tipologia de bombes seria interessant per a adaptar el cabal a la radiació disponible. Ara bé, el cost que tenen fa que no siguin gaire freqüents.

En canvi, aquest tipus de bombes, seran imprescindibles per a optimitzar el ren-diment energètic del circuit de recirculació a les instal·lacions solars amb acumulació centralitzada per a habitatges plurifamiliars. Aquestes instal·lacions presenten força variabilitat en la demanda d’energia al llarg del dia i el fet de poder adaptar el flux d’energia en funció de la demanda, farà reduir les pèrdues tèrmiques del sistema.

Temperatura màxima de treball 110ºC

Pressió màxima del circuit 10 Kg/cm2

Pressions mínimes d'aspiració dels circuladors

Temperatura del líquid t< 85ºC 95ºC

Pressió d'aspiració 0,5 mca0,049 bars

2,8 mca0,27 bars

Taula 6.5. Condicions tècniques dels circuladors.

Taula 6.6. Pressió mínima d'aspiració dels

circuladors.


6.6.2. Ubicació a la instal·lació

En general, i a títol de recomanació, la bomba es col·locarà a la línia de retorn, de bescanviador a captadors, per a evitar l’escalfament excessiu del fluid de la sortida de captadors. En tot cas, si es decidís un altre lloc d’ubicació caldrà tenir en compte els límits de temperatura que pot admetre l’aparell i el compliment de les pressions mínimes necessàries perquè funcioni correctament.

A les instal·lacions solars amb acumulació centralitzada, el circulador s’ubica a la sala de màquines o acumuladors, juntament amb la resta d’equips i elements. Si es donés la situació que la sala de màquines estigués amb desnivell per sobre del camp de captadors solars, es tindrà cura de comprovar que la pressió de funcionament de la bomba sigui la mínima que demana el fabricant.

Quan s’instal·la una bomba de circulació resulta recomanable equipar-la amb un manòmetre de pressió diferencial. Això permet comprovar les pressions manomètri-ques a les boques d’aspiració i impulsió de la bomba, a més d’obtenir el valor de pèr-dua de càrrega real en el circuit primari comandat pel circulador. Vegeu la figura 6.8.

Per tal de poder realitzar una reparació o canvi de la bomba sense necessitat de buidar tot el circuit primari, caldrà col·locar dues vàlvules de tall a les connexions hidràuliques de l’aparell.


A continuació es fa referència a diferents fonts d’informació sobre els circuladors aplicats en instal·lacions solars tèrmiques.

Normativa: Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios, RITE i les instrucci-ons tècniques complementàries corresponents, i el CTE, capítol HE4.

Cal considerar 1. Sempre que sigui possible, cal instal·lar les bombes circu-

ladores a la zona més freda del circuit, vigilant que no es produeixin cavitacions, i es muntaran sempre amb l’eix de rotació en posició horitzontal.

2. A les instal·lacions d’escalfament de piscines, la ubicació dels elements ha de ser: bomba-filtre-captadors i la impulsió de l’aigua calenta s’ha de fer per la part inferior de la piscina.

3. La bomba facilitarà les operacions de purga del circuit.

6.7. Vas d’expansió

El vas d’expansió és un dels elements que garanteixen el correcte funcionament de la instal·lació.

Es tracta bàsicament d’un dipòsit que contraresta les variacions de volum i pres-sió que es produeixen en un circuit tancat quan el fluid augmenta o disminueix de temperatura. Quan el fluid que circula pel circuit tancat augmenta de temperatura, es dilata, augmenta de volum i omple el vas d’expansió. Quan la temperatura des-cendeix, el fluid es contrau i surt del vas d’expansió per tornar al circuit. La capacitat necessària del vas d’expansió depèn de la capacitat total del circuit, de la temperatura de l’aigua i de la pressió a la qual es treballa. Vegeu les figures 6.9. i 6.10.

6.7.1. Funcionament del vas d’expansió

El vas d’expansió és un petit dipòsit estanc, normalment d’acer. A l’interior conté una membrana que el divideix en dues parts: una que està connectada hidràulicament al circuit tancat de la instal·lació i, l’altra, que conté un gas, normalment nitrogen. Aquest sistema permet que, en les dilatacions del fluid del circuit, la membrana es de-formi comprimint el gas i permetent que es mantingui constant la pressió del circuit tancat i, per tant, no es malmetin les canonades ni els elements de la instal·lació.

Quan el fluid es refreda, el gas retorna al volum inicial i empeny el fluid fora del vas per tornar a ocupar les canonades del circuit.

6.7.2. Ubicació dins del sistema

Quan funciona per vasos comunicants, cal col·locar el vas d’expansió obert a la part més alta de tot el circuit.

El vas d’expansió tancat es pot situar a la part de la instal·lació que sigui més fàcil, ja sigui per manca d’espai o per accessibilitat. De tota manera, hi ha dos aspectes a tenir en compte:

1. És aconsellable posar el vas d’expansió a la zona d’aspiració de la bomba per a evitar depressions en el si del circuit.

2. En una instal·lació amb molta diferència de cota entre captadors i sala de mà-quines, és millor que el vas d’expansió se situï a la part més alta del circuit evi-tant que hagi de suportar pressions elevades que obliguen a sobredimensionar el vas.


La normativa que cal consultar és la “Instrucció Tècnica” 1.3.4.2.4. del RITE, que fa referència a les normes:

Figura 6.8. Muntatge del manòmetre diferencial

en un circulador.


• UNE 100.155: on es determina el càlcul del volum d’expansió i les pressions de treball.

Cal considerar 1. Un vas d’expansió obert se situarà a una alçada que no permeti el vessament

de fluid i eviti l’entrada d’aire en el circuit, en funcionament normal de la instal·lació.

2. Els vasos d’expansió tancats absorbiran la sobrepressió del circuit primari, fins i tot en el cas d’aturada de la instal·lació, amb màxima incidència de radiació solar.

6.8. Termòstat diferencial

A les instal·lacions forçades, l’element encarregat de transportar l’energia tèrmica produïda als captadors cap a l’acumulador és la bomba d’impulsió o circulador. Ara bé, la bomba necessita un element de control que li doni l’ordre de posada en marxa quan hi hagi prou energia als captadors perquè es pugui emmagatzemar al dipòsit i l’ordre d’aturada al circulador quan el dipòsit arribi a la temperatura programada o no hi hagi prou radiació solar per continuar escalfant el sistema.

Aquest element de control s’anomena "termòstat diferencial", d’ara endavant TD. Sovint, el sistema és més complex ja que pot arribar a controlar diferents utilitzaci-ons i/o usuaris, activar sistemes de suport, adquirir dades, etc.; aleshores, l’anome-nem “control solar”.

6.8.1. Principi de funcionament

El principi de funcionament del TD es basa en comparar dues mesures de tempera-tura, amb l’ajut de dues sondes situades a la sortida dels captadors i a la part baixa del dipòsit, al circuit d’ACS. Aquestes mesures es comparen al TD i quan la diferència és igual o superior a un valor prefixat, l’aparell dóna l’ordre de posada en marxa a la

Connexió a instal·lació

Cambra d’expansió d’aigua

Membrana

Cambra de nitrogen

Vàlvula d’ompliment de gas

Figura 6.9. Vas d'expansió.

Figura 6.10. Detall d'un vas d'expansió.

bomba. L’aturada de la bomba es produirà quan la diferència de temperatures mesu-rades se situï en un valor igual o menor que el prefixat a l’aparell perquè s’aturi.

Cal tenir en compte que, a efectes d’evitar continues commutacions, els termòs-tats diferencials presenten un cicle d’histèresi, similar al dels termòstats d’ambient emprats en calefacció. Si tenim prefixada la posada en marxa quan la diferència de temperatures sigui de 7ºC, prefixarem que l’aturada no es produeixi fins que la dife-rència sigui de 2ºC. Vegeu la taula 6.7.

Tot i que aquests valors són els més usuals en el cicle de funcionament de la instal·lació, l’instal·lador els podrà variar segons convingui ja que l’aparell disposa d’aquesta opció de manipulació.

Una funció que incorporarà el TD serà la “funció antigel”, que permet evitar els problemes de glaçada dels captadors quan la temperatura ambient arriba a valors de risc. Quan la sonda de captadors detecta aquesta temperatura de risc, envia senyal al TD i aquest posa en marxa la bomba perquè faci recircular aigua del dipòsit solar i escalfi els captadors per a evitar la congelació i trencament de la graella de tubs de l’absorbidor.

Cal tenir en compte que la circulació de fluid pels captadors a temperatures baixes produeix grans pèrdues d’energia i que, per tant, és important ajustar bé aquesta funció. Vegeu la figura 6.11.

6.8.1.1. Ubicació de les sondes de temperatura El TD disposa de dues sondes de temperatura per tal de mesurar i establir el diferen-cial de temperatura, a la part més calenta i la més freda del circuit solar. Per això, la ubicació de les sondes de temperatura a la instal·lació és clau i cal tenir-la en compte perquè la instal·lació funcioni correctament.

• Sonda de captadors. És l’encarregada de mesurar la temperatura de l’aigua a la sortida del captador o bateria de captadors. Aquest mesurament s’envia al TD.

Per aconseguir que el mesurament de temperatura sigui fiable en el temps, és im-portant que la sonda estigui ubicada dins del tub de sortida del captador (immersió). Això es realitza col·locant una beina amb l’accessori roscat corresponent que permeti aquesta ubicació, tal com mostra la figura 6.12.

Com que les sondes són resistències que varien amb la temperatura, del tipus PTC o NTC, és important tenir en compte la distància que hi ha des del punt de col-locació de les sondes fins al TD. El valor que hagi mesurat el TD serà correcte quan es descompta el valor resistiu del cable de connexió.

La majoria dels equips tenen l’opció de fer aquesta correcció a partir d’un menú de programació de l’instal·lador. En cas contrari, el fabricant de l’equip ens assesso-rarà sobre la manera més adequada de corregir la variació de la lectura provocada per l’excessiva longitud del cable fins l’aparell.

• Sonda de dipòsit. Aquesta sonda té les mateixes característiques que la sonda de captadors; de fet, són dues sondes igual i aplicarem els mateixos criteris de muntatge que en el cas dels captadors (correcció de la lectura en funció de la distància, forma de col·locació, etc.).

El lloc d’ubicació d’aquesta sonda serà al circuit primari, a la sortida del bescanvi-ador, o bé al circuit secundari (ACS), a la part baixa del dipòsit. Cal tenir en compte que si ubiquem la sonda a la part intermèdia del dipòsit o a la part superior d’aquest, correm el risc que el termòstat diferencial aturi la bomba abans que tot el dipòsit s’hagi escalfat, i el sistema perdi eficiència.


Cal destacar també la importància de comprovar que les connexions dels cables de sondes són correctes tant en ordre com en execució, així com qualsevol altre com-ponent elèctric de la instal·lació, perquè la informació arribi correctament a l’equip de control. Vegeu la figura 6.13.

6.8.1.2 Normativa i documents de referènciaLa normativa relacionada amb els termòstats diferencials i el seu muntatge és:

• Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió i les instruccions tècniques correspo-nents.

• Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios, RITE.• Código Técnico de la Edificación, capítol HE 4.

Valors d’ajustament dels termòstats diferencials

Ordre t (ºC)

Marxa 7ºC

Aturada 2ºC

Captador Vàlvula 3 vies

AerotermosRelé 2

Relé 1

bomba Vàlvulaantiretorn

Sonda dipòsit

Centraleta

Dipòsit

T

R.A.

Figura 6.11. Funciona-ment d'un termòstat diferencial.

Taula 6.7.Termòstat diferencial.

Cal considerar 1. El termòstat diferencial garantirà que, en cap cas, la instal·lació superi les tem-

peratures màximes suportades pels materials, components dels circuits.2. El termòstat diferencial garantirà que, en cap punt del circuit, la temperatura

del fluid de treball baixi per sota d’una temperatura tres graus per sobre de la temperatura de congelació del fluid.

