Sistema Centralitzat d’Escalfament d’Aigua Calenta Sanitària amb …deeea.urv.cat/public/PROPOSTES/pub/pdf/457pub.pdf · 2009-09-22 · Sistema centralitzat d’escalfament d’aigua

Sistema Centralitzat d’Escalfament d’Aigua CalentaSanitària amb Energia Solar

per un Edifici de Quatre Habitatges

AUTORS: Marc Gasull i Escoda.DIRECTORS: Roberto Giral Castillón.

DATA: Setembre 2004

Sistema Centralitzat d’escalfament d’aigua Calenta Sanitària amb Energia Solar


MEMÒRIA DESCRIPTIVA

AUTORS: Marc Gasull i Escoda. DIRECTORS: Roberto Giral Castillón.

DATA: Setembre 2004

Sistema Centralitzat d’Escalfament d’Aigua Calenta Sanitària amb Energia Solar per un Edifici de Quatre Habitatges. Memòria descriptiva

ii

ÍNDEX _ 1.- Objectiu del projecte . . . . . . 1

2.- Titular del projecte . . . . . . . 1

3.- Situació. . . . . . . . . . 1

4.- Antecedents . . . . . . . . 2

5.- Descripció general . . . . . . . 6

5.1.- L’energia solar . . . . . . . 5

5.1.1.- Introducció . . . . . . . 5

5.1.2.- Aspectes energètics directes . . . . 5

a) Introducció a l’energia solar . . . . 5

b) La constant solar . . . . . . 6

c) L’espectre solar . . . . . . 6

d) Radiació solar . . . . . . 7

e) La radiació solar travessa l’atmosfera . . . 7

5.1.3.- Paràmetres de la posició Sol-Terra . . . 8

a) Les estacions . . . . . . . 8

b) Posicionament solar . . . . . . 9

5.1.4.- Com aprofitar l’energia solar . . . . 11

a) La natura en primer lloc . . . . . 11

b) Processos d’aprofitament artificials . . . 11

b.1) Absorció tèrmica directa . . . . 12

b.2) Conversió a energia elèctrica . . . 12

5.2.- El col·lector solar: generalitats . . . . . 13

5.2.1.- Què és un col·lector solar? . . . . . 13

5.2.2.- Tipus de col·lectors solars . . . . . 14

5.2.3.- El col·lector solar de placa plana . . . . 14

a) Funcionament teòric: l’efecte hivernacle . . . 14

b) Parts principals d’un col·lector . . . . 16

b.1) La coberta transparent . . . . 17

b.2) L’absorbidor . . . . . . 17


iii

b.3) L’aïllament tèrmic . . . . . 18

b.4) La carcassa protectora . . . . 18

5.2.4.- Funcionament del col·lector . . . . 18

a) Introducció . . . . . . . 18

b) Balanç energètic . . . . . . 18

c) Corbes de rendiment . . . . . 20

5.3.- Aprofitament de l’energia solar . . . . . 21

5.3.1.- Consideracions sobre a.c.s . . . . . 21

a) Obtenció d’a.c.s. . . . . . . 21

b) Estudi dels sistemes d’obtenció d’a.c.s. . . . 21

b.1) Retron de l’a.c.s a l’acumulador . . . 22

5.3.2.- Regles generals per un bon aprofitament de l’energia solar 22

a) Captació màxima d’energia . . . . 22

b) Complementació auxiliar d’energia . . . 23

5.3.3.- Transport de l’energia . . . . . 24

a) Termotranferència col·lector-acumulador . . 24

b) Circulació directa d’a.c.s. . . . . . 24

c) Circulació per termosifò . . . . . 25

d) Circulació forçada del fluid caloportador primari . 25

5.3.4.- Configuracions bàsiques amb sistema de recolzament . 25

a) Sistema energètic de recolzament . . . . 25

b) Sistema de recolzament amb escalfament instantani . 26

5.3.5.- Sistemes de control . . . . . . 26

a) Elements de control . . . . . . 26

b) Regulació diferencial . . . . . 26

c) Regulació per microprocessador o plc . . . 26

d) Aspectes a tenir en compte . . . . . 26

6.- Possibles solucions i solució adoptada . . . . 27

6.1.- Per començar ... . . . . . . . 27

6.2.- Situació del col·lectors . . . . . . 27

6.3.- Fluid caloportador . . . . . . 27

6.4.- Distribució de l’energia: Les canonades . . . . 28

6.5.- Acumulació d’energia . . . . . . 28


iv

6.6.- Energia de recolzament . . . . . . 28

6.7.- Fontaneria . . . . . . . . 29

6.8.- Sistema de control . . . . . . . 29

7.- Descripció general de la solució adoptada . . . 30

7.1.- Descripció general . . . . . . . 30

7.2.- Sistema hidràulic . . . . . . . 30

7.2.1.- Camp de col·lectors . . . . . . 30

7.2.2.- Circuit primari . . . . . . 30

7.2.3.- Circuit acumuladors . . . . . 31

7.2.4.- Circuit caldera . . . . . . 31

7.2.5.- Fontaneria . . . . . . . 31

7.3.- Sistema elèctric . . . . . . . 32

7.3.1.- Caixa de proteccions dels sistema: Quarta planta . 32

7.3.2.- Caixa de proteccions habitatges 1,2 i 3 . . . 32

7.3.3.- Distribució d’energia . . . . . 33

a) Línia quarta planta a col·lectors . . . . 33

b) Línies als habitatges . . . . . . 33

7.4.- Sistema de control . . . . . . . 33

7.4.1.- Els autòmats programables . . . . 33

7.4.2.- Línies de control . . . . . . 34

7.4.3.- Sensors . . . . . . . 35

8.- Prescripcions tècniques . . . . . . 36

8.1.- Normatives, reglaments, ordenances i plecs de condicions tèc. 36

9.- Posada en marxa i funcionament . . . . 37

9.1.- Control d’execució . . . . . . 37

9.2.- Posta en marxa de la instal·lació . . . . . 37

9.3.- Manteniment . . . . . . . 38

9.4.- Altres procediments . . . . . . 38

10.- Conclusions . . . . . . . . 38

11.- Resum del pressupost . . . . . . 39

12.- Bibliografia . . . . . . . . 40

12.1.- Llibres i publicacions . . . . . . 40


v

12.2.- Pàgines web . . . . . . . 40

12.2.1.- Energia solar . . . . . . 40

12.2.2.- Normatives i certificacions . . . . 40

12.2.3.- Materials . . . . . . . 41

12.2.4.- Altres . . . . . . . 41

12.3.- Col·laboracions . . . . . . . 41

Sistema centralitzat d’escalfament d’aigua calenta sanitària amb energia solar per un edifici de quatre habitatges. Memòria descriptiva

1

1.- Objectiu del Projecte L’objectiu del projecte és el disseny de la instal·lació d’un sistema d’aprofitament d’energia solar per la producció d’aigua calenta sanitària i l’automatització i control d’aquest per tal d’estalviar-ne al màxim, en un edifici ja existent . 2.- Titular del Projecte El titular i promotor de la instal·lació és el propietari de l’immoble Marc Gasull i Escoda, encarregat pel mateix. 3.- Situació La ubicació del sistema està situat al número 1 del carrer de la Cort de Valls, un edifici de finals del segle XIX, reformat a mitjans del segle XX. Ocupa un solar de 350 m² , amb una façana de 15 m al carrer de la Cort i de 20 m a la muralla de Sant Antoni. La part posterior de l’immoble el forma un pati de 100 m². Està format per diverses plantes segons s’indica a la Taula 1. Planta Superfície (m²) Descripció

Soterrani + pati exterior 150 + 100 Magatzem + celler

Baixa 252 Local

Primera 252 Habitatge 1

Segona 252 Habitatge 2

Tercera 252 Habitatge 3

Quarta 252 Habitatge 4

Golfes 125 Sotateulada

Coberta 65+177 Terrassa + teulada

Golfa Coberta 10 Sala dipòsits

Escales i patis 100 Replans + patis planta 1a

Total: 1862 m²

Taula 1: Superfícies habitatges L’edifici és d’un sol propietari, les plantes són habitatges de lloguer i ocupats per famílies, excepte l’ultima planta, on hi viu el propietari i administrador. L’edifici disposa de subministraments d’electricitat, amb la centralització al vestíbul de la planta baixa. El subministrament d’aigua és per aforament, havent-hi els dipòsits a la planta coberta junt amb la bateria de comptadors propietat de la finca. El subministrament de gas es fa per la façana i coberta, amb un únic muntant i comptador a la galeria de cada habitatge.


2

4.- Antecedents Els promotors d’aquesta instal·lació, essent conscients de que una instal·lació solar tèrmica representa un estalvi econòmic i energètic molt important i a la vegada un avanç i un compromís vers la conservació del medi ambient, van prendre la decisió de fer aquesta instal·lació sabent les dificultats tècniques que comporta adaptar un edifici ja construït. Al ser la planta quarta l’habitatge del propietari, permet administrar el control del sistema de d’aquest habitatge. Abans de continuar és força interessant conscienciar-se amb el tema amb el següent article: La implantació dels captadors solars tèrmics L’energia solar tèrmica per a la producció d’aigua calenta sanitària és viable, eficaç i neta. Després de dues dècades de promoció cal fer un pas endavant cap a la normalització. Els captadors solars tèrmics han de ser l’opció per defecte en els edificis de tot tipus i d’aplicació igual que ho són el de doble vidre, l’aïllament en les cobertes o els aparells de baix consum. La història ens mostra múltiples demostracions de la fascinació que l’home ha tingut en les diferents cultures per la capacitat de generar calor del sol. Des de la veneració de les cultures andines a l’arquitectura solar grega o romana, passant per les demostracions del poder del sol concentrat en enginys òptics o la creació d’espais benignes en hivernacles agrícoles. Ja fa més d’un segle que els primers industrials van començar a fabricar i vendre capses per capturar el sol en forma d’escalfament d’aigua, algunes empreses actuals d’àmbit internacional han complert ja més de 50 anys evolucionant aquestes capses, anomenades captadors solars plans. A Catalunya, sense anar més lluny, una de les empreses amb més implantació i tradició celebrà el 25è aniversari darrerament. Fins i tot els tecnològicament avançats captadors solars de tubs de buit, fa dècades que es troben al mercat. Això implica que puguem parlar de tecnologia madura i de professionals experimentats. Estem lluny de la visió tòpica de l’energia solar basada en l’autoconstrucció d’enginys casolans i hem arribat a la implantació de l’energia solar tèrmica en edificis d’habitatges comunitaris, en instal·lacions esportives, hospitals, hotels i indústries. Països de Centre Europa, poc assolellats, encapçalen els rànquings de superfície instal·lada a molta diferència tant pel que fa a instal·lacions realitzades com a evolució del mercat. L’aposta feta no ha estat suficient. Per què doncs, no veiem captadors solars en les cobertes de tots els edificis, integrats en les façanes o formant ombracles o pèrgoles, a Catalunya? La resposta no és simple, sinó que està matisada per diferents aspectes, però, indubtablement hi ha un aspecte molt important, l’aposta de la societat plasmada a partir del recolzament de les institucions no ha estat prou ferma ni continuada. Durant els anys 80 i 90 hem viscut campanyes públiques de difusió de les energies renovables en general i de l’energia solar tèrmica en particular, interessats i voluntaristes, però de poc abast, intermitents i amb minsos recursos. El resultat ha estat una percepció positiva per part del públic en general, molta gent coneix genèricament l’existència dels captadors tèrmics per a produir aigua calenta sanitària però pocs tenen la suficient


3

informació i les eines adients com per a fer l’opció activa d’adoptar aquesta tecnologia neta. S’imposa la normalització i l’adopció per defecte de l’estalvi i de la producció autòctona d’energia a partir de recursos nets i renovables. Els temps canvien, la societat evoluciona ràpidament i el nostre entorn també. L’adopció de compromisos vers la reducció de les emissions de gasos d’efecte hivernacle, l’oposició social a la utilització de la força per aconseguir combustibles i fins hi tot la manca de competitivitat i estabilitat basat en la dependència energètica externa fan imprescindible un gir en les actuacions de l’administració en tot l’àmbit energètic. El temps de la promoció ha arribat a la fi. S’imposa la normalització i adopció per defecte de l’estalvi i de la producció autòctona d’energia a partir de recursos nets i renovables. Un exemple clar el tenim a la ciutat de Barcelona. Diverses campanyes públiques de difusió i algun projecte de gran envergadura. L’entrada en vigor de l’Ordenança solar, que obliga a tots els edificis de nova construcció i/o rehabilitació a cobrir la producció de més del 60% del consum energètic per a l’aigua calenta sanitària amb captadors solars, ha multiplicat per 10 aquesta aplicació en tres anys i ha posat a Barcelona en la punta de llança d’un canvi social des de la base, als ajuntaments. Actualment hi ha un bon grup de municipis que han seguit l’estela de Barcelona, uns de grans com Madrid, Sevilla o Iruña, o d’altres de més petits com Cardedeu, Olesa de Montserrat o Sant Joan d’Espí, que té l’honor de ser el primer municipi on és va aplicar la obligatorietat donat que en la seva aprovació no hi havia període de carència. Aquests formen part, en realitat, d’un gruix de municipis que estudien aprovar normes urbanístiques similars en la propera legislatura; en aquest sentit es van pronunciar en el mes de febrer els 102 municipis signants de la Declaració de Rubí. D’ordenances, però, no n’hi ha dues d’iguals, ja que cada grup redactor ha interpretat l’esperit inicial a la seva manera. N’hi ha que no obliguen i que simplement redueixen els impostos a pagar en la tramitació de la llicència d’obres com Vilanova o Tarragona. D’altres obliguen només als edificis que tenen un consum energètic mig diari per l’escalfament de l’a.c.s. superior als 105, 160 o 293 MJ, equivalents al consum de 5, 8 o 14 habitatges respectivament, com Terrassa o Barberà del Vallès. Demostrada la bona pràctica de les ordenances i tenint en compte conceptes de justícia i igualtat social, les ordenances que s’aprovin a partir d’ara han de ser les anomenades “Sol per tothom”, és a dir, que obliguin absolutament a tots els edificis, sense distincions de dimensió ni d’ús a escalfar a.c.s. i a climatitzar piscines emprant captadors solars tèrmics, com fan per exemple, les ordenances de Cardedeu, Esplugues de Llobregat, Sabadell o Badalona. Cap on han d’evolucionar les ordenances? Està clar que les ordenances solars cobreixen actualment un impàs a nivell general, que el nou codi tècnic de l’edificació, les reformes en el Reglament d’Instal·lacions Tèrmiques en Edificis (RITE) assimilaran i unificaran en el territori. Evidentment, no sabem si seran quatre o vuit anys però les normes europees i/o nacionals hauran d’imposar l’obligatorietat de l’ús de la millor energia disponible en cada cas en els edificis. Aleshores les ordenances municipals, com a instruments de tramitació més àgil, donat que el món local és més propici als acords, podran mirar cap a altres objectius, com per exemple, la producció d’electricitat amb energia solar fotovoltaica, la cogeneració d’energia compartida, l’hidrogen o la utilització de vehicles d’emissió zero. De fet


4

l’ordenança solar de Rubí introdueix tímidament en la seva aprovació inicial les instal·lacions fotovoltaiques en determinades circumstàncies. Les ordenances solars només són un instrument, que potser analitzat de manera aïllada pot semblar anecdòtic i insignificant però què, afegit a un pla d’eficiència energètica municipal, bones eines de finançament, l’educació ambiental, bonificacions fiscals i campanyes de difusió poden permetre que un municipi de 200.000 habitants pugui estalviar-se anualment més d’un milió d’euros anuals en factures energètiques i alhora evitar l’emissió a l’atmosfera de 8.000 tones de gasos d’efecte hivernacle, creant al mateix temps ocupació i estabilitat. En aquest àmbit han de jugar un paper principal les agències locals de l’energia. Pere Soria. Director de l’Aula d’Estudis de l’Energia RUBI+D


5

5.- Descripció General Abans de continuar seria bo fer una descripció general de l’energia solar i com utilitzar-la, fixant-se més en l’energia solar tèrmica de baixa temperatura: Els col·lectors plans. Com utilitzar-los per captar energia i acumular-la en forma d’aigua calenta sanitària. 5.1.- L’energia Solar 5.1.1.- Introducció A l’univers hi ha milers d’estrelles, la majoria de les quals no les veiem, i la més propera és el Sol. Al mateix temps, aquesta és la més important per a nosaltres, ja que ens dóna la vida. És una estrella del tipus mitjà, i el seu radi és de 700.000 km, amb una massa superior a la de la terra en 300.000 vegades. Té més de 5.000 milions d’anys, i afortunadament, encara li queda molta més vida. De no ser per aquesta petita estrella, tant propera a nosaltres, el nostre planeta seria un desert on no existiria la vida. Al Sol li devem les estacions, les transformacions energètiques útils per a la nostra evolució i benestar... fins hi tot fa un parell de mil·lenis se li donava culte, considerant-se’l un Déu en moltes civilitzacions. 5.1.2.- Aspectes energètics directes a) Introducció a l’energia solar L’energia solar es produeix per les reaccions nuclears de fusió que tenen lloc a l’interior del Sol a gran profunditat. Els àtoms d’hidrògen es combinen entre si per a formar àtoms d’heli, alliberant energia. Aquesta energia va des de l’interior fins a la superfície solar o fotosfera, i des d’allà s’irradia en totes direccions. L’energia que s’irradia arriba a la Terra a través de l’espai en quants d’energia, anomenats fotons. L’energia E d’un fotó s’expressa mitjançant la següent equació:

vhE ⋅= (1)

On: h = Constant de Plank equivalent a 6,626·10-34 J·s v = Freqüència del fotó (Hz) Els fotons es desplacen a una velocitat de 300.000 km/s, per tant triguen uns vuit minuts en arribar a la Terra, que està a 150 milions de quilòmetres del Sol. El Sol irradia en totes les direccions, i en un segon emet una energia de 4·1026 J, generant una potència de 4·1023 kW. Per a fer-nos una idea de la quantitat d’energia irradiada, direm que totes les plantes industrials del món generen una potència 200 bilions de vegades més petita. L’energia irradiada pel Sol en un segon és molt més abundant que la consumida per tota la humanitat, des de la creació de la Terra fins als nostres dies.


6

b) La constant solar L’energia solar està repartida en una superfície en forma d’esfera, ja que el Sol irradia energia en totes les direccions. La intensitat de radiació serà major com més a prop del Sol s’estigui, i menys com més ens allunyem del Sol, al repartir-se sobre una superfície cada cop més gran. Per tant, la radiació es debilita al allunyar-se del Sol. El valor aproximat de la intensitat a la distancia del Sol a la que es troba el nostre planeta es calcularà mitjançant la següent fórmula:

SP

I = (2)

On: P = Potència emesa: 4x1026 W

S = Superfície de l’esfera (S= 4pR2 ) amb una mitjana de R=1,5·1011 metres (distancia mitjana de la Terra al Sol).

Per tant:

223211

26

mkW4,1mW104,1)105,1(4

104=⋅≈

⋅⋅

=π

I (3)

Aquest valor (3) és similar al mesurat pels satèl·lits a l’espai, just sobre l’atmosfera. Aquest valor, o valor mitjà, s’anomena constant solar i és de 1.353 W/m². Aquesta constant té alguna variació, degut a que la distància entre el Sol i la Terra varia segons en quin punt de l’òrbita es trobi el planeta, així doncs al desembre i gener, la distància és més gran i el seu valor disminueix, mentre que al juny i juliol succeeix el contrari. c) L’espectre solar Es defineix la irradiació E com a quantitat d’energia radiant que arriba a una superfície determinada en un temps determinat. Per tant, direm que és l’energia que incideix sobre una superfície. Es podrà expressar com:

tSE

ItSIE⋅

=→⋅⋅= (4)

On: E = Energia, expressada en J (1 cal = 4,18 J) I = Intensitat de radiació, en W/m² S = Superfície. m² t = Temps de radiació en segons. Caldrà tenir en compte que la intensitat respecte a una superfície variarà segons l’angle (a) de la normal a la superfície i els raigs solars, per tant:

αcos' ⋅= II (5)


7

Això produeix que els raigs solars escalfin molt més al migdia que a les primeres i últimes hores del dia. També s’ha de nomenar l’energia difusa, definida com l’enviada per la cúpula celest, i la d’albedo, que és la reflectida pels cossos, i que s’ha de sumar a la directa i a la difusa. Com més clar sigui el color del cos, més gran serà el seu alberdo. Aquesta última forma d’energia és despreciable en un col·lector solar aïllat, de forma que només es té en compte quan hi hagi parets blanques al seu darrere, però això només proporcionarà un petit increment energètic. d) Radiació solar S’ha pogut deduir que la temperatura a la superfície del Sol és de 5.900 K, essent molt superior al seu interior (20 milions de graus Kelvin a les seves regions centrals), la qual cosa significarà que l’emissió de radiació d’un cos negre ideal serà similar a la del Sol. Sabem que l’esmentada emissió es descriu amb un espectre d’intensitat radiant, el qual diu en quina proporció han de situar-se les diferents longituds d’ona de les que es compon la radiació. Un gran nombre dels fotons que el Sol emet tenen una longitud d’ona compresa entre 0,3 µm i 3 µm, encara que només les que estan entre 0,4 i 0,7 µm poden ser captades per a l’ull humà, és el que s’anomena llum visible. La llum no visible o la que no està entre 0,4 i 0,7 µm, també és energia i per tant també s’ha de tenir en compte. e) La radiació solar travessa l’atmosfera L’atmosfera és un obstacle a la radiació solar. A la part superior dels núvols hi ha una important reflexió de l’energia solar, i una mica més avall hem de tenir en compte la absorció d’una altra part de l’energia per les molècules que formen l’aire de l’atmosfera. En un dia serè, possiblement arribi molta energia, però poques vegades s’aconsegueixen valors de 1000W/m2 . També hem de pensar que la trajectòria de l’energia solar no és recta, ja que a l’arribar a l’atmosfera rebota, i es produeixen canvis importants en la seva direcció. A part de que aquesta energia arriba també a la superfície, no ho fa com si arribés del Sol, sinó que ho fa com si ens vingués de la cúpula celest. A aquesta radiació se la coneix amb el nom de radiació difosa, i la que arriba directament del Sol s’anomena directa (arriba en línia recta). Sumant totes les radiacions, s’obtindrà la radiació total, que és la que ens interessa. Una altra dada que cal esmentar és que la radiació difosa és la que fa que un cos rebi sempre energia per tots els costats, fins hi tot per les que no hi arriba l’energia directa.


8

Figura 1: Energia rebuda en un dia. Línia contínua a l’equador, la de traços la nostra latitud i la de punts el Pol Nord.

En dies ennuvolats, l’única forma d’energia, és la difosa, que es filtra per la cúpula celest i la capa de núvols. Aquesta radiació és una tercera part de tota la radiació rebuda en tot l’any. En els dies clars, l’energia directa és molt més gran. Una altra dada a tenir en compte és la de l’energia no visible, que arriba quasi al 40% de la radiació que arriba a la Terra, tenint una gran importància per a l’estudi de l’energia solar. 5.1.3.- Paràmetres de la posició Sol-Terra Sabem que el Sol surt per l’Est i es pon per l’Oest, i que s’eleva més o menys, depenent de l’estació en què estiguem. Fa molt temps es creia que el Sol es movia, però en l’actualitat es sap que aquest moviment aparent, és degut al moviment de la Terra, girant una vegada cada 24 hores. Però per estudiar aquest fenomen, anem a suposar que l’element que es manté immòbil és la Terra, i és el Sol el que gira al seu voltant. a) Les estacions La Terra es mou en una òrbita en forma d’el·lipse al voltant del Sol Figura 2. L’eix de rotació de la Terra forma un angle de 23,5º, amb la normal al pla de l’el·lipse, i és responsable de la durada del dia i de la nit a les diferents estacions de l’any. L’equinocci és quan hi ha el mateix temps de foscor que de llum, i acostuma a ser el 21 de Març i el 23 de Setembre (principi de primavera i tardor). En el solstici d’estiu tenim el dia més llarg, i és el 21 de Juny, mentre que el de menor durada és el 22 de Desembre: el solstici d’hivern. Les estacions queden delimitades pels equinoccis i els solsticis. A la següent figura es pot estudiar la trajectòria de la Terra al voltant del Sol i com es succeeixen les estacions.


9

Figura 2: Òrbita terrestre

L’estiu ocupa una amplia trajectòria, i el Sol s’eleva sobre la volta del cel, situant-se durant molt de temps sobre l’horitzó. A l’hivern serà el cas contrari. b) Posicionament solar Per tal de saber amb precisió en quina posició està el Sol a cada instant respecte a un observador immòbil, s’utilitza l’altura solar h i azimut solar A.

Figura 3: Altura solar

A la figura 3, l’alçada solar (h) és l’angle que formen els raigs solars amb la superfície horitzontal. L’angle zenital o distància zenital, és el que forma el raig amb la vertical, és a dir, el complement de l’alçada, tal i com mostra la figura anterior. L’azimut solar (A) és l’angle de gir del Sol mesurat sobre el pla horitzontal mitjançant la projecció del raig sobre l’esmentat pla, i prenent com a origen el Sud. A la figura 4 es pot veure gràficament l’altura i l’azimut, aquest serà negatiu quan el sol estigui a l’Est (al matí).


10

Figura 4: Altura i azimut

Tant l’altura com l’azimut en un instant seran diferents per dos observadors que es trobin a diferents punts de la terra, per tant es tindrà en compte per a quina latitud geogràfica s’han calculat. El nombre d’hores teòriques de sol serà el temps que hi ha entre la matinada i la posta de sol. Per tant, la duració del dia serà l’espai de temps que hi ha entre els dos punts oposats que es troben a l’horitzó. Aquesta duració (figura 5)dependrà del punt geogràfic i de l’època de l’any, i no s’han de confondre amb el període total de vint-i-quatre hores que dura un gir de la terra.

Figura 5: Duració del dia durant un any (latitud aprox 40º)


11

5.1.4.- Com aprofitar l’energia solar La radiació solar és la principal font energètica de totes les energies conegudes, incloses les associades a processos vitals. a) La natura en primer lloc Un terç de la radiació que ens arriba és retornada a l’espai per reflexió. Quasi la meitat es transforma en calor al ser absorbida per l’atmosfera, sòl i mar. La quarta part s’utilitza en l’evaporació de l’aigua dels oceans, llacs i rius, així com en el procés hidrològic complet (cicle de l’aigua). Una quantitat quasi menyspreable és la responsable dels moviments atmosfèrics i de l’oceà, i només dues centèsimes de l’energia que ens arriba s’utilitza en la producció de matèria viva. A part dels processos químics i lluminosos de menor importància, aquest és l’únic procés natural, i no és necessari que es converteixi abans en energia tèrmica, com sol passar en la resta de processos. Les plantes verdes tenen clorofil·la, i utilitzen els fotons per a fer la síntesis d’hidrats de carboni, partint del diòxid de carboni de l’atmosfera i de l’aigua, i produint oxígen. L’energia solar s’emmagatzema en els hidrats de carboni que s’han produït, els quals alliberen l’energia al trencar-se quan la planta es destrueix. Per això hi ha un equilibri energètic, ja que la planta acaba retornant al sistema tota l’energia que recull. Si les plantes es destrueixen sota terra, no poden generar tota l’energia que emmagatzemen, i amb el temps acaben formant-se combustibles fòssils. D’aquests combustibles, l’home ha obtingut la seva energia per a desenvolupar la civilització humana. Aquest capital energètic emmagatzemat dia a dia no pot durar molt de temps, degut a que les necessitats augmenten per l’ús il·limitat de la societat industrial que tenim. Avui dia encara s’acumula energia, però de forma lenta, per tant aviat existirà un dèficit lògic. Els animals, al alimentar-se de les plantes, utilitzen l’energia que tenen amb l’ajuda de processos metabòlics. L’esmentada energia s’utilitza en el treball mecànic produït pels músculs, en la síntesi de proteïnes o dels teixits, i en la producció de calor. L’energia que té el cos humà també té el seu origen al Sol. b) Processos d’aprofitament artificials Aquests processos intenten aprofitar al màxim l’energia solar per a obtenir una altra forma d’energia que podem utilitzar. La conversió és directa si la fem en una sola etapa, al passar del fotó de llum solar a la forma final que nosaltres poguem utilitzar. Serà indirecta quan el canvi el fem en dos o més passos. L’energia solar es pot transformar en energia tèrmica i elèctrica d’una manera directa, sent els processos actuals més importants. De manera indirecta, es pot produir energia útil a través de processos intermitjos com el vent, en què la seva energia es pot utilitzar amb altres finalitats. Altres processos poden ser els termodinàmics, on l’energia tèrmica es transforma en cinètica i acaba produint energia elèctrica.


12

b.1) Absorció tèrmica directa La radiació solar escalfa el cos sobre el qual incideix, i la quantitat d’energia que aquest cedeix depèn de la capacitat i de l’absorció del cos en qüestió. Si un cos és molt reflectant, no s’escalfarà gairebé gens, i si en canvi el cos és poc reflectant, l’absorbirà gairebé tota. Un cos obscur té aspecte obscur perquè la seva superfície absorbeix l’energia solar i no s’irradia llum visible. Per aquest motiu el veiem negre, perquè no emet llum visible. Si un cos és blanc, és per que reflexa la llum d’una manera desmesurada. Per aquest motiu, si es sotmet a radiació solar dos objectes iguals, un de blanc i un de negre, al mateix temps, podrem comprovar que el negre s’escalfarà abans que l’altre. Per a la recollida directa d’energia solar, es requereixen dispositius artificials anomenats col·lectors solars. L’energia, un cop recollida, s’utilitza en diferents processos tèrmics, utilitzant-se per a escalfar un gas o un líquid que després es distribueix. Es pot optimitzar l’eficàcia d’un col·lector amb tècniques basades en efectes físics, per exemple l’efecte hivernacle, el qual evita que l’energia tèrmica s’escapi del col·lector, essent utilitzat en la major part dels col·lectors solar que hi ha avui en dia. També s’utilitza la concentració dels raigs solars amb ajuda de miralls en forma de corba i amb ajuda de lents per tal d’elevar la intensitat de la radiació incident sobre la superfície que absorbirà l’energia solar. Aquests són els sistemes de concentració els quals impliquen una major complexitat tecnològica i el seu ús està restringit per a aplicacions especials. b.2) Conversió a energia elèctrica Els dos sistemes per excel·lència són: el fotoelèctric extern i el fotovoltaic. El primer consisteix en l’alliberació d’electrons a la superfície dels metalls, els fotons d’energia, al topar amb l’esmentada superfície, donen lloc a un corrent elèctric anomenat fotoelèctric. Les cèl·lules que porten aquest nom es basen en aquest efecte. Però és més interessant l’obtenció d’energia elèctrica mitjançant l’efecte fotovoltaic. Abans que tot s’haurà de veure algunes característiques dels semiconductors, els quals són capaços de crear una força electromotriu sota certes circumstàncies. Alguns semiconductors són elements químics purs, com són el silici, bor… i altres són compostos químics com l’arseniur de gali. Al posar-se en contacte un semiconductor N amb un altre P, es pot forçar a perdre o a guanyar electrons. Si es posa en contacte els dos tipus de semiconductors, s’obté una unió P-N, la qual tindrà unes propietats especials. Tant els elements que hi ha en excés per el semiconductor N com els que no té el P, tendeixen a difondre’s en la superfície comú de separació o frontera. Cada semiconductor és un cos neutre, la qual cosa fa que aquesta difusió d’electrons i forats per a que N es carregui amb càrrega positiva i el P amb negativa, crea una diferència de potencial d’alguna dècima de volt. Si arriba llum a una unió d’aquest tipus, els fotons alliberaran electrons addicionals, al mateix temps que deixen forats en el seu lloc. Aquests parells d’electro-forat del camp elèctric tenen un moviment i es poden recollir amb l’ajuda d’un conductor. Així doncs ja tenim energia elèctrica. Per tant, l’energia elèctrica prové dels fotons de la llum. Les cèl·lules fotovoltaiques subministren un voltatge proporcional a la intensitat incident, encara que no són capaces d’aprofitar totes les longituds d’ona que els hi arriben. Segons la substància, tindran una o altra efectivitat, entre els 3.000 i els 11.000 Angstoms (Å), amb un màxim d’eficàcia al voltant dels 8.000 Å (1 Å =10-10 m).


13

5.2.- El Col·lector Solar: Generalitats 5.2.1.- Què és un col·lector solar? Un col·lector solar és l’encarregat de captar la radiació solar i convertir la seva energia en energia calorífica. Un cos exposat al sol rep flux energètic E, amb el qual s’escalfa. Al mateix temps es produeixen pèrdues tèrmiques per radiació, convecció i conducció, les quals creixen quan la temperatura del cos també creix. Hi haurà un instant en que les pèrdues tèrmiques Ep siguin iguals als guanys deguts al flux que incideix E, arribant a l’anomenada temperatura d’equilibri tc. Per tant, tindrem que:

E = Ep quan T = tc La temperatura d’equilibri per als col·lectors no acostuma a ser massa alta, sent generalment inferior als 100º C per a valors d’intensitat de radiació I de l’ordre dels 1000 W/m². Però si s’aconsegueix treure una part de calor produït en el cos per la radiació incident de forma contínua per tal d’aprofitar-lo com a energia utilitzable, es canviaran les condicions d’equilibri anteriors, resultant la següent equació:

Up EEE += (6) On: EU = L’energia neta extreta del cos. Ara, Ep és menor, ja que no tota l’energia incident es perd, sinó que una part és aprofitada: llavors es dirà que el cos s’ha convertit en un col·lector solar. La temperatura del cos o de treball del col·lector serà menor que la temperatura d’equilibri del cas anterior, donat que l’esmentada temperatura es decrementa amb Ep. En un col·lector solar, l’energia EU surt del col·lector a través del fluid caloportador que el travessa, recollint part de la calor produida i portant-la a un altre lloc on serà acumulada. Com més gran sigui la diferència entre la temperatura d’utilització i la temperatura ambient, hi haurà majors pèrdues tèrmiques i, per tant, menys energia útil que el fluid caloportador i serà capaç d’extreure. Com que el rendiment del col·lector es defineix com el quocient entre l’energia útil obtinguda i l’energia solar incident, aquest disminueix a mesura que la temperatura d’utilització augmenta. La temperatura que aconsegueix el fluid caloportador mai podrà ser, per un col·lector determinat, igual o superior a la seva temperatura d’equilibri, ja que un cos que cedeix calor a un fluid que està en contacte amb ell mai pot ser capaç d’elevar la temperatura de l’esmentat fluid mes que la seva pròpia temperatura. De l’exposat anteriorment, des del punt de vista energètic, interessa fer treballar els col·lectors a la temperatura més baixa possible, sempre i quant l’esmentada temperatura sigui la suficient com per ser utilitzada sota les condicions necessàries i especifiques de cada cas.