3. Les instal·lacions amb diverses aplicacions disposaran d’un sistema de control individual per a seleccionar la posada en funcionament de cadascun dels siste-mes individualment.

6.9. Vàlvules bàsiques

Generalment, en una instal·lació solar tèrmica, els únics elements que la diferen-cien de la resta d’instal·lacions que generen calor són el captador solar tèrmic i el termòstat diferencial. La resta d’elements són components estàndards per a circuits hidràulics i les vàlvules que es fan servir són un element més.

En la selecció de les vàlvules, caldrà tenir en compte les condiciones extremes de funcionament de la instal·lació (pressió i temperatura) i a partir de la funció que es durà a terme, se seleccionarà el tipus de vàlvula adequada:

• Per a aïllar: vàlvules d’esfera.• Per a equilibrar hidràulicament el circuit: vàlvules de seient.• Per al buidatge: vàlvules d’esfera.• Per a l’ompliment: vàlvules d’esfera.• Per a purgar l’aire: vàlvules d’esfera.• Per a protegir de sobrepressió: vàlvula de ressort.• Per a la retenció: vàlvules tipus York, de doble comporta, o de clapeta.A continuació farem una breu descripció de cadascun d’aquests elements i de com

s’apliquen als circuits d’aprofitament solar.

6.9.1 Vàlvules d’aïllament o tall de la instal·lació

Aquestes vàlvules tenen la funció d’aïllar qualsevol element de la resta de la instal-lació per a poder reparar-lo o canviar-lo per un de nou sense necessitat de buidar tot el circuit: per exemple, la bomba, el bescanviador de calor, etc. També s’utilitzen per a tallar el subministrament d’aigua a la instal·lació.

El tipus més representatiu d’aquestes vàlvules és l’anomenat “d’esfera” que rep el nom perquè la forma esfèrica de l’element que obstrueix el pas de l’aigua té forma esfèrica, tal com s’il·lustra a la figura 6.14. Aquestes vàlvules es fabriquen per a una àmplia varietat de mides i principalment la seva unió a la canonada o a un altre ele-ment es realitza amb rosca.


Figura 6.12. Col·locació de la sonda de capta-dors d’immersió.

Figura 6.13. Opcions d’ubicacions correctes i incorrectes de la son-da al dipòsit solar.

Correcte

Incorrecte

A les instal·lacions solars, cal posar-hi vàlvules d’esfera per a aïllar cada bateria dels captadors solars, col·locant una vàlvula a l’entrada i, l’altra, a la canonada de retorn dels captadors. El grup de circulació i seguretat portarà dues vàlvules de tall. El dipòsit acumulador portarà vàlvules de tall a cadascuna de les boques de connexió de canonades tant del circuit primari (bescanviador) com del secundari (consums) i, en general, a qualsevol element dels dos circuits susceptibles de canvi per avaries. Al capítol “Configuracions bàsiques de circuits”, es presenten diferents esquemes de connexió en què hi apareixen aquestes vàlvules i la ubicació que tenen. Vegeu la fi-gura 6.14.

6.9.2. Vàlvula antiretorn o de retenció

Aquesta vàlvula deixa circular el fluid en un únic sentit; si, per qualsevol circums-tància es produís una circulació en sentit contrari, la vàlvula es tanca i impedeix la circulació. S’utilitza principalment per a evitar recirculacions inverses. A les instal-lacions solars, cal instal·lar-ne una en el circuit primari per tal d’evitar el refreda-ment del dipòsit a la nit, degut a l’efecte termosifó i, a les instal·lacions que el circuit d’ompliment es connecta directament a la xarxa de subministrament d’aigua, caldrà instal·lar una vàlvula de retenció per tal d’evitar la fuita de fluid del circuit primari cap a la xarxa d’aigua.

El tipus més comú de vàlvula de retenció és la de “comporta batent” o “clapeta“, tot i que el tipus ressort “York” també està molt estesa. Les dimensions de la rosca de connexió oscil·len des de 3/8” fins a 4” en tots dos models.

La vàlvula de clapeta té una posició concreta de col·locació perquè la clapeta actuï de forma correcta; en canvi, la vàlvula tipus York es pot col·locar en qualsevol posi-ció. Sempre, però, cal que en els dos casos es respecti el sentit de circulació del fluid. Vegeu la figura 6.15.

6.9.3. Vàlvula de seguretat

La vàlvula de seguretat és un element important de la instal·lació solar tèrmica i, en general, a qualsevol instal·lació de generació de calor i fred. A continuació reproduïm la definició d’aquest element, així com el criteri de selecció, segons la norma UNE 100-157-89, punt 7.2.

“La vàlvula de seguretat és un dispositiu d’obertura d’un circuit que actua per l’efecte de la pressió o de l’acció combinada de pressió i temperatura. Quan s’asso-leixi la pressió de tarat de la vàlvula, aquesta obrirà el circuit i descarregarà vapor a l’atmosfera.”

Figura 6.14. Vàlvula d’aïllament o tall de la

instal·lació.

Figura 6.15. Vàlvulaantiretorn o de retenció.

Figura 6.15.Figura 6.14.


“L’elecció de la pressió de tarat de la vàlvula es realitzarà de manera que la màxima pressió d’exercici del circuit quedi sempre per sota de la pressió màxima de treball, a la temperatura de funcionament, dels aparells i equips presents al circuit.”

En conseqüència, serà aconsellable que la vàlvula disposi d’un manòmetre incor-porat per tal de controlar la pressió de treball del primari solar a més d’observar les fluctuacions i la possibilitat que aquest quedi buit. Un concepte important a l’hora d’ubicar la vàlvula és que no hi ha d’haver cap dispositiu de tall entre la vàlvula i l’element a protegir.

Les instal·lacions solars tèrmiques disposaran, com a mínim, d’una vàlvula de seguretat per a protegir el circuit primari solar i una altra vàlvula al circuit secun-dari, usualment situada a l’entrada d’aigua de xarxa del dipòsit acumulador. A més, s’instal·laran vàlvules de seguretat en cadascuna de les bateries dels captadors solars en cas que aquests tinguin vàlvules de tall a l’entrada i sortida de la bateria.

Les vàlvules de seguretat han de portar, entre la boca de descàrrega i el tub de connexió a desguàs, un element que permeti verificar visualment que funciona cor-rectament durant el procés de posada en marxa i el manteniment posterior de la instal·lació. Aquest element és un embut de llautó preparat a l’efecte. Vegeu les figu-res 6.16. i 6.17.

Per a entendre millor el funcionament de la vàlvula de seguretat, caldrà definir uns quants conceptes bàsics:

• Pressió de timbre. Pressió màxima a la qual el fabricant ha sotmès un aparell sota les condicions predeterminades d’assaig.

• Pressió de servei. Pressió a la qual treballa un aparell o una instal·lació en con-dicions normals de funcionament.

• Pressió de precinte o tarat. Pressió a la qual la vàlvula de seguretat es dispara. En cap cas serà superior a la de timbre dels aparells col·locats en el circuit.

• Sobrepressió. Increment de pressió que es produeix per sobre de la pressió de tarat, amb la vàlvula completament oberta.

• Pressió de tancament. Pressió a la qual es tanca la vàlvula una vegada ha desa-paregut la causa que hagi provocat que s’obri.

• Escapament. Diferència entre la pressió de tarat i la de tancament.

6.9.3.1. Normes i documents de referènciaA continuació es fa referència a la normativa i reglamentació que cal consultar, refe-rent a les vàlvules de les instal·lacions:

• Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios. RITE i les corresponents ITE, en especial la ITE 1.3.4.2.5. “Requisits de Seguretat”.

• Norma UNE 9100-86. “Calderes de vapor. Vàlvules de seguretat”.

Figures 6.16 i 6.17. Vàlvules de seguretat.

Figura 6.16. Figura 6.17.

• UNE 100157-89. “Climatització. Disseny de sistemes d’expansió”. En concret el punt 7: “Dispositius de seguretat”.

6.9.4. Vàlvules reguladores del cabal

L’equilibrament hidràulic és un procés necessari a les instal·lacions d’energia solar tèrmica ja que permet aconseguir una distribució equitativa dels cabals als captadors o bateries de captadors perquè aquests funcionin amb rendiments òptims.

No realitzar aquesta operació de calibratge de cabals als captadors solars impli-ca descompensar-los. La conseqüència serà que uns captadors rebran més fluid que d’altres i que aquests últims treballaran a rendiments inferiors als primers. La manca de cabal fa pujar la temperatura del captador i, en conseqüència, en disminueix el rendiment.

Com hem vist anteriorment hi ha dos procediments bàsics per a l’equilibrament hidràulic de circuits: d’una banda, el retorn invertit -aquest sistema és el que reco-mana el CTE, però només és aplicable en certes circumstàncies i configuracions de circuits- i, de l’altra, disposem de vàlvules reguladores de cabal.

Aquest tipus de vàlvula està dissenyat per a produir pèrdues de càrrega al fluid. Aquest fet permet adaptar el cabal de la línia al que es desitgi. Alhora, disposa de me-canismes que permeten verificar el cabal circulant, la pèrdua de càrrega provocada, la velocitat del fluid, etc.

Actualment hi ha dos tipus de vàlvules per a aquesta tasca:• Vàlvules d’equilibrament: les vàlvules d’equilibrament són les que permeten

obtenir una informació àmplia del punt de funcionament gràcies al seu disseny específic, però necessiten un aparell extern per a poder visualitzar aquestes dades i realitzar correccions d’ajustament, un fet que n’encareix l’ús. Vegeu la figura 6.18.

• Reguladors de cabal: els reguladors de cabal operen sota el mateix concepte, és a dir, provocar una pèrdua de càrrega i la variació del cabal corresponent. Vegeu la figura 6.19.

L’aparell permet visualitzar el cabal circulant mitjançant lectura directa d’un pe-tit disc que es desplaça per una escala graduada, a partir de l’acció que el tècnic efec-tua a una petita vàlvula d’esfera incorporada al mateix regulador.

No cal cap aparell extern per a controlar els paràmetres de circulació del fluid i d’ajustament de la vàlvula, i el cost baix i la facilitat d’operació les fan molt atractives.

6.9.5. Vàlvula mescladora de tres vies

Per a garantir la seguretat dels usuaris de les instal·lacions de producció d’aigua ca-lenta sanitària, la temperatura de servei, en cap cas, superarà els 60ºC. Per a garantir això, caldrà instal·lar un sistema automàtic que limiti la temperatura de servei de l’aigua a valors inferiors als 60ºC a les instal·lacions solars. El sistema més habitual són les vàlvules mescladores automàtiques.

Aquest tipus de vàlvula s’utilitza per a obtenir un cabal de fluid a una tempera-tura concreta i constant gràcies a la mescla de dos fluids a diferents temperatures, fred i calent. Es pot utilitzar tant en circuits de recirculació tancats com en circuits de consum oberts.


El mecanisme de regulació de la vàlvula pot ser un motor elèctric que dugui aco-blat un servomotor o un element termostàtic incorporat. Vegeu la figura 6.20.

6.9.6. Vàlvula de zona motoritzada

Aquesta vàlvula té la missió de desviar el fluid principal a dues zones diferents del circuit hidràulic i està formada per un cos hidràulic de dues o tres vies i un motor elèctric.

El cos hidràulic, que generalment està fabricat amb llautó, té incorporat interna-ment una excèntrica que actua com a element de tall d’una de les vies. L’excèntrica és accionada per un motor elèctric.

El motor rep l’ordre d’actuació que prové d’un sistema de control situat a la zona que es vol controlar i actua sobre el mecanisme hidràulic. Vegeu les figures 6.21. i 6.22.

Cal considerar1. Sempre que sigui possible, cal instal·lar els elements de maniobra del circuit

solar a la zona més freda del circuit amb l’objectiu d’allargar-ne la vida útil.2. Els elements de valvuleria que, per la seva construcció o funcionament, pro-

voquin una important pèrdua de càrrega en el circuit primari, se situaran a la zona d’impulsió de la bomba circuladora.

6.10. Purgador

A les instal·lacions solars s’hi ha de col·locar purgadors als punts alts de la sortida de les bateries dels captadors i a tots els llocs de la instal·lació on s’hi puguin acumular “bombolles” d’aire. L’element de purga estarà format per flascons airejadors de, com a mínim, 100 cm3 i un purgador manual o automàtic.

Aquest element s’utilitza per a evacuar l’aire que hi ha a la xarxa de canonades dels circuits tancats. Aprofitem aquest punt per recordar la importància que té eli-minar l’aire de l’interior de les canonades quan pertanyen a circuits tancats. Si no es realitza de manera correcta, l’aire provoca un tap a la canonada i evita la circulació lliure del fluid, aleshores, la calor no es transmet des del generador fins la unitat ter-minal. Això també és aplicable a les instal·lacions solars tèrmiques i, en particular, a les bateries de captadors solars.

Figura 6.18. Vàlvula d’equilibrament.

Figura 6.19. Regulador de cabal.

Figura 6.20. Vàlvula mescladora de tres vies.

Figura 6.18. Figura 6.19. Figura 6.20.

6.10.1. Purgadors automàtics

El purgador més utilitzat a les instal·lacions tèrmiques és del tipus “automàtic de flotador”. El cos està fabricat en llautó estampat i el flotador en plàstic resistent a la temperatura. Disposa d’una connexió roscada per adaptar-lo a la canonada o ele-ment específic i una petita boca de descàrrega de l’aire, equipada amb un tap roscat.

Els purgadors han de suportar, sense degradar-se, les condicions extremes de treball i cal recordar que les temperatures que poden assolir els captadors solars en condicions de bona radiació i amb fluid aturat poden ser de 130 a 150ºC i, puntual-ment, encara superiors, en funció del tipus de captador.

En tot cas, s’evitarà fer servir purgadors automàtics quan es prevegi que es pugui formar vapor al circuit. Vegeu la figura 6.23.

6.10.2. Separador d’aire

A les instal·lacions en què es desitgi disminuir el volum dels flascons airejadors, cal-drà incorporar-hi un separador d’aire amb purgador automàtic al circuit primari en-tre els captadors solars i el bescanviador del sistema d’acumulació. Aquest element no és massa comú a les instal·lacions solars tot i que la seva funcionalitat el fan força recomanable. El que fa és provocar la separació de l’aire dissolt a l’aigua i que, posteriorment, el purgador que duu incorporat, l’elimini. El material de fabricació és, generalment, el ferro fos i l’acoblament roscat oscil·la des de ¾” fins a 3”. Vegeu la figura 6.25.

Cal considerar1. En cas d’utilitzar purgadors automàtics, addicionalment, s’ha d’instal·lar els

elements necessaris per a la purga manual.2. Les bateries de captadors presentaran una lleugera inclinació en el sentit de

circulació del fluid que facilitarà la purga d’aire de la bateria.3. Tots els sifons disposaran d’un sistema de purga que permetrà alliberar l’aire

acumulat en el punt alt del sifó.

Figures 6.21 i 6.22. Vàlvules de zona

motoritzada.

Figura 6.21. Figura 6.22.


6.11. Comptador d'energia

La mesura del consum energètic és de suma importància a l’hora de comparar el funcionament de les instal·lacions executades amb les previsions de disseny. Aquests valors s’obtenen amb un aparell anomenat “comptador de calories”. És obligatori muntar-lo en instal·lacions superiors a 20 m2 de captadors solars tèrmics, tal com es descriu al CTE (HE4, Apartat 3.3.8.).

L’element està format per un comptador volumètric o cabalímetre d’aigua calen-ta equipat amb dues sondes de temperatura i una unitat d’adquisició i processament de dades.

El comptador volumètric s’encarrega de mesurar el volum d’aigua que circula per la canonada i l’hi envia aquesta informació al processador. Les dues sondes de temperatura, situades una a la línia d’aigua calenta i l’altra a la freda, funcionen de la mateixa manera. El processador calcula l’energia a partir d’aquestes dades i la presenta en pantalla, generalment expressada en kWh.

A continuació s’expressa el càlcul que realitzen els mesuradors per a avaluar el consum:

Q = V δ ce Δt

On:Q, és la quantitat de calor necessària expressada en kcal.V, és el volum diari de consum expressat en litres.δ, és la densitat de l’aigua (1kg/l com a valor de referència).ce, és la calor específica de l’aigua (1 kcal/kgºC).Δt, és l’increment de temperatura expressat en ºC.A partir dels requisits tècnics del CTE a les instal·lacions solars de més de 20 m2

de captadors solars, és obligatori instal·lar-hi un comptador que mesuri i enregis-tri les dades esmentades anteriorment. La connexió de l’aparell depèn del tipus de circuit hidràulic que es vulgui mesurar, però, com a criteri bàsic, una de les sondes anirà muntada a la canonada per on circula el fluid més fred i, l’altra, es col·locarà a la canonada per on circula el fluid més calent.

Es recomana col·locar un filtre a la boca d’alimentació del comptador per tal de protegir-lo de l’erosió per partícules en suspensió al fluid, sobretot si està col·locat en la línia d’aigua de xarxa. Vegeu la figura 6.24.

Figura 6.23. Purgador.

Figura 6.24. Comptador de calories.

Figura 6.24.

Kcal

Figura 6.23.

6.11.1. Ubicació a la instal·lació

La posició del comptador d’energia aportada per la instal·lació solar presenta dues opcions o possibilitats:

1. L’equip muntat en el circuit secundari avalua l’energia solar generada a partir de l’acumulació al dipòsit solar. Aquesta opció ens permet mesurar l’energia realment aportada a l’usuari i, alhora, és la configuració que exigeix el CTE (HE4, Apartat 3.3.8.). Vegeu la figura 6.26.

2. L’equip muntat en el circuit primari mesura l’energia tèrmica que aporten els captadors solars sense tenir en compte si hi ha consum d’ACS o no. Aquesta opció ens permet mesurar amb més exactitud la producció solar, tot i que una part d’aquesta energia no s’arribarà a consumir degut a les pèrdues tèrmiques de l’acumulador i/o circuit secundari. Vegeu la figura 6.27.

Per a avaluar el rendiment energètic d’una instal·lació solar completa, caldria rea-litzar mesures en el circuit solar, primari o secundari i mesurar alhora l’energia total consumida pels dos circuits. Això ens permetrà comprovar les aportacions solars vers les estimacions de càlcul i ajustar el mètode de disseny utilitzat.


La normativa aplicable és:• Código Técnico de la Edificación, Capítol HE4.

6.12. Sistema auxiliar

Per a garantir la continuïtat del servei a les instal·lacions d’energia solar, és indis-pensable disposar d’un sistema convencional que actuarà com a font auxiliar de pro-ducció de calor.

Tal com s’indica al CTE, en cap cas es pot ubicar l’equip auxiliar a l’acumulador solar, perquè això reduiria significativament el rendiment de la instal·lació solar.

Així doncs, les instal·lacions solars actuaran com a sistemes de preescalfament de l’aigua calenta sanitària i s’acoblaran majoritàriament en sèrie amb l’equip auxiliar. Hi ha dues tipologies bàsiques d’equips auxiliars per a produir aigua calenta sanitària:

Sistemes amb acumulació:• Termos elèctrics. • Calderes amb acumulació.

Sistemes instantanis:• Calderes.• Escalfadors instantanis.


Figura 6.25. Separador d'aire amb purgador automàtic.

Figura 6.26. Muntatge d’un comptador en circuit secundari.

Figura 6.27. Muntatge d’un comptador en circuit primari.

6.12.1. Sistemes auxiliars amb acumulació

Els sistemes de producció d’aigua calenta sanitària amb acumulació estan formats per un acumulador que emmagatzema l’aigua sanitària, escalfada mitjançant una resistència elèctrica o un bescanviador de calor.

A les instal·lacions amb energia solar, aquest acumulador s’alimenta directament de l’aigua preescalfada pel sistema solar, amb una configuració sèrie entre l’acumu-lador solar i l’auxiliar.

Aquesta configuració permetrà que el sistema solar treballi independentment de la temperatura de l’acumulador auxiliar. Per això, en el cas de les recirculacions de l’aigua calenta sanitària, cal tenir en compte que el retorn de la recirculació sempre s’ha de fer a l’acumulador auxiliar per tal d’evitar l’escalfament de l’acumulador solar amb la recirculació de l’aigua calenta sanitària.

En aplicacions amb una alta estacionalitat d’utilització es podrà muntar un sis-tema de recirculació entre l’acumulador solar i l’auxiliar amb l’objectiu d’optimitzar la instal·lació solar en els moments de poca o nul·la demanda d’aigua calenta. En aquest cas, caldrà disposar d’un sistema de control dedicat que garanteixi que, en cap moment, es produeixi un traspàs de calor del dipòsit auxiliar cap al dipòsit solar. Vegeu la figura 6.28.

6.12.2. Sistemes auxiliars instantanis

Els sistemes instantanis de producció d’aigua calenta sanitària queden restringits principalment a l’àmbit domèstic. Per a l’acoblament en sèrie amb l’acumulador solar caldrà que aquests equips incorporin un sistema de regulació de temperatura amb flama modulant que detecti la temperatura de preescalfament solar i que, sobre aquesta base, actuï.

En cas que l’equip instantani de producció d’aigua calenta sanitària no disposi d’un sistema automàtic de regulació de temperatura, la connexió amb l’acumulador solar serà del tipus bypass. Tal com mostra la figura, el subministrament d’aigua ca-lenta sanitària es fa alternativament des de l’equip auxiliar o l’acumulador solar, en funció de la temperatura d’acumulació d’aquest últim. La maniobra del sistema es farà amb una vàlvula de zona de tres vies comandada per un termòstat situat a la part superior del dipòsit solar. Vegeu les figures 6.29. i 6.30.


ACS

AF

Figura 6.28. Sistema au-xiliar amb acumulació.

Figura 6.29. Sistemes auxiliars instantanis.

Acumulador solar

Acumulador solar

ACS

AF

Caldera

vàlvula tancada

Cal considerar 1. El CTE prohibeix la utilització de sistemes auxiliars de suport al circuit primari

dels captadors solars.2. El sistema auxiliar amb acumulació o en línia sempre disposarà d’un termòstat

de control sobre la temperatura de preparació que, en condicions normals de funcionament, permetrà complir la legislació vigent referent a la prevenció i control de la legionel·losi.

3. A la boca d’entrada de cada acumulador, caldrà ubicar-hi una vàlvula de reten-ció que eviti el traspàs de temperatura entre el sistema auxiliar i l’acumulador solar i, alhora, de l’acumulador solar a l’aigua de xarxa.

4. En tots els casos es muntarà un bypass manual entre l’acumulador solar i el sistema auxiliar, per tal de poder fer manteniments a la instal·lació solar sense interrompre el subministrament d’aigua calenta.

Acumulador solar

ACS

Caldera

CTRL

AB

B

A

Figura 6.30. Sistema auxiliar instantani.


7. Manteniment d’instal·lacions

7.1. Posada en servei

La instal·lació solar tèrmica s’ha de lliurar als propietaris quan ja estigui en funcio-nament; les proves per a ajustar els equips i la posada en servei de la instal·lació són responsabilitat de la persona o empresa instal·ladora.

Així, l’instal·lador ha de lliurar la instal·lació amb tots els elements plens del fluid corresponent i a punt per a ser utilitzats.

D’altra banda, segons on es realitzi la instal·lació, pot ser que hi hagi alguna nor-mativa que demani una inspecció prèvia a la utilització de l’equip o unes proves de recepció i/o per a comprovar que el muntatge i el funcionament són correctes.