14

5.2.2.- Tipus de col·lectors solars Hi han molts tipus de col·lectors solars, depenent de les finalitats a que es vagin a dedicar, de les característiques en cada una de les seves principals parts, del material del que està format l’esmentat col.lector... Primerament, farem dos grans grups:

1- Col·lectors sense concentració 2- Col·lectors amb concentració (no son el principal objectiu d’aquest projecte).

Del primer cas, que és el que anirem a estudiar, el model més usual és el col·lector de placa plana (c.p.p), degut al seu aspecte físic. Normalment una de les seves cares està formada per una coberta transparent de vidre o plàstic, encara que no existeix en tots els models que hi ha al mercat. La invenció del col·lector solar amb fluid líquid es deu a l’investigador H.B Saussure, a la segona meitat del segle XVIII, i a d’altres, com Herschel (1873) i Tellier (1885), els quals idearen uns col·lectors molt semblants als que podem veure en l’actualitat. Però fou Clarence M. Kemp, qui el 1892 el va construir per primer cop per posar-lo a la venda, el primer col·lector solar d’aigua calenta. 5.2.3.- El col·lector solar de placa plana a) Funcionament teòric: l’efecte hivernacle Tenint un col·lector al sol sense circulació de fluid en el seu interior. La temperatura de l’absorbidor anirà creixent contínuament, i també les pèrdues per conducció, convecció i radiació, ja que s’incrementen amb la temperatura. Arriba un moment en que les esmentades pèrdues son iguals a l’energia que el absorbidor rep del sol, i la seva temperatura s’estabilitza, arribant a la temperatura d’equilibri estàtica tc. La temperatura d’equilibri estàtica serà més baixa com més fred hi hagi a l’ambient. Per això, el que importa en la pràctica no és la temperatura d’equilibri de l’absorvidor, sinó la diferència entre aquesta i la temperatura exterior, ta , en els voltants del col·lector. La velocitat del vent és un altre factor que cal tenir en compte, ja que com major sigui, majors seran les pèrdues de calor per convecció, i per tant hi haurà una disminució en la temperatura de l’absorbidor. Si es deix circular el fluid caloportador per l’interior del col·lector, entrant per un orifici i sortint per un altre, l’esmentat fluid, al passar en contacte amb la part inferior de l’absorbidor, pren calor del mateix i augmentarà la seva temperatura. Si es manté la circulació del fluid sota condicions estacionàries o constants, hi haurà un moment en que es tornarà a arribar a una temperatura d’equilibri dinàmica tc (més baixa que la temperatura d’equilibri estàtica) que es mantindrà mentre no variïn les condicions de radiació i la resta de factors influents (velocitat de circulació del fluid, vent, temperatura ambiental...). La temperatura que pot arribar a aconseguir el fluid serà menor que la del absorbidor, a causa de les característiques físiques pròpies del fenomen de la conducció del calor, que és la forma en que aquest es transmet entre l’absorbidor i el fluid. A part de que la temperatura no és la mateixa en tots els punts del fluid que circula sota l’absorbidor, sempre s’utilitzarà una temperatura mitjana, la qual es comprova


15

experimentalment, i que pot identificar-se amb la mitjana de temperatures del fluid caloportador a l’entrada te, i a la sortida ts, del col·lector:

2se

m

ttt

+= (7)

La màxima temperatura que un col·lector és capaç d’aconseguir serà igual a la temperatura d’equilibri estàtica, temperatura que s’ha de conèixer per les següents questions:

• Quan la instal·lació solar estigui parada, per la causa que sigui, aconseguirà la temperatura d’equilibri estàtica. Aquest cas s’acostuma a donar durant l’estiu, i s’haurem de prendre les mesures pertinents (per evitar sobrepressions excessives).

• La temperatura màxima teòrica d’utilització de la instal·lació serà inferior a la temperatura d’equilibri estàtica.

Una altra dada a tenir en compte és l’anomenat efecte hivernacle. Per, explicar-lo, cal dir que la radiació electromagnètica, al arribar a un cos, pot ser absorbida d’una forma total o parcial. Una part es reflexa i d’altra pot traspassar el cos sobre el que incideix aquesta radiació. La proporció en que es produeixen els casos abans explicats depèn de la naturalesa del cos, de l’estat de la superfície, de l’espessor traspassat, de la longitud d’ona de la radiació i de l’angle d’incidència del raig respecte a la superfície del cos. L’energia que és absorbida fa que el cos s’escalfi i emeti radiació, la qual tindrà una longitud d’ona que dependrà de la temperatura del mateix. I segons aquest concepte, s’anomenarà cos transparent al que deixi passar la radiació electromagnètica. Alguns cossos són transparents només per certes zones de l’espectre, resultant opaques per altres. Per exemple, el vidre és transparent entre 0,3 i 3 µm, sent opac per longituds d’ona més grans. La major part de l’espectre solar està comprès entre 0,3 i 2,4 µm, per tant la llum solar el traspassa sense problemes (absorbint i reflectint una petita part). En un col·lector amb coberta de vidre, l’absorbidor, que es la part del col·lector (metàl·lica) on s’efectua la conversió de l’energia solar a tèrmica, es situa just sota la coberta a pocs centímetres del vidre. Un cop traspassat el vidre, la radiació arriba a la superfície de l’absorbidor, el qual s’escalfa i a l’hora emetent radiació amb una longitud d’ona al voltant de 4,5 i 7,2 µm (valors en que el vidre és opac). La radiació que emet l’absorbidor va al vidre on una part és reflectida per la superfície interior d’aquest, i la resta és absorbida, i , per tant no arriba a l’exterior, escalfant-se el vidre i emetent radiació al mateix temps. De la radiació emesa, més o menys el 50% retorna a l’interior per tornar a escalfar encara més la superfície de l’absorbidor provocant l’efecte hivernacle:


16

Figura 6: Efecte hivernacle:

1- Coberta transparent 2- Placa absorbidora 3- Aïllament 4- Radiació reflectida a l’interior del col·lector 5- Radiació emesa per la coberta del col·lector

Però la coberta transparent no només produeix l’efecte hivernacle, sinó que a més a més redueix les transferències tèrmiques per convecció entre col·lector i l’exterior. b) Parts principals d’un col·lector Per escollir correctament un col·lector, s’han de conèixer cada un dels elements que el componen. Això resultarà molt útil per saber la qualitat de cada col·lector a l’hora d’escollir i veure quin és el més adequat a les condicions ambientals locals, a la instal·lació on estan destinats i al pressupost disponible. El col·lector de placa plana està format pels següents elements:

1. La coberta transparent 2. L’absorbidor 3. L’aïllament 4. La carcassa

Figura 7: Perfil del col·lector de placa plana


17

b.1) La coberta transparent Les principals característiques que ha de tenir la coberta són:

a) Provocar l’efecte hivernacle i reduir les pèrdues per convecció b) Assegurar l’estanquitat del col·lector a l’aigua i l’aire junt amb la carcassa i les

juntes. L’efecte hivernacle dicta les principals qualitats físiques que ha de tenir la coberta:

• Tenir un coeficient de transmissió alt per la radiació solar (0,3 a 3 µm) • Tenir un coeficient de transmissió alt per ones llargues emeses per

l’absorbidor (>3 µm) • Coeficient de dilatació petit per evitar deformacions a causa de la diferència

de temperatura entre l’interior i l’exterior del col·lector. • Superfície on sigui dificil l’adhesió de brutícia.

Per reduir les pèrdues per convecció, s’acostuma a utilitzar una coberta doble, o incrementar el gruix del material transparent... però aquestes solucions augmenten les pèrdues per absorció del flux solar incident. El millor material per la coberta és el vidre, utilitzant vidres de recuits o trempats per millors qualitats òptiques i mecàniques. Alguns plàstics també es poden usar. b.2) L’absorbidor L’absorbidor rep la radiació solar per a transformar-la en calor i transmetre-la al fluid caloportador. Hi ha molts tipus d’absorbidors, destacant-ne alguns:

• Dues plaques metàl·liques separades varis mil·límetres per on circula el fluid caloportador.

• Una placa metàl·lica (absorbidor) amb tubs soldats on passa el fluid • Absorbidors de plàstic usats en climatització de piscines.

L’absorbidor té un paper primordial en l’eficàcia del col·lector, s’han de prestar atenció, per tant, a les característiques i a la qualitat dels materials.

• Les pintures fosques o de color negre absorbeixen molt bé la radiació solar (coeficient d’absorsió al voltant de 0,9) però tenen pèrdues per emissió bastant elevades, sobretot a altes temperatures. Existeixen superfícies selectives formades per vàries capes que redueixen les pèrdues, però el seu cost és més elevat.

• Si la instal·lació ha de funcionar per termo-sifò, serà necessari que la pèrdua de càrrega no superi els 3 mm.c.d.a per m² de col·lector, per aconseguir una bona circulació de fluid. En la circulació forçada, la pèrdua de càrrega no és crítica.

• Cal reduir la inèrcia tèrmica (capacitat baixa) per guanyar ràpidament temperatura sobretot al indrets amb alternances de radiació.

• Cal un bon contacte entre l’absorbidor i el fluid caloportador. Bones soldadures, o plaques de doble làmina minimitzen les pèrdues, així com escollir un líquid amb bones propietats tèrmiques.


18

• El perill de les incrustacions i de corrosió també són un problema. Cal tenir en compte que no es aconsellable utilitzar coure i ferro en una instal·lació solar evitant-se molts problemes d’aquest tipus.

• Cal evitar els ponts tèrmics entre l’absorbidor i l’exterior.

b.3) L’aïllament tèrmic L’absorbidor està protegit en la seva part posterior contra les pèrdues tèrmiques per un aïllament que ha de ser molt eficaç. Les pèrdues posteriors són les que es donen fora de la cara davantera. Aquestes pèrdues a la pràctica poden tenir importància encara que hi hagi aïllament. Les característiques que han de tenir els aïllaments seran:

• Cal pensar en aïllaments resistents a temperatures superiors als 150ºC. Una làmina reflectant entremig pot produir un efecte de reflexió a la radiació dels tubs, tot hi escalfar-se per convecció.

• Hi ha aïllants que poden desprendre vapor, els quals es poden condensar a la superfície interior de la coberta.

• Envelliment. Convé comprovar que l’aïllament no es faci malbé. • La protecció dels aïllants a la humitat també és necessària, ja que es podrien

humitejar i fer-se malbé. Uns forats a la part baixa de la carcassa, permetrien la ventilació i evaporació de la humitat.

b.4) La carcassa protectora La missió de la carcassa és la següent:

• Protegir i aguantar sobre si mateixa el pes de tots els elements del col·lector. • Actua d’enllaç entre el col·lector i l’edifici.

Cal pensar en la seva durabilitat i amb la dels suports a la qual està fixada amb l’edifici i que ha de mantenir les característiques durant un llarg període de temps malgrat les inclemències de la intempèrie. 5.2.4.- Funcionament del col·lector a) Introducció El col·lector solar és una màquina tèrmica sotmesa a condicions de treball molt diverses, i per poder realitzar un estudi de simple comportament, caldrà suposar unes condicions estacionàries i uns valors mitjans constants per a cadascun dels paràmetres que intervenen. b) Balanç energètic El balanç energètic d’un col·lector pla és el següent:

21 QQQ &&& += (8)


19

On: 1Q& = Energia incident total (directa + difusa + albedo) per unitat de temps Q& = Energia útil (recollida pel fluid caloportador) per unitat de temps. 2Q& = Energia perduda per dissipació a l’exterior per unitat de temps L’energia útil del col·lector per unitat de temps, és la diferència entre l’energia absorbida i la dissipada.

21 QQQ &&& −= (9) L’energia incident per unitat de temps ( 1Q& ) és el producte de la intensitat I (W/m²) per la superfície. No tota la 1Q& incident serà absorbida per l’absorbidor. En primer lloc, en cas d’existir coberta, s’ha de comptar amb la seva transmitància, la qual deixarà passar només una part de l’energia (tSI). Per altra banda, el coeficient d’absorció a de la placa absorbidora no serà mai igual a ú, per tant, la fracció d’energia absorbida serà:

SIQ a1 τ=& (10) Respecte a l’energia perduda per unitat de temps ( 2Q& ), té un càlcul molt complex ja que s’han de tenir en compte les pèrdues per radiació, convecció i conducció. S’engloba tot dins d’un coeficient global de pèrdues U, mesurat experimentalment i subministrat pel fabricant (donant resultats molt aproximats als valors reals). El coeficient U ha de ser multiplicat per la diferència de temperatures i per la superfície del col·lector, ja que les unitats són W/m²·ºC, és a dir, pèrdues per m² per ºC, per tant resultarà:

)(2 as TTSUQ −=& (11) L’energia útil, per tant, serà:

)(a ac TTSUSIQ −−= τ& (12)

[ ])()a( ac TTUISQ −−= τ& (13) On: S = Superfície del col·lector

I = Radiació incident total sobre el col·lector per unitat de superfície o intensitat de radiació (W/m²).

t = Transmitància de la coberta transparent. a = Coeficient d’absorció de la placa absorbidora. U = Coeficient global de pèrdues (W/m²·ºC). Tc = Temperatura de la placa absorbidora (ºC). Ta = Temperatura ambient (ºC).

La temperatura mitjana de la placa absorbidora és difícil de calcular, i s’hauria de fer amb varis sensors. Una forma senzilla de calcular aquesta temperatura és trobant la mitjana (Tm) entre la temperatura del fluid caloportador a l’entrada (Te) i a la sortida (Ts) del col·lector. Si es vol substituir la temperatura de la placa absorbidora (Tc) per la mitjana del fluid caloportador (Tm), caldrà introduir un nou factor de correcció, FR, anomenat factor


20

d’eficàcia, i que disminueix el valor de Q& . Aquest factor depèn principalment de les característiques de la placa. Per tant l’equació 13 quedarà:

[ ] [ ])()a()()a( amRRamR TTUFIFSTTUISFQ −−=−−= ττ& (14)

[ ])()a( amLR TTUIFSQ −−= τ& (15)

Coneguda com equació de Bliss (15), en la que el coeficient de pèrdues U es transforma en UL.

c) Corbes de rendiment Els col·lectors s’acostumen a provar sota unes condicions estables de radiació solar, velocitat del vent, temperatura ambient i temperatura de fluid, i els resultats obtinguts dónen l’índex d’eficàcia del col·lector (?).

SIQ&

=η (ja que SI=Q& ) (16)

Substituint Q& pel seu valor, segons l’equació de Bliss (15), s’obtindrà:

[ ]SI

TTUIFSSIQ amLR )()a( −−

==τ

η&

(17)

)()a(I

TTUF am

LR

−−= τη (18)

Per un cabal determinat i suposant que ta i UL són constants, s’obtindrà la gràfica de rendiment, formada per una recta de pendent UL.

Figura 8: Corba de rendiment


21

El punt de l’eix d’ordenades on la recta es creua val FR(ta). Totes aquestes corbes (figura 8) i d’altres elements que verifiquin el correcte funcionament han de ser donades pel fabricant, de tal manera que serà un millor col·lector com més alt sigui el valor de FR(ta) i menor el pendent UL. L’equació de la recta (18) representada (figura 8) es pot escriure així: mxb −=η (19) On: m = UL (pendent) b = FR(ta) (ordenada a l’orígen)

x = )(I

TT am −(variable representada a l’eix abscisses)

Altres formes d’expressar el rendiment o eficàcia poden ser:

)(')a(I

TTUF ae

LR

−−= τη (20)

)('')a(I

TTUF as

LR

−−= τη (21)

On: Te = Temperatura del fluid a l’entrada del col·lector. Ts = Temperatura del fluid a la sortida del col·lector.

5.3.- Aprofitament de l’Energia Solar Alguns dels sistemes que utilitzen energia solar avui dia ho fan per escalfar aigua per usos industrials o domèstics (a.c.s, piscines climatitzades, hivernacles, desalinització...), utilitzant-se com a font primària, com si es tractés de qualsevol altra energia, encara que no s’ha arribat al nivell de desenvolupament necessari per a ser utilitzada a gran escala. 5.3.1.- Consideracions sobre a.c.s a) Obtenció d’a.c.s. Una de les aplicacions en que l’energia solar s’adapta millor és en l’obtenció d’aigua calenta sanitària, ja que s’ha de mantenir l’aigua entre 40 i 50ºC durant tot l’any, i aquestes temperatures són les que donen una bona eficàcia al col·lector solar, rendibilitzant la inversió realitzada. El més normal en aquests casos és l’ús d’un col·lector de placa plana amb acumulador. b) Estudi dels sistemes d’obtenció d’a.c.s. Generalment, l’objectiu d’una instal·lació solar és l’estalvi d’energia no renovable. Moltes vegades, però, una instal·lació mal realitzada pot donar un rendiment molt baix. Les funcions que ha de tenir una instal·lació d’energia solar seran:


22

• Captar l’energia solar, cosa que no depèn només dels col·lectors, sinó també d’altre aparells que l’acompanyen per a realitzar la funció.

• L’energia de recolzament, necessària en quasi tots els casos i no interferint en el rendiment de la instal·lació.

• L’utilització del sistema, que és l’objectiu. Per tant, l’eficàcia de la instal·lació no només dependrà de la quantitat dels materials instal·lats, sinó també de la seva inter-relació (instal·lacions apropiades i ben dissenyades). L’instal·lador i el dissenyador han de tenir present tant la qualitat del disseny com de la instal·lació perquè aquesta funcioni de manera òptima. b.1) Retorn de l’a.c.s a l’acumulador Si s’utilitza la instal·lació d’a.c.s. amb una sola canonada, es parla d’un sistema de distribució obert, sent utilitzat en petites instal·lacions o en aquelles que no hi ha gran distància fins al consum. És un sistema senzill, no té problemes de regulació i la seva instal·lació és de fontaneria. Encara que presenta el problema d’haver d’esperar que es buidi la canonada per poder utilitzar l’aigua calenta. Un sistema de recirculació (figura 9), és una canonada que retorna al punt de producció de l’energia, aconseguint que els punts de consum tinguin aigua calenta quasi de forma instantània:

Figura 9: Sistema de recirculació

El problema que té aquesta instal·lació es que pot tenir pèrdues tèrmiques addicionals encara que les canonades estiguin ben aïllades. 5.3.2.- Regles generals per un bon aprofitament de l’energia solar a) Captació màxima d’energia No només s’haurà de posar la superfície idònia de col·lectors solars, així com la orientació i inclinació adequada per no despreciar més que la mínima energia, sinó que a més s’haurà de regular la captació de l’energia solar per a convertir-la en energia útil, i per això s’haurà


23

de mesurar i comparar de forma permanent i constant la temperatura dels col·lectors i la d’acumulació, permetent o no la circulació del fluid en el circuit primari i aconseguir un increment net d’energia útil acumulada. La regulació diferencial s’haurà de tenir molt en compte, excloent d’aquest tipus de regulació aquelles instal·lacions que només tenen un termòstat que s’usa com element que activi o desactivi el funcionament de la bomba. b) Complementació auxiliar d’energia S’hauran d’instal·lar els aparells de tal manera que es consumeixi preferiblement energia solar davant de l’auxiliar, complementant-se quan sigui necessari per arribar a la temperatura desitjada. Es poden presentar dos casos:

• Producció instantània de l’energia de recolzament: En aquest cas el generador aportarà l’energia necessària en funció de la temperatura obtinguda en el pre-escalfament solar. S’usa molt en habitatges que usen escalfadors instantanis de gas de regulació automàtica. Aquests escalfadors són més cars, però presenten molts avantatges junt a la utilització d’energia solar, ja que en funció de la temperatura de l’aigua escalfen més o menys, donant la temperatura òptima desitjada.

Figura 10: Sistema auxiliar d'escalfament instantani

• Producció d’energia de recolzament en circuit independent: El generador de

recolzament aportarà l’energia al propi acumulador, quan l’energia d’aquest no sigui la necessària. Serà necessari l’ús d’un acumulador amb doble intercanviador (o dos acumuladors d’un intercanviador en sèrie, sent el de l’energia auxiliar més petit). L’intercanviador d’energia a l’acumulador serà per la part superior, al ser la temperatura més alta que l’aportada per l’intercanviador solar. Caldrà afinar al màxim el control i saber quan s’ha d’aplicar energia auxiliar o no, depenent de l’energia que el sol aporti: pot donar-se el cas que l’energia auxiliar doni més energia que la solar si aquest s’activa en moments en que el col·lector pot ser productiu.


24

Figura 11: Sistema auxiliar de circuit independent

5.3.3.- Transport de l’energia a) Termotranferència col·lector-acumulador Aquest sistema s’encarrega de transferir l’energia captada pels col·lectors al dipòsit acumulador d’a.c.s., sent l’intercanviador el principal element. Segons el sistema utilitzat, les instal·lacions es dividiran en:

1. Transferència tèrmica directa, que és quan el circuit primari es comunica amb l’acumulador, i per tant, l’a.c.s. passa directament pels col·lectors.

2. Transferència tèrmica indirecta: el fluid caloportador no està en contacte físic amb l’acumulador i no barreja a.c.s, s’utilitza un intercanviador tèrmic.

Per que la termo-transferència sigui factible, s’ha d’assegurar la correcta circulació del fluid, sigui per termosifò (circulació natural) o gràcies a una bomba circuladora. Les canonades, tant d’anada com de retorn, del fluid han d’estar ben aïllades. b) Circulació directa d’a.c.s. És una simple solució i donarà el màxim rendiment, però el circuit haurà d’estar fet de materials que no contaminin l’aigua. Per altra banda, poden sorgir vapors en qualsevol lloc del circuit, per tant s’haurà de col·locar un evacuador de vapor en el punt més alt. Tot el circuit treballa a pressió de xarxa, i això pot no ser tolerat per tots els aparells. La congelació és un fet evident (no poden ser utilitzats els anticongelants), riscos de corrosió (hi ha aire mesclat), a més de l’aparició de calç i brutícia i d’estar restringit a una normativa molt exigent.


25

c) Circulació per termosifò En aquest sistema l’aigua es mou per la diferència de temperatures (freda al dipòsit i calenta al col·lector), ja que l’aigua calenta pesa menys. Perquè hi hagi moviment s’instal·larà l’acumulador per sobre del col·lectors. El pes de l’aigua actua sobre el conducte de retorn que uneix la part inferior del dipòsit amb la inferior del col·lector, i a la vegada empeny l’aigua calenta del col·lector a sortir d’aquest per la part superior, arribant al dipòsit també per la part superior. Aquest procés dura mentre hi ha diferència de temperatura entre el col·lector i el tanc, quan les temperatures s’igualen es para el moviment. La circulació del fluid més gran com més grans siguin les diferències de temperatura i d’altura h. S’hauran d’evitar canonades llargues, estretes i camins difícils (pèrdues de càrrega elevades), ja que es necessitaria més diferència de temperatura per circular, per tant més pèrdua de calor. Canonades massa amples produeixen excessives pèrdues de calor, i lentitud de circulació. d) Circulació forçada del fluid caloportador primari S’utilitzarà una bomba circuladora, el que farà desaparèixer els problemes dels sistemes de circulació natural, provocant una bona eficiència del sistema. Per altra banda, necessitarà energia elèctrica, cosa que no és sempre possible, sobretot lluny d’un nucli urbà (es pot solucionar amb pannells fotovolatics, que encaririen el sistema). Aquest sistema amb electrocirculadors s’acostuma a utilitzar ja que no són cars i eficients. Normalment s’usa al circuit primari, tot hi que hi ha ocasions en que és necessari instal·lar-ne un altre a l’entrada de l’acumulador. No s’ha d’instal·lar un electrocirculador massa gran per evitar consums elevats de potència i innecessaris per obtenir el cabal útil. Serà imprescindible una bomba circuladora quan l’intercanviador estigui a menor altura que els col·lectors. S’utilitzarà una vàlvula anti-retorn per evitar la circulació inversa del flux. 5.3.4.- Configuracions bàsiques amb sistema de recolzament a) Sistema energètic de recolzament amb circuit independent Aquest sistema s’obtindrà aplicant directament l’energia de recolzament a l’acumulador d’a.c.s. Aquesta energia s’aplicarà a la part superior del dipòsit i per sobre de l’intercanviador solar (figura 11). Té l’inconvenient de que es pot perdre energia per la supra utilització d’aquest sistema (necessita un bon sistema de control). Podria també no donar l’abast en moments de demanda i que no faci sol, ja que la potència d’aquesta font pot no ser suficient per poder escalfar ràpidament.


26

b) Sistema de recolzament amb escalfament instantani Els sistemes de recolzament instantani (figura 10) requereixen una elevada potència instal·lada per a escalfar ràpidament tota l’aigua que es vagi a consumir, i aquesta potència variarà en funció de la temperatura d’entrada. Els principals sistemes d’energia auxiliars són: calderes de gas, calderes de gasoil o calostats elèctrics. 5.3.5.- Sistemes de control a) Elements de control Com elements de control bàsics hi han els següents:

• Termòstats: Segons la temperatura, activen o desactiven contactes. • Reguladors proporcionals: Quan hi ha proporcionalitat entre la temperatura

(paràmetre sotmès a control) i la potència aplicada al calefactor auxiliar (element regulador), actua.

• Sensors: Termopars, que passen la temperatura a voltatge, segons la variació de la mateixa, termistors, que actuen de forma inversa als anteriors, a més d’altres, com poden ser els semiconductors.

• Actuadors: Relés, separen el circuit de control i el de potència. El circuit de comandament, amb tensió màxima de 24V, farà que s’obri o no un el circuit de potència d’un determinat motor/bomba. Contactors: per a altes potències. I elements d’estat sòlid (semiconductors), que poden commutar ràpidament i substituir els anteriors.

b) Regulació diferencial És el mètode més utilitzat; el seu funcionament es basa en la comparació de la temperatura del col·lector amb la de l’acumulador, de tal manera que quan la temperatura del col·lector sigui més gran que la de l’acumulador posi la bomba en funcionament. c) Regulació per microprocessador o plc No obstant, també es poden controlar aquests processos amb l’ajuda de microprocessadors o plc’s, de tal manera que es portaran els senyals de tots els sensors al micro, i per software, es generin els senyals de sortida i es reparteixin a cada actuador corresponent. d) Aspectes a tenir en compte Un dels principals aspectes a tenir en compte en la instal·lació d’aquest tipus de sistemes, és la ubicació dels sensors, ja que s’han d’instal·lar en el lloc adequat, i ha de fixar-se correctament perquè faci les mesures oportunes.


27

6.- Possibles Solucions i Solució Adoptada 6.1.- Per Començar ... A l’hora de dissenyar un sistema de captació d’energia solar i per poder obtenir un rendiment màxim de la instal·lació cal tenir en compte diversos paràmetres, dels quals pot dependre el seu bon funcionament. Un dels factors més determinants a l’hora d’obtenir un aprofitament màxim de l’energia que ens proporciona el sol, i per tant un estalvi energètic màxim: una bona orientació de la construcció i distribució de l’espai pot afavorir l’estalvi d’energia, així com escollir materials adequats per a la construcció, especialment els aïllaments, això si, i cada vegada més s’ha d’optar per una construcció sostenible i eficaç. En el nostre cas, l’edifici ja existeix, per tant aquests paràmetres no es podran tenir en compte. 6.2.- Situació del Col·lectors Cal preveure el lloc on es situaran els col·lectors: L’opció més rendible es col·locats en la inclinació adient. Per tant la millor situació és a la coberta de l’edifici. En alguns casos és podran o s’hauran d’integrar els col·lectors a l’arquitectura de l’edifici, sigui en façanes o cobertes. S’haurà d’estudiar cada cas i redimensionar la instal·lació per cobrir les mateixes necessitats. En el nostre cas, es disposa d’un terrat accessible i encarat al Sud: serà la millor situació per col·locar-hi els captadors. 6.3.- Fluid Caloportador El fluid caloportador és el que transmet l’energia tèrmica dels col·lectors als acumuladors, existeixen quatre tipus de fluids possibles: - Aigua: Químicament estable, però cal prendre mesures per evitar congelacions o evaporacions. - Aigua amb anticongelant: Evita les congelacions. És tòxic, per tant caldrà prendre mesures per evitar l’entrada d’aquest a l’aigua de consum. Caldrà tenir en compte que és més viscós i el calor específic és més baix, per tant caldrà una bomba més potent. Al ser la seva dilatació més gran, caldrà tenir-la en compte amb la capacitat del vas d’expansió. - Fluids organics: Característiques semblants a les anteriors, però a més a més cal afegir la possibilitat d’incendi. - Olis i silicones: En general són productes estables i de qualitat, però de cost elevat. No són tòxics i no són inflamables. En el nostre cas s’escolleix com a fluid l’aigua, degut a la seva estabilitat i ja que la instal·lació disposa de procediments per evitar dilatacions i temperatures extremes del fluid.


28

6.4.- Distribució de l’Energia: Les Canonades En energia solar, les conduccions utilitzades, no són tant importants com en les utilitzades en calefacció o fontaneria general. El materials usats poden ser: - Coure: Té aguant de corrosió tant interior com exterior. No produeix incrustacions. És mal·leable i dúctil. Resistent a baixes temperatures. Té pèrdues de càrrega baixes. Per instal·lacions d’energia solar és el més aconsellable, ja que tècnicament parlant és el millor i molt competitiu. - Acer galvanitzat: S’utilitza molt en fontaneria. No s’ha d’utilitzar en circuits primaris ja que deteriora molt la protecció de zenc a temperatures superiors a 65ºC. - Conductes de plàstic: Qualitats similars a les del coure. S’han d’utilitzar canonades que el fabricant garanteixi temperatures per sobre dels 120ºC. Cal tenir en compte l’afectació de la llum solar i de la intempèrie a la canonada escollida. En aquest cas s’escolleix el coure per la seva fermesa, durabilitat i estabilitat, tot hi que caldrà tenir en compte les possibles dilatacions de les canonades, utilitzant algunes connexions de tubs metàl·lics flexibles. Pel que fa el muntatge hidràulic del circuit primari, s’ha de tenir en compte que l’energia s’ha de distribuir de manera uniforme per tot el sistema, per tant cal equilibrar les càrregues. La millor opció per equilibrar és col·locar un tercer tub, anomenat retorn invertit, que uneixi les sortides dels acumuladors de forma inversa, des de la quarta planta fins a la primera. D’aquesta manera el recorregut que fa el fluid sempre serà el mateix en tots els casos, per tant l’energia traspassada serà la mateixa en tots els pisos. 6.5.- Acumulació d’Energia Pel que fa a l’acumulació d’energia hi ha dues opcions: utilitzar un acumulador general per tots els veïns, o distribuir l’acumulació a cada habitatge. La primera opció té l’avantatge de que tots els veïns disposen de tota l’acumulació, en el cas distribuït cada veí té el límit del propi acumulador, perdent-se energia als acumuladors que són infrautilitzats. El principal inconvenient de l’acumulació centralitzada és la necessitat d’haver d’utilitzar comptadors d’aigua a cada habitatge i de disposar d’una font d’energia de recolzament comunitària. Per normativa s’haurà d’aplicar el procés anti-legionel·losi. L’acumulació distribuïda permet a cada veí tenir el control de la seva pròpia a.c.s. i el sistema proporciona energia de forma igual a cada habitatge. L’energia de recolzament la proporciona cada habitatge. Com que l’a.c.s no passarà per la instal·lació comunitària, el procés anti-legionel·losi, no és d’obligat compliment. S’optarà pel segon cas, ja que al disposar de calderes de gas a cada habitatge, s’evita haver de tenir una altra font d’energia per la instal·lació comunitària. 6.6.- Energia de Recolzament L’energia de recolzament, útil quan no hi ha prou energia solar, es podrà obtenir de diverses maneres:


29

- Acumulador amb energia auxiliar integrada: El dipòsit acumulador porta incorporat una resistència elèctrica: Sistema econòmic, però pot tenir problemes de calcificacions. - Caldera auxiliar: L’acumulador disposa d’un intercanviador per a l’energia auxiliar connectat a una caldera de gas o gas-oil. És útil quan l’habitatge disposa de calefacció de la mateixa caldera. - Caldera o escalfador de gas instantanis: Connectada a la sortida de l’acumuador: acaba de donar la temperatura desitjada a l’aigua calenta sanitària. Necessita calderes o escalfadors que permetin l’entrada d’aigua pre-escalfada. L’edifici disposa d’energia elèctrica i de gas. Com que els habitatges disposen de calefacció a gas, l’opció és utilitzar la mateixa caldera com a recolzament a la solar mitjançant intercanviador. 6.7.- Fontaneria Pel que fa a la fontaneria de cada habitatge, cal destacar que els consums estan molt allunyats de la producció, per tant s’optarà per la instal·lació d’una canonada de retorn per tal d’acostar l’a.c.s al consumidor. S’haurà d’optimitzar el sistema de retorn per tal d’evitar el màxim de pèrdues d’energia (sondes/termòstats). 6.8.- Sistema de Control Al ser una instal·lació d’acumulació distribuïda, el control de l’energia solar serà més complex. La utilització de termòstats i termòstats diferencials entre la captació i l’acumulació no serà la més òptima, ja que es necessitarien quatre controls, un per habitatge. Usant un sistema semi-centralitzat, en que hi hagi diverses sondes de temperatura als col·lectors i als acumuladors, i un programa de control que dirigeixi les diverses vàlvules i bombes. Al ser un sistema semi-centralitzat, permet a cada usuari actuar directament sobre la seva a.c.s. independentment del sistema, utilitzant el mateix sistema de control.