7.1.1. Operacions de posada en servei

Es podria definir un protocol amb un seguit de passos per fer la posada en servei de la instal·lació de manera ordenada:

7.1.1.1. Omplir i drenar la instal·lacióAquestes dues accions van molt lligades ja que és convenient realitzar un primer ompliment i un drenatge de la instal·lació per netejar-la de possibles encenalls, bru-tícia... que hagin aparegut durant el muntatge. Al mateix temps, es poden detectar i corregir, si cal, possibles fuites.

Es recomana que aquesta operació es realitzi des de la cota més baixa de la instal-lació fins a la més alta per a facilitar la purga d’aire, amb tots els purgadors oberts fins que surti aigua per la part més alta de la instal·lació.

Un cop omplerta, es mantindrà en circulació un cert temps per a fer córrer les partícules de brutícia que hi pot haver. Després, es buidarà, es faran les correccions pertinents i s’omplirà definitivament amb l’aigua i l’anticongelant, igual com s’ha fet en la primera vessada. Es recomana que es faci la barreja fora del circuit.

Cal tenir un dipòsit auxiliar per a poder buidar el fluid termòfor, si calgués. Cal conèixer si l’anticongelant que hem posat és contaminant o no, per tal de tractar-lo d’una manera o una altra. Pel que fa al circuit secundari, aquest queda pressuritzat directament per la xarxa de subministrament d’aigua.

7.1.1.2. Comprovació elèctrica de la instal·lacióCal posar tots els elements de la instal·lació en funcionament manualment i alesho-res s’ha d’anar comprovant tots els elements un per un.

7.1.1.3. Regulació del cabal dels circuitsLes instal·lacions que duen incorporada una bomba hidràulica, han de dur un regula-dor de cabal, mitjançant el qual s’ajustarà el cabal de la instal·lació.

7.1.1.4. Equilibrament dels circuitsPer a aconseguir que la instal·lació funcioni millor, és convenient equilibrar les longi-tuds dels circuits d’entrada i sortida dels captadors per tal que el recorregut del fluid sigui el mateix i, d’aquesta manera, funcionin en les mateixes condicions de pèrdua de càrrega i, en conseqüència, dels cabals adients.

Una altra opció, cada vegada més estesa, és la utilització de reguladors de cabal o vàlvules d’equilibrament hidràulic. Aquests elements faciliten l’equilibrament dels circuits i redueixen el temps de muntatge de la instal·lació, ja que substitueixen el sistema de retorn invertit. També simplifiquen el procés de regulació del cabal mit-jançant el gràfic de velocitat de la bomba.

7.1.2. Proves funcionals dels equips

L’objectiu de realitzar aquestes proves és comprovar que la instal·lació executada correspon als serveis contractats i que s’ajusta, element per element per separat i en conjunt, al que s’hagi especificat. Per a fer-les, és convenient que la instal·lació estigui totalment acabada i que s’hagin corregit totes les anomalies detectades du-rant la posada en marxa i durant els primers dies (de 10 a 15) de funcionament de la instal·lació en període de proves.

7.1.2.1. Proves d’estanquitatAbans de col·locar l’aïllant a les canonades i de cobrir-les, cal comprovar l’estanquitat correcta de totes les canonades i dels accessoris que integren el sistema.

Aquestes proves s’han de fer segons indica la normativa UNE 100.151 “Proves d’estanquitat en xarxes de canonades”, on provarem les canonades amb una pressió hidrostàtica mínima d’1,5 vegades la pressió nominal del circuit.

Cal tenir en compte, però, que la pressió a la qual s’està provant no ha de ser su-perior a la pressió de tarat de la vàlvula de seguretat.

7.1.2.2. Proves de funcionament o escalfamentA diferència de les proves d’estanquitat, per a les proves d’escalfament no hi ha cap normativa que les legisli. Però per a comprovar el funcionament i l’escalfament de la instal·lació, només s’ha de verificar que en un dia assolellat les bombes es posin en funcionament de bon matí i que s’aturin al capvespre.

Cal comprovar, també, que la temperatura de l’aigua i l’acumulador hagin assolit el nivell desitjat.

7.1.2.3. Proves de circulació del fluidLa prova consisteix a alimentar elèctricament les bombes. Això es pot fer directa-ment o amb l’accionament manual, si n’hi ha.

Posteriorment, cal comprovar si l’accionament de la bomba respon al funciona-ment i si, al mateix temps, l’increment de pressió que indiquen els manòmetres és el que correspon segons la corba de treball de les bombes facilitades pel fabricant.


7.1.2.4. Proves d’accessorisÉs necessari comprovar que les vàlvules de seguretat funcionin i que les canonades de connexió a l’atmosfera no estiguin obstruïdes. Aquesta prova es pot realitzar al-hora que es realitza la prova de pressió del circuit.

Així, per exemple, es pot incrementar la pressió davant de la vàlvula de segure-tat fins assolir un valor d’1,1 vegades la pressió de tarat i comprovar que la vàlvula s’obre.

Cal comprovar que totes les vàlvules (de tall, de buidatge, d’ompliment, de purga, etc.) actuen correctament.

7.1.3. Lliurament de la instal·lació

Un cop acabades les proves funcionals dels diferents elements, es passa ja a la dar-rera fase de la instal·lació, que és la de cobrir totes les canonades i accessoris que estan a la intempèrie amb aïllaments i pintures especials o amb recobriments pro-tectors d’alumini. Si tot funciona correctament, es procedirà a una neteja general de la instal·lació, retirant les restes de materials que hi hagin quedat.

Abans del lliurament, cal tenir en compte que es compleixin tots els permisos legals i les normatives vigents.

És convenient que, amb el lliurament de la instal·lació, s’adjuntin tots els docu-ments relacionats amb la instal·lació i que poden ser útils per a l’usuari més endavant:

• Una llista de tots els equips utilitzats amb la marca, el model i les característiques.• Els plànols i els esquemes que faciliten els fabricants dels diversos elements i els

documents de garantia degudament complimentats i segellats.• Un esquema de la instal·lació on es pugui distingir fàcilment cada equip i element.• Les instruccions concretes de manipulació i de seguretat dels equips.• Les instruccions clares i concises sobre les operacions de conservació i mante-

niment de la instal·lació.• Les recomanacions i els consells per utilitzar correctament la instal·lació, fent

especial atenció als consells sobre criteris de modificació i/o selecció d’elements de consum d’alta eficiència en la utilització de l’aigua calenta, com ara aixetes termostàtiques, airejadors o rentadores. En el capítol 8 d’aquest quadern es fa una descripció d’aquestes mesures i s’inclou un cartell gràfic que es pot afegir a la documentació lliurada a l’usuari.

La recepció definitiva de la instal·lació serà a partir dels dies necessaris perquè es consideri que està funcionant a ple rendiment. Molt sovint, al cap de 10-15 dies de la posada en marxa, es fa una revisió de bon funcionament del material i dels equips que composen la instal·lació.

7.2. Manteniment bàsic

El manteniment rutinari de la instal·lació està determinat pel manteniment de tots els equips que en formen part, com també pel control de l’aigua que circula pel circuit secundari i també per l’efecte dels factors climàtics de cada zona sobre la instal·lació. Per tant, un manteniment i un control bàsic de la instal·lació consistirien principal-ment a procurar que la instal·lació estigui ben plena d’aigua i ben purgada.

A més, si la instal·lació és per bombeig, caldria mirar que estigui ben calibrada i, si es troba en un lloc amb un clima generalment fred i propens a gelades, caldria controlar l’estat de l’anticongelant. Durant el manteniment és molt important fer la inspecció visual i el control rutinari de tots els elements a fi de preveure com més aviat millor possibles avaries a llarg termini.

7.2.1. Operacions de manteniment més usuals en un sistema d’ACS

A continuació exposem un pla tipus de treball per a fer el manteniment preventiu d’una instal·lació d’energia solar tèrmica. La freqüència de realització del manteni-ment de la instal·lació que es proposa pot variar considerablement en funció de la mida, de la complexitat i del lloc on s’ubica la instal·lació.

INSTAL·LADOR

Element Manteniment a realitzar Freqüència

Captador Inspecció visual de l’estanquitat i la integritat. Semestral

Placa absorbidora Comprovar l’existència de fugues, deformacions i/o taques. Anual

Vidre Inspecció visual (esquerdes...). Anual

Carcassa Inspecció visual (deformacions, estat de la pintura protectora...). Anual

Connexions Inspecció visual de la possible aparició de fugues. Semestral

Estructura Comprovar si presenta corrosió i reparar-la amb mini i pinturaantioxidant.

Anual

Vàlvules de seguretat Comprovar-ne el funcionament correcte (accionament manual...). Semestral

Vàlvules de tall Obrir-les i tancar-les diversos cops per evitar que es bloquegin. Semestral

Purgadors Comprovar-ne el funcionament. Semestral

Canonades Comprovar possibles fuites. Semestral

Aïllament Inspecció visual. Anual

Vas d’expansió tancat Comprovar la pressió d’ompliment d’aire. Semestral

Bescanviador de calor Inspecció i neteja en cas necessari. Anual

Electrobomba Comprovar-ne l’estanquitat. Semestral

Sondes de temperatura Inspecció visual de la ubicació correcta del sensor. Semestral

Quadre elèctric Verificar el funcionament correcte de l’interruptor magnetotèrmic, dels diferencials, del cablejat...

Anual

USUARI

Element Manteniment a realitzar Freqüència

Neteja Neteja del vidre en hores de baixa irradiació (aquesta tasca ésopcional en cas que els captadors siguin fàcilment accessibles).

Aleatòria

Circuit primari Comprovar la pressió de treball del circuit en fred. Setmanal

Termòstat diferencial Inspecció visual del funcionament correcte. Mensual

Taula 7.1. Manteniment preventiu a realitzar per

l'instal·lador.

Taula 7.2. Manteniment preventiu a realitzar per

l'usuari.


7.2.2. Altres operacions de manteniment

Les operacions de manteniment explicitades en el quadre anterior fan referència als processos de manteniment realitzat en els elements principals de la instal·lació. A continuació s’exposa una llista d’operacions que convé remarcar o detallar més:

1. Control anual de l’anticongelant: cal controlar que la proporció d’anticongelant en el sistema és l’adequada i, si cal, reomplir-lo. Es pot fer de dues maneres: mesurant la densitat del sistema (comprovant que no difereix més d’un 20% de la inicial) o es pot fer per inspecció visual, comparant el color de la barreja amb el color d’una barreja que contingui les proporcions exactes.

2. Calibratge del sistema de control: cal comprovar que l’interval entre el punt de tall i l’activació del sistema de control dels sensors de calent i fred coincideix amb la diferència prevista de temperatures.

3. Inspecció visual detallada dels captadors, comprovant l’estanquitat del capta-dor en l’aigua de pluja, la ruptura de la junta de vidre del captador, l’estat de les juntes de les sortides i entrades del captador, etc.

En el RITE, a l’Annex 3, s’estableixen els treballs de manteniment per als sistemes d’aigua sanitària calenta i freda de consum, els que fan referència a les revisions, les neteges i les desinfeccions.

7.2.3. Programa de manteniment

Segons el CTE aquest manteniment es pot estructurar en tres tipus diferents d’actu-acions periòdiques:

• La vigilància.• El manteniment preventiu.• El manteniment correctiu.La vigilància és una actuació que fa l’usuari mateix i està destinada a inspeccionar

els paràmetres funcionals principals que determinaran el funcionament correcte de la instal·lació.

El manteniment preventiu englobaria totes les accions per a mantenir el funcio-nament, les prestacions i la protecció mínima de la instal·lació per tal de garantir-ne la durabilitat. El manteniment preventiu inclou totes les operacions de manteni-ment i de substitució que són necessàries per a garantir el bon funcionament del sistema durant la seva vida útil.

Finalment, el manteniment correctiu consisteix en les accions que s’han de dur a terme quan, a partir d’algunes de les accions anteriors, s’ha detectat algun funciona-ment incorrecte i cal pal·liar-lo.

8. Dimensionament de la instal·lació

8.1. Dimensionament energètic

Actualment, la normativa vigent estableix els paràmetres de partida i requisits de dimensionament de les instal·lacions solars tèrmiques per a produir aigua calenta sanitària en edificis.