30

7.- Descripció General de la Solució Adoptada 7.1.- Descripció General La instal·lació permetrà l’obtenció d’aigua calenta sanitària de l’energia solar amb els col·lectors. Aquesta energia es transportarà pel circuit primari, als acumuladors on s’emmagatzemarà perquè l’usuari en faci ús quan la necessiti. A la part alta de l’edifici (terrat) hi hauran instal·lats els col·lectors encarats al Sud. L’energia d’aquests es transportarà a cada habitatge mitjançant el fluid caloportador (aigua) i a través de canonades de coure aïllades tèrmicament, formant un circuit tancat impulsat per una bomba elèctrica (circuit primari). A la galeria de cada habitatge s’hi situarà el corresponent acumulador d’aigua, la caldera de gas (energia de recolzament i calefacció), i la bomba de retorn a.c.s. Tot el sistema es controlarà amb quatre autòmats programables comunicats entre ells. 7.2.- Sistema Hidràulic 7.2.1.- Camp de col·lectors La part alta de la instal·lació la formaran una bateria de 5 col·lectors de 2,54 m² cadascun, model SK500N de la casa SONNENKRAFT. Estaran fixats amb suports metàl·lics adequats al terrat de l’edifici (SSA45), tenint en compte la força del vent. Es col·locaran a la part central del terrat i proper al límit oest d’aquest per no fer molta nosa, aquesta ubicació no és molt determinant, ja que no existeixen edificis contigus que puguin fer ombra als captadors (excepte la barana del propi edifici que si que caldrà tenir-la en compte). L’orientació dels col·lectors serà la Sud, i la inclinació que tindran serà la de 50º respecte la horitzontal (cal tenir en compte que el terra és inclinat, per tant s’han d’adaptar els suports). Les plaques estaran unides entre ells per la part alta i la part baixa d’aquestes, amb els racors adequats. A la part alta del primer col·lector hi haurà la sortida de fluid cap al circuit primari on a més s’hi col·locarà la sonda de temperatura, un purgador d’aire i clau de pas de bola de 3/4”. A la part baixa de l’últim s’hi col·locarà el retorn del circuit primari, a més s’hi col·locarà una clau de pas i una aixeta de buidatge de 1/2” amb racor mànega. 7.2.2.- Circuit primari El circuit primari estarà format per tres trams diferenciats: Anada, el retorn, i el retorn invertit. El tram d’anada transportarà l’aigua escalfada des dels col·lectors fins a l’entrada de cada acumulador. A la sortida dels col·lectors, hi haurà una vàlvula de seguretat per a una pressió nominal de 3 bar. L’aigua estarà impulsada per una bomba circuladora, de ròtor humit i per una pressió d’altura de 0’4 bar i cabal 1 m³/h a 0,3 bar. necessària per poder vèncer les pèrdues de càrrega del circuit (model WILO STAR-RS 25/4). A la sortida d’aquesta s’hi col·locarà el vas d’expansió tancat de membrana per tal d’amortir la dilatació del fluid amb la temperatura. Serà necessària també una vàlvula anti-retorn de clapeta de 3/4” per evitar circulacions inverses del fluid. Al final del tram (primera planta)


31

hi haurà instal·lada una electro-vàlvula de dos vies de 3/4” i 24V, que unirà el final del tram d’anada amb el retorn directe per quan sigui necessari un retorn directe del fluid. El tram de retorn invertit unirà les sortides dels acumuladors de forma invertida per equilibrar el circuit, des de la quarta planta fins a la primera. El tram de retorn, transportarà l’aigua amb poca energia un altre cop cap als col·lectors. Abans de l’entrada als col·lectors s’hi col·locarà el fan-coil de 5200 W de dissipació per a 450 dm³/h, tipus ROCA model RFC-230 refredant el circuit en casos de temperatures extremes. Es fixarà amb els suports adequats, i estarà connectat amb sèrie al circuit de retorn amb una vàlvula de tres vies. Totes les canonades seran de coure estirat de 20/22 mm de diàmetre i soldades per capil·laritat amb estany-plom. Les juntes a rosca seran tipus gas de 1/2” o 3/4” depenent del cas. La connexió als pannells es farà mitjançant tub flexible per evitar deformacions al circuit per la dilatació del coure a les diverses temperatures. Totes les canonades aniran folrades amb aïllament tèrmic d’espuma elastomèrica de 30 mm de gruix per evitar pèrdues per convecció. Les canonades es fixaran amb abraçadores i brides cada 70 cm a les parets de l’edifici. El control de la bomba circuladora i del fan-coil la controlarà el PLC de la quarta planta segons programa. 7.2.3.- Circuit acumuladors L’energia s’emmagatzemarà a l’acumulador de cada habitatge. L’acumulador serà de 300 dm³ de capacitat i disposarà de dos intercanviadors: serpentí inferior per l’energia solar i serpentí superior per la caldera. El model escollit és de la casa LAPESA model CV300M2. Hi haurà inserida una sonda de temperatura a la part alta d’aquest pel control. L’energia procedent dels col·lectors entrarà al serpentí inferior a través d’una electrovàlvula i canondes de coure aïllades des del circuit primari. Per la part baixa de l’acumulador hi haurà l’entrada d’aigua de la xarxa i del retorn de l’aigua calenta sanitària. La sortida pel consum estarà a la part superior. Es col·locaran claus de pas a totes les entrades i sortides de l’acumulador i intercanviadors. Els acumuladors estaran aïllats i fixats a la paret amb suports. El control de temperatures i obertura i tancada de vàlvules la controlarà el PLC de cada habitatge segons programa. 7.2.4.- Circuit caldera El serpentí superior de cada acumulador servirà per escalfar l’aigua de l’acumulador en cas de que l’energia solar no sigui suficient. Mitjançant un circuit tancat entre la caldera i l’intercanviador es traspassarà l’energia. Les canonades estaran aïllades amb espuma elastomèrica de 30 mm i fixades amb abraçadores. La caldera a col·locar serà mixta de la casa FAGOR model FE20E, usant-se també per la calefacció; serà de gas natural i amb una potència de 20000 kcal/h, necessària per la calefacció i pel suport a l’a.c.s. S’haurà d’instal·lar tenint en compte la normativa al respecte. El control de funcionament i temperatura de servei la controlarà el PLC de cada habitatge segons programa.


32

7.2.5.- Fontaneria La distribució de l’aigua calenta a l’habitatge serà la ja existent. Degut a la gran distància entre la producció i el consum es col·locarà un retorn d’aigua calenta amb tub de coure de 18 mm i aïllat tèrmicament amb espuma de 19 cm., estalviant-se així l’ aigua no calenta de tot el tub. La bomba que farà circular l’aigua serà de ròtor humit (model WILO STAR-Z15). El seu funcionament el controlarà el PLC de cada habitatge segons programa. Una vàlvula de retenció de clapeta de 1/2” no permetrà la recirculació inversa. 7.3.- Sistema Elèctric El sistema elèctric estarà format per una caixa de proteccions a cada habitatge, i la distribució de potència als motors i bombes del sistema. 7.3.1.- Caixa de proteccions dels sistema: Quarta planta La caixa de proteccions general, situada a l’habitatge de la quarta planta, portarà els mecanismes necessaris generals del sistema i de la quarta planta. Serà caixa amb tapa transparent de 24 mòduls i dues files i prevista amb carril tipus DIN. S’hi col·locarà un interruptor de control de potència monofàsic de 16 A, un interruptor diferencial de 40A i 30 mA de protecció. Inclourà també quatre PIA’s seccionadors de 10A: linies PLC, bomba-fancoil, caldera i retorn. Seran necessaris també tres relés-contactors amb bobina de 24V i contactes de 10A per donar potència a la bomba, al motor del fan-coil i a la bomba de retorn de l’a.c.s.. S’hi col·locaran també tres pilots indicadors amb bombeta o led de 220V, i connectats a la sortida dels tres relés anteriors, indicant el funcionament de les bombes i/o ventilador. El PLC corresponent també estarà inclòs en aquesta caixa, junt amb la font d’alimentació. Aquesta caixa estarà fixada amb cargols a la paret, al costat de l’acumulador de la quarta planta, en un lloc protegit de la pluja. Les entrades hi sortides d’aquesta es faran amb tubs plàstics amb grau de protecció del xoc 7 i IP55. 7.3.2.- Caixa de proteccions habitatges 1,2 i 3 La caixa de proteccions, situada a cada habitatge, hi haurà instal·lats els mecanismes necessaris pel funcionament a l’habitatge. Serà caixa amb tapa transparent de 12 mòduls i una fila i prevista amb carril tipus DIN. S’hi col·locaran tres PIA’s seccionadors de 10A: linies PLC, caldera i retorn. Serà necessari també un relé-contactor amb bobina de 24V i contactes de 10A per donar potència a la bomba de retorn a.c.s. S’hi col·locarà també un pilot indicador amb bombeta o led de 220V, i connectat a la sortida del relé anterior, indicant el funcionament de la bomba. El PLC corresponent també estarà inclòs en aquesta caixa, junt amb la font d’alimentació i els mòduls necessaris. Aquesta caixa estarà fixada amb cargols a la paret, al costat de l’acumulador, en un lloc protegit de la pluja. Les entrades hi sortides d’aquesta es faran amb tubs plàstics amb grau de protecció del xoc 7 i IP55.


33

7.3.3.- Distribució d’energia De les caixes de proteccions sortiran varis tubs: tots de plàstic i amb grau de protecció 7 i IP55 i 20 mm de diàmetre grapats amb abraçadores cada 70 cm. que portaran les línies de potència als motors. Les línies interior dels tubs seran amb cables de 750 V i lliures d’halògens i de diverses seccions. Les caixes de connexions usades seran del tipus estanc IP55, i s’utilitzaran regletes per fer les connexions. Els cables que uneixin les caixes de proteccions amb les bombes o motors directament seran tipus mànega 3×2,5 mm² RZ de 1kV i lliures d’halògens el cable podrà anar a l’aire. a) Línia quarta planta a col·lectors Línies a la bomba circuit primari i al motor del fan-coil, amb conductors de 2,5 mm² incloent la presa de terra des de la caixa de proteccions quarta planta fins a la caixa de connexions d’on sortiran els cables-mànegues al ventilador fan-coil i bomba primari. b) Línies als habitatges Línies a la caldera i bomba retorn a.c.s, amb cable-mànega de 3×2,5 mm² des de la caixa de proteccions fins a la caldera i bomba, sempre que es pugui, el cable anirà entubat. Els pons entre mecanismes es realitzaran amb cables de 750V. 7.4.- Sistema de Control 7.4.1.- Els autòmats programables Pel control del sistema serà necessari la utilització de quatre autòmats programables, un per cada habitatge i adaptats a les necessitats. L’autòmat base de cada habitatge serà de tipus modular amb 12 entrades i 8 sortides de la casa Schneider Telemecanique model Twido. Les connexions es realitzaran amb regletes. L’autòmat de la quarta planta controlarà també el sistema general, per tant treballarà com a mestre, tenint privilegis respecte al altre tres PLC que treballaran com a esclaus. Per llegir el valor de les temperatures (sondes) que és un senyal analògic de 4..20 mA, es necessitarà el mòdul d’entrades analògiques (Twido TWD AMI 2HT). El mòdul base porta un port de comunicacions RS485 que s’utilitzarà pel terminal extern, té l’opció d’un port sèrie opcional. Per la comunicació entre autòmats mestre-esclau i viceversa, es col·locaran els mòduls de comunicacions RS485 amb connexió amb borns (TWD NOZ 485T). A l’autòmat de la quarta planta (mestre), l’administrador tindrà privilegis respecte als usuaris. Aquest autòmat disposarà d’un cartutx de rellotge-calendari (TWD XCP RTC) i un display (TWD XCP ODM) per poder modificar dia-hora quan sigui necessari. També serà necessària una font d’alimentació a cada habitatge, de corrent continu de 24V i 1,2A. (model ABL7CEM24012) tant per l’alimentació del PLC com dels actuadors. Tots aquests mecanismes es col·locaran a les caixes de proteccions. Els autòmats estaran programats amb les instruccions necessàries via software utilitzant el llenguatge de contactes amb el software (TwidoSoft V1.13) subministrat pel fabricant.


34

Al costat de la caixa de proteccions s’hi instal·larà un terminal de control format per una pantalleta de cristall líquid amb quatre botons model XBTH811050, on l’usuari podrà visualitzar i modificar el control del sistema (temperatures, modes de funcionament...). Aquest terminal estarà programat a priori per software, subministrat pel fabricant (XBT-L-1000 V4.20). 7.4.2.- Línies de control S’instal·laran tubs plàstics de 20 mm de diàmetre IP55, que uniran les caixes de proteccions entre elles i fins als sensors (sondes) i actuadors (electrovàlvules, relés-contactors, calderes) on s’hagi de recollir o portar-hi senyal. Tubs grapats amb abraçadores cada 70 cm. Els cables a col·locar aniran directes des del PLC corresponent fins a cada sensor o actuador i seran de 1 mm² de secció. Els sensors analògics utilitzaran cable apantallat. Els autòmats a més a més aniran units entre ells amb cable de comunicacions de 3×1 mm² també apantallat. Es col·locaran caixes de connexions al costat dels col·lectors i dels acumuladors per tal de col·locar-hi els tranductors dels senyals analògics. Aquestes línies es connectaran al autòmats segons la taula 2: Línia Cable Cod Modul E/S A/D Terminal

Polsador caldera 2×1 C4x Base E D I0, +24V (I0.0.0)

Termòstat retorn 2×1 T2x Base E D I1, +24V (I0.0.1)

Polsador retorn a.c.s 2×1 C3x Base E D I2, +24V (I0.0.2)

Sonda col·lectors *1 2×1 blindat T10 Analògic E A IN1+,IN1- (IW0.1.0)

Sonda acumulador 2×1 blindat T1x Analògic E A IN1+,IN1- (IW0.1.1)

Bomba c. primari *1 2×1 B10 Base S D Q2 + massa (Q0.0.2)

Electval. 3V fan-coil *1 2×1 B50 Base S D Q3 + massa (Q0.0.3)

Electval. 2V final *2 2×1 V40 Base S D Q3 + massa (Q0.0.3)

Motor fan-coil *1 2×1 B60 Base S D Q4 + massa (Q0.0.4)

Bomba retorn a.c.s. 2×1 B3x Base S D Q5 + massa (Q0.0.5)

Caldera 2×1 B3x Base S D Q6 + massa (Q0.0.6)

Electrovàlvula 2V acum 2×1 B3x Base S D QT + massa (Q0.0.7)

Taula 2: Línies de control Nota: *1

Només a l’autòmat de la quarta planta *2 Només a l’autòmat de la primera planta


35

7.4.3.- Sensors Als col·lectors i als acumuladors s’hi instal·larà una sonda de temperatura de platí, tipus PT100 RTD de 2 fils estanca de silicona i cable fins a caixa de connexions on s’hi col·locarà el transductor el qual s’haurà de calibrar al tipus de senyal útil a l’autòmat. Al principi de la canonada de retorn de l’aigua calenta sanitària, s’hi instal·larà una sonda amb termòstat, amb un rang de 30º a 90ºC, diferencial de 3ºK (tipus SONDER model TB09), amb comandament, pel control de la temperatura de retorn. El contacte anirà connectat al PLC amb cable-mànega de 2×1 mm². Sempre que sigui possible dins de tub. S’instal·larà també un polsador a l’interior de l’habitatge per poder activar la caldera de forma manual i un altre polsador per poder activar la bomba de retorn també de forma manual. Els polsador seran de la sèrie de mecanismes de l’habitatge i en lloc accessible. Aquests polsadors s’uniran amb l’autòmat amb cable-mànega de 2×1 mm². Sempre que sigui possible dins de tub.


36

8.- Prescripcions Tècniques 8.1.- Normatives, Reglaments, Ordenances i Plecs de Condicions Tècniques Per a la perfecta execució i instal·lació dels aparells i instal·lacions s’han de tenir en compte els següents reglaments i ordenances que ens afecten per al seu correcte funcionament i normes que encara que no siguin d’obligat compliment ens guiaran per a seguir una pauta:

- Reglament de seguretat i higiene en el treball - Real decret 1627/1997: Disposicions mínimes de seguretat i salut en les obres de

construcció. - Normes tècniques per a l’edificació (NTE) - Normes UNE - Normativa de protecció contra incendis (CPI9I) - Reglament electrotècnic de baixa tensió i instruccions complementaries - Ordenances municipals de l’Ajuntament de Valls - Plec de condicions dels aparells - Plec de condicions tècniques d’aquest projecte. - Reglament d’Instal·lacions Tèrmiques en els Edificis (RITE) i instruccions

complementàries. - Real decret 865 2003: Criteris higienicosanitaris per a la prevenció i el control de la

legionel·losi. - Plec de condicions de l’institut Català de l’energia (ICAEN) - Plec de condicions del Instituto para la diversificación y el ahorro de energía

(IDAE) - Reglament d’instal·lacions de calefacció, climatització i aigua calenta sanitària

(RCAS) - Normes bàsiques per a les instal·lacions interiors de subministrament d’aigua

(NIA).


37

9.- Posada en Marxa i Funcionament Abans de posar en marxa farà falta realitzar una sèrie d’assaigs i comprovacions: 9.1.- Control d’execució Els col·lectors han de ser els especificats i s’han de col·locar amb la orientació i inclinació calculada. Les canonades de coure hauran d’estar protegides en tot el seu recorregut per espuma elastomèrica. Les connexions als aparells (col·lectors, fan-coil) es realitzaran amb tubs flexibles (flexos). Cal col·locar les bombes, i vas d’expansió adequades a la instal·lació. Sobretot s’han d’evitar les circulacions inverses i el buidatge de la instal·lació per retorn amb vàlvules anti-retorn. Els cables elèctrics aniran dins de tub sempre que es pugi, i seran cables lliures d’halògens. Les sondes han de ser les especificades i s’han de calibrar els transductors per adaptar-les als autòmats. Els mecanismes elèctrics hauran d’estar col·locats a la caixa de proteccions, protegits de la pluja excepte els transductors analògics que aniran dins de caixes de connexió prop de les sondes. 9.2.- Posada en Marxa de la Instal·lació Un cop estigui executada la instal·lació s’haurà de procedir amb la posada en marxa. El procediment a realitzar serà el següent: 1.- Tancar totes les vàlvules del sistema. 2.- Obrir les vàlvules d’entrada d’aigua freda als acumuladors 3.- Deixar que s’ompli tota la instal·lació de l’aigua, deixant rajar una estona les aixetes de consum. 4.- Obrir la vàlvula per omplir el circuit de la caldera fins a la pressió de treball.

5.- Fer la posada a punt de la caldera. 6.- Obrir la vàlvula per omplir el circuit primari fins a la pressió de treball 7.- Anar obrint totes les vàlvules del circuit primari i acumuladors. 8.- Reomplir el circuit primari mentre vagi quedant aire. 9.- Si és necessari: calibrar els transductors de les sondes de temperatura amb l’ajuda d’un termòmetre de precisió, adequant els valors als de l’autòmat. 10.- Posar el sistema en funcionament: el mode sistema a la posició “ACT” amb el terminal extern del mestre. 11.- Posar els modes subsistemes a la posició “ACT” dels habitatges que els acumuladors estiguin plens. 12.- Ajustar les temperatures de treball al terminal de cada habitatge. 13.- Activar els acumuladors posant el mode acumulador “ACT” al terminal de cada habitatge.

14.- Activar la caldera posant el mode caldera “MAN”,”NIT”o”ACT” al terminal de cada habitatge, segons escollexi l’usuari.

15.- Activar retorn aigua calenta sanitària posant el mode retorn “MAN” o “ACT” al terminal de cada habitatge, segons escollexi l’usuari.


38

16.- Un cop la instal·lació té un cert règim, comprovar si falta aigua als circuits, obrint les vàlvules d’entrada fins a la pressió necessària. Un cop realitzats aquests passos, el sistema solar ja estarà en funcionament. Els habitatges en que no s’hagi d’usar el sistema, es deixaran en mode “DES” o “STP” si no hi ha l’acumulador ple. Els modes de caldera i de retorn aigua calenta es deixaran al gust de l’usuari. 9.3.- Manteniment Cal realitzar diverses comprovacions periòdiques pel bon funcionament i conservació de la instal·lació: 1.- Comprovar l’estat i netejar captadors (cada tres mesos) 2.- Comprovar estat de les juntes i connexions (cada tres mesos) 3.- Comprovar el purgador (cada tres mesos). 4.- Ajustar la pressió del circuit primari (cada sis mesos) 5.- Comprovar canonades, aïllaments, i bomba de recirculació (cada sis mesos) 6.- Cada 12 mesos, un especialista hauria de fer la revisió de la instal·lació seguint el plec de condicions tècniques de l’IDAE. 9.4.- Altres Procediments En cas de la no utilització de la instal·lació, per tal de fer-la més rendible, l’usuari hauria de posar el Mode acumulador a l’opció “DES”, evitant així que l’acumulador s’escalfi. En cas de buidatge de l’acumulador i/o circuit d’aigua calenta sanitària, l’usuari haurà de posar el mode acumulador a l’opció “STP” L’administrador podrà no permetre la utilització de la instal·lació per part d’un usuari concret mitjançant el mode subsistema, que es posarà a “DES” quan no es permeti l’ús del sistema a l’habitatge corresponent. El mode “STP” es posarà quan estigui malmès, avariat el subsistema corresponent i/o l’acumulador estigui buit. 10.- Conclusions El sistema està adaptat a un edifici ja existent, i sabent que l’administrador del sistema és l’habitant de la quarta planta. En el cas de que no fos així s’hauria d’utilitzar un altre autòmat programable pel control del sistema general, col·locant-lo en zona comunitària i amb accés restringit a l’administrador del sistema.


39

11.- Resum del Pressupost El pressupost del present projecte puja a la quantitat de: VINT-I-QUATRE MIL VUIT CENTS QUINZE EUROS AMB TRENTA-NOU CÈNTIMS (24.815,39 €)

Valls, 31 de maig del 2004 Marc Gasull i Escoda E.T. Industrial


40

12.- Bibliografia 12.1.- Llibres i Publicacions Varis, “La energia solar, aplicaciones prácticas” Censolar, ed. Progensa, 2a edició. Sevilla 1996 M.Castro Gil i A.Colmenar Santos, “Energia Solar Térmica de Baja Temperatura” Col. Monografías Técnicas de Energías Renovables 5.

Ed. Progensa, 1a edició Sevilla 2000

Varis “Atlas de radiació Solar a Catalunya” UPC i ICAEN, 1a edició, Barcelona 2001 Varis “Instalaciones de Energia Solar Térmica. Pliego de Condiciones Técnicas de

Instalaciones de Baja Temperatura” IDAE i Ministeri d’Economia, Madrid 2002

12.2.- Pàgines Web 12.2.1.- Energia solar

• ICAEN: Institut català d’energia o http://www.icaen.es

• IDAE: Instituto para la diversificación y el ahorro de energía o http://www.idae.es

• CENSOLAR: Centro de Estudios de la Energia Solar o http://www.censolar.es

12.2.2.- Normatives i certificacions

• MTAS: Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales o http://www.mtas.es o http://www.mtas.es/insht/legislation/RD/rite_ite_02.htm (RITE) o http://www.mtas.es/insht/legislation/RD/legionelosis.htm (Legionel·losi) o http://www.mtas.es/insht/legislation/guiaspr.htm (Seguritat i higiene)

• BOE: Butlletí Oficial de l’Estat o http://www.boe.es/g/cat

• RCAS: Reglament d’instal·lacions de calefacció, climatització i a. c. s. (RCAS) o http://www.prevencion.fimac.net/leyes/REGLAMENTOS/rcas/indice.htm


41

• Reglaments diversos o http://www.copitial.org/web_valenciano/solo_colegiados/freglamentosd.html

• SPF: Solartechnik Prüfung Forschung: Institut per a la tècnica solar o http://www.solarenergy.ch

• INTA: Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial o http://www.inta.es

• AENOR: Asociación Española de Normalización y Certificación o http://www.aenor.es

12.2.3.- Materials

• AFTA: Asociación de Fabricantes de Tubo de acero soldado longitudinalmente y Accesorios de fundición maleable roscado para tuberia: Normatives i manuals tècnics

o http://www.afta-asociacion.com/principal.html

• Sonnenkraft: Col·lectors solars o http://www.sonnenkraft.com

• CRN Tecnopart S.A. Sondes, termòstats i instrumentació o http://www.crntecnopart.com

• Schnneider Telemecanique: Autòmats twido

o http://www.schneiderelectric.es

• Wilo Iberica: Bombes recirculadores o http://www.wilo.es

• Lapesa: Acumuladors o http://www.lapesa.es

• Roca York: Aeroterms o http://www.rocayork.com

12.2.4.- Altres

• COAC: Col·legi d’Arquitectes de Catalunya o http://www.coac.net o http://www.coac.net/mediambient/renovables (Arquitect. i E. renovable)

• CETIT: Col·legi d’Enginyers Tècnics industrials de Tarragona o http://www.cetit.es

• CAATB: Col·legi d’Aparelladors i Arquitectes Tècnics de Barcelona


42

o http://www.apabcn.es o http://www.apabcn.es/nweb/home/index.asp (canonades de coure)

• Solarweb: Energíes renovables o http://www.solarweb.net

• URV: Universitat Rovira i Virgili o http://www.urv.net

• I com no pot faltar ... El Google o http://www.google.es/ca

12.3.- Col·laboracions

• Srs Valero Llussà i Xavier Arévalo en el camp de l’hidràulica. • Sr. Toni Flavià en l’automatització i programació. • Sr. Pedro Garcia en ecologia i normatives.

Tots ells de forma desinteressada i didàctica.



MEMÒRIA DE MÈTODE DE CÀLCUL


DATA: Setembre 2004

Sistema Centralitzat d’escalfament d’aigua Calenta Sanitària amb Energia Solar per un Edifici de Quatre Habitatges. Mètode de càlcul

ii

ÍNDEX _

A) MÈTODE DE CÀLCUL . . . . 1

A.I) Mètodes de Càlcul Solar . . . . 1

1.- Introducció . . . . . . . . 1

2.- Orientació i inclinació . . . . . . 1

2.1.- Límits d’inclinació i orientació . . . . . 2

2.2.- Estructura de suport . . . . . . 3

3.- Radiació efectiva que arriba als col·lectors (Eefc) . . 3

3.1.- Radiació solar global diària Ersgd . . . . . 4

3.2.- Nitidesa atmosfèrica katm . . . . . . 4

3.3.- Obliqüitat dels raigs solars kobl . . . . . 4

3.4.- Pèrdues per ombres komb . . . . . . 4

3.4.1- Obtenció del perfil d’obstacles . . . . 4

3.4.2- Pèrdues per ombrejat . . . . . 5

3.4.3- Distància mínima entre captadors . . . 8

4.- Intensitat de radiació (Irad) . . . . . . 9

5.- Energia que aprofita el sistema (Esist) . . . . 9

5.1.- Rendiment del col·lector ? . . . . . 9

5.2.- Energia que aprofita el captador Ecap . . . . 10

5.3.- Energia que aprofita el sistema Esist . . . . 10

6.- Necessitats d’energia . . . . . . 10

6.1.- Consum estimatiu diari Ced . . . . . 11

6.2.- Consum total diari Ct . . . . . . 11

6.3.- Temperatura de la xarxa Tx . . . . . 12

6.4.- Demanda mitjana diària Ed . . . . . 12

7.- Número de captadors . . . . . . 13

7.1.- Superfície de captació Sc . . . . . . 13

7.2.- Nombre de captadors teòrics Ct . . . . . 13


iii

7.3.- Nombre i superfície real de captadors Cr i Scr . . . 13

8.- Balanços energètics . . . . . . . 14

8.1.- Energia mensual necessària Emn . . . . . 14

8.2.- Energia diària produïda Edp . . . . . 14

8.3.- Energia mensual produïda Emp . . . . . 14

8.4.- Complement d’energia necessari Ecom . . . . 14

8.5.- Energia sobrant Esob . . . . . . 15

8.6.- Energia útil Eutl . . . . . . . 15

9.- Rendiments totals . . . . . . . 15

9.1.- Rendiment mensual mitjà ?m . . . . . 15

9.2.- Rendiment mensual real ?mr . . . . . 16

9.3.- Rendiment anual ?a . . . . . . 16

A.II) Mètodes de Càlcul Hidràulic . . . 17 1.- Objectiu de la memòria . . . . . . 17

2.- Cabal necessari . . . . . . . 17

3.- Capacitat acumulador . . . . . . 17

4.- Pèrdues de càrrega . . . . . . . 18

4.1.- Pèrdues als col·lectors Jcol. . . . . . 18

4.2.- Pèrdues a les canonades Jtubs . . . . . 18

4.3.- Pèrdues dels accessoris Jacc . . . . . 19

4.4.- Pèrdues dels acumuladors Jacu . . . . . 19

5.- Potència de la bomba . . . . . . 19

6.- Vas d’expansió . . . . . . . 20

6.1.- Dilatació del fluid: coeficient d’expansió Ce . . . 20

6.2.- Volum de la instal·lació V . . . . . . 20

6.3.- Volum útil del vas d’expansió Vu . . . . . 21

6.4.- Volum total del vas d’expansió Vt . . . . 21

6.4.1- Coeficient de pressió Cp . . . . . 22

7.- Aïllaments . . . . . . . . 23


iv

B) CÀLCULS

B.I) Càlculs Solars . . . . . . 24 1.- Objectiu de la memòria . . . . . . 24

1.1.- Dades necessàries . . . . . . . 24

1.1.1- Dades del consumidor/habitatge . . . . 24

1.1.2- Dades col·lectors/instal·lació . . . . 25

1.1.3- Dades físiques/entorn . . . . . 25

1.1.4- Dades físiques mensuals . . . . . 26

2.- Orientació i inclinació dels col·lectors . . . . 26

2.1.- Límits d’inclinació i orientació. . . . . . 26

3.- Radiació efectiva que arriba als col·lectors (Eefc) . . 27

3.1.- Radiació solar global diària Ersgd . . . . . 27

3.2.- Nitidesa atmosfèrica katm . . . . . . 27

3.3.- Obliqüitat dels raigs solars kobl . . . . . 27

3.4.- Pèrdues per ombres komb . . . . . . 27

3.5.- Resultats . . . . . . . . 27

4.- Intensitat de radiació (Irad) . . . . . . 28

5.- Energia que aprofita el sistema (Esist) . . . . 28

5.1.- Rendiment del col·lector ? . . . . . 28

5.2.- Energia que aprofita el captador Ecap . . . . 29

5.3.- Energia que aprofita el sistema Esist . . . . 29

6.- Necessitats d’energia . . . . . . 30

6.1.- Consum estimatiu diari Ced . . . . . 30

6.2.- Consum total diari Ct . . . . . . 30

6.3.- Temperatura de la xarxa Tx . . . . . 30

6.4.- Demanda mitjana diària Ed . . . . . 31

7.- Número de captadors . . . . . . 31

7.1.- Superfície de captació Sc . . . . . . 31

7.2.- Nombre de captadors teòrics Ct . . . . . 32


v

7.3.- Nombre i superfície real de captadors Cr i Scr . . . 32

8.- Balanços energètics . . . . . . . 33

8.1.- Energia mensual necessària Emn . . . . . 33

8.2.- Energia diària produïda Edp . . . . . 33

8.3.- Energia mensual produïda Emp . . . . . 33

8.4.- Complement d’energia necessari Ecom . . . . 34

8.5.- Energia sobrant Esob . . . . . . 34

8.6.- Energia útil Eutl . . . . . . . 34

9.- Rendiments totals . . . . . . . 35

9.1.- Rendiment mensual mitjà ?m . . . . . 35

9.2.- Rendiment mensual real ?mr . . . . . 36

9.3.- Rendiment anual ?a . . . . . . 36

10.- Conclusions . . . . . . . 37

B.II) Càlculs Hidràulics . . . . . 38 1.- Objectiu de la memòria . . . . . . 38

1.1.- Dades necessàries . . . . . . . 38

1.1.1- Dades dels habitatges . . . . . 38

1.1.2- Dades físiques . . . . . . 38

1.1.3- Acumuladors . . . . . . 39

1.1.4- Captadors . . . . . . . 39

1.1.5- Canonades . . . . . . . 39

2.- Capacitat acumulador . . . . . . 40

3.- Cabal necessari . . . . . . . 40

4.- Pèrdues de càrrega . . . . . . . 40

4.1.- Pèrdues als col·lectors Jcol. . . . . . 41

4.2.- Pèrdues a les canonades Jtubs . . . . . 42

4.3.- Pèrdues dels accessoris Jacc . . . . . 44

4.4.- Pèrdues dels acumuladors Jacu . . . . . 44

4.5.- Pèrdua total . . . . . . . 44

5.- Potència de la bomba . . . . . . 46


vi

6.- Vas d’expansió . . . . . . . 46

6.1.- Dilatació del fluid: coeficient d’expansió Ce . . . 46

6.2.- Volum de la instal·lació V . . . . . . 46

6.3.- Volum útil del vas d’expansió Vu . . . . . 48

6.4.- Volum total del vas d’expansió Vt . . . . 48

6.4.1- Coeficient de pressió Cp . . . . . 48

7.- Aïllaments . . . . . . . . 49

8.- Conclusions . . . . . . . . 49

B.III) Taules de Resultats Solars . . . 50

B.IV) Taules De Resultats Hidràulics . . 55


1

A) MÈTODE DE CÀLCUL A.I) Mètodes de Càlcul Solar 1.- Introducció La instal·lació solar, és un sistema que té diverses variables que s’han de resoldre. Cal obtenir necessàriament el nombre de col·lectors, els quals depenen de l’energia necessària i de la disponible. S’obtindran les quantitats d’energia captades, l’energia sobrant, el rendiment, l’estalvi energètic etc. Les dades per fer els càlculs són totalment estadístiques obtingudes de taules de mitjanes o dades subministrades pels fabricants. La primera variable a concretar és el lloc on es situaran els col·lectors, la orientació i inclinació possible. A partir d’aquí es calcularà l’energia unitària captada segons els paràmetres anteriors i de les dades teòriques de radiació, tenint en compte les pèrdues per altres factors (situació geogràfica, ombres ...). Amb la distribució d’aquesta energia segons les hores de Sol diàries, s’obtindrà la intensitat de radiació. Amb aquesta dada es calcularà l’energia que aprofita el sistema que depèn del rendiment dels captadors i de les pèrdues del conjunt de la instal·lació. Finalment s’obtindran el nombre de captadors teòrics, els quals dependran dels consums. El nombre real de captadors es fixarà tenint en compte les dades anteriors, els límits sostenibles de la pròpia instal·lació i dels rendiments fixats per la propietat o pels organismes oficials si s’escau. No hi ha cap normativa específica, si que existeixen però, diverses condicions tècniques a complir en cas d’haver-se de subvencionar la instal·lació. En algunes localitats existeixen també ordenances municipals d’obligat compliment. 2.- Orientació i Inclinació La primera variable a tenir en compte a l’hora de instal·lar un sistema solar és el lloc on es col·locaran els col·lectors solars. En cas d’habitatges, normalment seran terrats o teulades, que poden tenir certa inclinació. A la situació dels captadors s’haurà de tenir en compte també, els edificis veïns per tal d’evitar el màxim d’ombres possibles. Sobretot, però, per tal d’obtenir el màxim rendiment del sistema, caldrà que els captadors estiguin col·locats amb l’orientació (o azimut)(figura 2) i la inclinació (figura 1), més semblants possibles a les ideals.

Figura 1: Inclinació Figura 2: Orientació


2

ß= inclinació: angle d’inclinació respecte la horitzontal a= orientació o azimut: angle de desviació respecte la direcció sud

La millor orientació per obtenir el màxim rendiment és la sud, ja que al punt del migdia el Sol es troba al sud, tot hi que una variació de ±15º no farà variar substancialment el rendiment del sistema Pel que fa la inclinació, la obliqüitat dels raigs solars varia cada mes, donant com a més òptimes les inclinacions més baixes durant l’estiu (20º-30º), i les més altes a l’hivern (50º-60º) a la nostra latitud. La inclinació mitjana , si es considera el període d’un any (cal tenir en compte que hi pot haver sistema usats de forma temporal), l’angle òptim serà la diferència entre 90º i l’altura solar al migdia del mes mitjà que correspon a la latitud de l’indret. Basant-se amb l’experiència, és fixa una inclinació superior en 10º per tal d’afavorir una millor eficiència en els mesos en que el Sol té un recorregut més baix. 2.1.- Límits d’Inclinació i Orientació Per causes constructives podria no ser possible col·locar els captadors amb a=0. Caldrà comprovar si el nivell de pèrdues per orientació i inclinació surt dels límits establerts. Seguint les condicions tècniques indicades per l’IDAE, caldrà tenir en compte que les pèrdues màximes permeses per aquest concepte són: en el cas general del 10%, per superposició de plaques un 20% i per integració arquitectònica a l’edifici del 40%. Per poder trobar els límits d’inclinació, sabent l’azimut, que estiguin dins del rang acceptable s’utilitzarà la gràfica de la figura 3. En aquest cas calibrada per una latitud (φ ) de 41º.

Figura 3: Diagrama de pèrdues per orientació i inclinació


3

Les zones tramades indiquen la zona on la pèrdua és equivalent. Els punts d’intersecció del límit de les pèrdues màximes permeses amb la recta de l’angle de l’azimut, proporcionaran els valors d’inclinació màxima i mínima. Si no hi intersecció entre elles significarà que les pèrdues seran superiors a les permeses i la instal·lació estarà fora dels límits. Els límits d’inclinació acceptables es corregiran en funció de la diferència entre la latitud de l’indret analitzat i la de 41º, segons la següent fórmula:

)41( φββ −−=opt (1)

on : optβ =Inclinació a la latitud φ de l’indret a analitzar β = Inclinació de referència a la latitud φ = 41º φ = Latitud de l’indret a analitzar. Pels casos prop del límit i com instrument de verificació, s’utilitzarà la fórmula següent:

[ ][ ]24

2524

)(102,1100(%)º15105,3)(102,1100(%)º90º15

opt

opt

PerduesPerdues

βββαβββ

−⋅×=⇒≤⋅+−⋅×=⇒<<

−

−−

(2)

2.2.- Estructura de Suport Un cop calculat l’angle d’inclinació dels col·lectors per a optimitzar el rendiment de la instal·lació en funció de la latitud de l’indret, s’haurà de preveure un sistema d’ancoratge i suport d’aquests. El tipus de fixació a utilitzar dependrà del seu emplaçament a la coberta, així com les forces que actuen sobre ell (pressió del vent... ). Al estar orientats al sud, els únics vents que poden representar un risc són els del nord: Mestral, Tramuntana i Gregal, ja que faran força de tracció als ancoratges (forces més perilloses que les de compressió). 3.- Radiació Efectiva que Arriba als Col·lectors (Eefc) La radiació efectiva és la quantitat d’energia que el captador aprofita, i depèn de la radiació solar global diària (RSGD) (Ersgd) que arriba a la superfície del captador segons la inclinació i dels coeficients de nitidesa atmosfèrica (katm), obliqüitat (kobl) i pèrdues per ombres (komb).

[ ]2MJ/Womboblatmrsgdefec kkkEE ⋅⋅⋅= (3)


4

3.1.- Radiació solar global diària Ersgd Els valors de la RSGD d’obtindran directament de dades reals o estadístiques de la radiació global diària. Dades obtingudes de publicacions oficials com l’Atlas de Radiació Solar a Catalunya, classificades per població i tabulades per mesos, orientació i inclinació en MJ/m²·dia, i representen la mitjana mensual de l’energia total que el Sol dóna a un metre quadrat de superfície durant un dia (Ersgd). Un cop escollits els valors més adequats a la instal·lació és calcula la radiació efectiva que arriba als col·lectors (Eefc). 3.2.- Nitidesa Atmosfèrica katm Caldrà tenir en compte la netedat de l’atmosfera, en llocs amb molta pol·lució el factor katm tindrà el valor de 0,95, ja que aproximadament el 5% del valor mitjà es absorbit per les partícules en suspensió. Als indrets de muntanya on l’atmosfera és més neta caldrà corregir pel factor katm= 1,05 ja que la radiació serà un 5% superior al valor mitjà. La resta de casos aquest factor no farà variar l’efectivitat katm= 1 3.3.- Obliqüitat dels Raigs Solars kobl Els primers i últims moments del dia, en els que la obliqüitat dels raigs solars és molt gran i la radiació que arriba no s’aprofita. Aquesta energia és aproximadament el 6% de la total, per tant el factor kobl tindrà el valor de 0,94. 3.4.- Pèrdues per Ombres komb Al voltant dels captadors pot haver-hi elements arquitectònics (xemeneies, campanars, torres...) o els mateixos col·lectors que els puguin fer ombra, variant per tant, la quantitat d’energia que els arriba. Caldrà tenir en compte la superfície eclipsada i el període de temps (hores i època de l’any). Per tal de poder calcular el percentatge de pèrdues respecte la radiació global, el Plec de condicions Tècniques d’instal·lacions solars de baixa temperatura publicat per l’I.D.A.E. descriu un mètode sistemàtic de càlcul. El procediment consisteix en la comparació del perfil d’obstacles que afecta a la superfície d’estudi amb el diagrama de trajectòries aparents del Sol. Els passos a seguir són els següents: 3.4.1- Obtenció del perfil d’obstacles Primer que tot es representen els principals obstacles que afecten a la superfície, en termes de coordenades de posició azimut i elevació (angle d’inclinació respecte la horitzontal): pot utilitzar-se un teodolit: El perfil d’obstacles es dibuixa al següent diagrama de trajectòries del Sol:


5

Figura 4: Diagrama de trajectòries del sol

Aquest gràfic representa la banda de trajectòries del Sol al llarg de l’any vist des dels captadors. Aquest cas és per la latitud φ =41º, per altres latituds s’hauria de desplaçar el gràfic la diferència de la inclinació, de forma ascendent si són inferiors o descendent si són superiors. El diagrama queda dividit en porcions, delimitades per les hores solars (negatives abans del migdia i positives després) i identificades amb una lletra i un número. Cada una de les porcions representa el recorregut del Sol en un cert període de temps (una hora al llarg de varis dies) i té, per tant, una determinada contribució a la radiació solar anual que incideix sobre la superfície a analitzar. Així el fet de que un objecte cobreixi una part de les porcions, suposa una certa pèrdua de radiació. La comparació del perfil d’obstacles amb el diagrama de trajectòries del Sol, permet calcular les pèrdues per ombrejat de la radiació solar global que incideix sobre la superfície al llarg de tot l’any. 3.4.2- Pèrdues per ombrejat Per trobar les pèrdues per ombrejat s’utilitzarà una de les taules següents: segons l’orientació (a) i la inclinació (ß) de la superfície en estudi:


6

ß = 35º a=0º A B C D ß = 0º

a=0º A B C D 13 0,00 0,00 0,00 0,03 13 0.00 0.00 0.00 0.18 11 0,00 0,01 0,12 0,44 11 0.00 0.01 0.18 1.05 9 0,13 0,41 0,62 1,49 9 0.05 0.32 0.70 2.23 7 1,00 0,95 1,27 2,76 7 1.52 0.77 1.32 3.56 5 1,84 1,50 1,83 3,87 5 1.11 1.26 1.85 4.66 3 2,70 1,88 2,21 4,67 3 1.75 1.60 2.20 5.44 1 3,15 2,12 2,43 5,04 1 2.10 1.81 2.40 5.78 2 3,17 2,12 2,33 4,99 2 2.11 1.80 2.30 5.73 4 2,70 1,89 2,01 4,46 4 1.75 1.61 2.00 5.19 6 1,79 1,51 1,65 3,63 6 1.09 126 1.65 4.37 8 0,98 0,99 1,08 2,55 8 0.51 0.82 1.11 3.28

10 0,11 0,42 0,52 1,33 10 0.05 0.33 0.57 1.98 12 0,00 0,02 0,10 0,40 12 0.00 0.02 0.15 0.96 14 0,00 0,00 0,00 0,02 14 0.00 0.00 0.00 0.17

Taula 1-A Taula 1-B

ß = 90º a=0º A B C D ß = 35

a=30º A B C D 13 0,00 0,00 0,00 0,15 13 0,00 0,00 0,00 0,10 11 0,00 0,01 0,02 0,15 11 0,00 0,00 0,03 0,06 9 0,23 0,50 0,37 1,10 9 0,02 0,10 0,19 0,56 7 1,66 1,06 0,93 0,78 7 0,54 0,55 0,78 1,80 5 2,76 1,62 1,43 1,68 5 1,32 1,12 1,40 3,06 3 3,83 2,00 1,77 2,36 3 2,24 1,60 1,92 4,14 1 4,36 2,23 1,98 2,69 1 2,89 1,98 2,31 4,87 2 4,40 2,23 1,91 2,66 2 3,16 2,15 2,40 5,20 4 3,82 2,01 1,62 2,26 4 2,93 2,08 2,23 5,02 6 2,68 1,62 1,30 1,58 6 2,14 1,82 2,00 4,46 8 1,62 1,09 0,79 0,74 8 1,33 1,36 1,48 3,54

10 0,19 0,49 0,32 0,10 10 0,18 0,71 0,88 2,26 12 0,00 0,02 0,02 0,13 12 0,00 0,06 0,32 1,17 14 0,00 0,00 0,00 0,13 14 0,00 0,00 0,00 0,22

Taula 1-C Taula 1-D

ß = 90º a=30º A B C D ß = 35º

a=60º A B C D 13 0,10 0,00 0,00 0,33 13 0,00 0,00 0,00 0,14 11 0,06 0,01 0,15 0,51 11 0,00 0,00 0,08 0,16 9 0,56 0,06 0,14 0,43 9 0,02 0,04 0,04 0,02 7 1,80 0,04 0,07 0,31 7 0,02 0,13 0,31 1,02 5 3,06 0,55 0,22 0,11 5 0,64 0,68 0,97 2,39 3 4,14 1,16 0,87 0,67 3 1,55 1,24 1,59 3,70 1 4,87 1,73 1,49 1,86 1 2,35 1,74 2,12 4,73 2 5,20 2,15 1,88 2,79 2 2,85 2,05 2,38 5,40 4 5,02 2,34 2,02 3,29 4 2,86 2,14 2,37 5,53 6 4,46 2,28 2,05 3,36 6 2,24 2,00 2,27 5,25 8 3,54 1,92 1,71 2,98 8 1,51 1,61 1,81 4,49

10 2,26 1,19 1,19 2,12 10 0,23 0,94 1,20 3,18 12 1,17 0,12 0,53 1,22 12 0,00 0,09 0,52 1,96 14 0,22 0,00 0,00 0,24 14 0,00 0,00 0,00 0,55

Taula 1-E Taula 1-F


7

ß = 90º a=60º A B C D ß = 35º

a=-30º A B C D 13 0,00 0,00 0,00 0,43 13 0,00 0,00 0,00 0,22 11 0,00 0,01 0,27 0,78 11 0,00 0,03 0,37 1,26 9 0,09 0,21 0,33 0,76 9 0,21 0,70 1,05 2,50 7 0,21 0,18 0,27 0,70 7 1,34 1,28 1,73 3,79 5 0,10 0,11 0,21 0,52 5 2,17 1,79 2,21 4,70 3 0,45 0,03 0,05 0,25 3 2,90 2,05 2,43 5,20 1 1,73 0,80 0,62 0,55 1 3,12 2,13 2,47 5,20 2 2,91 1,56 1,42 2,26 2 2,88 1,96 2,19 4,77 4 3,59 2,13 1,97 3,60 4 2,22 1,60 1,73 3,91 6 3,35 2,43 2,37 4,45 6 1,37 1,11 1,25 2,84 8 2,67 2,35 2,28 4,65 8 0,52 0,57 0,65 1,64

10 0,47 1,64 1,82 3,95 10 0,02 0,10 0,15 0,50 12 0,00 0,19 0,97 2,93 12 0,00 0,00 0,03 0,05 14 0,00 0,00 0,00 1,00 14 0,00 0,00 0,00 0,08

Taula 1-G Taula 1-H

ß = 90º a=-30º A B C D ß = 35º

a=-60º A B C D 13 0,00 0,00 0,00 0,24 13 0,00 0,00 0,00 0,56 11 0,00 0,05 0,60 1,28 11 0,00 0,04 0,60 2,09 9 0,43 1,17 1,38 2,30 9 0,27 0,91 1,42 3,49 7 2,42 1,82 1,98 3,15 7 1,51 1,51 2,10 4,76 5 3,43 2,24 2,24 3,51 5 2,25 1,95 2,48 5,48 3 4,12 2,29 2,18 3,38 3 2,80 2,08 2,56 5,68 1 4,05 2,11 1,93 2,77 1 2,78 2,01 2,43 5,34 2 3,45 1,71 1,41 1,81 2 2,32 1,70 2,00 4,59 4 2,43 1,14 0,79 0,64 4 1,52 1,22 1,42 3,46 6 1,24 0,54 0,20 0,11 6 0,62 0,67 0,85 2,20 8 0,40 0,03 0,06 0,31 8 0,02 0,14 0,26 0,92

10 0,01 0,06 0,12 0,39 10 0,02 0,04 0,03 0,02 12 0,00 0,01 0,13 0,45 12 0,00 0,01 0,07 0,14 14 0,00 0,00 0,00 0,27 14 0,00 0,00 0,00 0,12

Taula 1-I Taula 1-J

ß =90º a=-60º A B C D

13 0,00 0,00 0,00 1,01 11 0,00 0,08 1,10 3,08 9 0,55 1,60 2,11 4,28 7 2,66 2,19 2,61 4,89 5 3,36 2,37 2,56 4,61 3 3,49 2,06 2,10 3,67 1 2,81 1,52 1,44 2,22 2 1,69 0,78 0,58 0,53 4 0,44 0,03 0,05 0,24 6 0,10 0,13 0,19 0,48 8 0,22 0,18 0,26 0,69

10 0,08 0,21 0,28 0,68 12 0,00 0,02 0,24 0,67 14 0,00 0,00 0,00 0,36

Taula 1-K

Taules 1: Percentatge de radiació de superfícies segons inclinació i orientació


8

S’haurà d’escollir la taula 1 que resulti més semblant a la superfície d’estudi. Els nombres de les caselles corresponen al percentatge de radiació solar global anual que es perdria si la porció corresponent estigués interceptada per un obstacle. Finalment per trobar les pèrdues per ombres s’ha de fer el sumatori del producte de la part proporcional afectada de cada porció (0 si no està interceptada, 0,25, 0,5 o 1 si està totalment tapada) pel percentatge corresponent a la porció indicat a la taula:

∑∑= =

⋅=D

Ai jijij PkPèrdues

14

1

)((%) (4)

Per tant el coeficient komb tindrà el valor de komb = 1 - Pèrdues(%)/100. Podent obtenir finalment la radiació efectiva que arriba als col·lectors (Eefc). En els casos en que els objectes siguin molt propers al sistema de captació les ombres són molt irregulars, poder variar considerablement segons l’hora del dia i/o incidir només en parts del sistema de col·lectors. Per poder minimitzar l’error, és útil dibuixar diversos perfils d’obstacles repartits uniformement per la superfície de captadors. Fent la mitjana dels coeficients d’aquests punts, s’obté un valor més aproximat al coeficient real. Cal tenir en compte que el valor més real de cada superfície és el punt centrat a aquesta. 3.4.3- Distància mínima entre captadors A priori, a l’hora de situar els captadors, es pot preveure que l’ombra d’algun objecte pugui afectar de forma rellevant el funcionament del sistema. Es pot calcular la distància d, mesurada sobre l’horitzontal, entre algun obstacle d’altura h i una filera de captadors. Caldrà tenir-ho en compte també entre les files de col·lectors:

Figura 5: Distàncies entre captadors

Aquesta distància d, serà superior al valor obtingut per l’expressió:

)latitudº61tan( −=

hd (5)

on: 1/tan(61º-latitud) és un coeficient adimensional denominat k. L’angle 61º és el límit mínim d’obertura en el que es garanteixen un mínim de 4 hores de sol al voltant del migdia al solstici d’hivern. Alguns valors significatius de k es poden veure a la taula 2 en funció de la latitud de l’indret.


9

Latitud 29º 37º 39º 41º 43º 45º

k 1,600 2,246 2,475 2,747 3,078 3,487 Taula 2: Valors de k segons latitud.

4.- Intensitat de Radiació (Irad) La intensitat de radiació permet saber la potència mitjana que dóna un metre quadrat de col·lectors. És calcula a partir de l’energia total diària que arriba als col·lectors i el nombre d’hores de Sol.

[ ][ ]

[ ]MJhW

hHmMJ

E

mW

Icap

rad 6,3·10002

2 ×

=

(6)

Que és igual al quocient de l’energia diària del captador (Ecap) pel nombre d’hores de sol (H). Adequant les unitats al sistema internacional W/m², sabent que: 1 kW·h = 3,6 MJ. La intensitat de radiació és necessària per poder calcular els rendiments de la instal·lació. 5.- Energia que Aprofita el Sistema (Esist) 5.1.- Rendiment del Col·lector ? L’energia que arriba als captadors no s’aprofita el 100%. Els materials de que estan fets no transfereixen el tota l’energia i tenen pèrdues, tan per reflexió com per radiació. Per poder evitar la reflexió, la superfície de captació està pintada d’un color que absorbeixi el màxim d’espectre de radiació solar (negre). Per evitar les pèrdues per radiació es protegeixen amb vidre de màxima transparència (efecte hivernacle). El rendiment de cada col·lector es pot obtenir a partir de les dades donades pel fabricant en forma de gràfica de rendiment o en forma de funció, acceptades per laboratoris homologats com l’INTA. El rendiment, dependrà també de l’energia que arriba als col·lectors (intensitat de radiació) i de la diferència de temperatures entre l’interior i l’exterior del captador ja que: a més diferència les pèrdues són més elevades. De tot això se’n resulta la següent expressió, anomenada equació de Bliss:

I

TTUmb

ITT

UF asamLR

)()( 0 −−=

−−= ταη (7)

On: FR = Factor d’eficàcia.

t = Transmitància de la coberta transparent. a = Coeficient d’absorció de la placa absorbidora UL = Coeficient de pèrdues Tm = Temperatura mitjana a l’interior del captador. Experimentalment s’acostuma a

utilitzar la temperatura de servei (Ts) del sistema per aquest càlcul [ºC].


10

Ta= Temperatura exterior del col·lector. S’acostumen a utilitzar les mitjanes de la temperatura ambient de les hores diürnes [ºC].

Al agrupar els termes de l’equació (7) queda amb els dos paràmetres següents: b= Part constant de la funció: valor donat pel fabricant què depèn de la construcció

del col·lector i representa el rendiment màxim del captador. m= Factor d’eficàcia, donat també pel fabricant del col·lector. Representa el

pendent de la gràfica de rendiment. U0 = Coeficient global de pèrdues U, normalitzat i equivalent a 10 [W/(m²·ºC)]

El rendiment de la instal·lació no serà sempre el mateix. S’utilitzaran els valors de rendiment mensual mitjà. 5.2.- Energia que Aprofita el Captador Ecap Un cop obtingut el rendiment dels captadors, per trobar l’energia diària que aprofita el captador, només caldrà fer el producte de la radiació efectiva (3) pel rendiment:

η·efccap EE = (8)

5.3.- Energia que aprofita el sistema Esist A part dels captadors, el sistema el formen tubs, bombes, aixetes.... els quals tenen certes pèrdues de calor que depèn de l’aïllament que puguin tenir. De forma experimental s’ha calculat que aquestes pèrdues es poden fixar en un 15%, per tant s’haurà de reduir l’energia captada (8) amb un factor de 0,85 obtenint l’energia que aprofita el sistema, per tant energia útil:

85,0·capsist EE = (9) Aquest valor indicarà l’energia diària que un sistema de col·lectors solars aprofita per metre quadrat de superfície de captació. S’utilitza el valor mitjà de tots els dies de cada mes. 6.- Necessitats d’Energia La demanda energètica en instal·lacions d’aigua calenta sanitària ve donada pel volum de consum diari a més de la temperatura de servei i de la xarxa. Obtenint l’energia necessària a través dels coeficients de pes i calor específic de l’aigua.


11

6.1.- Consum Estimatiu Diari Ced En les instal·lacions existents on es disposi de dades de consum mitjà d’anys anteriors, s’utilitzaran aquestes dades amb la justificació corresponent. En el cas de no disposar de dades s’utilitzaran per al disseny els consums estimatius diaris (Ced) màxims expressats a la taula següent:

Criteri de consum Litres /dia (Ced)

Vivendes unifamiliars 40 per persona Vivendes multifamiliars 30 per persona Hospitals i clíniques 80 per llit Hotels (4 estrelles) 100 per llit Hotels (3 estrelles) 80 per llit Hotels/Hostals (2 estrelles) 60 per llit Campings 60 per emplaçament Hostals/Pensions (1 estrella) 50 per llit Residències (vells, estudiants...) 80 per llit Vestuaris/Dutxes col·lectives 20 per servei Escoles 5 per alumne Quarters 30 per persona Fàbriques i tallers 20 per persona Oficines 5 per persona Gimnasos 30 a 40 per usuari Bugaderies 5 a 7 per quilo de roba Restaurants 8 a 15 per cobert Cafeteries 2 per servei

Taula 3: Consums unitaris d’a.c.s. estimats Valors obtinguts del plec de condicions tècniques de l’ICAEN i de l’IDAE. 6.2.- Consum Total Diari Ct La quantitat d’aigua a escalfar s’obtindrà dels consums estimats i de la quantitat de persones o usos a donar servei. Caldrà tenir en compte sempre les variacions de consums en el moment del dia o l’època de l’any, i la simultaneïtat o no d’aquests. En el cas d’habitatges unifamiliars, per poder calcular el consum total durant un dia, s’haurà de fer el producte de la quantitat de persones (P) que utilitzen el servei pel consum estimatiu diari. Si és un edifici de n habitatges, a més caldrà tenir en compte un factor (f), que és proporcional a la quantitat d’habitatges i que reflexa la no simultaneïtat de l’ús del servei. El resultat d’aquesta operació serà:

fnP CC ppt ···= (10) on: Ced = Consum estimatiu diari per persona, s’acostuma a utilitzar el valor de 40dm³ (taula anterior) P= número de persones, s’acostuma a calcular per quatre persones.


12

n= número d’habitatges que utilitzen el mateix sistema de captació. f= Factor simultaneïtat de consum d’a.c.s. El seu valor és inferior a 1 i proporcional al número d’habitatges quan són més de 10. Segueix la següent expressió:

)·02,0(2,12510110

nfnfn

−=⇒<<=⇒≤

(11)

6.3.- Temperatura de la Xarxa Tx Els valors de la temperatura de l’aigua de la xarxa s’obtindran de les mitjanes mensuals donades per la companyia subministradora o extretes de taules publicades per diversos organismes com l’ICAEN i l’IDAE. Els valors acostumen a ser per poblacions importants i tabulades per mitjanes mensuals. 6.4.- Demanda Mitjana Diària Ed És l’energia que es necessita per poder escalfar la quantitat d’aigua demanada des de la temperatura de la xarxa (Tx) fins a la temperatura de servei mitjana (Ts). La quantitat d’energia necessària per augmentar un ºK de temperatura un litre d’aigua és l’equivalent al calor específic de l’aigua Ce= 4184 [J/(kg·ºC)]. Cal tenir en compte que el pes específic de l’aigua és de ? = 1 [kg/dm³]. Sabent el diferencial de temperatura entre l’aigua d’entrada i la de consum i la quantitat d’aigua a escalfar en un dia s’obtindrà la quantitat d’energia que el conjunt dels usuaris necessiten diàriament per satisfer el 100% del consum. L’expressió a resoldre és la següent:

[ ] exstd CTTCE ⋅⋅−⋅= ρ)(MJ (12) on: Ct = És el consum total diari de la instal·lació en litres o decímetres cúbics. Ts = Temperatura de servei mitjana [ºC] Tx = Temperatura de la xarxa [ºC], obtinguda de dades oficials. ?= Pes específic de l’aigua equivalent a 1 kg/dm³ Ce = Calor específic de l’aigua que és de 4184 J/(kg ·ºC) Tant l’energia efectiva que arriba al captador com el diferencial de temperatures no són constants, varien depenent de l’època de l’any. Per realitzar els càlculs s’obtindrà l’energia mitjana necessària diària de cada mes. Hi ha ajuntaments que estableixen un valor mínim de demanda d’energia per habitatge a través d’ordenances municipals, en el cas de Barcelona, aquest valor és de 21MJ per un habitatge de 4 persones. Per simplificar s’utilitzaria aquest valor per tots els mesos de l’any.


13

7.- Número de Captadors 7.1.- Superfície de Captació Sc Coneguda la mitjana diària de cada mes de la demanda d’energia (Ed)(12), i sabent la quantitat unitària d’energia que aprofita el sistema (Esist)(9), es pot obtenir la superfície de captadors necessaris per cobrir el 100% de les necessitats totals: fent el quocient entre l’energia necessària i l’energia que dóna un metre quadrat de captadors. El resultat serà la superfície de captadors necessària per cobrir les necessitats calculades en apartats anteriors.

sist

dc E

ES = (13)

El resultat variarà considerablement entre els mesos de més radiació o menys demanda en els que es necessitarà menys superfície de captació i els mesos d’hivern en els que seria necessària una extensió molt més gran per cobrir el 100% de les necessitats. 7.2.- Nombre de Captadors Teòrics Ct Fixades les superfícies de captació necessàries (Sc)(13), i sabent també la superfície útil de cada col·lector donada pel fabricant (S1c), s’obtindrà el nombre de col·lectors teòrics necessaris cada mes:

c

ct S

SC

1

= (14)

Arrodonit aquest valor a l’enter superior per raons obvies. 7.3.- Nombre i Superfície Real de Captadors Cr i Scr Com es pot comprovar, el número de col·lectors teòrics varia considerablement entre els mesos d’estiu i els d’hivern (14). La instal·lació, però, haurà d’estar composta per un nombre fix de captadors, per raons constructives, pràctiques i ecològicament i econòmicament més viables. El nombre de captadors reals (Cr) a col·locar s’haurà d’escollir de forma empírica depenent dels mesos que es vol cobrir. Cal tenir en compte que si s’agafa el valor dels mesos d’hivern, es cobriran el 100% de les necessitats durant tot l’any, donant lloc, però, que als mesos d’estiu hi hagués un gran excedent d’energia; a part, la instal·lació seria molt més costosa al haver-hi de col·locar molts col·lectors. Prenent el valor dels mesos d’estiu, només es cobriria una part de l’any, per tant no s’estalviaria tanta energia convencional, el cost de la instal·lació, però, seria més reduït al no haver-se d’instal·lar tants col·lectors. La decisió de la quantitat de col·lectors és estudiable ja que massa col·lectors implica rendiments baixos i temps d’amortització molt més llarg al haver-se de dissipar molta energia. Si el rendiment de la instal·lació ha de complir alguns criteris, la quantitat de col·lectors ja queda més limitada. En el cas d’utilitzar les condicions tècniques de l’IDAE es considera


14

que no hi pot haver cap mes que la producció d’energia superi el 110% de la demanda i que no hi pot haver més de tres mesos que es superi el 100% de la demanda. La superfície de captadors reals (Scr) s’obtindrà directament del número de captadors reals (Cr) i de la seva superfície unitària (S1c).

rccr CSS ⋅= 1 (15) 8.- Balanços Energètics 8.1.- Energia Mensual Necessària Emn Sabent la mitjana d’energia diària (Ed)(12) s’obtindrà la de cada mes (Emn) fent el producte amb els dies del mes corresponent:

diesEE dmn ×= (16) 8.2.- Energia Diària Produïda Edp Sabent la superfície real dels captadors (Scr), es pot calcular l’energia diària produïda pel sistema. A partir de l’energia que aprofita el sistema (Esist) i la superfície real de captadors es troba l’energia produïda en un dia mitjà (Edp):

sistcrdp ESE ×= (17) 8.3.- Energia Mensual Produïda Emp L’energia mensual produïda s’obté del producte de l’energia produïda en un dia (Edp)(17) per al número de dies del mes corresponent.

diesEE dpmp ×= (18) 8.4.- Complement d’Energia Necessari Ecom Els mesos en que el sol està més baix i no arriba molta radiació, l’energia produïda acostuma a ser inferior a la necessària. Per poder escalfar l’aigua fins a la temperatura necessària, ens cal un sistema alternatiu complementari d’energia (caldera, escalfador, resistència....). Per poder decidir la potència o el poder calorífic d’aquest, és necessari saber aquest dèficit d’energia. Aquest complement d’energia necessari es el resultant de la diferència entre l’energia mensual necessària (Emn)(16) i l’energia mensual produïda pel sistema (Emp)(18), agafant només el valors positius (ja que els valor negatius signifiquen sobrant d’energia).


15

0=⇒≤−=⇒>

commpmn

mpmncommpmn

EEEEEEEE

(19)

La potència de l’equip auxiliar ha de superar el 100% d’aquest dèficit d’energia tots els mesos. 8.5.- Energia Sobrant Esob Als mesos en que el sol és més alt, i hi ha més radiació, la instal·lació produeix energia sobrant, que per evitar problemes de sobre-pressions s’ha de dissipar mitjançant un refredador o utilitzant-la per altres usos (per exemple escalfar l’aigua d’una piscina). Aquesta energia sobrant, que és el complementari de l’apartat anterior, s’obtindrà de la diferència entre l’energia mensual produïda pel sistema (Emp)(18) i l’energia mensual necessària (Emn)(16), agafant només el valors positius (ja que els valor negatius signifiquen falta d’energia).

0=⇒≥−=⇒<

sobmpmn

mnmpsobmpmn

EEEEEEEE

(20)

8.6.- Energia Útil Eutl L’energia útil és la que realment l’usuari aprofita, per tant la que s’estalvia de la no renovable. S’obté de la diferència entre l’energia mensual produïda (Emp)(18) i l’energia mensual sobrant (Esob)(20):

sobmputl EEE −= (21) 9.- Rendiments Totals Mitjançant els rendiments, es pot saber com és el funcionament de la instal·lació al llarg dels mesos, i per tant poder saber també el rendiment econòmic. 9.1.- Rendiment mensual mitjà ?m El rendiment mensual mitjà indica el tant per cent d’energia que el sistema capta respecte a l’energia necessària cada mes. Aquest rendiment té en compte el sobrant d’energia que no s’utilitza, per tant, hi ha rendiments de més del 100% als mesos de més radiació solar. El rendiment mensual mitjà s’obté de la divisió de l’energia mensual produïda pel sistema (Emp)(18) i l’energia mensual necessària (Emn)(16) convertint-la a percentatge:


16

100⋅=mn

mpm E

Eη (22)

En el cas de que el sistema hagi d’estar subvencionat per l’IDAE, s’haurà de comprovar que no hi ha cap mes que superi aproximadament el 110% de rendiment, i que no hi hagi més de tres mesos que superin el 100%. En el cas de que es superin aquestes dues premisses, s’haurà de repetir el càlcul variant el nombre de col·lectors escollits o l’angle d’inclinació d’aquests, i així successivament fins a trobar el valor més òptim. Per rendiments molt baixos, s’haurà d’augmentar el nombre de captadors fins a arribar a les condicions òptimes. 9.2.- Rendiment mensual real ?mr A efectes d’estalvi d’energia, els rendiments en els que es contempla l’energia sobrera no es poden tenir en compte per poder calcular el rendiment mensual real. Per tant s’utilitzarà l’energia útil (Eutl)(21). Per obtenir el rendiment mensual real, el resultat es divideix per l’energia necessària (Emn)(16) i es traspassa a percentatge:

100⋅=mn

utlmr E

Eη (23)

Aquest valor indica el tant per cent d’energia no renovable que el sistema fa estalviar a l’usuari cada mes. 9.3.- Rendiment anual ?a Per poder trobar el rendiment absolut de la instal·lació, hem de fer la mateixa operació (23) però havent sumat a priori les energies mitjanes (16 i 21) de tots els mesos, per tant:

( )ii

mnmnT EE ∑=

=12

1_ (24)

( )ii

utlutlT EE ∑=

=12

1_ (25)

El rendiment real anual mitjà de la instal·lació serà:

100_

_ ⋅=mnT

utlTa E

Eη (26)

Aquesta dada dóna el rendiment absolut de la instal·lació.