En aquest capítol, es presenta una metodologia simplificada que permet fer el dimensionament de les instal·lacions per a produir ACS, basant-se en els requisits tècnics normatius.

A Catalunya, actualment, coexisteixen tres reglamentacions pel que fa a l’obliga-torietat d’instal·lar sistemes solars tèrmics en edificacions.

• Código Técnico de la Edificación (normativa d’àmbit estatal).• Decret d’ecoeficiència (normativa de la Generalitat de Catalunya).• Ordenances solars (normativa de l’Administració local).Cada normativa estableix caracteritzacions i permet diferents tipus de dimensi-

onament de les instal·lacions.En tot cas, sempre cal seleccionar la normativa més restrictiva, en funció de les

característiques i ubicació de la instal·lació.En la majoria dels casos la normativa més restrictiva, pel que fa als requisits de

dimensionament de les instal·lacions, és el Decret d’ecoeficiència de la Generalitat de Catalunya (21/2006 del 14 de febrer del 2006). Per això, en aquest capítol, l’utilitza-rem com a normativa de referència per a establir la demanda energètica i la fracció solar.

8.1.1. Establiment del consum energètic

El procediment per a dimensionar una instal·lació s’inicia amb l’avaluació energètica del consum requerit.

Pel que fa a l’aigua calenta sanitària, l’avaluació energètica del consum passa per conèixer els litres d’aigua consumida al dia pels usuaris de l’edifici.

El Decret d’ecoeficiència facilita una taula de referència descriptiva dels consums mitjans d’ACS en funció de la tipologia d’edifici o activitat. Vegeu la taula 8.1.

En edificis d’habitatges, cal tenir en compte el factor d’ocupació de l’habitatge (per-sones per habitatge). En aquest cas, el Decret d’ecoeficiència estableix una relació di-recta amb el nombre d’habitacions de l’habitatge, tal com s’indica a la taula 8.2.

Un cop tenim determinat el volum d’aigua que consumiran els usuaris de la instal-lació, caldrà calcular l’energia que s’ha d’aportar per aconseguir que augmenti la tem-peratura de l’aigua de xarxa fins a la de servei. Per a fer aquest càlcul, primer trobarem el salt tèrmic amb l’expressió:


Δt = (Tservei - Txarxa)

On:Tservei, és la temperatura de l’aigua calenta de consum; normalment, farem servir

els 45ºC.Txarxa, és la temperatura a la qual arriba l’aigua freda de la xarxa de distribució.

Aquest valor el pot subministrar la companyia local i, en cas de no dispo-sar-ne, es pot fer servir la taula de temperatures mitjanes mensuals provin-cials. Vegeu la taula 8.3.

Un cop coneixem el volum diari d’aigua a escalfar i el salt tèrmic necessari, calcu-lem l’energia diària requerida amb l’expressió:

Q = V δ ce Δt

On:Q, és la quantitat de calor necessària expressada en kcal.V, és el volum diari de consum expressat en litres.

, és la densitat de l’aigua (1kg/l com a valor de referència).ce, és la calor específica de l’aigua (1 kcal/kg ºC).Δt, és l’increment de temperatura expressat en ºC.

Taula de demanda de referència d’aigua calenta sanitària a 60ºC

Criteris de demanda Litres ACS/dia a 60ºC

Habitatges 28 litres/persona

Hospitals, clíniques 55 litres/persona

Ambulatoris i centres de salut 40 litres/persona

Hotels de 5 estrelles 70 litres/persona



Hotels d’1 i 2 estrelles 35 litres/persona

Pensions/Hostals 28 litres/persona

Residències (gent gran, estudiants) 40 litres/persona

Albergs 25 litres/persona

Centres escolars amb dutxes 20 litres/persona

Centres escolars sense dutxes 4 litres/persona

Centres de l’Administració pública, bancs i oficines 2 litres/persona

Vestuaris/dutxes col·lectives (piscines, poliesportius, gimnasos) 20 litres/persona

Un únic espai

1 h 2 h 3 h 4 h 5 h 6 h 7 h Igual o més 8

Nombre de persones 1,5 2 3 4 6 7 8 9 1,3 x n

Taula 8.1. Criteris de determinació de la de-manda d’aigua calenta sanitària segons la tipologia dels edificis.

Taula 8.2. Relació nombre de persones respecte habitacions.

Barcelona Girona Lleida Tarragona

Gener 8 6 5 6

Febrer 9 7 6 7

Març 11 9 8 9

Abril 13 11 10 11

Maig 14 12 11 12

Juny 15 13 12 13

Juliol 16 14 13 14

Agost 15 13 12 13

Setembre 14 12 11 12

Octubre 13 11 10 11

Novembre 11 9 8 9

Desembre 8 6 5 6

Mitjana 12 10 8 10

Taula 8.3. Temperatura mitjana mensual

de l’aigua freda (ºC).

Taula 8.4. Demanda litres/dia, segons Decret

d’ecoeficiència.

Consum d’aigua calenta: 28 l/persona a 60ºCPersones a l’habitatge: 4 persones

Taula 8.5. Relació entre el nombre de persones i

les habitacions.

ExempleCàlcul de la quantitat de calor necessària per a escalfar 100 l d’aigua a Barcelona al mes de juny fins a una temperatura de servei de 45ºC.

Q = V δ ce Δt = 100 l x 1kg/l x 1kcal/kg ºC x (45-15)ºC.Q = 3.000 kcal.

3.000 kcal / (860 kcal/1kWh) = 3,48 kWh.3.000 kcal / (240 kcal/1MJ) = 12,5 MJ.

A l’exemple anterior, s’ha fet un càlcul energètic per a l’escalfament d’un volum concret d’aigua (100 l) d’un mes mitjà, en una instal·lació per produir ACS. Aquest càlcul s’ha de fer a partir de valors de volum d’aigua i de salts tèrmics específics per a cada mes de l’any tal com mostra l’exemple següent.

ExempleCàlcul de la quantitat de calor necessària per a produir l’ACS d'un habitatge unifami-liar amb 3 habitacions situat a Barcelona.

Basant-se en les taules anteriors del Decret d’ecoeficiència podem determinar que:

Criteris de demanda Litres ACS/dia a 60ºC

Habitatge 28 litres/persona

Nombre d'habitatges

Espai únic 1H 2H 3H 4H 5H 6H 7H

Persones 1,5 2 3 4 6 7 8 9


Mes Gen Feb Mar Abr Mai Jun

Vol. ACS 112 l/dia

Tservei 60ºC

Txarxa* 8ºC 9ºC 11ºC 13ºC 14ºC 15ºC

TDiferència 52ºC 51ºC 49ºC 47ºC 46ºC 45ºC

Energia

kcal/dia 5.824 5.712 5.488 5.264 5.152 5.040

MJ/dia 24,3 23,8 22,9 21,9 21,5 21

kWh/dia 6,8 6,6 6,4 6,1 6 5,9

Mes Jul Ago Set Oct Nov Des

Vol. ACS 112 l/dia

Tservei 60ºC

Txarxa* 16ºC 15ºC 14ºC 13ºC 11ºC 8ºC

TDiferència 44ºC 45ºC 46ºC 47ºC 49ºC 52ºC

Energia

kcal/dia 4.928 5.040 5.152 5.264 5.488 5.824

MJ/dia 20,5 21 21,5 21,9 22,9 24,3

kWh/dia 5,7 5,9 6 6,1 6,4 6,8

*S’ha agafat la temperatura d’aigua de xarxa de Barcelona.

Taula 8.6. Resum per mesos.

La demanda energètica mitjana anual és de 6,22 kWh/dia.

8.1.2. Fracció solar

El Decret d’ecoeficiència estableix una aportació mínima d’energia solar tèrmica per a produir aigua calenta sanitària, a totes les construccions noves o als edificis en què es realitzi una rehabilitació d’importància i que presentin una demanda d’aigua calenta sanitària igual o superior a 50 litres/dia a una temperatura de referència de 60°C.

Pel que fa a l’aportació solar mínima, el Decret estableix una aportació mínima en percentatge (fracció solar), en funció de la localització geogràfica (zona climàtica), tal com es pot observar a les taules 8.7. i 8.8. Als edificis en què es vulgui utilitzar resistències elèctriques amb efecte Joule en la producció d’aigua calenta sanitària, la fracció solar mínima en qualsevol zona haurà de ser del 70%.

Aquest punt no serà d’aplicació en zones on no hi hagi servei de gas canalitzat, o bé l’electricitat s’obtingui mitjançant energia solar fotovoltaica o altres energies renovables.

Quedaran exempts de l’obligatorietat d’incorporar energia solar tèrmica:• Quan es cobreixi aquesta aportació energètica d’aigua calenta sanitària mit-

jançant altres energies renovables, processos de cogeneració o fonts residuals d’energia que procedeixin de la instal·lació de recuperadors de calor, indepen-dents a la generació de calor de l’edifici.

• Quan l’edifici no rebi prou assolellament per barreres externes.• En rehabilitació d’edificis, quan hi hagi limitacions no esmenables derivades de la

configuració prèvia de l’edifici existent, o de la normativa urbanística aplicable.• En edificis de nova planta quan hi hagi limitacions no esmenables derivades

de la normativa urbanística aplicable, que impossibilitin de manera evident la disposició de la superfície de captació necessària.

• Quan així ho determini l’òrgan competent que ha de dictaminar en matèria de protecció del patrimoni cultural català.

En tots aquests casos caldrà justificar adequadament el motiu de l’excepció. Un cop s’estableix la fracció solar exigida automàticament obtenim la producció solar necessària de cada mes de l’any.

Esolar = Enecessària x Fsolar / 100

On:Esolar, és l’energia anual que caldrà produir amb energia solar (kWh/any).Enecessària, és l’energia anual que serà necessària per a produir l’aigua calenta sani-

tària (kWh/any).Fsolar, és l’aportació solar mínima en funció de la zona climàtica (%).El resultat d’aquesta operació és l’energia anual que ha de produir la instal·lació

solar.

ExempleCàlcul de l’energia solar mensual necessària i la mitjana anual per a un sistema a partir de les dades de l’exemple anterior.

Aportació mínima d’energia solar en la producció d’aigua calenta sanitària

Demanda total d’aigua calenta sanitària de l’edifici Zones climàtiques(en funció de la irradiació global diària, mitjana anual)

(litres/dia) II III IV

50 a 5.000 litres 40% 50% 60%

5.001 a 6.000 litres 40% 55% 65%

6.001 a 7.000 litres 40% 65% 70%

7.001 a 8.000 litres 45% 65% 70%

8.001 a 9.000 litres 55% 65% 70%

9.001 a 10.000 litres 55% 70% 70%

10.001 a 12.500 litres 65% 70% 70%

>12.500 litres 70% 70% 70%

Demanda energètica mitjana anual: 6,22 kWh/dia

Taula 8.7. Annex II-III. Aportació mínima

d’energia solar en la producció d’aigua calen-

ta sanitària segons les zones climàtiques.


Taula 8.8. Mapa de zo-nes climàtiques segons irradiació global diària(mitjana anual).

Zones climàtiques de les comarques de Catalunya

Comarques Zona climàtica

Alt Camp IV

Alt Empordà III

Alt Penedès IV

Alt Urgell II

Alta Ribagorça II

Anoia IV

Bages III

Baix Camp IV

Baix Ebre IV

Baix Empordà III

Baix Llobregat IV

Baix Penedès IV

Barcelonès III

Berguedà III

Cerdanya II

Conca de Barberà IV

Garraf IV

Garrigues IV

Garrotxa III

Gironès III

Maresme III

Montsià IV

Noguera IV

Osona III

Pallars Jussà II

Pallars Sobirà II

Pla de l’Estany III

Pla d’Urgell IV

Priorat IV

Ribera d’Ebre IV

Ripollès II

Segarra IV

Segrià IV

Selva III

Solsonès III

Tarragonès IV

Terra Alta IV

Urgell IV

Vall d’Aran II

Vallès Occidental III

Vallès Oriental III

Zona IV Zona IIIZona II

Mes Gen Feb Mar Abr Mai Jun

Fsolar 50%

Enecessària (kWh/dia) 6,8 6,6 6,4 6,1 6 5,9

Esolar (kWh/dia) 3,4 3 3,2 3 3 2,9

Mes Jul Ago Set Oct Nov Des

Fsolar 50%

Enecessària (kWh/dia) 5,7 5,9 6 6,1 6,4 6,8

Esolar (kWh/dia) 3,4 3 3,2 3 3 2,9


L'energia mitjana anual necessària amb una fracció solar del 50% és de 3,08 kWh/dia.

A partir de les taules 8.7. i 8.8. del Decret d’ecoeficiència podem determinar que: Zona climàtica de Barcelona: III.

Fracció solar per un consum de 112 l/dia d’ACS: 50% i en cas que el sistema auxi-liar fos elèctric, caldrà establir una fracció solar del 70%.

8.1.3. Avaluació de l’energia solar

L’energia disponible en un emplaçament determinat la podem avaluar a partir de valors estadístics basats en mesuraments de les estacions meteorològiques. Per dis-ponibilitat i fiabilitat, les dades de radiació que utilitzem en els nostres càlculs són les de l’Atles de Radiació Solar a Catalunya, editat per l’Institut Català d’Energia.

Aquest document ofereix dades d’irradiació solar global diària sobre superfícies inclinades i amb diferents orientacions, per cada mes de l’any i, finalment, el valor mitjà anual.

Les dades de l’Atles es presenten ordenades en funció de: • L’orientació. L’Atles de radiació ens presenta taules amb les dades d’irradiació

en superfícies orientades al sud (0º) i desorientades del sud 30, 60 i 90º amb independència de si la desorientació es troba en direcció est i oest.

• La inclinació. A les taules hi apareixen dades de radiació per a superfícies incli-nades de 0º a 90º amb intervals de 5º.

Cal tenir en compte que la radiació solar que hi ha a les taules de l’Atles Solar corresponen a mesuraments fets amb aparells de precisió. La instal·lació solar no pot aprofitar el 100% d’aquesta radiació, ja que el vidre de la coberta del captador pla té un índex de reflexió de la radiació en funció de l’angle d’incidència.

Aquest efecte fa que la radiació solar de primeres i darreres hores del dia sigui reflectida quasi totalment. La majoria dels processos de càlcul han establert en un 6% el valor mitjà de radiació no aprofitable pels captadors solars a causa d’aquest efecte.

ExempleSeguint amb l’exemple anterior, determinarem l’energia solar incident a Barcelona ba-sant-nos en l’Atles de Radiació Solar a Catalunya. Seleccionem les taules corresponents a l’estació meteorològica de Barcelona i considerem els criteris següents:

Orientació: el CTE indica que es considerarà el sud com l’orientació òptima d’una instal·lació solar.

Inclinació: el CTE indica que la inclinació adequada d’una instal·lació serà:Instal·lació d’utilització predominant d’hivern: latitud del lloc + 10º.Instal·lació d’utilització tot l’any: latitud del lloc.Instal·lació d’utilització predominant a l’estiu: latitud del lloc - 10º.

En instal·lacions per a produir ACS d’ús continu al llarg de l’any es munten els captadors amb inclinació similar a la de l’hivern, perquè és l’època més desfavorable atesa la baixa radiació disponible i coincideix amb l’alta demanda d’energia tèrmica (inclinació 50º).

A partir de la taula 8.10. obtenim els valors de radiació global diària de la taula 8.11.


Orientació: 0°

Incli-nació

Gen Feb Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Oct Nov Des Anual

0° 6.80 9,65 13,88 18,54 22,25 24,03 23,37 20,42 16,05 11,40 7,73 6,04 15,04

5° 7,70 10,56 14,72 19,15 22,58 24,21 23,63 20,93 16,85 12,32 8,66 6,94 15,71

10° 8,56 11,41 15,47 19,67 22,78 24,25 23,74 21,31 17,54 13,17 9,55 7,80 16,29

15° 9,37 12,19 16,14 20,07 22,84 24,13 23,70 21,59 18,13 13,95 10,38 8,61 16,78

20° 10,12 12,90 16,70 20,35 22,76 23,87 23,52 21,76 18,61 14,63 11,15 9,37 17,17

25° 10,81 13,52 17,17 20,51 22,60 23,48 23,24 21,80 18,98 15,23 11,85 10,07 17,46

30° 11,43 14,07 17,52 20,54 22,32 23,02 22,86 21,71 19,23 15,73 12,47 10,71 17,65

35° 11,97 14,52 17,77 20,45 21,90 22,43 22,34 21,48 19,36 16,13 13,01 11,28 17,73

40° 12,44 14,88 17,91 20,23 21,35 21,70 21,69 21,12 19,37 16,43 13,47 11,77 17,71

45° 12,83 15,15 17,94 19,98 20,67 20,84 20,90 20,63 19,26 16,63 13,85 12,19 17,58

50° 13,14 15,32 17,86 19,43 19,87 19,86 20,00 20,02 19,03 16,72 14,13 12,53 17,33

55° 13,36 15,40 17,67 18,85 18,95 18,77 18,97 19,29 18,68 16,71 14,32 12,78 16,98

60° 13,49 15,37 17,36 18,16 17,92 17,60 17,84 18,44 18,22 16,59 14,42 12,95 16,53

65° 13,53 15,25 16,95 17,36 16,83 16,41 16,71 17,48 17,65 16,36 14,42 13,04 16,00

70° 13,49 15,03 16,44 16,46 15,70 15,14 15,48 16,43 16,97 16,03 14,33 13,03 15,38

75° 13,35 14,72 15,83 15,47 14,48 13,78 14,18 15,35 16,19 15,60 14,14 12,94 14,67

80° 13,13 14,31 15,12 14,41 13,81 12,36 12,80 14,17 15,31 15,08 13,86 12,77 13,87

85° 12,82 13,81 14,32 13,29 11,82 10,93 11,35 12,93 14,34 14,45 13,50 12,51 13,00

90° 12,43 13,23 13,44 12,11 10,41 9,57 9,99 11,62 13,30 13,74 13,04 12,16 12,08

Mes Gen Feb Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Oct Nov Des Anual

Radiaciósolar (MJ/m2·dia)

13,14 15,32 17,86 19,43 19,87 19,86 20 20,02 19,03 16,72 14,13 12,53 17,33

Radiació osolar (kWh/m2·dia)

3,65 4,26 4,96 5,40 5,52 5,52 5,56 5,56 5,29 4,64 3,93 3,48 4,81

Esolar disponible (kWh/ m2·dia)*

3,07 3,57 4,17 4,53 4,64 4,63 4,67 4,67 4,44 3,90 3,30 2,92 4,04


Taula 8.10. Radiació solar global diària sobre superfícies incli-nables (MJ/m2 · dia). Estació: Barcelona.

*Considerant unes pèrdues d’un 6% per reflexió en el vidre del captador.

La mitjana anual de radiació solar incident és de 4,04 kWh/m2·dia.

8.2. Dimensionament de la superfície de captació

De la radiació solar incident en un equip solar, només una part es transformarà en calor. Aquesta fracció està determinada pel rendiment de la instal·lació solar i es deu principalment a les característiques del captador i a les pèrdues de calor en els elements que formen el circuit.

8.2.1. Energia que aprofita el captador

Del total de radiació que arriba al captador, una part es perd per reflexió i absorció al vidre de la coberta i la resta és captada. L’energia que capta l’absorbidor produeix l’escalfament i, per tant, una part d’aquesta energia es remet cap a l’ambient en for-ma de radiació.

La proporció de radiació que aprofita el captador respecte de la radiació aprofita-ble queda definida pel rendiment del captador.

El rendiment del captador no és un valor fix, ja que depèn de factors que varien durant el seu funcionament: la temperatura mitjana del captador, la temperatura ambient i la intensitat de radiació solar. Habitualment, per a calcular el rendiment s’utilitza una expressió matemàtica, la correlació d’una recta que té com a expressió:

= º – [m (Tm – Ta) / I]

On:, és el rendiment expressat en tant per un. o, és el factor de guanys del captador, també anomenat rendiment òptic. És un

valor adimensional que ha de ser subministrat per assaig del fabricant. m, és el pendent de la recta i representa el factor de pèrdues tèrmiques del cap-

tador. Cal que el fabricant el subministri per assaig i les seves unitats són (W/m2 ºC).

Tm, és la temperatura mitjana del captador. Es proposen dues opcions:• Escollir un valor constant al llarg de l’any, generalment el mateix valor

que el fixat per a l’aigua de consum (50ºC). Aquesta opció facilita el càlcul tot i que introdueix un error considerable en el rendiment hivernal.

• Prendre un valor diferent per a cada època de l’any, més baix a l’hivern (35ºC) i més alt a l’estiu (50ºC). Aquesta opció és la més recomanable, ja que permet un càlcul més exacte del rendiment.

Ta, és la temperatura ambient mitjana diürna, durant les hores de sol. Cal consul-tar-la a la taula climàtica 8.12.

I, és la intensitat de radiació mitjana durant les hores de sol expressada en W/m2. Es calcula dividint la radiació solar global diària entre la quantitat d’hores de sol. Vegeu la taula 8.13.


Taula 8.12. Temperatu-res mitjanes diürnes a Catalunya [ºC]. Font: Institut Català de Meteorologia.

Figura 8.1. Corba de rendiment d'un captador.

Taula 8.13. Hores de llum solar. Font: Institut Català de Meteorologia.

ExempleDeterminació de la radiació solar que aprofita un captador solar pla amb els paràme-tres de funcionament següents:


7,5 8 9 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9 9 8 7

0 0.02 0.04 0.06 0.080

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Fact

or

de

gua

nys

0.1

Mes Gen Feb Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Oct Nov Des

Lleida 7 10 14 15 21 24 27 27 23 18 11 8

Tarragona 11 12 14 16 19 22 25 26 23 20 15 12

Girona 9 10 13 15 19 23 26 25 23 18 13 10

Barcelona 11 12 14 17 20 24 26 26 24 20 16 12

El gràfic de rendiment d’un captador es basa en un model matemàtic simplificat. És per això que, tant l’expressió matemàtica com la seva representació gràfica corres-ponen al d’una recta.

Rend = 0,78-3,6T*

Rendiment òptic: 0,78.Coeficient de pèrdues: 3,6 W/m2 ºC.

Sobre la base de les característiques tècniques del captador i de les condicions d’ubicació, podem determinar que:

• Rendiment òptic: 0,78.• Factor de pèrdues (m): 3,6 W/m2 ºC.• Superfície útil del captador: 2 m2.• Temperatura mitjana del captador: 60ºC.

T*= Tm-Ta

I

• Ubicació: Barcelona.• Inclinació: 50º.• Orientació: Sud.Vegeu la taula 8.14. En els resultats d’aquest exemple cal destacar les variacions

del rendiment dels captadors previstes a l’hivern pel fet d’haver tingut en compte un valor de temperatura mitjana de treball en el captador de 40ºC.

La resultant de la fórmula de càlcul del rendiment del captador s’expressa en tant per u -s’han de multiplicar per 100 i obtenim valors en percentatge. Rendiment mitjà anual del captador: 0,40 x 100 = 40%. Cal tenir en compte que variant les caracte-rístiques del captador escollit o de les condicions de funcionament es poden obtenir diferents valors de rendiment.

Producció mitjana del captador solar: 3,34 kWh/dia.

8.2.2. Energia que aprofita el sistema

Del total de radiació que pot absorbir el captador l’usuari només n’aprofita una part en forma d’ACS, la resta es perd en forma de calor residual a través de les parets de l’acumulador, les canonades, les vàlvules i la resta d’accessoris del circuit.