17

A.II) Mètodes de Càlcul Hidràulic 1.- Objectiu de la Memòria L’objectiu de la memòria és l’adaptació del circuit hidràulic a les necessitats del sistema. En funció dels consums i de la potència de la instal·lació s’obtindrà la capacitat dels acumuladors. La transferència d’energia entre els captadors i els acumuladors es realitzarà a través d’una xarxa de canonades per on circularà el fluid caloportador. La quantitat de fluid a circular dependrà del número de captadors i del cabal unitari admès. Els principals paràmetres a calcular a partir del cabal necessari són: la secció de les canonades i la potència de la bomba, de tal manera que es compleixin les especificacions dels captadors tenint en compte la resistència que donen els materials del circuit hidràulic al pas del fluid. Els valor teòrics obtinguts s’hauràn d’ajustar aquests als comercials, no sobredimensionant excessivament la instal·lació evitant costos poc amortitzables. Una altra variable a resoldre, serà la capacitat del vas d’expansió de tal manera que es puguin absorbir les dilatacions del fluid sense malmetre la instal·lació. Finalment, per tal d’evitar pèrdues d’energia s’escollirà l’aïllament necessari per les canonades, segons la normativa vigent. 2.- Cabal Necessari El paràmetre a obtenir és el cabal del circuit primari (H) és a dir: el que ha de passar pels col·lectors. Aquesta dada ve determinada pel fabricant de les plaques, normalment en un interval de cabals recomanats per metre quadrat de superfície de captació (Hcol). Segons la superfície de captació (Scr) calculada a priori (15), s’obtindrà el cabal mínim necessari:

crcol SHH ⋅= (27)

3.- Capacitat Acumulador L’aportació d’energia solar no és constant durant el dia, per tant és necessari acumular-la. L’acumulació es realitzarà a través de dipòsits aïllats i tancats, poder essent un de sol o varis de distribuïts. La capacitat d’acumulació dependrà principalment de la potència del generador i de l’energia necessària. Segons el plec de condicions tècniques de IDAE, el volum d’acumulació tindrà una relació directe amb la superfície de captació tenint un rendiment òptim entre els dos valors:

50 < V/A < 180 (28) On: V= Volum de l’acumulador en dm³ A= Superfície de captadors en m²


18

El valor recomanat d’acumulació és aproximadament la càrrega de consum diària M:

V˜ M. (29) Les instal·lacions amb fraccions solars baixes, es considerarà l’ús de relacions V/M baixes i per instal·lacions amb fraccions solars altes aquesta relació haurà d’augmentar. 4.- Pèrdues de Càrrega La pèrdua de càrrega, és la resistència que oposa una conducció al pas del fluid i depèn del material i de la forma (superfície de contacte, canvis de direcció...). Les pèrdues de càrrega s’expressen en el mm de columna d’aigua (mmCA). El total de pèrdua de càrrega d’un circuit s’obtindrà de la suma de les pèrdues de tot el recorregut del fluid. Aquestes seran facilitades pel fabricant de cada accessori o conducció, o calculades mitjançant taules de pèrdua de càrrega. La pèrdua total del circuit serà la suma de les pèrdues dels col·lectors (Jcol), canonades (Jtubs), accessoris (Jacc) i acumulador (Jacu):

acuacctubscol JJJJJ +++= (30) L’associació de càrregues s’obtindrà directament de la suma de cada una en el cas de que el circuit sigui en sèrie (on Jx=J1+J2+...+Jn), i en el cas de circuits paral·lels la resistència es resoldrà fent la inversa de la suma de les inverses de cada càrrega paral·lela (1/Jx=1/J1+1/J2+...+1/Jn) . 4.1.- Pèrdues als Col·lectors Jcol Donada pel fabricant del col·lector. Caldrà obtenir el total de tot el grup, depenent de la configuració del camp de captadors en sèrie, paral·lel o de forma mixta utilitzant el mètode de càlcul de pèrdues corresponent: normalment es presenta en funció del cabal circulant. Per tenir un màxim rendiment del sistema, caldrà que la pèrdua de càrrega quedi distribuïda de forma homogènia en tot el camp de captadors. Dit d’altra manera: ha de permetre que el líquid caloportador circuli per tots els col·lectors a la mateixa velocitat. De forma senzilla: instal·lant els captadors col·locant l’entrada al costat oposat de la sortida. 4.2.- Pèrdues a les Canonades Jtubs Les conduccions i els diversos accessoris que s’utilitzaran per tal de transportar l’energia des dels captadors fins als acumuladors, també mostraran resistència al pas del líquid. Aquesta pèrdua es calcularà depenent de la distància a recórrer, la secció de la canonada i les pèrdues dels diversos accessoris indicades pel fabricant. Caldrà tenir en compte una distribució uniforme a cada acumulador per tal de transmetre l’energia de forma equivalent a cada habitatge: tenint en compte que el recorregut de l’aigua sigui de la mateixa distància per a tots els habitatges. (donant aigua des del primer habitatge a l’últim i retornant-la de forma inversa), per tant: la distància a recórrer serà sempre la mateixa independentment de l’habitatge.


19

Per poder calcular aquesta pèrdua de càrrega, caldrà saber la secció de la canonada a priori. La secció dependrà principalment del cabal necessari (l/h) i de la pèrdua de càrrega màxima permesa, fixada en un màxim de 40 mmCA/m per l’IT.IC.05 del Reglament RCAS. Per facilitar els càlculs i poder trobar aquesta secció s’utilitzaran les gràfiques de pèrdua de càrrega: funció entre cabal, pèrdua de càrrega i secció de la canonada corresponent. Publicades per diferents tipus de canonades o sistemes de muntatge (circuit obert o tancat). Les ordenades de la gràfica (escala logarítmica) expressen la pèrdua de càrrega en mmCA/m produïda i les abscisses el cabal en l/h. El cos de la gràfica indica en forma de rectes paral·leles el punt de treball corresponent als valors comercials de la canonada. Per trobar el valor de la secció es busca el punt de treball per al cabal necessari i la pèrdua de càrrega màxima (40 mmCA) permesa. S’usarà, però, un valor més baix, per tal d’assegurar que el sistema funcioni: com a valors típics entre 20 i 30 mm.C.A./m. Un cop buscat el punt de treball caldrà seleccionar la secció comercial a instal·lar, indicada al cos de la gràfica, seleccionant el valor proper superior al punt de treball necessari. Per tal de calcular la pèrdua de càrrega real de la canonada, caldrà fer l’operació anterior però de forma inversa, obtenint la pèrdua corresponent al punt de treball pel cabal necessari segons la canonada escollida (Jm.tub), valor corresponent a la intersecció entre el cabal i la secció. Sabent la distància de tot el recorregut (Ltubs) s’obtindrà la pèrdua total de tota la canonada del circuit primari:

tubstubmtubs LJJ ⋅= . (31) 4.3.- Pèrdues dels Accessoris Jacc Les pèrdues de càrrega dels accessoris (colzes, vàlvules...) podran estar indicades pels fabricants. Podran tenir-se en compte, tot hi que moltes vegades es desprecien o s’incrementa entre un 5 i un 20% la pèrdua de les canonades. Es poden utilitzar altres mètodes molts de forma empírica, per tal de trobar la pèrdua de càrrega. 4.4.- Pèrdues dels Acumuladors Jacu Les pèrdues de càrrega dels acumuladors, podran estar indicades pels fabricants o obtingudes experimentalment o empíricament. 5.- Potència de la Bomba Un cop resolt el cabal necessari i la pèrdua de càrrega del circuit, es podrà decidir el tipus de bomba a col·locar. La circulardora ha de tenir una potència que doni el cabal necessari i que pugui vèncer les pèrdues de càrrega de la instal·lació. Per això s’usaran les gràfiques de potència de la bomba subministrades pels fabricants. Aquestes, normalment, expressaran a les abscisses la pressió ( mCA (1 m= 1000 mmCA.), i a les ordenades el cabal (m³/h). Al cos de la gràfica s’hi indica la potència o model de bomba. Caldrà fer coincidir el cabal necessari amb la pressió equivalent a la pèrdua de càrrega, i escollir la potència superior al punt de treball corresponent als dos valors.


20

6.- Vas d’Expansió El vas d’expansió és el dispositiu que permet que l’aigua del circuit pugui variar de volum segons els canvis de temperatura de la instal·lació. La capacitat total útil del vas ha de ser més gran que el líquid expandit. Dependrà també d’un factor que depèn de la pressió de treball i l’altura. S’utilitzaran les especificacions de la norma UNE 100155 per obtenir el seu valor. 6.1.- Dilatació del Fluid: Coeficient d’Expansió Ce La dilatació del fluid, en aquest cas de l’aigua és defineix amb el coeficient d’expansió, el qual indica l’expansió des del mínim (a 4ºC) i variant amb la temperatura. Diversos valors de Ce seran:

ºC 0º 4º 20º 30º 40º 50º 55º 60º

Ce 0,00013 0 0,0015 0,00408 0,00755 0,0118 0,0142 0,0168

ºC 65º 70º 80º 85º 90º 95º 100º

Ce 0,0195 0,0255 0,0287 0,0321 0,0356 0,0393 0,0431 Taula 4: Coeficients d’expansió típics. Valors obtinguts segons UNE 100155

Caldrà escollir el coeficient corresponent a la mitjana de les temperatures màximes de treball de la instal·lació (mitjana entre l’anada i el retorn a les plaques). En el cas d’utilitzar un altre tipus de fluid, aquest coeficient variarà segons la seva composició. 6.2.- Volum de la Instal·lació V Fent el producte amb el volum de líquid de la instal·lació s’obtindrà el volum de líquid desplaçat a la temperatura seleccionada. Per trobar la capacitat de la instal·lació caldrà sumar el valor de tots els continguts dels components de la instal·lació subministrats pels fabricants, i el volum de les canonades:

tubscolserp VVVV ++= (32) On: Vserp = Volum dels serpentins dels acumuladors, subministrat pel fabricant Vcol = Volum de fluid dels col·lectors, subministrat pel fabricant

Vtubs = Volum de tot el circuit de canonades, equivalent a la secció per la longitud:

32

10··4

−⋅= L

DVtubs

π[dm³] (33)

On: D = Diàmetre interior del tub [mm] L = Longitud del tub [m]


21

La capacitat dels tubs s’obtindrà a partir del diàmetre i longitud d’aquestes: Valor en litres/metre de la capacitat de tubs d’alguns diàmetres comercials:

Ferro (Fe) Coure (Cu)

Polzades dm³/m mm dm³/m

3/8” 0,128 6/8 0,028

1/2” 0,213 8/10 0,050

3/4” 0,380 10/12 0,079

1” 0,602 12/14 0,113

1¼” 1,04 13/15 0,133

1½” 1,359 14/16 0,151

2” 2,248 16/18 0,201

2¼” 3,772 20/22 0,314

3” 5,204 26/28 0,531

4” 8,820 33/35 0,855

5” 13,431 40/42 1,257 Taula 5: Capacitats tubs de ferro comercials Taula 6: Capacitats tubs de coure comercials 6.3.- Volum Útil del Vas d’Expansió Vu El volum útil serà la quantitat de líquid desplaçat que haurà de suportar el vas. S’obtindrà de les dades anteriors, segons la dilatació (taula 4) i volum corresponents (32):

VCV eu ⋅= (34) On: Vu = Volum útil del vas d’expansió (dm³) Ce= Coeficient d’expansió. V= Capacitat total de la instal·lació (dm³) 6.4.- Volum total del vas d’expansió Vt El volum total, serà el que haurà de tenir el vas d’expansió perquè pugui absorbir el volum útil. Caldrà tenir en compte la pressió geomètrica del recipient. La relació entre el volum total i el volum útil serà el coeficient de pressió (Cp)(36).


22

El valor resultant s’haurà d’adaptar el valor comercial pròxim superior. El volum total sorgirà del producte del volum útil pel coeficient de pressió:

peput CCVCVV ⋅⋅=⋅= (35) El valor resultant s’haurà d’adaptar el valor comercial pròxim superior. 6.4.1- Coeficient de pressió Cp El coeficient de pressió dependrà principalment de la pressió màxima (37-38) i de la diferència entre la màxima i la mínima (39-40):

mM

M

PPP

Cp−

= (36)

On: PM= Pressió màxima del vas d’expansió (bar): Serà la pressió màxima del punt més dèbil de la instal·lació (vàlvula de

seguretat) Caldrà tenir en compte les toleràncies i prescripcions següents: Escollir el menor dels dos valors per a PM:

19,0 +⋅= VSM PP (és el 10% menor que PVS) (37) 35,01++= VSM PP (és 0,35 bar menor que PVS) (38) On: PVS = Pressió de tara de la vàlvula de seguretat (bar) Nota: El valor de 1 correspon a la pressió atmosfèrica (1 bar)

Pm= Pressió mínima del vas d’expansió (bar): Serà l’altura geomètrica absoluta (Hg) aplicada al vas d’expansió, tenint en compte els mínims del circuit, les cotes de la instal·lació. S’haurà d’aplicar-hi un marge de seguretat segons la temperatura de funcionament:

atmgm PHP ++= 2,0 (si temperatura<90º) (39)

atmgm PHP ++= 5,0 (si temperatura>90º) (40)

On: Patm= Pressió atmosfèrica: pressió normal de l’altitud on es troba la instal·lació, normalment s’agafa el valor de 1 bar.

El coeficient de pressió és un valor superior a 1, i indica l’increment de volum que el vas necessita per absorbir els canvis de pressió geomètrics de la instal·lació.


23

7.- Aïllaments Per tal d’evitar el màxim de pèrdues d’energia, caldrà aïllar els components. L’acumulador i els col·lectors venen aïllats de fàbrica segons la normativa d’homologació. Per les canonades, segons l’apèndix 03.1 del RITE, l’aïllament és necessari quan continguin fluids amb temperatura inferior a la de l’ambient o superior als 40ºC. L’aïllament dependrà de la temperatura de treball i del diàmetre de les canonades. Els gruixos recomanats pel RITE (amb una conductivitat de 0,040 W/(m K) a 20ºC), seran els següents:

Fluid interior calent (>40º) Diàmetre exterior

mm Temperatura màxima

ºC 40º a 65º 66º a 100º 101º a 150º 151º a 200º

D = 35 20 20 30 40 35 < D = 60 20 30 40 40 60 < D = 90 30 30 40 50

90 < D = 140 30 40 50 50 140 < D 30 40 50 60

Taula 7: Gruixos d’aïllament tèrmic segons RITE Quan els components estiguin instal·lats a l’exterior, el gruix indicat a les taules anteriors haurà de ser incrementat, com a mínim, en 10 mm.

Sistema Centralitzat d’escalfament d’aigua Calenta Sanitària amb Energia Solar per un Edifici de Quatre Habitatges. Memòria de càlcul

24

B) CÀLCULS B.I) Càlculs Solars 1.- Objectiu de la Memòria L’objectiu d’aquesta memòria és justificar els valors que es donen a la memòria descriptiva sobre la quantitat de col·lectors solars necessaris. Es pretén cobrir la major part de necessitats d’energia per escalfar l’aigua calenta sanitària (ACS) d’un edifici d’habitatges de quatre pisos ocupats per una mitjana de cinc persones amb una necessitat d’ACS de 40 dm³ per persona i dia. Caldrà tenir en compte la sostenibilitat i el cost econòmic de la instal·lació en relació al rendiment o estalvi energètic i econòmic possibles. 1.1.- Dades Necessàries Per poder obtenir conclusions faran falta diverses dades, tan dels consums, com dels materials de la instal·lació. Caldrà tenir en compte, també les característiques del medi. Les dades seran extretes de taules de diversos organismes (ICAEN, IDAE, INTA, Atles Solar, Censolar) d’altres dades seran per hipòtesi, experimentals o característiques dels materials. 1.1.1.- Dades del consumidor/habitatge

Dada Valor

Consum per persona Cpp * 40 dm³/dia

Persones per habitatge P 5 persones

Número d'habitatges n 4 habitatges Taula 8: Dades consumidor/habitatge

* valors obtingut del plec de condicions tècniques de l’Institut Català de l’Energia (ICAEN): mitja de consum estimat d’ACS per persona i dia arreu del país (taula 3)


25

1.1.2.- Dades col·lectors/instal·lació

Dada Valor

Àrea del captador: S1c * 2,57 m²

Pendent de la funció de rendiment captador: m * 0,41 W/m²·ºC

Variable independent rendiment captador: b * 0,7

Correcció del rendiment: t 0,94

Coeficient global de pèrdues: U0 10 W·m²/ºC

Pèrdues de la instal·lació: 0,85 Taula 9: Dades col·lectors/instal·lació

* Dades subministrades pel fabricant en forma de gràfica de rendiment o en forma de funció, acceptades per l’Institut Nacional de Tecnologia Aerospacial (I.N.T.A.). (En aquest cas: Captador SONNENKRAFT Mod. SK500 N/2001, DOC. Nº: CA/RPT/4451/011/INTA/02, pàgina 12). (annex 1-1) 1.1.3.- Dades físiques/entorn

Dada Valor

Fluid caloportador: aigua

Pes específic fluid: ? 1 kg/dm³

Calor específic fluid: Ce 1 kcal/kg·ºC

Nitidesa atmosfèrica: katm 1

Pèrdues obliqüitat raigs solars albada i posta: kobl 0,94

Pèrdues per ombres als col·lectors: komb 1 Taula 10: Dades físiques/entorn


26

1.1.4.- Dades físiques mensuals

Valor

Dada gen feb mar abr mai jun jul ago set oct nov des

RSGD(a=0º ß=50º) *1 Ersgd[MJ/m²] 14,23 16,64 19,23 20,71 20,88 20,70 20,76 20,75 19,66 17,18 14,56 13,19

Tª de servei ACS Ts *2 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45

Tª ambient diürna Ta *3 11 12 14 16 19 22 25 26 23 20 15 12

Tª de la xarxa Tx*4 6 7 9 11 12 13 14 13 12 11 9 6

Hores de sol H *5 7,5 8 9 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9 9 8 7

Taula 11: Dades físiques mensuals *1 Extreta de l’Atlas de radiació solar a Catalunya (edició 2000), respecte a la ciutat de Tarragona, per un azimut a=0º i per una inclinació ß=50º: dades mitjanes de mesures reals. (annex 3) *2 Temperatura usual de consum de l’ACS.

*3 Temperatura ambient mitjana de les hores diürnes a la ciutat de Tarragona. Extreta de l’Atlas de radiació solar a Catalunya (edició 2000)(annex 3). *4 Temperatura mitjana de la xarxa de subministrament d’aigua a les comarques de Tarragona, extretes del centre d’estudis Censolar, i publicades per l’IDAE.

*5 Hores mitjanes diàries de Sol a la latitud de 41º. 2.- Orientació i Inclinació dels Col·lectors La instal·lació a determinar té com a superfície per col·locar els captadors un terrat amb una petita pendent orientada al sud, per tant l’orientació d’aquests podrà ser totalment sud, per tant a=0. Com que la latitud on està ubicada la instal·lació és aproximadament 41º, i tenint en compte que augmentant 10º la inclinació dels col·lectors per guanyar eficiència als mesos de menys radiació sense perdre’n els mesos d’estiu, s’aplicarà una inclinació de 51º respecte l’horitzontal. 2.1.- Límits d’Inclinació i Orientació Com que aquest cas la orientació dels col·lectors és 0º, no caldrà buscar els límits, ja que en cap cas les pèrdues estaran fora dels màxims.


27

3.- Radiació Efectiva que Arriba als Col·lectors (Eefc) 3.1.- Radiació Solar Global Diària Ersgd Les dades de radiació solar global diària (RSGD) sobre superfícies inclinades, de Tarragona (dades del lloc més proper), per a una inclinació de 50º són les següents:

Radiació solar global diària sobre superfícies inclinades (MJ/m 2 /dia). Estació: Tarragona

Orientació= 0º

Inclinació gen feb mar abr mai jun jul ago set oct nov des anual

50º 14,23 16,64 19,23 20,71 20,88 20,70 20,76 20,75 19,66 17,18 14,56 13,19 18,21

Taula 12: RSGD a tarragona 3.2.- Nitidesa Atmosfèrica katm S’escolleix un coeficient de nitidesa atmosfèrica de katm=1, ja que la instal·lació es troba en un indret on no hi ha molta contaminació però tampoc aire totalment pur. 3.3.- Obliqüitat dels Raigs Solars kobl La obliqüitat dels raigs solars als primers i últims moments del dia afectarà en un 6% l’efectivitat a la instal·lació, per tant kobl=0,94 3.4.- Pèrdues per Ombres komb Pel que fa a les ombres, com que no hi ha cap objecte que faci ombra als col·lectors, el coeficient komb=1. 3.5.- Resultats Finalment el producte de tots els coeficients de cada mes:

omboblatmrsgdefc kkkEE ⋅⋅⋅= (41)

194,01 ⋅⋅⋅= rsgdefc EE (42)


28

Fent l’operació s’obtenen els següents resultats:

Variable gen feb mar abr mai jun jul ago set oct nov des

Ersgd[MJ/m²] 14,23 16,64 19,23 20,71 20,88 20,70 20,76 20,75 19,66 17,18 14,56 13,19

kotm 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

kolb 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94

komb 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

Eefc[MJ/m²] 13,38 15,64 18,08 19,47 19,63 19,46 19,51 19,51 18,48 16,15 13,69 12,40

Taula 13: Radiació efectiva 4.- Intensitat de Radiació (Irad) A partir de les hores diàries (taula 11) i l’energia que arriba al captadors (taula 13), es troba la intensitat de radiació utilitzant la següent expressió:

[ ][ ][ ]JM6,3

hW·1000hm

JM

mW 2

2 ///

×/

//

=

H

EI

efc

rad (43)

Resolent l’expressió:


Eefc[MJ/m²] 13,38 15,64 18,08 19,47 19,63 19,46 19,51 19,51 18,48 16,15 13,69 12,40

H [h] 7,50 8,00 9,00 9,50 9,50 9,50 9,50 9,50 9,00 9,00 8,00 7,00

Irad [W/m²] 495,41 543,11 557,91 569,22 573,89 568,95 570,60 570,32 570,38 498,43 475,22 492,01

Taula 14: Intensitat de radiació 5.- Energia que Aprofita el Sistema (Esist) 5.1.- Rendiment del Col·lector ? El rendiment teòric en aquesta instal·lació s’obtindrà a partir de la corba de rendiment subministrada pel fabricant dels col·lectors solars (annex 1-1). En aquest cas el col·lector en estudi és de la casa SONNENKRAFT model SK500 N. La corba està realitzada pel “Instituto Nacional de Tecnologia Aereoespacial” i segueix la següent expressió:

ITTU

ITTU

mb asas )(41,070,0

)( 00 −−=

−−=η (44)


29

On: U0 = Coeficient global de pèrdues normalitzat i equivalent a 10 [W/(m²·ºC)] Aplicant aquesta expressió, tenint en compte els valors de temperatura de servei Ts fixada a 45º i la temperatura d’ambient Ta mitjana a les hores diürnes, en aquest cas de Tarragona (taula 11), s’obtindran els següents resultats:


m[W/m²·ºC] 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41

b 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

U0[W/m²·ºC] 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

Ts [ºC] 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45

Ta [ºC] 11 12 14 16 19 22 25 26 23 20 15 12

Irad[W/m²] 495,41 543,11 557,91 569,22 573,89 568,95 570,60 570,32 570,38 498,43 475,22 492,01

? 0,42 0,45 0,47 0,49 0,51 0,53 0,56 0,56 0,54 0,49 0,44 0,43

Taula 15: Rendiment del col·lector 5.2.- Energia que Aprofita el Captador Ecap Un cop obtingut el rendiment dels captadors, per trobar l’energia diària mitjana que cada mes aprofita el captador, caldrà fer el producte de la radiació efectiva (taula 13) pel rendiment (taula 15):

η·efccap EE = (45)

Aplicant d’expressió:


Eefc[MJ/m²] 13,38 15,64 18,08 19,47 19,63 19,46 19,51 19,51 18,48 16,15 13,69 12,40

? 0,42 0,45 0,47 0,49 0,51 0,53 0,56 0,56 0,54 0,49 0,44 0,43

Ecap[MJ/m²] 5,60 7,05 8,54 9,56 10,09 10,40 10,86 10,99 10,01 7,98 6,04 5,27

Taula 16: Energia que aprofita el captador 5.3.- Energia que Aprofita el Sistema Esist Aplicant les pèrdues de la resta de la instal·lació en un 15%, s’obté l’energia que aprofita el sistema.


30

85,0·capsist EE = (46) Aplicant l’expressió:


Ecap[MJ/m²] 5,60 7,05 8,54 9,56 10,09 10,40 10,86 10,99 10,01 7,98 6,04 5,27

-15% 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85

Esist[MJ/m²] 4,76 5,99 7,26 8,13 8,58 8,84 9,23 9,34 8,51 6,79 5,13 4,48

Taula 17: Energia que aprofita el sistema 6.- Necessitats d’Energia 6.1.- Consum Estimatiu Diari Ced El cas a analitzar és d’un edifici de 4 habitatges (n=4), amb una mitjana de 5 persones (P=5) per habitatge. El consum estimat per persona i dia és de 40 dm³ (Cpp=40). Segons les taules de consums estàndards (taula 3). 6.2.- Consum Total Diari Ct Pel consum total del sistema cal tenir en compte el coeficient de simultaneïtat f . En aquest cas valdrà 1 perquè hi ha menys de 10 habitatges a l’edifici. Aplicant la següent expressió:

fnP CC ppt ···= (47) Obtenim el consum total:

dm³80015440 =⋅⋅⋅=tC (48) 6.3.- Temperatura de la Xarxa Tx Els valors de la temperatura de l’aigua de la xarxa s’obtindran de les mitjanes mensuals, en aquest cas corresponents a les comarques de Tarragona (taula 11):


Tx [ºC] 6 7 9 11 12 13 14 13 12 11 9 6

Taula 18: Temperatures mitjanes de la xarxa d’aigua a Tarragona


31

6.4.- Demanda Mitjana Diària Ed Sabent el consum total, calculat en 800 dm³/dia (48), es pot calcular la demanda a partir de les diferències de temperatura de la xarxa i la de servei fixada a 45º (taula 11). Utilitzant l’expressió:

exstd CTTCE ⋅⋅−⋅=

ρ)(

diakcal

(49)

Transformant a MJ

[ ][ ]lack1

MJ004184,0dia

lackdiaMJ

////⋅

////

=

dd EE (50)

Obtenint els següents resultats:


Ct [dm³] 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800

Ts [ºC] 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45

Tx [ºC] 6 7 9 11 12 13 14 13 12 11 9 6

? [kg/dm³] 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Ce[kcal/kg·ºC] 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Ed [kcal] 31200 30400 28800 27200 26400 25600 24800 25600 26400 27200 28800 31200

Ed [MJ] 130,54 127,19 120,50 113,80 110,46 107,11 103,76 107,11 110,46 113,80 120,50 130,54

Taula 19: Demanda diària d’energia Els resultats finals són l’energia necessària en un dia mitjà de cada més. 7.- Número de Captadors 7.1.- Superfície de Captació Sc Es busca la superfície de captadors a partir de la demanda d’energia (Ed) i de l’energia que aprofita el sistema (Esist) utilitzant l’expressió següent:

sist

dc E

ES = (51)


32



Ed[MJ] 130,54 127,19 120,50 113,80 110,46 107,11 103,76 107,11 110,46 113,80 120,50 130,54

Esist[MJ/m²] 4,76 5,99 7,26 8,13 8,58 8,84 9,23 9,34 8,51 6,79 5,13 4,48

Sc[m²] 27,43 21,22 16,61 14,00 12,87 12,12 11,25 11,47 12,98 16,77 23,48 29,14

Taula 20: Superfície de captació 7.2.- Nombre de Captadors Teòrics Ct Sabent la superfície de cada captador donada pel fabricant, en aquest cas cada captador té una superfície de 2,57 m² (S1c)(taula 9), s’obté el nombre de captadors teòrics aplicant l’expressió:

c

ct S

SC

1

= (52)

Arrodonit aquest valor a l’enter superior per raons obvies. Obtenint els següents resultats: Variable gen feb mar abr mai jun jul ago set oct nov des

Sc [m²] 27,43 21,22 16,61 14,00 12,87 12,12 11,25 11,47 12,98 16,77 23,48 29,14

S1c [m²] 2,57 2,57 2,57 2,57 2,57 2,57 2,57 2,57 2,57 2,57 2,57 2,57

Cc[unitats] 10,67 8,26 6,46 5,45 5,01 4,72 4,38 4,46 5,05 6,53 9,14 11,34

˜ Cc[unitats] 11 9 7 6 6 5 5 5 6 8 11 13

Taula 21: Nombre de captadors teòrics 7.3.- Nombre i Superfície Real de Captadors Cr i Scr Sabent que no hi pot haver més de tres mesos que es superi el 100% de la demanda, s’escull empíricament el valor de 5 captadors. La superfície real de captadors serà doncs: m²85,12557,21 =⋅=⋅= rccr CSS (53)


33

8.- Balanços Energètics 8.1.- Energia Mensual Necessària Emn Per saber el total de l’energia necessària durant un mes determinat (Emn), es faria el producte de la demanda diària d’energia (Ed)(taula 19) per la quantitat de dies de cada mes.

diesEE dmn ×= (54)



Ed[MJ/dia] 130,54 127,19 120,50 113,80 110,46 107,11 103,76 107,11 110,46 113,80 120,50 130,54

dies mes 31 28,25 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31

Emn[MJ] 4046,76 3593,22 3735,48 3414,14 3424,19 3213,31 3216,66 3320,42 3313,73 3527,95 3614,98 4046,76

Taula 22: Energia mensual necessària 8.2.- Energia Diària Produïda Edp Sabent la superfície real dels captadors (Src)(53) i a partir de l’energia que aprofita el sistema (Esist)(taula 17) es calcularà l’energia diària produïda en un dia mitjà de cada mes (Edp):

sistrcdp ESE ×= (55) 8.3.- Energia Mensual Produïda Emp Fent el producte pels dies de cada mes, s’obté l’energia mensual produïda:

diesEE dpmp ×= (56)

S’obtenen els següents resultats: Variable gen feb mar abr mai jun jul ago set oct nov des

Src [m²] 12,85 12,85 12,85 12,85 12,85 12,85 12,85 12,85 12,85 12,85 12,85 12,85

Esist[MJ/m²·dia] 4,76 5,99 7,26 8,13 8,58 8,84 9,23 9,34 8,51 6,79 5,13 4,48

Edp [MJ/dia] 61,16 77,03 93,23 104,43 110,24 113,55 118,57 120,03 109,38 87,20 65,95 57,56

dies mes 31 28,25 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31

Emp[MJ] 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3406,36 3675,71 3720,96 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23

Taula 23: Energia mensual produïda


34

8.4.- Complement d’Energia Necessari Ecom Es troba fent la diferència entre l’energia mensual necessària (Emn)(taula 22) i l’energia mensual produïda pel sistema (Emp)(taula 23), agafant només el valors positius (ja que els valor negatius signifiquen sobrant d’energia).

0=⇒≤−=⇒>

commpmn

mpmncommpmn

EEEEEEEE

(57)



Emn[MJ] 4046,76 3593,22 3735,48 3414,14 3424,19 3213,31 3216,66 3320,42 3313,73 3527,95 3614,98 4046,76

Emp[MJ] 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3406,36 3675,71 3720,96 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23

Ecom[MJ] 2150,77 1417,10 845,44 281,31 6,61 0,00 0,00 0,00 32,46 824,78 1636,45 2262,54

Taula 24: Complement d’energia necessari La potència de l’equip auxiliar ha de poder superar el 100% d’aquest dèficit d’energia tots els mesos. 8.5.- Energia Sobrant Esob L’energia sobrant serà calculada fent la diferència entre l’energia mensual produïda pel sistema (Emp)(taula 23) i l’energia mensual necessària (Emn)(taula 22), agafant només el valors positius (ja que els valor negatius signifiquen falta d’energia).

0=⇒≥

−=⇒<

sobmpmn

mnmpsobmpmn

EEEEEEEE

(58)



Emp[MJ] 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3406,36 3675,71 3720,96 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23

Emn[MJ] 4046,76 3593,22 3735,48 3414,14 3424,19 3213,31 3216,66 3320,42 3313,73 3527,95 3614,98 4046,76

Esob[MJ] 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 193,05 459,05 400,53 0,00 0,00 0,00 0,00

Taula 25: Energia sobrant 8.6.- Energia Útil Eutl L’energia útil s’obté de la diferència entre l’energia mensual produïda (Emp)(taula 23) i l’energia mensual sobrant (Esob)(taula 25):


35

sobmputl EEE −= (50)



Emp[MJ] 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3406,36 3675,71 3720,96 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23

Esob[MJ] 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 193,05 459,05 400,53 0,00 0,00 0,00 0,00

Eutl[MJ] 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3213,31 3216,66 3320,42 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23

Taula 26: Energia Útil 9.- Rendiments Totals Mitjançant els rendiments, es pot saber com és el funcionament de la instal·lació al llarg dels mesos, i per tant poder saber també el rendiment econòmic. 9.1.- Rendiment Mensual Mitjà ?m El rendiment mensual mitjà s’obté de la divisió de l’energia mensual produïda pel sistema (Emp)(taula 23) per l’energia mensual necessària (Emn)(taula 22). Donant el valor en percentatge:

100⋅=mn

mpm E

Eη (51)



Emp[MJ] 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3406,36 3675,71 3720,96 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23

Emn[MJ] 4046,76 3593,22 3735,48 3414,14 3424,19 3213,31 3216,66 3320,42 3313,73 3527,95 3614,98 4046,76

?m [%] 46,85 60,56 77,37 91,76 99,81 106,01 114,27 112,06 99,02 76,62 54,73 44,09

Taula 27: Rendiment mensual mitjà

S’haurà de comprovar que no hi ha d’haver més de 3 mesos que superi el 100 % de rendiment i cap mes que es superi el 110%. En aquest cas es compleix, per tant, serà una instal·lació vàlida per poder demanar subvenció de l’IDAE.


36

9.2.- Rendiment Mensual Real ?mr El rendiment mensual real indica el rendiment sobre l’energia utilitzada: es pot calcular dividint l’energia útil (Eutl)(taula 26) per l’energia necessària (Emn)(taula 22) i multiplicant per 100, s’obté el rendiment mensual real de la instal·lació:

100⋅=mn

utlmr E

Eη (57)



Eutl[MJ] 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3213,31 3216,66 3320,42 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23

Emn[MJ] 4046,76 3593,22 3735,48 3414,14 3424,19 3213,31 3216,66 3320,42 3313,73 3527,95 3614,98 4046,76

?mr [%] 46,85 60,56 77,37 91,76 99,81 100,00 100,00 100,00 99,02 76,62 54,73 44,09

Taula 28: Rendiment mensual mitjà real Aquest valor indica el tant per cent d’energia no renovable que el sistema fa estalviar a l’usuari cada mes. 9.3.- Rendiment Anual ?a Per poder trobar el rendiment absolut de la instal·lació, hem de fer la mateixa operació però havent sumat a priori les energies mitjanes de tots els mesos (taules 26 i 22), per tant:

( )

33010,141784,231978,532703,173281,273320,423216,663213,31

3417,573132,842890,032176,121895,9912

1_

=++++++

+++++== ∑= ii

utlutlT EE (58)

( )

42467,60 4046,763614,983527,953313,733320,423216,663213,31

3424,193414,143735,483593,224046,7612

1_

=++++++

+++++== ∑= ii

mnmnT EE (59)

El rendiment real anual mitjà de la instal·lació serà:

%73,7710042467,6033010,14

100_

_ =⋅=⋅=mnT

utlTa E

Eη (60)

Aquesta dada dóna el tant per cent absolut d’energia que el sistema estalvia.