És molt complicat avaluar aquestes pèrdues amb exactitud perquè depenen de la temperatura del fluid, de l’ACS en el secundari i del fluid termòfor en el primari, com també de la temperatura ambient, la qualitat i el gruix dels aïllaments i la seva col-locació, etc. Empíricament, s’ha establert un valor de pèrdues generals del sistema que es correspon força amb la realitat de les instal·lacions en funcionament i que és del 10 al 15% de l’energia obtinguda al captador.

Aquest valor es pot modificar fins al 8-10% en instal·lacions on el consum està concentrat en hores de dia (instal·lacions esportives, etc.), com també en aplicacions estacionals no hivernals. També es pot ampliar fins al 20% en instal·lacions amb un desfasament horari elevat entre la producció i el consum (cases de caps de setmana, fàbriques o centres docents on no hi ha consum en tot el cap de setmana).

Mes Gen Feb Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Oct Nov Des Anual

Esolar disponible (kWh/m2·dia)

3,07 3,57 4,17 4,53 4,64 4,63 4,67 4,67 4,44 3,90 3,30 2,92 4,04

hde sol dia (h)

7,5 8 9 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9 9 8 7 8

Iradiància mitjana (W/m2)

409 446 463 476 488 487 491 491 493 433 412 417 505

Tambient (ºC)

11 12 14 17 20 24 26 26 24 20 16 12 4,81

Tmitjana del captador (ºC)

60

ηrendiment captador 0,30 0,35 0,38 0,41 0,44 0,47 0,48 0,48 0,47 0,40 0,35 0,32 0,40

Esolar generada pel captador (kWh/dia)

1,85 2,47 3,13 3,70 4,07 4,33 4,52 4,52 4,18 3,12 2,30 1,86 3,34



Aquest paràmetre ens obliga a fer una darrera operació per tal de trobar l’energia que aprofita el sistema aplicant la reducció corresponent:

Esistema = Ecaptador x Cpèrdues generals

On:Cpèrdues = 0,90 – 0,85 en general. 0,92 en instal·lacions molt eficients. 0,80 per a instal·lacions amb desfasament.

ExempleDeterminació de la radiació solar que aprofita el sistema a partir de les dades d’energia aprofitades de l’exemple, tenint en compte que es troben en una instal·lació d’ACS.

Mes E solar que genera el captador

(kWh/dia)E solar que aprofita el sistema

(kWh/dia)

Gener 1,85 1,58

Febrer 2,47 2,10

Març 3,13 2,66

Abril 3,70 3,14

Maig 4,07 3,46

Juny 4,33 3,68

Juliol 4,52 3,84

Agost 4,52 3,84

Setembre 4,18 3,55

Octubre 3,12 2,66

Novembre 2,30 1,96

Desembre 1,86 1,58

Mitjana 3,34 2,84


8.2.3. Càlcul de la superfície de captació

La superfície de captació per cobrir la demanda anual prevista es limita a realitzar un simple quocient.

Ncaptador = Enecessària x Fsolar / Eque aprofita el sistema

On:Ncaptador, és el nombre de captadors necessaris per a cobrir la fracció solar exigida

(nombre de captadors).Enecessària, és l’energia que caldrà per a produir l’aigua calenta sanitària (kWh/dia).Fsolar, és l’aportació solar mínima en funció de la zona climàtica. Eque aprofita el sistema, és l’energia mitjana que genera el captador (kWh/dia).

Mitjana d’energia solar aprofitada: 2,84 kWh/dia.

ExempleCàlcul de la superfície de captadors a partir de les dades de demanda d’energia de l’exemple, tenint en compte que es troben en una instal·lació d’ACS domèstica a la ciutat de Barcelona.

Demanda energètica:..................................... 6,22 kWh/dia.Fracció solar:.................................................. 50%.Producció mitjana del captador:................... 2,84 kWh/dia.

Elecció de la superfície de captacióSi analitzem les dades de producció solar d’un i dos captadors, mostrades a la taula anterior, podem observar que, amb un únic captador no s’arribarà a cobrir la fracció solar que exigeix el Decret d’ecoeficiència. En aquest cas, caldrà que la instal·lació incorpori dos captadors, amb un augment significatiu de la fracció solar. Vegeu la taula 8.16. i la figura 8.2.

Mes E solar incident

(kWh/m2·dia)

E demanda energètica mitjana anual E solar generada per 1 captador E solar generada per 2 captador

(kWh/dia) (%) (kWh/dia) (%)

Gener 3,07 6,8 1,58 23 3,15 46

Febrer 3,57 6,6 2,10 32 4,20 64

Març 4,17 6,4 2,66 42 5,32 83

Abril 4,53 6,1 3,14 52 6,28 100

Maig 4,64 6 3,46 58 6,91 100

Juny 4,63 5,9 3,68 62 7,35 100

Juliol 4,67 5,7 3,84 67 7,68 100

Agost 4,67 5,9 3,84 65 7,68 100

Setembre 4,44 6 3,55 59 7,10 100

Octubre 3,90 6,1 2,66 44 5,31 87

Novembre 3,30 6,4 1,96 31 3,91 61

Desembre 2,92 6,8 1,58 23 3,17 47

Mitjana 4,04 6,22 2,84 46 5,67 93

Taula 8.16.Resum per mesos.

Nombre Captadors = ==

Demanda energètica anual x Fracció solar

Producció mitjana anual del captador

6,22 kWh/any x 0,5

2,84 kWh/any1,09


8.3. Dimensionament dels elements hidràulics

8.3.1. Elecció del volum d’acumulació

A partir de la superfície de captadors a muntar en una instal·lació podem escollir el volum òptim d’acumulació. Si no hi ha una relació adient trobarem temperatures d’acumulació no desitjades (massa baixes per a acumuladors grans i massa elevades per a acumuladors petits).

Normativament, el CTE, Capítol HE4, estableix que la relació entre captació i volum d’acumulació a les instal·lacions solars per aplicacions d’ACS estarà compresa entre 50 l i 180 l per cada m2 de captador solar.

Tot i això, la relació entre superfície de captadors i volum d’acumulació més apro-piada per a la nostra latitud serà entre 50 i 85 litres d’acumulador per cada m2 de captador.

Es recomanen els valors més baixos per als llocs on hi ha menys radiació (nord), les instal·lacions amb necessitat de temperatures elevades d’ACS, la utilització de rentaplats bitèrmics, mentre que els valors més alts es recomanen per als llocs més assolellats (costa i sud), i per a les instal·lacions amb necessitats d’ACS a baixa tem-peratura.

ExempleCàlcul del volum d’acumulació a partir de les dades de l’exemple anterior, tenint en compte que la superfície de captació serà de 2 captadors de 2 m2 cadascun.

Volum de l’acumulador solar:4 m2 de captador x 75 l m2 captador = 300 l

8.3.2. Cabal del circuit primari

El fabricant definirà el cabal del camp de captadors i, en tot cas, s’establirà un cabal d’1 l/min per cada m2 de captador, com a valor estandarditzat.


1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

kWh/dia

Esolar que genera el captador (kWh/dia)

0,00

Edemanda (kWh/dia)

Figura 8.2. Gràfic representatiu de la producció solar i la demanda energètica.

Quan les connexions dels captadors són en paral·lel, el cabal nominal del grup de captadors, serà el cabal unitari multiplicat per la superfície total de captadors connectats en paral·lel.

A les instal·lacions en què els captadors es connecten en sèrie, el cabal nominal del grup de captadors serà el cabal unitari multiplicat per la superfície total de capta-dors connectat i dividit pel nombre de captadors connectats en sèrie.

8.3.3. Dimensionament del bescanviador

A les instal·lacions solars habitualment s’utilitzen bescanviadors de tipus lineal en què les diferències entre el circuit primari i el secundari no són superiors a un 10%, especialment pel que fa referència al cabal i salt tèrmic de cadascun dels circuits.

La potència del bescanviador, com a mínim serà de 500 W per cada m2 de cap-tador. Això equival a la potència instantània d’un captador solar tèrmic exposat a una radiació solar de 1.000 W/m2 amb un rendiment del 50%. Però en cas que la instal·lació solar disposi d’un acumulador amb bescanviador interior, el bescanviador presentarà una superfície útil d’intercanvi de, com a mínim, el 15% de la superfície de captadors.

ExempleCàlcul del bescanviador a partir de les dades de l’exemple anterior:

Cabal del circuit solar:4 m2 de captador x 1 l/min = 4 l/min.Potència tèrmica del bescanviador:4 m2 de captador x 500 W/m2 captador = 2.000 W.*Superfície mínima d’intercanvi:4 m2 de captador x 0,15 = 0,6 m2.*En cas que la instal·lació disposi d’un bescanviador incorporat a l'acumulador.

8.3.4. Dimensionament de les canonades

Tal com s’ha dit en capítols anteriors, el diàmetre adequat d’una canonada es calcula amb expressions matemàtiques complexes que utilitzen paràmetres com el coefici-ent de fricció del material, el tipus de flux, la viscositat del fluid, etc.

A la pràctica, l'instal·lador pot obtenir taules o gràfics (àbacs) en què obtenir el valor de la pèrdua de càrrega d'una canonada de manera directa. Aquests àbacs ens indiquen la pèrdua de càrrega específica, és a dir, els mil·límetres de cda de pèrdua de càrrega en un metre lineal de canonada en funció del cabal que hi circula i del diàme-tre interior de la canonada.

Cada material ofereix pèrdues de càrrega diferents. A partir dels àbacs que indi-quen les pèrdues de càrrega per a canonades de coure i aigua a temperatura de 60ºC (força habitual en instal·lacions solars tèrmiques de baixa temperatura), podem esta-blir el diàmetre de la canonada, perquè la pèrdua de càrrega del circuit sigui inferior a 40 mm cda per m lineal de canonada, assolint així, velocitats baixes de circulació del fluid i un nivell baix de sonoritat del circuit.


8.3.5. Dimensionament de l’aïllament

Els valors tabulats de gruixos mínims dels aïllaments recomanats per a les canona-des, segons el RITE (λref. = 0,040 W/m.K a 10ºC) són diferents segons la ubicació que tinguin:

(1) Diàmetre exterior de la canonada sense aïllar.(2) S’escull la temperatura màxima de xarxa.

En canonades instal·lades a l’interior de les edificacionsEl gruix dels aïllaments per a canonades interiors dependrà del material de la cano-nada, la temperatura mitjana de treball i el diàmetre de la canonada, basant-se en la “Instrucció Tècnica Complementària” (ITE 1.2.4.2.1.) del RITE. Vegeu la taula 8.17.

En canonades muntades a l’exterior de les edificacions Quan les canonades portadores de fluids termòfors estiguin instal·lades a l’exterior, el gruix indicat a la taula s’haurà d’incrementar, com a mínim en 10 mm. Vegeu la taula 8.18.

En canonades soterradesSi les canonades són d’exterior però estan soterrades, no caldrà tenir en compte els valors recomanats d’increment de gruix.

Si el material d’aïllament té una conductivitat tèrmica inferior al valor estàndard indicat en el RITE (λ = 0,040 W/m.K 10ºC) podem escollir els gruixos a partir de les taules d’equivalència que el fabricant especifica en el seu catàleg tècnic.

Diàmetre exterior de la canonada (mm) Temperatura màxima del fluid

De 40ºC.....60ºC > 60º.....100ºC > 100ºC...180ºC

D 35 25 25 30

35 < D 60 30 30 40

60 < D 90 30 30 40

90 < D 140 30 40 50

140 < D 35 40 50

Taula 8.17. Gruix dels aïllaments per a canonades interi-ors en funció de la temperatura de treball i del diàmetre de la canonada.

Taula 8.18. Gruix dels aïllaments per a canonades exteri-ors en funció de la temperatura de treball i del diàmetre de la canonada.

Diàmetre exterior de la canonada (mm) Temperatura màxima del fluid

De 40ºC.....60ºC > 60º.....100ºC > 100ºC...180ºC

D 35 35 35 40

35 < D 60 40 40 50

60 < D 90 40 40 50

90 < D 140 40 50 60

140 < D 45 50 60

ExempleCàlcul de les canonades i l’aïllament a partir de les dades de l’exemple anterior, tenint en compte que:

Cabal del circuit solar: 4 m2 de captador x 1 l/min = 4 l/min.Pèrdua de càrrega màxima admesa: 40 mm cda x m per a instal·lacions interiors.Per a determinar el diàmetre mínim de la canonada del circuit primari. Aquest

àbac s’utilitza traçant una línia entre la marca del cabal necessari i la marca de la pèrdua de càrrega màxima admesa (40 mm cda per a instal·lacions interiors), la in-tersecció d’aquesta línia amb la línia que indica els diàmetres dels tubs, ens donarà el diàmetre de tub adequat per al cabal establert. Vegeu la figura 8.3.

Diàmetre exterior mínim del tub de Cu = 14 mm.Gruix dels aïllaments per a canonades interiors. Vegeu la taula 8.19.Gruix de l’aïllament del tub: 25 mm els trams interiors i 35 mm els trams exteriors.

Diàmetre exterior de la canonada (mm)

Temperatura màxima del fluid

De 40ºC.....60ºC > 60º.....100ºC > 100ºC...180ºC

D 35 25 25 30

35 < D 60 30 30 40

Taula 8.19. Gruix dels aïllaments per a canonades interiors.

Figura 8.3. Àbac per a determinar el diàmetre

exterior del tub.

Màx

ima

en la

d

istr

ibuc

ió p

rinci

pal

Màx

ima

en la

d

eriv

ació

més

alta

molt sorollós

sorollós

poc sorollós

Velocitat Ven m/s

3,5

2.000

8=10x1

0,010,6

10=12x1

15=17x1

20=22x1

26=28x1

30

40

20=22x1

910x0,75

14x1

22x1,25

30x1,5

36x1,542x1,5

30x1,25

23x1,25

12x0,75

1.000

500400300

200

100

50403020

10

5

3

2

1,5

1

0,8

0,7

0,6

0,5

0,45

Pèrdua de càrrega J en un tram de canonada d’1m de longitud en mm col. aigua/m

D Diàmetre interior en mm

l/min

Cabal Q en

l/s

0,02

0,03

0,04

0,05

1

2

3

4

56789

10

15

20

30

0,3

0,4

0,5

0,2

0,10,9


8.3.6. Dimensionament del circulador

Per a triar el circulador adient en cada cas cal fer un estudi dels dos paràmetres bàsics de funcionament del circuit:

• La pèrdua de càrrega que ofereix el circuit complet.• El cabal de disseny.Un cop definits i/o calculats aquests paràmetres, la selecció del circulador la fa-

rem a partir dels gràfics de funcionament que subministren els fabricants.Per a calcular les pèrdues de càrrega total del circuit primari cal tenir en compte

els conceptes següents:• Les canonades ofereixen una resistència al pas de l’aigua que podem anomenar

pèrdues primàries que són funció del seu diàmetre i del cabal de pas.• Tots els canvis de direcció (colzes, Ts...) així com els accessoris provoquen alte-

racions en el flux d’aigua i, per tant, pèrdues de càrrega que anomenem secun-dàries.

A l’hora de fer un càlcul de les pèrdues de càrrega d’un circuit tancat, seguirem el procés següent:

1. A partir de l’àbac, podem obtenir el valor de pèrdues específiques, és a dir, les pèrdues de càrrega per cada metre lineal de canonada.

2. A continuació convertirem les pèrdues secundàries produïdes pels accessoris en pèrdues primàries a partir de les taules de conversió en què s’assigna una longitud equivalent de tub a cada accessori del circuit.

3. Un cop se saben les pèrdues de càrrega produïdes per la canonada i els accesso-ris, calcularem i sumarem les pèrdues originades a la bateria de captadors.

4. Finalment calcularem la pèrdua de càrrega total del circuit format per capta-dors, canonades, valvuleria i del bescanviador, sumant els valors parcials tro-bats anteriorment.

A partir del valor total de pèrdues de càrrega buscarem el circulador capaç de subministrar el cabal de disseny i vèncer la resistència esmentada segons els gràfics subministrats pel fabricant de bombes.

En tot cas, caldrà considerar que la bomba circuladora presenti una potència elèc-trica inferior:

• En sistemes petits, 50 W o 2% de la màxima potència tèrmica dels captadors (500 W/m2).

• En sistemes grans 1% de la màxima potència tèrmica dels captadors (500 W/m2).

ExempleDe la bomba circuladora a partir de les dades dels elements següents que formen el circuit:

• Cabal necessari: 4 l/min.• Longitud de canonada: 60 m.• Material de canonada: coure 16 x 18 mm.• Pèrdua de càrrega amb un cabal de 4 l/min: 24 mm ca/m.• Valvuleria i accessoris: 20 colzes de 90º, 6 Tes de pas recte.Calculem les pèrdues singulars degudes als accessoris del circuit. En primer lloc,

buscarem la longitud equivalent de cada tipus d’accessoris a la taula 8.20.Pèrdua de càrrega de la bateria de captadors i del bescanviador: 290 mm cda.Sumant totes les pèrdues, obtenim la pèrdua total de càrrega, què és l’impedi-

ment que haurà de superar la bomba. Vegeu la taula 8.21.

A continuació, es dibuixa el punt de funcionament sobre les corbes de treball d’un circulador del mercat. Com es pot observar a la figura 8.4, la instal·lació de l’exemple s’acoblarà correctament a una de les corbes de funcionament d’aquest cir-culador en un punt proper als 2,3 m de cda ja que el cabal serà una mica més alt que el de disseny.

Caldrà, per tant, col·locar una vàlvula de regulació per a tancar el pas d'aigua del primari fins a ajustar la pèrdua de pressió a un valor que sigui suficient.

Temperatura 40ºC 50ºC 60ºC 70ºC 80ºC 90ºC

Dilatació (Fe) 0,8 % 1,2 % 1,7 % 2,3 % 2,9 % 3,6 %

Cd 0,008 0,012 0,017 0,023 0,029 0,036

Figura 8.4. Corbes de funcionament d'una

circuladora.

Taula 8.22.

Accessori Quantitat Longitud equivalent (m) Longitud equivalent total (m)

Colzes de 90º 20 0,70 14,00

T de pas recte 6 0,71 1,26

Vàlvula de comporta de ¾ 6 0,29 1,74

Vàlvula antiretorn York de ¾ 1 3,25 3,25

Bescanviador de l’acumulador 1 2,94 2,94

Total longitud equivalent [m] 23,19

Pèrdues lineals 60 m x 24 mmcda = 1.440 mmcda

Pèrdues singulars 23,19 m x 24 mmcda = 556,56 mmcda

Pèrdues en captadors i bescanviador 290 mmcda

Pèrdues totals 2.286,56 mmcda

Taula 8.20. Resum de la longitud dels accessoris.

Taula 8.21. Resum de pèrdues de càrrega.

H (m)

00

0,5

1

2

3

4

5

1.0 1.5 2.0 2.5


8.3.7. Dimensionament del vas d’expansió

Pel dimensionament del volum del vas d’expansió, cal conèixer la dilatació del fluid per l’efecte de la calor i la pressió a la qual estarà sotmès. D’aquí que calgui saber les dades de partida següents:

• Vt Volum total de fluid a la instal·lació (l).• Fe Dilatació del fluid en funció de la temperatura (%). Vegeu la taula 8.22.• Tm Temperatura mitjana del circuit (ºC).• Cd Coeficient de dilatació del circuit.• Pe Pressió d’ompliment del circuit (bar).• Pf Pressió màxima del circuit (tarat de la vàlvula de seguretat) (bar).Aquests paràmetres ens permetran determinar la capacitat del vas d’expansió,

amb la utilització de l’expressió següent:

Vv = Vu / Fp

On:• Vv, és la capacitat del vas d’expansió (l).• Vu, és el volum útil del vas d’expansió Vu = Vt x Cd.• Fp, és el factor de pressió en funció de la pressió absoluta inicial i la pressió

absoluta final Fp = 1-(Pai/Paf).Quan el volum resultant es trobi entre dos capacitats estandarditzades, s’ha d’es-

collir el valor immediatament superior.

Cal considerarCal tenir en compte, però, que en el cas de circuits tancats on es pugui produir canvi de fase (un fet que, ateses les altes temperatures d’estancament dels captadors que hi ha actualment al mercat, succeirà gairebé sempre), aquesta fórmula no serveix i s’han de fer càlculs molt més complexos.

Així, ens regirem per la nota número 2 del punt 3.4.7.2. de l’Apartat HE4 del CTE on se’ns indica que el vas d’expansió del primari haurà de compensar el volum del fluid termòfor a tot el grup de captadors, incloent-hi les canonades (a més d’altres elements com per exemple el bescanviador de l’acumulador) més un 10%; és a dir, un 110% del volum total del circuit primari. Per tant, haurem de consultar les fitxes tèc-niques dels captadors, de l’acumulador i de les canonades on se’ns indiqui el volum de fluid que tindrem en cada element.

8.3.8. Determinar el volum d’anticongelant

A les instal·lacions solars, el fluid termòfor serà habitualment una dissolució de pro-pilenglicol i aigua que farà baixar la temperatura de congelació de l’aigua i fer que n’augmenti la temperatura d’ebullició.

La proporció adequada de propilenglicol garantirà la protecció de la instal·lació dels efectes de congelació a una temperatura de 5ºC per sota de la temperatura míni-ma històrica registrada a la zona. A la taula següent es presenten els valors mitjans recomanables. Vegeu la taula 8.23.

ExempleProporció d’anticongelant a partir de les dades de l’exemple anterior, tenint en compte que:

• Localització: Barcelona.• Temperatura mínima enregistrada: -10ºC.Sobre aquesta base determinarem el percentatge d’anticongelant adequat:Temperatura de seguretat: temperatura mínima enregistrada -10ºC -5ºC = -15ºC.* Proporció d’anticongelant: 35%.En aquest cas, el volum útil serà de: Volum total del circuit primari 37,21 l x 0,35 = 13 l.

Densitat a 20ºC % de concentració Congelació ºC

1.023 25 - 10

1.029 30 - 14

1.033 35 - 17

Taula 8.24. Característi-ques de l'anticongelant.

Densitat a 20ºC % de concentració Congelació ºC

1.023 25 - 10

1.029 30 - 14

1.033 35 - 17

1.037 40 - 21

1.042 45 - 26

1.045 50 - 32

1.048 55 - 40

1.055 100 - 50

Taula 8.23. Valors mitjans recomanats de

propilenglicol.


9. Consultes recomanades

Pàgines webInstitut Català d’Energia (ICAEN): www.gencat.cat/icaenInstitut per a la Diversificació i Estalvi de l’Energia (IDAE): www.idae.esAssociació de Professionals de les Energies Renovables de Catalunya (APERCA): www.aperca.orgAsociación Solar de la Industria Térmica (ASIT): www.asit-solar.comEuropean Solar Thermal Industry Federation (ESTIF): http://www.estif.orgOficina de gestió empresarial (OGE): http://www.gencat.cat/ogeDepartament d’Innovació, Universitat i Empresa, Subdirecció General de Segu-retat Industrial de la Generalitat: http://www.gencat.cat/diue/ambits/empresa/seguretat/index.htmlInternational Energy Agency (IEA): http://www.iea.org/The European Commission Directorate-General for Energy and Transport: http://www.managenergy.net/index.htmlXarxa d’Escoles Solars a Catalunya (XESCA): http://www.xesca.net/

PublicacionsQuadern pràctic per a instal·lacions d’energia solar tèrmica, publicat per l'ICAEN, edició 2003.Atles de Radiació Solar a Catalunya, publicat per l'ICAEN, edició 2000.Els graus-dia de calefacció i refrigeració a Catalunya, resultats a nivell municipal, publicat per l'ICAEN, edició 2003.Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura, publicat per l'IDAE, revisió 2009.

Documents

Núm. 3 Energia solar tèrmica