37

10.- Conclusions El rendiment que pot donar la instal·lació està a l’alçada del 75%, implica, per tant, haver de tenir una font d’energia alternativa per obtenir energia en moments que la demanda supera l’oferta. Aquesta font d’energia no renovable imprescindible, tot i que si que es pot minimitzar. Una ampliació de la instal·lació per augmentar el rendiment o la cobertura, implicaria un increment fort del cost i sobretot una disminució substancial de rendiment ecològic, entès com a tal: la relació entre l’energia utilitzada per construir i instal·lar el sistema i l’energia obtinguda del sol a través d’aquest en tota la seva vida útil, podent arribar a ser un sistema ecològicament insostenible.


38

B.II) Càlculs Hidràulics 1.- Objectiu de la Memòria L’objectiu d’aquesta memòria és l’obtenció dels valors de la capacitat dels acumuladors, la secció de les canonades, la potència de la bomba, la capacitat del vas d’expansió i el gruix d’aïllament a les canonades en la instal·lació projectada. 1.1.- Dades Necessàries Per poder obtenir conclusions faran falta diverses dades, tan dels consums, com dels materials de la instal·lació. La majoria de dades seran extretes dels fabricants, moltes d’elles en forma de gràfica. Altres s’obtindran de la memòria de càlcul solar. 1.1.1- Dades dels habitatges

Dada Valor

Consum per persona Cpp * 40 dm³/dia

Persones per habitatge P 5 persones

Número d'habitatges n 4 habitatges Taula 29: Dades habitatge

* valor obtingut del plec de condicions tècniques de l’Institut Català de l’Energia (ICAEN): mitja de consum estimat d’ACS per persona i dia arreu del país (taula 3). 1.1.2- Dades físiques

Dada Valor

Temperatura mitjana màx. de treball T *1 85 ºC

Coeficient d'expansió (a 85º) Ce_85º *2 0,0321

Altura geomètrica Hg *3 15 m

Taula 30: Dades físiques *1 Valor aproximat de la mitjana de temperatura màxima al sistema. *2 Segons UNE100155 per temperatura de treball 85 ºC. *3 Distància entre el punt més baix i el punt més alt de la instal·lació.


39

1.1.3- Acumuladors

Dada Valor

Gràfica de pèrdua de càrrega *1 dm²/h / mmca

Volum serpentí acumulador V1_serp *2 8,31 dm³

Taula 31: Dades acumuladors *1 Subministrada pel fabricant de l’acumulador: LAPESA CV-300-M2.(annex 1-2) *2 Capacitat del serpentí inferior de l’acumulador, segons el fabricant. (annex 1-2) 1.1.4- Captadors

Dada Valor

Nombre de captadors reals Cr *1 5 u.

Superfície de captació Scr *2 12,85 m²

Cabal unitari recomanat Hcol *3 35 dm³/h

Gràfica de pèrdua de càrrega *4 dm³/h / mmca

Capacitat d’un col·lector *5 1,7 dm³ Taula 32: Dades captadors

*1 Del punt B.1. 7.3 *2 Segons fabricant: SONNENKRAFT SK500N (annex 3-1) *3 Cabal per metre quadrat de superfície de captació. Segons fabricant (annex 3-1) *4 Subministrada pel fabricant (annex 3-1). *5 Quantitat de líquid que cap al col·lector. Valor segons fabricant (annex 3-1). 1.1.5- Canonades

Dada Valor

Gràfica de pèrdua de càrrega *1 dm³/h / mmca

Longitud tub anada + retorn *2 52 m

Longitud tub retorn invertit *2 9 m

Longitud tub derivació habitatge *2 11 m

Pressió vàlvula de seguretat *3 3 atm Taula 33: Dades de les canonades


40

*1 Gràfica de pèrdues de càrrega del tub de coure en circuit tancat. *2 Longitud de totes les canonades del circuit. *3 Tara de la vàlvula de seguretat. 2.- Capacitat Acumulador La càrrega de consum diari per habitatge serà de Cpp=40 dm³ ( per persona i dia, tenint en compte que a cada habitatge hi viuen 5 persones, s’adoptarà, a priori, la capacitat d’acumulació següent:

dm³200540 =⋅=⋅== PCVM pphabhab (61) El valor comercial escollit és l’acumulador de doble serpentí de la casa LAPESA model CV-300-M2 de 300 dm³. L’acumulació total pels quatre habitatges serà, per tant, de 1200 dm³ Es comprova que estigui dins dels límits permesos per l’IDAE:

18050 <<cr

edif

S

V (62)

1809385,12

120050 <≈< (63)

On: Vedif = Capacitat d’acumulació de l’edifici dm³12004300 =⋅=⋅= nVV habedif Scr = Superfície de captació real de la instal·lació: 5 captadors de 2,57 m² 3.- Cabal Necessari Els col·lectors escollits són de la casa SONNENKRAFT SK500N i tenen una superfície de captació de 2,57 m². Es col·locaran un total de 5 captadors, per tant la superfície total serà de Scr =12,85 m². El cabal unitari òptim donat pel fabricant és d’entre 15 i 60 dm³/h·m². Per fer els càlculs s’utilitzarà un valor intermedi: Hcol=35 dm³/h·m². En resum, el cabal total del circuit primari serà:

/hdm45075,44985,1235 3≈=⋅=⋅= crcol SHH (64)

4.- Pèrdues de Càrrega La pèrdua total del circuit serà la suma de les pèrdues dels col·lectors (Jcol), canonades (Jtubs), accessoris (Jacc) i acumulador (Jacu):

acuacctubscol JJJJJ +++= (65)


41

4.1.- Pèrdues als Col·lectors Jcol La pèrdua de càrrega als col·lectors, s’obtindrà directament de les taules (taula 34) o gràfica (gràfica 1) donades pel fabricant, en aquest cas pel col·lector solar SONNENKRAFT SK500 L. Sabent que el valor de cabal total és de 450 dm³/h, i que el fluid utilitzat és aigua, per tant 450 dm³=450 kg, s’obtindrà directament el valor de la caiguda de pressió, en mbar: 42,04 mbar que equivalen a 420,4 mmCA. Taula i gràfica de pèrdues de càrrega subministrada pel fabricant:

? [ ] [ ]

[ ] [ ]mmCA420mbar1mmCA10

mbar04,42 =⋅

Taula 34: Pèrdua de càrrega col·lectors

CABAL PÈRDUA DE CÀRREGA

[kg/h] [mbar]

SK 500 L+4A SK 500 N

0 0,00 0,00

50 0,57 2,14

100 1,20 4,48

150 1,92 7,02

200 2,82 9,88

250 3,76 12,91

300 4,79 20,53

350 5,92 26,95

400 7,14 34,12

450 8,46 42,04

500 9,86 50,68

550 11,36 60,03

600 15,13 70,09

650 17,51 80,84

700 20,06 92,27

750 22,76 104,37

800 25,62 117,15

850 28,64 130,58

900 31,81 144,67

950 35,14 159,41

1000 38,63 174,80


42

CÀLCUL DE LES PÈRDUES DE CÀRREGA SK 500 L + 4A

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Capacitat [kg/hora]

Pèr

du

es d

e cà

rreg

a [m

bar

]

SK 500 N

SK 500 L+4A

Gràfica 1: Pèrdues de càrrega col·lectors 4.2.- Pèrdues a les Canonades Jtubs Al ser canonades que no aniran encastades, s’escolleix el coure com a material, per la seva rigidesa, facilitat de muntatge i baixes pèrdues. S’utilitzarà la corresponent gràfica de pèrdues de càrrega (annex 1-9). Caldrà trobar la secció i la pèrdua de càrrega seguint el següent procediment:

- Es senyala el valor de cabal calculat (450 dm³/h) a la gràfica. - A la zona de la gràfica amb pèrdues de càrrega màximes permeses pel RITE

(entre 20 i 30 mmCA/m), s’escolleix el valor de diàmetre de 20/22 mm. com a corresponent a aquest cabal.

- Es busca la intersecció del cabal 450 dm³/h amb el diàmetre 20/22 mm - La pèrdua de càrrega d’aquest punt: 14 mmCA, és la pèrdua real que tindrà un

metre de canonada de coure de 20/22 mm duent un cabal de 450 dm³/h.

Sabent que la pèrdua de càrrega per metre de canonada Jm.tub= 14 mmCA/m (gràfica 2) i que la longitud de la canonada general del circuit primari de Ltubs = 52 m (taula 33). es calcularà la pèrdua total: mmCA7285214._ =⋅=⋅= tubstubmgraltub LJJ (66) Pel cas de les canonades que entren a cada acumulador, es tindrà en compte que el cas més desfavorable serà quan només hi hagi un acumulador obert, per tant tot el cabal haurà de passar per aquest. Al ser el diàmetre de la canonada anterior calculada no excessivament gran, i per tant no molt costosa, s’optarà per utilitzar la mateixa secció per a les derivacions. D’aquesta manera s’estalvien sobrepressions al sistema o la utilització de bombes de velocitat automàtica de regulació.


43

La longitud de la canonada de derivació a cada habitatge té una distància de Ltubs = 11 m. (taula 33) es calcularà la pèrdua total:

mmCA1541114._ =⋅=⋅= tubstubmderivtub LJJ (67) La gràfica utilitzada és la següent (annex 1-9):

Gràfica 2: Pèrdues de càrrega per les canonades de coure en circuit tancat.


44

La pèrdua màxima al circuit serà la suma de la pèrdua general (66) i la d’una derivació (67) (més d’una, s’hauria d’aplicar l’associació en paral·lel, per tant la final seria inferior), per tant:

mmCA882154728__ =+=+= derivtubgraltubtubs JJJ (68) 4.3.- Pèrdues dels Accessoris Jacc Com a pèrdua de càrrega als accessoris, s’agafa el 20% de les pèrdues de les canonades pel cas més desfavorable, per tant: mmCA1762,08822,0 =⋅=⋅= tubsacc JJ (69) 4.4.- Pèrdues dels Acumuladors Jacu La pèrdua de càrrega dels acumuladors, s’obtindrà directament de la gràfica de pèrdues de càrrega subministrada pel fabricant (gràfica 3), en aquest cas per l’acumulador LAPESA CV-300-M2 pel serpentí inferior. El cas més desfavorable és quan tot el cabal de la instal·lació passa pel serpentí d’un sol acumulador (cas en que tots els acumulador menys un estan a temperatura màxima). Pel un cabal de 450 dm³/h en un sol acumulador, la caiguda de pressió serà despreciable segons la gràfica:

Gràfica 3: Pèrdua de càrrega del serpentí inferior del CV-300-M2

4.5.- Pèrdua Total La pèrdua total del circuit serà la suma de les pèrdues de tots els components del recorregut (67, 68 i 69):

mmCA1478176882420 =++=+++= acuacctubscol JJJJJ (70)


45

5.- Potència de la Bomba La potència de la bomba s’escollirà en funció del cabal necessari: 450 dm³/h i de l’altura mínima, equivalent a la pèrdua de càrrega expressada en metres: 1478 mmCA ˜ 1,5m. S’utilitzaran les gràfiques subministrades pel fabricant per tal d’escollir el model de bomba, la potència de la qual satisfaci les especificacions. El fabricant escollit és WILO. Produeix bombes circuladores destinades a calefacció i energia solar les quals han de treballar a rangs de temperatures entre (0 i 90ºC) i règims de varies hores. Hi ha dos models de bomba possibles a escollir que s’adaptin a la instal·lació: la WILO Star 25/2 de 50W (gràfica 4) i la Wilo Star 25/4 de 60W (gràfica 4). Les gràfiques de potència són les següents: Model: WILO Star-RS 25/2:

Gràfica 4: Gràfiques d’altura i de potència WILO Star RS-25/2 Amb el primer model n’hi hauria suficient, però el segon model és energèticament més eficient a més de no treballar tan al límit. S’escollirà el model WILO Star-RS 25/4 configurada a la marxa 3 (lenta). La potència de treball del primer model és de 42,7 W en canvi del segon model és de 25,6 W (dades extretes de la fitxa tècnica de cada bomba al punt de treball desitjat (annex 1-5)).


46

Model: WILO Star-RS 25/4:

Gràfica 5: Gràfiques d’altura i de potència WILO Star RS-25/4

6.- Vas d’Expansió S’ha d’escollir un vas d’expansió, el volum del qual pugui absorbir la dilatació de l’aigua continguda a la instal·lació. 6.1.- Dilatació del Fluid: Coeficient d’Expansió Ce Les temperatura màxima de treball a la instal·lació serà de 90ºC, s’escolleix el valor de 85ºC com a mitjana entre l’anada i el retorn màxima. El coeficient d’expansió per a 85ºC per l’aigua, segons UNE 100155 serà:

Ce_85º = 0,0321 (71) 6.2.- Volum de la Instal·lació V El volum total de la instal·lació serà la suma del volum de líquid de cada component (72 i 73) i de les canonades (75): La capacitat de tota la instal·lació serà: dm³5,93335,852 =++=++= tubscolserp VVVV (71)


47

On: Vserp = Volum dels serpentins dels acumuladors, subministrat pel fabricant és de 13 dm³ pel serpentí inferior. calculat de forma indirecte:

A la instal·lació hi haurà n= 4 acumuladors, per tant:

dm³52134_1 =⋅=⋅= serpserp VnV (72)

Vcol = Volum de fluid dels col·lectors, subministrat pel fabricant. El volum d’un pannell SONNENKRAFT SK500N és de V1_col =1,7 dm³. El nombre de captadors reals instal·lats és de Cr=5 unitats, per tant:

dm³5,87,15_1 =⋅=⋅= colrcol VCV (73)

Vtubs = Volum de tot el circuit de canonades, serà la suma de tots els trams. El

volum s’obtindrà de la longitud per la capacitat/metre de tub. En aquest cas el diàmetre interior és de 20 mm, per tant la capacitat metre equivaldrà:

dm³/m314,010·4

32

2020. =

⋅= −tub

tubmD

Vπ

(74)

La capacitat total s’obté del producte amb la longitud de cada tram. Els valors obtinguts a cada tram són:

Longitud Capacitat Tram

m dm³

Canonada anada + retorn 52 16,33

Retorn invertit 9 2,83

Derivació 4art pis 11 3,46

Derivació 3r pis 11 3,46

Derivació 2on pis 11 3,46

Derivació 1er pis 11 3,46

Total 105 m 33 dm³ Taula 35: Longituds dels trams de canonada

dm³33dm³97,32314,0105_1 ≈=⋅=⋅= tubmtub VLV (75)

Vfan_coil = El volum de l’aeroterm és rebutjable.


48

6.3.- Volum Útil del Vas d’Expansió Vu El volum útil serà la quantitat de líquid desplaçat que haurà de suportar el vas. S’obtindrà del coeficient d’expansió Ce=0,321 (taula 30) i del volum de la instal·lació V (71):

dm³00,35,930321,0 =⋅=⋅= VCV eu (76) 6.4.- Volum Total del Vas d’Expansió Vt El volum necessari del vas, s’obtindrà del volum útil Vu i del coeficient de pressió Cp (78):

dm³1,117,33 =⋅=⋅= put CVV (77) El vas d’expansió escollit serà de 12 litres, que és el valor comercial més proper, superior al necessari. 6.4.1- Coeficient de pressió Cp El coeficient de pressió dependrà principalment de la pressió màxima i de la diferència entre la màxima i la mínima segons UNE100155:

7,37,27,3

7,3=

−=

−=

mM

Mp PP

PC (78)

On: PM= Pressió màxima del vas d’expansió (bar): Serà la pressió nominal de la vàlvula de seguretat del circuit. La vàlvula

escollida és de 3 bar, tot hi que el sistema pot funcionar a pressions més elevades. Tenint en compte aquesta pressió s’escolleix com a PM el valor inferior (79) de les relacions:

bar7,3139,0 =+⋅=MP ? (79) bar35,435,013 =++=MP (80)

Pm= Pressió mínima del vas d’expansió (bar): La pressió mínima del vas serà l’altura geomètrica amb un marge de seguretat. L’altura geomètrica (Hg) es calcularà a partir de les cotes de la instal·lació que són de 15 m, és a dir 1,5 bar, i la pressió atmosfèrica (Patm = 1 bar). En el cas de donar pressió a la membrana del vas, caldria tenir-la en compte, incrementant aquest valor. Com que la temperatura de treball és inferior a 90º, el marge de seguretat serà de 0,2 bar. La pressió mínima Pm serà:

bar7,212,05,12,0 =++=++= atmgm PHP (81)


49

7.- Aïllaments Al ser la temperatura de treball superior a 40ºC, caldrà aïllar la instal·lació. Els col·lectors, acumuladors i aeroterm acostumen a comercialitzar-se aïllats de sèrie. Cal pensar, doncs, en les canonades: segons el RITE, l’aïllament recomanat entre 66º i 100ºC per un diàmetre de canonada inferior a 35 mm, que és aquest cas, hauria de ser de 20 mm (taula 7), però com que la instal·lació circula per l’exterior de l’edifici, l’aïllament escollit serà 10 mm superior, per tant de 30 mm. 8.- Conclusions Els materials que es troben al mercat permeten adaptar als valors teòrics, els materials emprats, ajustant-se així a la necessitat del sistema. Una desviació de la teoria a la baixa comportaria rendiments més baixos. Un sobredimensionament comportaria per un costat costos econòmics més alts i ecològicament més desfavorable al utilitzar més material. Per aquest segon cas s’hauria de buscar el punt d’equilibri.

Sistema Centralitzat d’Escalfament d’Aigua Calenta Sanitària amb Energia Solar per un Edifici de Quatre Habitatges. Taules de resultats solars

B.III) Taules de Resultats Solars

Introducció de dades:

Habitatges: Captadors: Dades físiques:Consum per persona 40 dm³/dia Àrea d'un captador 2,57 m² Pes específic fluïd ρ 1 kg/dm³

Persones per habitatge P 5 Pendent rendiment m 0,41 W/m²·ºC Calor especific fluïd 1 kcal/kg·ºC

Número d'habitatges n 4 Var. indep. rendiment b 0,7 Nitidesa atmosfèrica 1Coef. Global pèrdues 10 W·m²·ºC Obliqüitat dels raigs 0,94Pèrdues instal·lació 0,85 Pèrdues per ombres 1

Dades: Mesos: Gener Febrer Març Abril Maig Juny Juliol Agost Setem. Octubre Novem. Desem.Radiació disponible 14,23 16,64 19,23 20,71 20,88 20,70 20,76 20,75 19,66 17,18 14,56 13,19Temperatura de servei 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45Temperatura ambient 11 12 14 16 19 22 25 26 23 20 15 12Temperatura de la xarxa 6 7 9 11 12 13 14 13 12 11 9 6Hores de sol al dia H 7,5 8 9 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 9 9 8 7

Càlculs:

Radiació efectiva:

Radiació disponible 14,23 16,64 19,23 20,71 20,88 20,70 20,76 20,75 19,66 17,18 14,56 13,19 MJ/(m2 dia)Nitidesa atmosfèrica 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00Obliqüitat dels raigs 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94Pèrdues per ombres 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00Radiació efectiva 13,38 15,64 18,08 19,47 19,63 19,46 19,51 19,51 18,48 16,15 13,69 12,40 MJ/(m2 dia)

Intensitat de radiació

Radiació efectiva 13,38 15,64 18,08 19,47 19,63 19,46 19,51 19,51 18,48 16,15 13,69 12,40 MJ/(m2 dia)Hores de sol al dia H 7,50 8,00 9,00 9,50 9,50 9,50 9,50 9,50 9,00 9,00 8,00 7,00 hIntensitat de radiació 495,41 543,11 557,91 569,22 573,89 568,95 570,60 570,32 570,38 498,43 475,22 492,01 W/(m2 dia)

50

efcE

atmk

oblk

ombk

efcE

radI

0U

omboblatmrsgdefc kkkEE ⋅⋅⋅=

[ ][ ][ ]JM6,3

hW·1000

hm

JM

m

W 2

2 ///

×/

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ //

=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

H

EI

efc

rad

ppC

rsgdE

rsgdE

sT

aT

xT

cS1

eC

atmk

oblk

ombk


Rendiment del captador:

Pendent m 0,41 W/m²

Coeficient b 0,7Coeficient global de pèrdues 10 W/m²

Temperatura de servei 45,00 45,00 45,00 45,00 45,00 45,00 45,00 45,00 45,00 45,00 45,00 45,00 ºCTemperatura ambient 11,00 12,00 14,00 16,00 19,00 22,00 25,00 26,00 23,00 20,00 15,00 12,00 ºCIntensitat de radiació I 495,41 543,11 557,91 569,22 573,89 568,95 570,60 570,32 570,38 498,43 475,22 492,01 W/m²

Rendiment del captador η 0,42 0,45 0,47 0,49 0,51 0,53 0,56 0,56 0,54 0,49 0,44 0,43

Radiació que aprofita captador:

Radiació efectiva 13,38 15,64 18,08 19,47 19,63 19,46 19,51 19,51 18,48 16,15 13,69 12,40 MJRendiment del captador η 0,42 0,45 0,47 0,49 0,51 0,53 0,56 0,56 0,54 0,49 0,44 0,43Radiació aprofita captador 5,60 7,05 8,54 9,56 10,09 10,40 10,86 10,99 10,01 7,98 6,04 5,27 MJ

Radiació que aprofita el sistema:

Radiació aprofita captador 5,60 7,05 8,54 9,56 10,09 10,40 10,86 10,99 10,01 7,98 6,04 5,27 MJPèrdues instal·lació 0,85Radiació aprofita sistema 4,76 5,99 7,26 8,13 8,58 8,84 9,23 9,34 8,51 6,79 5,13 4,48 MJ

Consum total diari:

Consum per persona 40 dm³Numero de persones P 5Número d'habitatges n 4Factor de correcció f 1 f=1 si n<10 o f = 1,2 - (0,02 x n) si 10<n<25Consum total diari 800 dm³/dia

51

0U

sT

aT

η·efccap EE =

efcE

capE

capE

sistE

85,0·capsist EE =

fnP CC ppt ···=

ppC

tC

I

TTU

I

TTUmb asas )(

41,070,0)( 00 −

−=−

−=η


Demanda energia diària:

Consum total 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 dm²Temperatura de servei 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 ºCTemperatura de la xarxa 6 7 9 11 12 13 14 13 12 11 9 6 ºCPes específic fluïd ρ 1 kg/dm³Calor especific fluïd 1 kcal/kg·ºCEnergia diària [kcal/dia] 31200 30400 28800 27200 26400 25600 24800 25600 26400 27200 28800 31200 kcalEnergia diària [MJ/dia] 130,54 127,19 120,50 113,80 110,46 107,11 103,76 107,11 110,46 113,80 120,50 130,54 MJ

Superficie necessària captadors:

Demanda d'energia 130,54 127,19 120,50 113,80 110,46 107,11 103,76 107,11 110,46 113,80 120,50 130,54 MJRadiació aprofita sistema 4,76 5,99 7,26 8,13 8,58 8,84 9,23 9,34 8,51 6,79 5,13 4,48 MJ/m²Superficie captadors 27,43 21,22 16,61 14,00 12,87 12,12 11,25 11,47 12,98 16,77 23,48 29,14 m²

Nombre teòric de captadors:

Superficie captadors 27,43 21,22 16,61 14,00 12,87 12,12 11,25 11,47 12,98 16,77 23,48 29,14 m²Superficie d'un captador 2,57 m²/u.Nombre de captadors 10,67 8,26 6,46 5,45 5,01 4,72 4,38 4,46 5,05 6,53 9,14 11,34 u.

Superficie real de captadors: Captadors reals per prova i error

Nombre captadors reals 5,00 u.Superficie d'un captador 2,57 m²/u.Superficie real captadors 12,85 m²

Energia mensual necessària:

Demanda d'energia diària 130,54 127,19 120,50 113,80 110,46 107,11 103,76 107,11 110,46 113,80 120,50 130,54 MJ/diaDies mes dies 31 28,25 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 diaEnergia mensual necessària 4046,76 3593,22 3735,48 3414,14 3424,19 3213,31 3216,66 3320,42 3313,73 3527,95 3614,98 4046,76 MJ

52

exstd CTTCE ⋅⋅−⋅=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ρ)(

dia

kcal

tC

sT

xT

eC

dE

dE

sist

dc E

ES =

dE

sistE

cS

c

ct S

SC

1

=

cS1

tC

rccr CSS ⋅= 1

cS1

cS

rC

crS

diesEE dmn ×=

mnE

dE

[ ][ ]lack1

MJ004184,0

dia

lack

dia

MJ

////⋅⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ ////=⎥⎦

⎤⎢⎣⎡

dd EE


Energia diària produïda:

Superficie real captadors 12,85 m²Radiació aprofita sistema 4,76 5,99 7,26 8,13 8,58 8,84 9,23 9,34 8,51 6,79 5,13 4,48 MJ/m²Producció d'energia diària 61,16 77,03 93,23 104,43 110,24 113,55 118,57 120,03 109,38 87,20 65,95 57,56 MJ

Producció d'energia mensual:

Producció d'energia diària 61,16 77,03 93,23 104,43 110,24 113,55 118,57 120,03 109,38 87,20 65,95 57,56 MJ/diaDies mes dies 31 28,25 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 diaProducció energia mensual 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3406,36 3675,71 3720,96 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23 MJ

Complement energia necessàri: Demanda - producció (>0)

Energia mensual necessària 4046,76 3593,22 3735,48 3414,14 3424,19 3213,31 3216,66 3320,42 3313,73 3527,95 3614,98 4046,76 MJProducció d'energia mensual 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3406,36 3675,71 3720,96 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23 MJComplement d'energia 2150,77 1417,10 845,44 281,31 6,61 0,00 0,00 0,00 32,46 824,78 1636,45 2262,54 MJ

Sobrant d'energia: Producció - demanada (>0)

Producció d'energia mensual 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3406,36 3675,71 3720,96 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23 MJEnergia mensual necessària 4046,76 3593,22 3735,48 3414,14 3424,19 3213,31 3216,66 3320,42 3313,73 3527,95 3614,98 4046,76 MJSobrant d'energia 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 193,05 459,05 400,53 0,00 0,00 0,00 0,00 MJ

Energia útil:

Producció energia mensual 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3406,36 3675,71 3720,96 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23 MJSobrant d'energia 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 193,05 459,05 400,53 0,00 0,00 0,00 0,00 MJEnergia útil 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3213,31 3216,66 3320,42 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23 MJ

53

sistrcdp ESE ×=

sistEcrS

dpE

dpE

mpE

diesEE dpmp ×=

0=⇒≤−=⇒>

commpmn

mpmncommpmn

EEE

EEEEE

mnE

mpE

comE

0=⇒≥−=⇒<

sobmpmn

mnmpsobmpmn

EEE

EEEEE

mpE

mnE

sobE

sobEmpE

sobmputl EEE −=

utlE


Rendiment mensual mitjà:

Producció energia mensual 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3406,36 3675,71 3720,96 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23 MJEnergia mensual necessària 4046,76 3593,22 3735,48 3414,14 3424,19 3213,31 3216,66 3320,42 3313,73 3527,95 3614,98 4046,76 MJRendiment mensual mitjà 46,85 60,56 77,37 91,76 99,81 106,01 114,27 112,06 99,02 76,62 54,73 44,09 %

Rendiment mensual real:

Energia útil 1895,99 2176,12 2890,03 3132,84 3417,57 3213,31 3216,66 3320,42 3281,27 2703,17 1978,53 1784,23 MJEnergia mensual necessària 4046,76 3593,22 3735,48 3414,14 3424,19 3213,31 3216,66 3320,42 3313,73 3527,95 3614,98 4046,76 MJRendiment mensual real 46,85 60,56 77,37 91,76 99,81 100,00 100,00 100,00 99,02 76,62 54,73 44,09 %

Rendiment anual: on: i

Energia util anual 33010,14 MJ 9169,48 kW·h (1kW·h=3,6MJ)

Energia anual necessària 42467,6 MJ 11796,6 kW·hRendiment absolut 77,73 %

54

100⋅=mn

mpm E

Eη

100⋅=mn

utlmr E

Eη

mpE

mnE

mη

mnEutlE

mrη

100_

_ ⋅=mnT

utlTa E

Eη

utlTE _

mnTE _

aη

( )ii

utlutlT EE ∑=

=12

1_ ( )

iimnmnT EE ∑

=

=12

1_

Sistema Centralitzat d’Escalfament d’Aigua Calenta Sanitària amb Energia Solar per un Edifici de Quatre Habitatges. Taules de resultats hidràulics

B.IV) Taules de Resultats Hidràulics


Habitatges: Captadors:Consum per persona 40 dm³/dia Nombre de captadors reals 5 u.Persones per habitatge P 5 u. superficie de captació 12,85 m²Número d'habitatges n 4 u. Cabal unitari recomanat 35 dm³/h·m²

*Pèrdua col·lectors (H =450) 420 mmcaDades físiques: Capacitat d'un col·lector 1,7 dm³Temp. mitjana max de treball T 85 ºC*Coeficient d'expansió (a 85º) 0,0321 Canonades:Altura geomètrica 15 m *Pèrdua m.tub (H =450, D =20) 14 mmca/m

*Volum m.tub (D =20) 0,314 dm³/mAcumuladors: Longitud tub anada + retorn 52 m*Pèrdua acumulador (H =450) 115 mmca Longitud tub retorn invertit 9 mVolum serpentí acumulador 13 dm³ Longitud tub derivació hab 11 m

Pressió vàlvula de seguritat 3 bar

* Valors obtinguts de taules/gràfiques segons les dades de cabal o diàmetre de canonada calculats a priori.

Càlculs:

Acumulador:

Capacitat acumulador:

Consum per persona 40 dm³Numero de persones P 5Acumulació necessària 200 dm³

Acumulador escollit 300 dm³ Acumulador LAPESA CV-300-M2 → = 300 dm³

Número d'habitatges n 4Volum d'acumulació edifici 1200 dm³Superficie real captadors 12,85 m²Relació volum/captació 93

Cabal:

Cabal necessari:

Superficie real captadors 12,85 m²Cabal unitari recomanat 35 dm³/h·m²Cabal necessari 449,75 dm³/h

55

ppC

habV

ppC

crS

PCVM pphabhab ⋅==

nVV habedif ⋅=

credif SV

edifV

habV

habV

colH

colHH

crS

ccol SHH ⋅=

tubmJ .

colJ

º85_eC

rC

colV _1

serpV _1

20.tubmV

VSP

gH

18050 << credif SV

crS


Pèrdues de càrrega:

Pèrdues de càrrega col·lectors:

Pèrdua a 450 dm³/h 420 mmca Taula/gràfica de pèrdues de càrrega col·lectors, model SONNENKRAFT SK500N

Pèrdues de càrrega canonades: Gràfica de pèrdues de càrrega tub coure

Diàmetre tub per 450 dm³/h 20/22 Diàmetre amb pèrdua entre 20-30 mmca i H >450 dm³/hPèrdua metre tub 14 mmca/m Perdua de càrrega per D=22 mm i H=450 dm³/h (gràfica)

Longitud canonada general 52 mPèrdua canonada general 728 mmcaLongitud derivació 11 mPèrdua derivació 154 mmca

Pèrdua canonades 450 dm³/h 882 mmCA

Pèrdues de càrrega accessoris:

Pèrdua canonades a 450 dm³ 882 mmCAPèrdua accessoris 176 mmCA 20% de

Pèrdues càrrega acumuladors:

Pèrdua a 450 dm³/h 115 mmCA Donat pel fabricant o calculat segons diàmetre i longituddel serpentí

Pèrdua càrrega total circuit:

Pèrdua col·lectors a 450 dm³/h 420 mmCAPèrdua canonades a 450 dm³/h 882 mmCAPèrdua accessoris 176 mmCAPèrdua a 450 dm³/h 0 mmCAPerdua total circuit 450 dm³/h 1478 mmCA

Bomba:

Potència de la bomba:

Bomba escollida: WILO Star-RS 25/4 marxa 3: 25,6 W

56

colJ

colJ

tubmJ .

tubmJ .

graltubJ _

derivtubJ _

tubstubmgraltub LJJ ⋅= ._

tubsL

tubsLtubstubmderivtub LJJ ⋅= ._

derivtubgraltubtubs JJJ __ +=

tubstubmtub LJJ ⋅= .

tubsJ

tubsJ

2,0⋅= tubsacc JJ

accJ

acuacctubscol JJJJJ +++=

colJ

acuJ

acuJ

tubsJaccJacuJ

J

tubsJ


Vas d'expansió:

Volum instal·lació

Volum als acumuladors:

Volum serpentí acumulador 13 dm³ Donat pel fabricant o calculat segons diàmetre i longitudNúmero d'habitatges n 4 u. del serpentíVolum als acumuladors 52 dm³

Volum als col·lectors:

Capacitat d'un col·lector 1,7 dm³Nombre de captadors reals 5 u.Volum als col·lectors 8,5 dm³

Volum les canonades:

Volum metre tub CU20/22 0,314 dm³/m Canonades de coure de 20/22 mmLongitud tub anada + retorn 52 mLongitud tub retorn invertit 9 mLongitud tub derivació 4art pis 11 mLongitud tub derivació 3er pis 11 mLongitud tub derivació 2on pis 11 mLongitud tub derivació 1er pis 11 mLongitud total canonades 105 m Suma de totes les longitudsVolum a les canonades 33 dm³

Volum al fan-coil:

Volum al fan-coil 0 dm³

Volum de la instal·lació:

Volum als acumuladors 52 dm³Volum als col·lectors 8,5 dm³Volum a les canonades 33 dm³Volum de la instal·lació 93,5 dm³

Volum útil del vas d'expansió

Coeficient d'expansió 85º 0,0321 Segons UNE100155Volum de la instal·lació 93,5 dm³Volum útil del vas d'expansió 3,00 dm³

57

serpV

rCcolV _1

colrcol VCV _1⋅=colV

serpV _1

serpserp VnV _1⋅=

20.tubmV

L

tubV tubmtub VLV _1⋅=

coilfanV _

serpserp VnV _1⋅=

colrcol VCV _1⋅=

tubmtub VLV _1⋅=

coilfanV _

tubscolserp VVVV ++=

serpVcolV

tubVV

Vº85_eC

uV

VCV eu ⋅=


Volum total del vas d'expansió:

Coeficient de pressió

Pressió vàlvula de seguritat 3Pressió màxima 3,70 dm³ El més petit de: o

Altura geomètrica 1,50 bar 10 mca = 1barPressió mínima 2,70 bar Si T<90: , si T>90:

Coeficient de pressió 3,7

Volum total del vas d'expansió

Volum útil del vas d'expansió 3,00 dm³Coeficient de pressió 3,7Volum total vas d'expansió 11,1 dm³Volum comercial del vas 12 dm³

Aïllaments:

Del RITE: per 20/22 T =85º exterior 30 mm Dades de l’apèndix 03.1 del RITE

58

35,01++= VSM PPVSP

MP

gH15,0 ++= gm HPmP

pCmM

Mp PP

PC

−=

put CVV ⋅=

uVpC

tV

19,0 +⋅= VSM PP

12,0 ++= gm HP



MEMÒRIA DE PROGRAMACIÓ


DATA: Setembre 2004

Sistema Centralitzat d’escalfament d’aigua Calenta Sanitària amb Energia Solar per un Edifici de Quatre Habitatges. Memòria de programació

ii

ÍNDEX _

I) Introducció . . . . . . . 1

II) Programació dels Autòmats . . . . 2 1.- Introducció . . . . . . . . 2

2.- Funcionament del sistema . . . . . . 2

2.1.- Circuit primari col·lectors . . . . . 2

2.2.- Circuit caldera: sistema d’energia alternatiu . . . 2

2.3.- Circuit retorn aigua calenta sanitària . . . . 3

2.4.- Conclusions . . . . . . . 3

3.- Variables, constants i variables auxiliars (marques) . 3

3.1.- Constants . . . . . . . . 3

3.1.1.- Taula resum . . . . . . . 4

3.2.- Sensors . . . . . . . . 4

3.2.1.- Sensors de temperatura (T) . . . . 4

3.2.2.- Sensors diferencials de temperatura (T) . . . 4

3.2.3.- Contactes (C) . . . . . . 5

3.2.4.- Taula resum . . . . . . . 5

3.3.- Actuadors . . . . . . . . 5

3.3.1.- Vàlvules de dues vies (V1, V40) . . . . 5

3.3.2.- Vàlvula de tres vies (V50) . . . . . 6

3.3.3.- Ventilador . . . . . . . 6

3.3.4.- Bombes (B10, B3x) . . . . . . 6

3.3.5.- Caldera (B2x) . . . . . . 6

3.3.6.- Taula resum . . . . . . . 7

3.4.- Marques . . . . . . . . 7

3.4.1.- Marques del mestre . . . . . . 7

3.4.2.- Marques dels esclaus . . . . . 8

3.4.3.- Taula resum . . . . . . . 8


iii

3.5.- Variables (marques de tipus paraula) . . . . 9

3.5.1.- Variables obtingudes a través de sensors . . . 9

3.5.2.- Variables fixades per l’usuari . . . . 9

3.5.3.- Variables de càlcul auxiliar. . . . . 10

3.5.4.- Variables indicadors autòmats . . . . 10

3.5.5.- Variables indicadores de mode de funcionament. . 11

3.5.6.- Taula resum . . . . . . . 13

3.6.- Paraules de xarxa . . . . . . . 14

3.6.1.- Paraules de xarxa del mestre . . . . 15

a) Entrades del mestre . . . . . . 15

b) Sortides del mestre . . . . . . 15

3.6.2.- Paraules de xarxa als esclaus . . . . 16

a) Entrades als esclaus . . . . . . 16

b) Sortides dels esclaus . . . . . . 16

3.6.3.- Taula resum . . . . . . . 17

4.- Programa . . . . . . . . 18

4.1.- Autòmat mestre . . . . . . . 18

4.1.1.- Iniciació/actualització de variables . . . 19

a) MW7x: Variables indicadors esclau: V1x, B2x, B3x,

C4x, C3x, T2x i M9 (de INWx.0) . . . . 19

b) MW1: Temperatura col·lectors . . . . 20

4.1.2.- Comparacions: Activació-desactivació marques . . 20

a) M10: Vàlvules acumuladors tancades . . . 20

b) M60: Temperatura col·lectors mínima . . . 21

c) M70: Temperatura col·lectors màxima . . . 22

d) M80: Indicador de no sol . . . . . 24

4.1.3.- Actuadors . . . . . . . 24

a) B10: Bomba recirculació circuit primari col·lectors (Q0.0.2) 24

b) V50: vàlvula de tres vies fan-coil (Q0.0.3) . . . 26

c) B60: Ventilador del fan-coil (Q0.0.4) . . . 27

4.1.4.- Actualització de variables . . . . . 29

a) MW6: Variable indicadors mestre. . . . 29

b) MW5: Franja horària . . . . . 30


iv

c) MW8x: Modes sub-sistema habitatges: . . . 31

4.1.5.- Transmissió de dades als esclaus . . . . 32

a) QNWx.0: Paraules de xarxa de sortida 0: Traspàs de T10: temperatura

col·lectors . . . . . 32

b) QNWx.1: Paraules de xarxa de sortida 1: Traspàs de la

variable indicadors mestre (MW6): M60, M70, M80,

B10, V50 i B60 . . . . . . 33

c) QNWx.2: Paraules de xarxa de sortida 2: Traspàs de

modes sub-sistemes (MW8x) . . . . 34

d) QNWx.3: Paraules de xarxa de sortida 3: Traspàs de

franja horària (MW8x) . . . . . 35

4.2.- Autòmats esclaus . . . . . . . 35

4.2.1.- Iniciació/actualització de variables . . . 36

a) MW1: Temperatura col·lectors (de INW0.0) . . 36

b) MW6: Variable indicadors mestre (M60, M70, M80,

B10, V50 i B60) (de INW0.1) . . . . 37

c) MW80: Mode sub-sistema (de INW0.2) . . . 37

d) MW5: Variable franja horària (de INW0.3) . . 37

e) MW2: Temperatura acumulador . . . . 38

f) MW4: Temperatura de servei . . . . 38

g) MW31: Marge de temperatura màxima acumulador . 40

h) MW41: Marge de temperatura de servei caldera . 41

4.2.2.- Activació-desactivació marques . . . . 41

a) M60, M70 i M80: Marques provinents del mestre . 41

b) M2: Temperatura acumulador inferior a la dels col·lectors 42

c) M3: Temperatura acumulador màxima . . . 43

d) M4: Temperatura de servei caldera . . . 44

e) M9: Indicador activació temporal caldera durant 20 minuts 46

4.2.3.- Actuadors activats pels esclaus (i pel mestre planta quarta) 46

a) V1x: Vàlvula entrada acumulador. . . . 48

b) B2x: Caldera . . . . . . . 49

c) B3x: Bomba recirculadora retorn aigua calenta sanitària 52

d) V40: vàlvula final . . . . . . 55


v

4.2.4.- Actualització de variables . . . . . 55

a) MW7: Variable indicadors mestre. . . . 55

4.2.5.- Transmissió de dades als esclaus . . . . 56

a) QNW0.0: Paraula de xarxa de sortida 0: Traspàs de

la variable indicadors esclau (MW7): V1x, B2x, B3x,

C4x, C3x, T2x i M9 . . . . . . 57

5.- Llistats Twidosoft V1.13 . . . . . . 57

III) Programació dels Terminals . . . 58 1.- Introducció . . . . . . . . 58

2.- Funcionament dels terminals . . . . . 58

3.- Variables . . . . . . . . 58

3.1.- Taula resum . . . . . . . 59

3.1.1.- Variables de l’usuari . . . . . 59

3.1.2.- Variables de l’administrador . . . . 60

4.- Pàgines d’aplicació . . . . . . . 60

4.1.- Pàgines d’aplicació de l’usuari . . . . . 60

a) Pàgina 1:INFO_SISTEMA . . . . . 61

b) Pàgina d’aplicació 2:ACUMULADOR . . . 61

c) Pàgina d’aplicació 3: CALDERA . . . . 62

d) Pàgina d’aplicació 4: T_SERVEI_MAT . . . 63

e) Pàgina d’aplicació 5: T_SERVEI_DIA . . . 63

f) Pàgina d’aplicació 6: T_SERVEI_NIT . . . 64

g) Pàgina d’aplicació 7: RETORN . . . . 64

4.2.- Pàgines d’aplicació de l’administrador . . . 65

a) Pàgina d’aplicació 8:SISTEMA . . . . 65

b) Pàgines d’aplicació 9/10/11 i 12:SUBSISTEMA_x . 66

5.- Llistats XBT-L1000 ver.4.20 . . . . . 66


1

I) Introducció El sistema està constituït per diversos components, d’aquest n’hi ha dos que han de ser programats a priori per l’instal·lador, deixant així que el sistema funcioni d’una forma òptima, i el control per part de l’usuari sigui simplement de regulació. El primer dels components programables són els autòmats, els quals poden ser programats mitjançant software utilitzant llenguatge de contactes, blocs de funció o amb grafcet. Els autòmats utilitzats són de la casa SCHNNEIDER TELEMECANIQUE model Twido de 12 entrades i 8 sortides. El sistema utilitzat de programació és el d’esquema de contactes utilitzant relés, comparadors, sumadors, temporitzadors... El programa es realitza per software utilitzant el programa TWIDOSOFT V1.13. El segon component programable és la interfícíe gràfica (terminal), formada per una pantalla LCD i diversos polsadors, per on l’operador humà podrà interferir amb el programa. Aquest dispositiu va connectat a cada autòmat mitjançant un port de comunicacions i permet l’intercanvi de dades entre l’autòmat i l’usuari. La programació d’aquest component es fa per software i utilitzant el software específic XBT-L1000 4.20.


2

II) Programació dels Autòmats 1.- Introducció El sistema de control de la instal·lació s’ha de dissenyar per tal de que el sistema tingui un bon rendiment, i així poder reduir al mínim, l’energia no renovable que s’utilitzaria per poder obtenir el mateix, a més de reduir el temps d’amortització, encara que el cost de la instal·lació és més car, però molt més rendible a llarg termini. El programa de control ha de ser robust i que sigui fàcil de modificar, caldrà tenir en compte que s’utilitzarà informació obtinguda dels sensors, contactes, o valors interns: constants i variables del mateix programa o fixades per l’usuari/administrador a través d’algun interfície externa (terminal). 2.- Funcionament del Sistema El sistema funciona de la següent manera: les plaques solars (col·lectors) obtenen energia del sol, la qual és transportada als acumuladors de cada habitatge. Aquests acumuladors, tenen un circuit auxiliar d’escalfament, per als moments que la demanda d’energia sigui alta i la producció baixa. A cada habitatge a més a més hi ha el circuit de retorn de l’aigua calenta sanitària que acosta l’aigua calenta als punts de consum. Cal tenir en compte que la instal·lació no s’ha dissenyat per cobrir el 100% de les necessitats durant tot l’any. 2.1.- Circuit Primari Col·lectors El sistema de producció d’aigua calenta està format per 5 col·lectors plans de 2,54 m² cadascun, que donen una producció d’energia teòrica de 33010,14 MJ (9169,48 Kw/h) l’any. Aquesta energia es transporta a través d’un circuit tancat als acumuladors, on s’hi traspassa l’energia produïda. Aquest circuit el governa una bomba recirculadora, que s’activarà en el moment en que l’energia dels col·lectors és superior a la dels acumuladors. Cal tenir en compte també quan els col·lectors tinguin temperatures extremes per evitar sobre-pressions a altres temperatures, o glaçades a temperatures molt baixes. Per temperatures altes s’ha inserit al circuit un fan-coil per rebaixar la temperatura del fluid quan sigui necessari (>90º). En cas de temperatures molt baixes (5º), s’utilitzaria l’energia emmagatzemada als acumuladors per poder escalfar el sistema i es faria circular el fluid pels circuits obrint totes les vàlvules. 2.2.- Circuit Caldera: Sistema d’Energia Alternatiu El sistema d’energia alternatiu el formen una caldera de gas, la qual cedeix energia a l’acumulador a través d’un segon circuit tancat, i governat per la mateixa caldera. La caldera s’haurà d’activar en el moment en el que l’energia emmagatzemada als acumuladors no sigui suficient. Per poder optimtizar el màxim l’energia produïda als col·lectors, la caldera s’activarà només en uns casos concrets: quan la temperatura de


3

l’acumulador no arribi al mínim establert, sempre i quan s’estigui permès per l’usuari seguint algun horari o manualment de forma indefinida o temporal. 2.3.- Circuit Retorn Aigua Calenta Sanitària Per tal d’evitar malgastar aigua per part de l’usuari, a l’hora de necessitar aigua calenta i al obrir l’aixeta haver d’esperar que faci tot el recorregut de canonada fins a la presa, s’utilitzarà un tercer tub per tal de fer circular aquesta aigua i tenir l’aigua calenta propera al punt de consum. La bomba de recirculació s’activarà quan hi hagi un diferencial de temperatura alt entre l’acumulador i el principi del retorn. Per poder optimitzar el màxim l’energia i alhora donar confort, la bomba s’activarà de forma temporal o indefinida només quan l’usuari necessiti aigua calenta; indicat manualment o a través d’algun contacte. 2.4.- Conclusions Per tal de que el sistema sigui eficaç seria necessari l’ús de cinc autòmats programables, un de central (mestre) per controlar els col·lectors, bomba i fan-coil del circuit primari, i un autòmat per cada habitatge per controlar les variables locals: vàlvules, caldera, re-circulació etc. En aquest cas s’opta per utilitzar quatre autòmats, i utilitzar el mateix autòmat com a mestre i com a controlador de l’última planta, ja que les característiques del PLC ho permeten. Caldrà tenir en compte que hi haurà informació que haurà de circular del controlador general (o mestre) i els controladors locals (o esclaus) i viceversa, per tant, hauran d’estar comunicats a través d’un bus. 3.- Variables, Constants i Variables Auxiliars (Marques) Utilitzant els sensors que ens proporciona el sistema, i les constants que usa el programa, s’obtenen dades: aquestes es processaran, utilitzant variables auxiliars i es guardarà el resultat en marques o variables. En segon lloc, i depenent d’aquestes marques, s’activen o desactiven els diferents actuadors. En els següents apartat s’especifiquen les constants, variables i marques utilitzades al programa. 3.1.- Constants Les constants del sistema són de tipus enter, indicant les temperatures extremes que no es poden modificar per l’usuari: - Temperatura mínima als col·lectors, fixada a 4º. (Tmin_col)(KW1): Temperatura crítica, per sota de la qual hi pot haver danys al sistema per glaçades. - Marge de temperatura mínima als col·lectors, fixada a 9º. (Tmin_col+5)(KW2): diferència de 5ºC per donar marge de seguretat i evitar histèresi al sistema. - Temperatura màxima als col·lectors, fixada a 90ºC. (Tmax_col)(KW3): Temperatura a partir de la qual el sistema pot tenir danys per sobrepressions. - Marge de temperatura màxima als col·lectors, fixada a 85º. (Tmax_col-5)(KW4): diferència de -5ºC per donar marge de seguretat i evitar histèresi al sistema.


4

- Temperatura contra legionel·losi, fixada a 70º (Tserv_leg)(KW5): Temperatura en que el virus de la legionel·losi no pot sobreviure, aplicada durant mitja hora, cada dos mesos. 3.1.1.- Taula resum

Constants Nom Tipus PLC Valor

Tmin_col KW1 Enter M 4

Tmin_col+5 KW2 Enter M 9

Tmax_col KW3 Enter M 90

Tmax_col-5 KW4 Enter M 85

Tserv_leg KW5 Enter M/S 70 Taula 1: Constants S= Esclau (Slaves) M= Mestre (Master)

3.2.- Sensors En aquesta instal·lació s’usaran 3 tipus de sensors diferents: Sensors de lectura de temperatura, sensors binaris de diferencial de temperatura i contactes. 3.2.1.- Sensors de temperatura (T) Els sensors de temperatura, són de tipus analògics, i representen les temperatures en forma de variació d’intensitat de 5 a 20 mA. S’usaran sensors d’aquest tipus per la temperatura dels col·lectors i temperatura dels acumuladors.

- T10_collectors (IW0.1.0): Sensor de temperatura a la sortida dels col·lectors, connectat al mestre.

- T1x_acumulador (IW0.1.1): Sensors de temperatura a cada acumulador, connectats a cada esclau (IW0.1.1).

3.2.2.- Sensors diferencials de temperatura (T) Els sensors de temperatura diferencials, són el resultat de la diferència de temperatura entre dos punts respecte a una consigna pre-configurada amb un resultat de tipus activat-desactivat. S’utilitzaran per comparar les temperatures de l’acumulador amb la temperatura al principi del circuit de retorn de l’aigua calenta sanitària:

- T2_retorn_x (I0.0.1). Termòstat diferencial entre l’acumulador i el circuit de retorn de l’A.C.S. de cada habitatge, connectats a cada esclau (I0.0.1).


5

3.2.3.- Contactes (C) Un altre tipus de sensor seran els contactes, de tipus tot o res, utilitzant interruptors o polsadors externs . S’usaran per activar caldera o retorn d’A.C.S. de forma externa: - C4x_Cmanual (I0.0.0): Polsador extern d’activació manual de la caldera (durant 20 minuts o fins que arribi a la temperatura desitjada), de tipus activat-desactivat i connectat a cada esclau. - C3x_retorn (I0.0.2): Polsador o contacte (per exemple a l’interruptor del lavabo o cuina), indicant la necessitat d’A.C.S. 3.2.4.- Taula resum

Variable Entrada Tipus Rang Valor

T10_collectors IW0.1.0 Analògic M Entre 0 i 100º, 5 a 20 mA

T1x_acumulador IW0.1.1 Analògic S Entre 0 i 100º, 5 a 20 mA

C4x_Cmanual I0.0.0 Binari S Polsador extern: 0 repòs, 1 polsat

T2x_retorn I0.0.1 Binari S Termostat diferencial: 0 difer. baix, 1 difer. alt

C3x_retorn I0.0.2 Binari S Contacte extern: 0 obert, 1 tancat

Taula 2: Variables sensors S= Esclau (Slaves) M= Mestre (Master) 3.3.- Actuadors En aquesta instal·lació s’usaran 3 tipus d’actuadors diferents: Vàlvules del tipus obert-tancat: vàlvules de 2 vies, vàlvules de tipus bypass: vàlvules de 3 vies, bombes i ventilador fan-coil. Tots són del tipus tot-res. 3.3.1.- Vàlvules de dues vies (V1, V40) S’utilitzaran electro-vàlvules a motor de dues posicions: obert o tancat:

- V1x_acumulador (Q0.0.7): Vàlvules d’entrada a cada acumulador, activades pels esclaus, segons els diferencials de temperatura entre cada acumulador i els col·lectors.

- V40_final (Q0.0.3) Vàlvula entre el final de la canonada d’anada als acumuladors i el retorn, activada pel l’esclau del primer pis en cas d’haver-hi temperatures extremes al sistema.


6

3.3.2.- Vàlvula de tres vies (V50) Electrovàlvula tipus Y, a motor de dues posicions: entrada-sortida 1, i entrada-sortida 2:

- V50_fancoil (Q0.0.3): Vàlvula de tres vies entre el retorn i els col·lectors o el retorn i el fan-coil, activada pel mestre en cas d’haver-hi temperatures extremes. 3.3.3.- Ventilador El fan-coil porta un ventilador per tal de fer circular l’aire de forma forçada i reduir amb més eficàcia la temperatura de l’aigua que circula per aquest. És de tipus connectat-desconnectat:

- B60_fancoil (Q0.0.4): Ventilador del fan-coil engegat per refredar la instal·lació, activat pel mestre. 3.3.4.- Bombes (B10, B3x) Bombes circuladores de cabdal fix, amb dues posicions: activada-desactivada:

- B10_primari (Q0.0.2): Bomba recirculadora circuit primari, activada pel mestre, quan la vàlvula de qualsevol acumulador estigui oberta.

- B3x_retorn_x (Q0.0.5): Bombes de recirculació d’aigua calenta sanitària de cada vivenda , activades a cada habitatge depenent del diferencial de temperatura entre l’acumulador i el circuit de retorn d’A.C.S.

3.3.5.- Caldera (B2x) Caldera de gas natural, que dóna energia alternativa: contacte de tipus tot-res.

- B2x_caldera (Q0.0.6): Caldera auxiliar a cada vivenda, activada per cada esclau quan l’energia donada pel Sol és insuficient.


7

3.3.6.- Taula resum

Variable Nom Tipus Rang Actuador Valor

V1x_acumulador Q0.0.7 Binari S V.2 vies 0= tancada, 1= oberta

V40_final Q0.0.3 Binari S1 V.2 vies 0= tancada, 1= oberta

V50_fancoil Q0.0.3 Binari M V.3 vies 0= retorn-col·lect, 1= ret-fancoil

B60_fancoil Q0.0.4 Binari M Ventilador 0= aturat, 1= engegat

B10_primari Q0.0.2 Binari M Bomba 0= parada, 1= engegada

B3x_retorn Q0.0.5 Binari S Bomba 0= parada, 1= engegada

B2x_caldera Q0.0.6 Binari S Bomba 0= parada, 1= engegada

Taula 3: Variables actuadors S= Esclau (Slaves) M= Mestre (Master) 3.4.- Marques Les marques són senyals interns de l’autòmat (indicant els diversos estats del sistema), de tipus activat-desactivat. Sent el resultat de diverses operacions realitzades amb les dades obtingudes, variables o d’altres marques. El seu resultat dependrà de una o vàries condicions. Hi haurà valors de marques que només s’usaran al mestre, i d’altres als esclaus. Hi haurà valors que s’hauran de traspassar necessàriament del mestre a l’esclau i viceversa. La majoria de marques són simples indicadors dels diversos estats del sistema: 3.4.1.- Marques del mestre El valor d’aquestes marques es resoldrà al mestre, tot hi que algunes d’elles es traspassaran als esclaus.

- M10: Indicador de vàlvules acumuladors tancades: les vàlvules d’entrada de tots els acumuladors estan tancades, usada pel mestre.

- M60: Indicador de temperatura col·lectors mínima: temperatura inferior a la mínima de seguretat fixada pel sistema (té en compte un marge de maniobra de 5ºC). Marca del mestre i traspassada als esclaus.

- M70: Indicador de temperatura col·lectors màxima: temperatura superior a la màxima de seguretat fixada pel sistema (té en compte un marge de maniobra de 5ºC). Marca del mestre i traspassada als esclaus.

- M80: Indicador de no sol: activada quan no són hores de sol, pel rellotge-calendari acoblat al mestre. És una marca del mestre i traspassada als esclaus. Aquesta marca s’activarà entre les 17h i les 9h els mesos de novembre a març i entre les 21h i les 7h la resta de mesos. Indicant les hores en que el sol no escalfa els col·lectors. Aquest rellotge es configura directament al mestre i no es configurable per l’usuari final.

-M81: Indicador de franja horària matinada, activat pel rellotge-calendari acoblat al mestre, cada dia entre les 5:00 h i les 9:00 h.


8

-M82: Indicador de franja horària matí, activat pel rellotge-calendari acoblat al mestre, cada dia entre les 9:00 h i les 12:00 h.

-M83: Indicador de franja horària migdia, activat pel rellotge-calendari acoblat al mestre, cada dia entre les 12:00 h i les 16:00 h.

-M84: Indicador de franja horària tarda, activat pel rellotge-calendari acoblat al mestre, cada dia entre les 16:00 h i les 19:00 h.

-M85: Indicador de franja horària vespre, activat pel rellotge-calendari acoblat al mestre, cada dia entre les 19:00 h i les 22:00 h.

-M86: Indicador de franja horària nit, activat pel rellotge-calendari acoblat al mestre, cada dia entre les 22:00 h i les 5:00 h.

-M87: Indicador de procés contra la legionel·losi, activat pel rellotge-calendari acoblat al mestre, el dia 1 dels mesos de gener, març, maig, juliol, setembre i novembre entre les 15:00 h i les 15:30 h.

3.4.2.- Marques dels esclaus El valor d’aquestes marques es resoldrà als esclaus, tot hi que també s’usaran al mestre pel control de l’habitatge de la quarta planta:

-M2: Indicador de temperatura acumulador inferior a col·lectors. -M3: Indicador de temperatura acumulador màxima: temperatura superior a la

màxima fixada per l’usuari (té en compte un marge de maniobra de 5ºC). -M4: Indicador de temperatura servei caldera: La temperatura de l’acumulador no

arriba a la temperatura de servei fixada per l’usuari (té en compte un marge de maniobra de 5ºC).

-M9: Indicador activació temporal caldera: Activada pel temporitzador amb retard a la desconnexió de 20 minuts. 3.4.3.- Taula resum

Variable Tipus Rang Indica

M10 Binari M Indicador de vàlvules acumulador tancades

M60 Binari M/S Indicador de temperatura col·lectors mínima

M70 Binari M/S Indicador de temperatura col·lectors màxima

M80 Binari M/S Indicador de no sol

M81 Binari M Indicador de franja horària matinada (5:00-9:00h)

M82 Binari M Indicador de franja horària matí (9:00-12:00h)

M83 Binari M Indicador de franja horària migdia (12:00-16:00h)

M84 Binari M Indicador de franja horària tarda (16:00-19:00h)

M85 Binari M Indicador de franja horària vespre (19:00-22:00h)


9

M86 Binari M Indicador de franja horària nit (22:00-5:00h)

M87 Binari M Indicador de procés contra la legionel·losi

M2 Binari S Indicador de temperatura acumulador inferior a col·lectors

M3 Binari S Indicador de temperatura acumulador màxima

M4 Binari S Indicador de temperatura servei caldera

M9 Binari S Indicador d’activació temporal caldera (20 min)

Taula 4: Marques S= Esclau (Slaves) M= Mestre (Master)

3.5.- Variables (Marques de Tipus Paraula) Guardaran valors enters de temperatura, obtingudes a través de sensors, fixades per l’usuari mitjançant una interfície externa (terminal), o per resultat d’alguna operació. 3.5.1.- Variables obtingudes a través de sensors Els valors del sensors analògics s’emmagatzemaran en variables en forma de nombres enters.

- T10_collectors (MW1): Temperatura col·lectors obtinguda a través d’un sensor de temperatura. Variable de tipus global al mestre i traspassada als esclaus.

- T1x_acumulador (MW2): La temperatura acumulador obtinguda a través d’un sensor de temperatura. Variable de tipus local a cada habitatge. 3.5.2.- Variables fixades per l’usuari Aquestes variables es fixaran per l’usuari a través d’una interfície externa, (pantalla interactiva), amb uns màxims i uns mínims fixats pel sistema.

- Tmax_acum (MW3): Temperatura màxima a cada acumulador, serà introduïda per l’usuari a través d’un terminal extern, amb el límit màxim de 80ºC (per evitar cremades l’usuari final) i mínim de 40ºC. Variable de tipus local a cada habitatge. Valor màxim de temperatura que podrà arribar l’acumulador.

- Tserv_acum (MW4): Temperatura servei caldera a cada acumulador. Actualitzada pel programa al valor de la temperatura fixada per l’usuari a través del terminal extern (MW5x), a cada franja horària. Variable de tipus local a cada habitatge.

- Franja horària (MW5): Indica la franja horària actual (“mtn” si MW5=1, “mti” si MW5=2, “mig” si MW5=3, “trd” si MW5=4, “vsp” si MW5=5, “nit” si MW5=6 o “leg” si MW5=7). Fixada pel rellotge-calendari (datador) acoblat a l’autòmat mestre, a través de diverses marques. Variable de tipus global al mestre i traspassada als esclaus.

- Tserv_mtn (MW51): Temperatura de servei caldera a cada acumulador, introduïda per l’usuari a través del terminal extern; amb un màxim de 80º i un mínim de 30º,


10

corresponent a la franja horària matinada (de 5:00 a 9:00 h). Variable de tipus local a cada habitatge.

- Tserv_mti (MW52): Temperatura de servei caldera a cada acumulador, introduïda per l’usuari a través del terminal extern; amb un màxim de 80º i un mínim de 30º, corresponent a la franja horària matí (de 9:00 a 12:00 h). Variable de tipus local a cada habitatge.

- Tserv_mig (MW53): Temperatura de servei caldera a cada acumulador, introduïda per l’usuari a través del terminal extern; amb un màxim de 80º i un mínim de 30º, corresponent a la franja horària matinada (de 12:00 a 16:00 h). Variable de tipus local a cada habitatge.

- Tserv_trd (MW54): Temperatura de servei caldera a cada acumulador, introduïda per l’usuari a través del terminal extern; amb un màxim de 80º i un mínim de 30º, corresponent a la franja horària tarda (de 16:00 a 19:00 h). Variable de tipus local a cada habitatge.

- Tserv_vsp (MW55): Temperatura de servei caldera a cada acumulador, introduïda per l’usuari a través del terminal extern; amb un màxim de 80º i un mínim de 30º, corresponent a la franja horària vespre (de 19:00 a 22:00 h). Variable de tipus local a cada habitatge.

- Tserv_nit (MW56): Temperatura de servei caldera a cada acumulador, introduïda per l’usuari a través del terminal extern; amb un màxim de 80º i un mínim de 30º, corresponent a la franja horària nit (de 22:00 a 5:00 h) (MW5=6). Variable de tipus local a cada habitatge.

3.5.3.- Variables de càlcul auxiliar Pel control dels autòmats també s’usaran altres variables auxiliars com a resultat intermedi de càlcul en operacions:

- MW31: Auxiliar del càlcul del marge de temperatura màxima a l’acumulador que és de 5ºC (Tmax_acum – 5).

- MW41: Auxiliar del càlcul del marge de temperatura servei caldera que és de 5ºC (Tserv_acum – 5).

3.5.4.- Variables indicadors autòmats S’utilitzaran variables per emmagatzemar diversos indicadors, contactes o actuadors a la mateixa variable en forma de bits i poder-les traspassar del mestre als esclaus i dels esclaus al mestre. Aquesta variable és necessària per poder donar informació de l’estat del mestre als esclaus i viceversa. - MW6: Variable indicadors mestre. Aquesta variable guarda els valors dels següents indicadors i actuadors del mestre: -MW6:X0: M60: Indicador de temperatura col·lectors mínima -MW6:X1: M70: Indicador de temperatura col·lectors màxima -MW6:X2: M80: Indicador de no sol -MW6:X3: B10: Bomba de recirculació circuit primari -MW6:X4: V50: Vàlvula tres vies fan-coil


11

-MW6:X5: B60: Motor fan-coil Aquests valors seran modificables pel mestre, però traspassats als esclaus amb el mateix nom, d’on s’usarà el valor d’algun dels bits. També s’usarà tant al mestre com als esclaus per donar informació a l’usuari a través del terminal extern. -MW7: Variable indicadors esclau. Aquesta variable guarda els valors dels següents contactes o actuadors: -MW7:X0:V1x: Vàlvula acumulador -MW7:X1:B2x: Caldera -MW7:X2: B3x: Bomba retorn A.C.S. -MW7:X3: C4x: Polsador extern caldera -MW7:X4: C3x: Contacte extern retorn A.C.S. -MW7:X5: T21: Termòstat diferencial retorn A.C.S.

-MW7:X6: M9: Indicador activació temporal caldera. Aquests valors seran modificables per cada autòmat a la corresponent MW7 i es traspassaran al mestre a través de les paraules de xarxa, guardant el valor de cada habitatge a una variable diferent (M71, M72, M73, M74). Algun d’aquests valors seran útils al mestre. També s’usarà tant al mestre com als esclaus per donar informació a l’usuari i administrador a través del terminal extern. Les variables corresponents al mestre, tindran la mateixa estructura que als esclaus i seran: -MW71: Variable indicadors habitatge planta 1. Variable del mestre amb la mateixa estructura que MW7. -MW72: Variable indicadors habitatge planta 2. Variable del mestre amb la mateixa estructura que MW7. -MW73: Variable indicadors habitatge planta 3. Variable del mestre amb la mateixa estructura que MW7. -MW74: Variable indicadors habitatge planta 4 Variable del mestre amb la mateixa estructura que MW7 3.5.5.- Variables indicadores de mode de funcionament L’usuari i/o l’administrador tindran la possibilitat d’ interactuar amb el funcionament de cada part del sistema utilitzant les variables de mode, el valor de les quals donarà opció al programa de funcionar d’una forma o d’una altra. A través del terminal extern, podrà modificar el valor d’aquestes variables. Hi ha variables de mode del mestre, els valors de les quals l’hauran de traspassar als esclaus. Les variables utilitzades són les següents:

- MW8: Mode general del sistema. Variable de l’autòmat mestre i modificable per l’administrador del sistema a través del terminal extern. Indica els possibles modes de funcionament del sistema general. Pot tenir tres valors:

- “STP” (MW8=0): Mode stop. El sistema no està en funcionament: Casos de reparació i manteniment, inutilitat del sistema ... Quedaran tots els habitatges fora del sistema general i totes les vàlvules tancades.

- “DES” (MW8=1): Mode desactivat. El sistema està aturat, no produeix energia: cas de desús del sistema, no hi ha veïns... Permetrà que el sistema s’activi per temperatures extremes per preservar la instal·lació.


12

- “ACT” (MW8=2): Mode activat. El sistema en funcionament normal. -MW8x: Mode subsistema habitatge. Quatre variables del mestre corresponents al mode de cada habitatge del sistema (MW81, MW82, MW83, MW84). L’administrador seleccionarà el permís que dóna a cada habitatge d’utilitzar el sistema entre tres modes de funcionament possibles. Aquest mode podrà ser modificat únicament per l’administrador o automàticament pel programa de control del sistema general entre:

- “STP” (MW8x=0) Mode stop. L’habitatge corresponent queda anul·lat del sistema: no es permetrà que la vàlvula de l’acumulador corresponent s’obri en cap cas: casos de reparació i manteniment, inutilitat del sistema ...

- “DES” (MW8x=1) Mode desactivat. L’administrador no permet que el sistema cedeixi energia a l’habitatge corresponent: Casos de desús del sistema, absència permanent de l’usuari, per imperatiu de l’administrador ... La vàlvula de l’acumulador corresponent només es podrà obrir en cas de perill de glaçades als col·lectors.

- “ACT” (MW8x=2) Mode activat. El sub-sistema funcionarà de forma normal. La vàlvula de l’acumulador de l’habitatge corresponent s’activarà o desactivarà segons el programa. Els valors d’aquestes variables es traspassaran a cada esclau a través de les paraules de xarxa a la variable MW80. -MW80: Mode sub-sistema habitatge. Variable a cada habitatge. És una còpia de la variable corresponent al mestre (MW81, MW82, MW83, MW84), traspassada als esclaus a través de les paraules de xarxa. Aquest mode prevaldrà per damunt de qualsevol altra acció que pugui ordenar el programa de cada habitatge. Els valors del mode sub-sistema, equivalent al terminal de cada habitatge, no correspondran als mateixos que a l’original MW8x, els quals l’usuari no podrà modificar, són: - “·STOP·” (MW80=0 o MW80=1). Equivalent als modes “STP” i “DES” de la MW8x corresponent del mestre: indica que la vàlvula de l’acumulador estarà sempre tancada (MW80=0) o que la vàlvula de l’acumulador no s’obrirà mai excepte per temperatures extremes als col·lectors (MW80=1).

- “MODE (MW80=2). Equivalent al mode “ACT” de la MW8x corresponent al mestre: indicant un funcionament normal, per tant l’acumulador podrà funcionar en el mode que l’usuari escolleixi.

-MW9: Mode acumulador. Variable a cada habitatge. L’usuari seleccionarà el mode de funcionament de la vàlvula de l’acumulador corresponent. Caldrà tenir en compte que MW80 prevaldrà sobre aquest. Els modes són:

-“STP” (MW9=0). Mode stop. La vàlvula de l’acumulador està totalment desconnectada: casos de reparació, manteniment, inutilitat del sistema .... anul·la l’habitatge del sistema general, la vàlvula no s’obrirà mai.

-“DES” (MW9=1). Mode desactivat. Els col·lectors no donaran energia a l’acumulador: cas de desús del sistema, absència de l’usuari ... La vàlvula no s’obrirà només en cas de perill de glaçades als col·lectors, cedint energia a aquests.

-“ACT” (MW9=2). Mode activat. La vàlvula es podrà obrir quan sigui necessari.


13

-MW10: Mode caldera. Variable de cada habitatge. L’usuari podrà seleccionar un dels tres modes de funcionament de la caldera independentment de la resta del sistema. Els modes són:

- “DES” (MW10=0). Mode desactivat. La caldera està totalment desactivada: casos d’absència d’usuari, reparació o manteniment, no hi ha caldera o no funciona ....

- “MAN” (MW10=1). Mode manual. La caldera s’activarà per l’usuari només per un polsador extern, durant 20 minuts, fins que l’acumulador arribi la temperatura adequada. Mode que s’estalvia el màxim d’energia.

- “NIT” (MW10=2). Mode nit. La caldera funcionarà igual que el mode anterior durant el dia, i a més a més s’activarà quan no hi hagi sol, fins que arribi a la temperatura desitjada. Aquest mode manté la temperatura de l’a.c.s. a la temperatura de servei corresponent les hores nocturnes. S’estalvia energia només durant el dia.

- “ACT” (MW10=3). Mode activat. L’usuari deixarà que la caldera s’engegui sempre que l’acumulador necessiti energia. És el mode que estalvia menys energia.

-MW11: Mode retorn aigua calenta sanitària. Variable de cada habitatge. L’usuari podrà escollir entre tres modes de funcionament de la bomba de retorn, independentment de la resta del sistema. Els modes possibles són:

- “DES” (MW11=0). Mode desactivat. L’usuari indica que la bomba del retorn de l’a.c.s. està totalment desactivada: casos d’absència d’usuari, reparació i manteniment, no hi ha retorn o no funciona ...

- “MAN” (MW11=1). Mode manual. La bomba s’activarà de forma manual per l’usuari a través d’un polsador extern, quan necessiti a.c.s. fins que arribi a la temperatura desitjada. Aquest mode minimitza les pèrdues d’energia.

- “ACT” (MW11=2). Mode activat. La bomba s’activarà mentre el retorn no arribi a la temperatura desitjada. Cas utilitzat quan es necessita aigua calenta sovint, o no existeix el polsador extern. 3.5.6.- Taula resum

Variable Tipus PLC Indica

MW1 Paraula M Temperatura col·lectors (T10_collectors)

MW2 Paraula S Temperatura acumulador (T1x_acumulador)

MW3 Paraula S Temperatura acumulador màxima (Tmax_acum)

MW31 Paraula S Marge de temperatura màxima acumulador (Tmax_acum - 5º)

MW4 Paraula S Temperatura de servei (Tserv_acum)

MW5 Paraula S Franja horària (mtn, mti, mig, trd, vsp o nit)

MW51 Paraula S Temperatura servei matinada de 5:00-9:00 h (Tserv_MTN)

MW52 Paraula S Temperatura servei matí de 9:00-12:00 h (Tserv_MTI)


14

MW53 Paraula S Temperatura servei migdia de 12:00-16:00 h (Tserv_MIG)

MW54 Paraula S Temperatura servei tarda de 16:00-19:00 h (Tserv_TRD)

MW55 Paraula S Temperatura servei vespre de 19:00-22:00 h (Tserv_VSP)

MW56 Paraula S Temperatura servei nit de 22:00-5:00 h (Tserv_NIT)

MW6 Bits (6) M X5 B60 X4 V50 X3 B10 X2 M80 X1 M70 X0 M60

MW7 Bits (6) S X6 M9 X5 T2x X4 C3x X3 C4x X2 B3x X1 B2x X0 V1x

MW71 Bits (6) M X6 M9 X5 T21 X4 C31 X3 C41 X2 B31 X1 B21 X0 V11




MW8 Paraula M Mode sistema (STP,DES,ACT)

MW80 Paraula S Mode subsistema habitatge (·STOP·, ·STOP·, MODE)

MW81 Paraula M Mode subsistema planta 1era (STP,DES,ACT)

MW82 Paraula M Mode subsistema planta 2ona (STP,DES,ACT)

MW83 Paraula M Mode subsistema planta 3era (STP,DES,ACT)

MW84 Paraula M Mode subsistema planta 4arta (STP,DES,ACT)

MW9 Paraula S Mode acumulador (STP, DES, ACT)

MW10 Paraula S Mode caldera (DES, MAN, NIT, ACT)

MW11 Paraula S Mode retorn A.C.S. (DES, MAN, ACT) Taula 5: Variables S= Esclau (Slaves) M= Mestre (Master)

3.6.- Paraules de Xarxa Aquests autòmats tenen la possibilitat de comunicar-se entre ells de dues formes: utilitzant els esclaus com un mòdul d’entrades i sortides remotes, o com a controlador peer en que cada autòmat funciona de forma independent. En aquest segon cas, la comunicació es de tipus mestre→esclaus i viceversa i s’utilitzen quatre registres anomenats paraules de xarxa d’entrada i quatre de sortida per cada conjunt mestre? esclau, per traspassar dades entre autòmats. Cada paraula de xarxa de sortida que el mestre enviï a un esclau, tindrà la corresponent paraula de xarxa d’entrada a aquest. En sentit contrari serà el mateix. També es poden usar aquestes bit a bit per poder enviar i rebre dades.


15

3.6.1.- Paraules de xarxa del mestre El mestre utilitza tres paraules de xarxa d’entrada, una per cada esclau, d’on es traspassa la variable indicadors esclau des de cada planta. S’utilitzen també tres paraules de xarxa de sortida a cada esclau, per on es traspassen: la temperatura col·lectors, la variable indicadors mestre, el mode del subsistema corresponent i la franja horària actual. a) Entrades del mestre Paraules de xarxa d’entrada número 0:

-INW1.0: Variable indicadors esclau de la planta primera. Traspàs de l’esclau núm 1. S’haurà d’emmagatzemar a la variable MW71 al mestre. Contindrà els valors dels actuadors V11, B21, B31, dels contactes C41, C31 i T21 i de la marca M9.

-INW2.0: Variable indicadors esclau de la planta segona. Traspàs de l’esclau núm. 2. S’haurà d’emmagatzemar a la variable MW71 al mestre. Contindrà els valors dels actuadors V12, B22, B32, dels contactes C41, C31 i T21 i de la marca M9.

-INW3.0: Variable indicadors esclau de la planta tercera. Traspàs de l’esclau núm. 3. S’haurà d’emmagatzemar a la variable MW71 al mestre. Contindrà els valors dels actuadors V13, B23, B33 , dels contactes C41, C31 i T21 i de la marca M9.

b) Sortides del mestre Paraules de xarxa de sortida número 0:

-QNW1.0: Temperatura dels col·lectors (MW1). Traspàs de la variable MW1 a l’esclau núm. 1. Conté el valor del sensor analògic T10_acumuladors.

-QNW2.0: Temperatura dels col·lectors (MW1). Traspàs a l’esclau núm. 2. -QNW3.0: Temperatura dels col·lectors (MW1). Traspàs a l’esclau núm. 3.

Paraules de xarxa de sortida número 1:

-QNW1.1: Variable indicadors mestre (MW6). Traspàs de la variable MW6 a l’esclau núm. 1. Conté els valors dels indicadors M60, M70, M80 i dels actuadors B10, V50 i B60.

-QNW2.1: Variable indicadors mestre (MW6). Traspàs a l’esclau núm. 2. -QNW3.1: Variable indicadors mestre (MW6). Traspàs a l’esclau núm. 3.


-QNW1.2: Mode subsistema planta primera (MW81). Traspàs de la variable MW81 a l’esclau núm. 1. Conté el mode de funcionament del subsistema de l’habitatge d’aquesta planta.

-QNW2.2: Mode subsistema planta segona (MW82). Traspàs a l’esclau núm 2. -QNW3.2: Mode subsistema planta tercera (MW83). Traspàs a l’esclau núm 3.


16


-QNW1.3: Franja horària (MW5). Traspàs de la variable MW5 a l’esclau núm 1. Conté el valor de la franja horària actual indicada pel rellotge-calendari a través de les marques M81, M82, M83, M84, M85, M86 i M87.

-QNW2.3: Franja horària (MW5). Traspàs a l’esclau núm. 2. -QNW3.3: Franja horària (MW5). Traspàs a l’esclau núm. 3.

3.6.2.- Paraules de xarxa als esclaus Els esclaus utilitzen quatre paraules de xarxa d’entrada, on es traspassen: la temperatura col·lectors, la variable indicadors mestre, el mode del subsistema corresponent i la franja horària actual del mestre. S’utilitza també una paraula de xarxa de sortida on es traspassa la variable indicadors esclau de la planta corresponent al mestre. a) Entrades als esclaus Paraula de xarxa d’entrada número 0:

-INW0.0: Lectura de la temperatura dels col·lectors. S’emmagatzema a la variable MW1 igual que al mestre. Paraula de xarxa d’entrada número 1:

-INW0.1: Variable indicadors mestre. S’emmagatzemarà a la variable MW6 i contindrà els valors dels indicadors M60, M70, M80 i dels actuadors B10, V50 i B60. Paraula de xarxa d’entrada número 2:

-INW0.2: Mode subsistema. Es guardarà a la variable MW80 i contindrà el mode de funcionament de la vàlvula de l’acumulador de la planta corresponent. Paraula de xarxa d’entrada número 3:

-INW0.3: Franja horària. S’emmagatzemarà a la variable MW5 i contindrà la franja horària actual, indicada pel rellotge-calendari. b) Sortides dels esclaus

Paraula de xarxa de sortida número 0:

-QNW0.0: Variable indicadors esclau (MW7). Traspàs de la variable MW7 que conté els valors dels actuadors V1x, B2x, B3x, dels contactes C41, C31 i T21 i de la marca M9 de l’esclau corresponent (x), al mestre.


17

3.6.3.- Taula resum

Variable PLC Indica

QNW1.0 M→S1 Traspàs temperatura col·lectors a l’esclau n.1



QNW1.1 M→S1 Traspàs variable indicadors mestre (MW6) a l’esclau núm. 1



QNW1.2 M→S1 Traspàs mode subsistema planta primera (MW81). a l’esclau núm. 1

QNW2.2 M→S2 Traspàs mode subsistema planta segona (MW82). a l’esclau núm. 2

QNW3.2 M→S3 Traspàs mode subsistema planta tercera (MW83). a l’esclau núm. 3

QNW1.3 M→S1 Traspàs franja horària (MW50) a l’esclau núm. 1



INW0.0 Sx←M Lectura temperatura col·lectors (MW1) als esclaus

INW0.1 Sx←M Lectura variable indicadors mestre (MW6) als esclaus

INW0.2 Sx←M Lectura mode subsistema (MW80) als esclaus

INW0.3 Sx←M Lectura franja horària (MW5) als esclaus

QNW0.0 Sx→M Traspàs variable indicadors esclau corresponent (MW7) al mestre.

INW1.1 M←S1 Lectura variable indicadors esclau núm. 1 (MW71) al mestre

INW2.1 M←S2 Lectura variable indicadors esclau núm. 2 (MW72) al mestre

INW3.1 M←S3 Lectura variable indicadors esclau núm. 3 (MW73) al mestre Taula 6: Paraules de Xarxa M= Mestre M→Sx= Paraula de xarxa de sortida del mestre Sx→M = Paraula de xarxa de sortida de l’esclau x S= Esclau Sx←M = Paraula de xarxa d’entrada a l’esclau x. M←Sx = Paraula de xarxa d’entrada del mestre


18

4.- Programa El programa serà de tipus seqüencial. Hi haurà dos tipus de programa de control diferents: un pel mestre i l’altre per cada habitatge. Cada un controlarà els sensors i actuadors corresponents. Caldrà utilitzar les paraules de xarxa per poder intercanviar informació entre el mestre i els esclaus. 4.1.- Autòmat Mestre L’autòmat mestre, és el que porta el control central del sistema, és a dir els col·lectors, el circuit primari i el fan-coil. També és el que dóna autorització als esclaus per poder utilitzar la instal·lació. Aquest autòmat a més porta incorporat un rellotge-calendari programat indicant les hores que no hi ha sol a la marca M80, els períodes de temps diaris (franges horàries) indicat a les marques M81, M82, M83, M84, M85, M86 i el procés periòdic contra la legionel·losi indicat a la marca M87. Els valors de les constants de temperatura màximes col·lectors (KW1 i KW2), mínimes col·lectors (KW3 i KW4) i contra-legionel·losi (KW5), també estan incloses al mestre. El terminal extern donarà informació a l’administrador del funcionament general del sistema i de l’estat de cada habitatge, a més donarà la possibilitat a l’administrador de modificar els modes de funcionament general i del sub-sistema de cada habitatge. El funcionament del programa de control general del sistema serà el següent: En primer lloc s’hauran d’actualitzar les variables indicador esclau (MW71, MW72, MW73) a partir de les paraules de xarxa d’entrada corresponents. S’actualitzaran també la variable: indicador local planta quarta (MW74), procedent de la variable original: (MW7) i la variable temperatura col·lectors (MW1) procedent del sensor analògic T10_collectors. Seguidament i a partir del processament de les dades obtingudes als sensors, contactes externs, variables i marques: s’activaran o desactivaran les marques indicadores dels diferents estats del sistema: vàlvules acumuladors tancades (M10) i temperatures mínimes (M60) i màximes (M70); (cal tenir en compte que la variable M80 l’actualitzarà el rellotge-calendari (datador) incorporat a l’autòmat). Un cop actualitzades aquestes marques, i depenent del seu valor, s’activaran o desactivaran els actuadors: bomba circuit primari (B10), vàlvula tres vies fan-coil (V50) i ventilador fan-coil (B60). Seguidament s’actualitzarà la variable indicadors mestre (MW6), que conté els valors bàsics dels indicadors i actuadors generals del sistema central (M60, M70, M80, B10, V50, B60). En algun cas, serà necessari actualitzar les variables de mode-subsistema de cada habitatge (MW81, MW82, MW83, MW84). La variable franja horària (MW5) s’actualitzarà a partir de les marques activades pel rellotge-calendari (datador) incorporat (M81, M82, M83, M84, M85, M86, M87). Finalment, i a través de les paraules de xarxa de sortida, es traspassaran els valors temperatura col·lectors (MW1), indicadors mestre (MW6), i franja horària (MW5) a tots els esclaus i els valors del mode-subsistema habitatge (MW81, MW82 i MW83) a l’esclau corresponent. La variable mode-subsistema habitatge quarta planta MW80 s’actualitzarà directament de de MW84. Cal tenir en compte que l’autòmat mestre també l’utilitza l’habitatge de la planta quarta, per tant el programa que hi haurà als autòmats esclaus també haurà d’estar programat al mestre, exceptuant la part de comunicació mestre-esclau i esclau-mestre i l’actualització de les variables i marques corresponents.


19

4.1.1.- Iniciació/actualització de variables Abans de realitzar cap operació, caldrà llegir les paraules de xarxa d’entrada i actualitzar les variables corresponents. Les variables indicador de cada habitatge (M71, M72 i M73) s’actualitzaran de les paraules de xarxa d’entrada núm. 0 (INW1.0, INW2.0, INW3.0). S’actualitzarà també les variables: indicador habitatge planta quarta: MW74, procedent de la variable MW7 i la temperatura col·lectors (MW1) procedent del sensor analògic T10_collectors. a) MW7x: Variables indicadors esclau: V1x, B2x, B3x, C4x, C3x, T2x i M9 (de INWx.0) El valor de les paraules de xarxa d’entrada número 0, es carregaran a les marques MW71, MW72 i MW73 corresponents a la variable indicadors de l’esclau 1, 2 i 3 respectivament. Aquestes marques indicaran en forma de bits els valors de V1x, B2x, B3x, C4x, C3x, T2x i M9. El programa del mestre només usarà els valors de V1x, bit 0 (X0) d’aquestes variables. La interfície gràfica les utilitzarà per donar informació local de l’estat de cada habitatge a l’administrador. Per tant: - MW71:=INW1.0 = Lectura indicadors esclau habitatge 1 - MW72:=INW2.0 = Lectura indicadors esclau habitatge 2 - MW73:=INW3.0 = Lectura indicadors esclau habitatge 3 En diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ %MW71 := %INW1.0 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ +------------------+ ¦ ¦ %MW72 := %INW2.0 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ +------------------+ ¦ ¦ %MW73 := %INW3.0 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ En el cas de la quarta planta, el valor de la variable indicadors habitatge 4, s’obtindrà directament de la variable MW7, ja que el programa de control d’aquest habitatge està a l’autòmat mestre: - MW74:= MW7 Indicador habitatge 4. En cas de utilitzar un altre autòmat per la planta quarta, només caldria modificar aquest diagrama i canviar MW7 per la corresponent paraula de xarxa d’entrada. En diagrama de relés:


20

¦ +------------------+ ¦ ¦ %MW74 := %MW7 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ b) MW1: Temperatura col·lectors La variable MW1, guarda el valor de la temperatura col·lectors (T10_collectors) obtingut a través del sensor de temperatura T10. Es necessari guardar el valor d’aquesta temperatura en una variable, ja que s’usarà en operacions posteriors facilitant la tasca al autòmat sense haver de llegir cada vegada directament des de l’entrada analògica corresponent, per tant:

- MW1= T10_collectors El valor de la temperatura dels col·lectors s’obtindrà a través del canal 0 del mòdul analògic 1 del autòmat mestre: - T10= MW1 = IW0.1.0 En diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ %MW1 := %IW0.1.0 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ 4.1.2.- Comparacions: Activació-desactivació marques Amb el processament dels valors de les dades obtingudes anteriorment s’activaran marques de tipus tot o res, indicant diversos estats del sistema al programa de control de l’autòmat: M10=indicador de vàlvules acumuladors tancades i M60 i M70= indicadors de temperatures mínimes i màximes col·lector. Aquestes marques s’activaran o desactivaran a partir d’operacions utilitzant variables tipus paraula (nombres enters) o operacions de bits (booleanes). utilitzant valors propis del mestre o transmesos des de cada esclau. El resultat d’aquestes operacions serà de tipus activat-desactivat, és a dir 1 o 0. En els casos en que els valors d’activació i desactivació d’una marca no siguin els mateixos, seria necessari l’ús de biestables, els quals es reduiran a circuits realimentats per agilitzar el procés. a) M10: Vàlvules acumuladors tancades La marca M10 s’activarà quan totes les vàlvules d’entrada als acumuladors estiguin tancades és a dir V11, V12, V13 i V14 desactivades.


21

Per tant es formularà la següent comparació:

1M10 llavors )4 V14_acum & V13_acum_3 & V12_acum_2 & V11_acum_1( si = El valor de les vàlvules d’entrada als acumuladors a cada pis, V1x_acum_x, s’obtindrà del bit X0 de les variables indicadors habitatge (MW71, MW72, MW73 i MW74) per tant:

- V11_acum_1= MW71:X0 habitatge planta primera. - V12_acum_2= MW72:X0 habitatge planta segona. - V13_acum_3= MW73:X0 habitatge planta tercera. - V14_acum_4= MW74:X0 habitatge planta quarta.

Per tant la comparació quedarà de la següent manera:

1M10 llavors )X0:MW74 & X0:MW73 & X0:MW72 & X0:MW71( si = En diagrama de relés: ¦ %MW71:X0 %MW72:X0 %MW73:X0 %MW74:X0 %M10 +----¦/+---------¦/+---------¦/+---------¦/+---------( ) ¦ b) M60: Temperatura col·lectors mínima La marca M60 indica que la temperatura dels col·lectors està massa baixa, per tant hi ha perill de glaçades. Aquesta marca s’activarà quan la temperatura dels col·lectors estigui per sota de la temperatura mínima de seguretat (KW1) i es desactivarà quan hagi passat el perill de glaçades: temperatura 5 graus superior a la mínima (KW2), deixant així un marge de seguretat, i evitant histèrsi al sistema. Per tant, es formularà la següent comparació:

si(T10_collectors<Tmin_col) llavors M60=1 (set) si (T10_collectors>Tmin_col+5) llavors M60=0 (reset)

Que traspassat a diagrama de relés, utilitzant un bi-estable, queda: ¦ +----------------+ ¦ ¦ T10<Tmin_col ¦ +----------+ +-¦ +----------¦S ¦ ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ M60 ¦ ¦ Q+-----------( ) ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ ¦ T10>Tmin_col+5 ¦ ¦ ¦ +-¦ +----------¦R ¦ ¦ +----------------+ +----------+ ¦


22

El biestable es pot convertir en un sistema realimentat: S’utilitza l’equació del bi-estable: RSQQ ∗+= )( Substituïnt:

5)Tmin_col(T10))Tmin_col(T10(M605)Tmin_col(T10))Tmin_col(T10(M60M60

+<⋅>+==+>⋅>+=

Quedant el diagrama de relés següent: ¦ +----------------+ +----------------+ ¦ ¦ T10<Tmin_col ¦ ¦ T10<Tmin_col+5 ¦ M60 +-¦ +---¦ +------------( ) ¦ +----------------+ ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ M60 ¦ +----¦ +-------------+ ¦ El valor de la temperatura mínima Tmin_col, i marge de seguretat Tmin_col+5, són dues constants (KW1 i KW2), programades al sistema amb un valor de 4ºC i 9ºC respectivament:

- Tmin_col= KW1 = 4 - Tmin_col+5= KW2 = 9

El valor de la temperatura dels col·lectors, T10_collectors s’obtindrà de la variable MW1:

- T10= MW1 Per tant el diagrama de relés quedarà de la següent manera: ¦ +----------------+ +----------------+ ¦ ¦ %MW1 < %KW1 ¦ ¦ %MW1 < %KW2 ¦ %M60 +-¦ +---¦ +------------( ) ¦ +----------------+ ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ %M60 ¦ +----¦ +-------------+ ¦ c) M70: Temperatura col·lectors màxima La marca M70 indica que la temperatura dels col·lectors està massa alta, per tant hi ha perill de sobrepressions. Aquesta marca s’activarà quan la temperatura dels col·lectors estigui per sobre de la temperatura màxima de seguretat (KW3) i es desactivarà quan hagi


23

passat el perill de sobrepressions: temperatura 5 graus inferior a la màxima (KW4), deixant així un marge de seguretat, i evitant histèrsi al sistema. Per tant, es formularà la següent comparació:

si(T10_collectors>Tmax_col) llavors M70=1 (set) si (T10_collectors<Tmax_col-5) llavors M70=0 (reset)

Que traspassat a diagrama de relés, utilitzant un bi-estable, queda: ¦ +----------------+ ¦ ¦ T10>Tmax_col ¦ +----------+ +-¦ +----------¦S ¦ ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ M70 ¦ ¦ Q+-----------( ) ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ ¦ T10<Tmax_col-5 ¦ ¦ ¦ +-¦ +----------¦R ¦ ¦ +----------------+ +----------+ ¦ El biestable es pot convertir en un sistema realimentat: S’utilitza l’equació del bi-estable: RSQQ ∗+= )( Substituïnt:

5)Tmax_col(T10))Tmax_col(T10(M605)Tmax_col(T10))Tmax_col(T10(M60M60

−>⋅>+==−<⋅>+=

Quedant el diagrama de relés següent: ¦ +----------------+ +----------------+ ¦ ¦ T10>Tmax_col ¦ ¦ T10>Tmax_col-5 ¦ M70 +-¦ +---¦ +------------( ) ¦ +----------------+ ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ M70 ¦ +----¦ +-------------+ ¦ El valor de la temperatura mínima Tmax_col, i marge de seguretat Tmax_col-5, són dues constants (KW3 i KW4), programades al sistema amb un valor de 90ºC i 85ºC respectivament:

- Tmin_col= KW3 = 90 - Tmin_col-5= KW4 = 85


24

El valor de la temperatura dels col·lectors, T10_collectors s’obtindrà de la variable MW1:

- T10= MW1 Per tant el diagrama de relés quedarà de la següent manera: ¦ +----------------+ +----------------+ ¦ ¦ %MW1 > %KW3 ¦ ¦ %MW1 > %KW4 ¦ %M70 +-¦ +---¦ +------------( ) ¦ +----------------+ ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ %M70 ¦ +----¦ +-------------+ ¦ d) M80: Indicador de no sol L’indicador de no sol (M80) l’activarà automàticament el mòdul rellotge-calendari de les 19:00 i les 8:00 h. , entre el 22 de març i el 24 d’octubre i de les 17:00 i les 9:00 h. , entre el 25 d’octubre i el 21 de març. Mòdul acoblat a l’autòmat mestre. Cal tenir en compte que l’administrador del sistema ha de canviar manualment l’hora oficial l’últim diumenge de març i d’octubre a través del terminal acoblat a l’autòmat mestre. 4.1.3.- Actuadors A partir dels valors de les marques anteriors, de variables de mode, variables d’indicadors o directament de les entrades o sortides de l’autòmat, s’activaran o desactivaran els actuadors dependents del mestre: Bomba de recirculació circuit primari (B10), la vàlvula de tres vies del fan-coil (V50) o el motor-ventilador del fan-coil (B60). En els casos en que els valors d’activació i desactivació d’un actuador no siguin els mateixos, seria necessari l’ús de biestables, els quals es reduiran a circuits realimentats per agilitzar el programa. a) B10: Bomba de recirculació circuit primari col·lectors (Q0.0.2) La bomba de recirculació del primari col·lectors (B10_primari), farà circular l’aigua a través dels col·lectors, fan-coil i acumuladors per poder transportar l’energia d’una part a l’altra dels sistema. S’activarà quan hi hagi la vàlvula d’entrada d’algun acumulador oberta (/M10), o quan la vàlvula del fan-coil estigui oberta (V50). En cas contrari la bomba es pararà (/B10_primari). Resulta, per tant, l’expressió següent:

Si ((/M10 | V50) llavors B10_primari=1 En aquest cas no cal utilitzar bi-estables ja que la condició d’activació i desactivació és la mateixa.


25

Per tant:

)5010(10 VMB += Que traspassat a diagrama de relés: ¦ ¦ M10 B10 +----¦/+---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ V50 ¦ +----¦ +----+ ¦ El terminal extern dóna l’opció, a l’administrador, de variar el mode general i que el la sistema pugui treballar en els següents modes de funcionament:

-“STP” Mode Stop (MW8=0). El sistema no està en funcionament. La bomba de recirculació no s’ha d’activar mai. -“DES” Mode Desactivat (MW8=1). Sistema aturat, no produeix energia. La bomba només s’activarà en cas de perill de glaçades o sobrepressions. -“ACT” Mode activat (MW8=2). Sistema en funcionament normal. La bomba s’activarà quan sigui necessari. S’haurà de modificar el diagrama de relés, introduint funcions dependents del mode general del sistema escollit al terminal extern. Aquestes comparacions han de permetre, o no, el funcionament de la bomba segons el mode que escolleixi l’administrador. En aquest cas:

- /M10 activarà la B10_primari només en mode “ACT” (MODE=ACT) - B10_primari només s’activarà si no està en mode “STP” (MODE<>STP)

En diagrama de relés: ¦ +---------+ +---------+ ¦ M10 ¦MODE=ACT ¦ ¦MODE<>STP¦ B10 +----¦/+-----¦ +-¦ +-----------------( ) ¦ +---------+¦+---------+ ¦ ¦ ¦ V50 ¦ +----¦ +----------------+ ¦ El valor de la vàlvula V50 s’obtindrà directament de la sortida digital número 3 de l’autòmat, per tant: - Q0.0.3 = V50


26

La bomba de recirculació del circuit primari B10, s’activarà directament a través de la sortida digital número 2, per tant:

-Q0.0.2 = B10_primari El mode general del sistema, s’indica a través de la variable MW8, on “STP” equival a MW8=0, “DES” equival a MW8=1 i “ACT” equival a MW8=2. Per tant el diagrama de relés quedarà de la següent manera: ¦ +---------+ +---------+ ¦ %M10 ¦ %MW8=2 ¦ ¦ %MW8<>0 ¦ %Q0.0.2 +----¦/+-----¦ +-¦ +-----------------( ) ¦ +---------+¦+---------+ ¦ ¦ ¦ %Q0.0.3 ¦ +----¦ +----------------+ ¦ b) V50: vàlvula de tres vies fan-coil (Q0.0.3) La vàlvula de tres vies del fan-coil (V50_fancoil), deixarà passar l’aigua del circuit primari per aquest, per tal de refredar-la quan la temperatura dels col·lectors sigui massa alta (M70) i evitar sobrepressions, o per escalfar el fan-coil quan la temperatura del sistema col·lectors sigui massa baixa (M60) evitant així glaçades. En cas contrari la vàlvula quedarà en posició de repòs. Resulta, per tant, l’expressió següent:

Si ((M60 | M70) llavors V50_fancoil =1 En aquest cas no cal utilitzar bi-estables ja que la condició d’activació i desactivació és la mateixa. Per tant:

V50 = (M60 · M70) Que traspassat a diagrama de relés: ¦ M60 V50 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ M70 ¦ +----¦ +----+ ¦ Segons el mode de funcionament del sistema, escollit per l’usuari al terminal extern, el fan-coil pot treballar en els següents modes:


27

- “STP” Mode Stop (MW8=0). El sistema no està en funcionament. El fan-coil no s’ha d’activar mai. -“DES” Mode Desactivat (MW8=1). Sistema aturat, no produeix energia: el fan-coil només es podrà activar en cas de perill de glaçades o sobrepressions. -“ACT” Mode activat (MW8=2). El Sistema està en funcionament normal. En aquest mode els el fan-coil s’activarà quan sigui necessari. S’haurà de modificar el diagrama de relés, introduint funcions dependents del mode general del sistema escollit al terminal extern. Aquestes funcions han de permetre, o no, que el funcionament del fan-coil segons el mode que escolleixi l’administrador. En aquest cas:

- V50 només s’activarà si no està en mode “STP” (MODE<>STP) En diagrama de relés: ¦ +---------+ ¦ M60 ¦MODE<>STP¦ V50 +----¦ +-----¦ +-----------------------------( ) ¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦ M70 ¦ +----¦ +----+ ¦ La vàlvula de tres vies del fancoil, V50, s’activarà a través de la sortida digital número 3 de l’autòmat, per tant: - V50 = Q0.0.3 El mode general del sistema, s’indica a través de la variable MW8, on “STP” equival a MW8=0, “DES” equival a MW8=1 i “ACT” equival a MW8=2. Per tant el diagrama de relés quedarà de la següent manera: ¦ +---------+ ¦ %M60 ¦ %MW8<>0 ¦ %Q0.0.3 +----¦ +-----¦ +-----------------------------( ) ¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦ %M70 ¦ +----¦ +----+ ¦ c) B60: Ventilador del fan-coil (Q0.0.4) El motor-ventilador del fan-coil s’activarà per tal de refrigerar l’excés de temperatura del circuit quan la temperatura dels col·lectors sigui massa alta (M70).


28

En cas contrari el motor es pararà. Resulta, per tant, l’expressió següent:

Si ((M70) llavors B60_fancoil=1 En aquest cas no cal utilitzar bi-estables ja que la condició d’activació i desactivació és la mateixa. Per tant:

B60 = (M70) Que traspassat a diagrama de relés: ¦ M70 B60 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ Segons el mode de funcionament del sistema escollit per l’usuari al terminal extern, el ventilador de fan-coil pot treballar en els següents modes: - “STP” Mode Stop (MW8=0). El sistema no està en funcionament. El ventilador del fan-coil no s’ha d’activar mai. -“DES” Mode Desactivat (MW8=1). Sistema aturat, no produeix energia. En aquest cas el ventilador es podrà activar quan sigui necessari. -“ACT” Mode activat (MW8=2). El Sistema està en funcionament normal. Igual que l’anterior, el ventilador es podrà s’activar quan sigui necessari. S’haurà de modificar el diagrama de relés, introduint funcions dependents del mode general del sistema escollit al terminal extern. Aquestes funcions han de permetre, o no, que el funcionament del ventilador fan-coil segons el mode que escollexi l’administrador. En aquest cas:

- B60 només s’activarà si no està en mode “STP” (MODE<>STP) En diagrama de relés: ¦ +---------+ ¦ M70 ¦MODE<>STP¦ B60 +----¦ +-----¦ +-----------------------------( ) ¦ +---------+ El motor-ventilador del fan-coil, B60, s’activarà directament a través de la sortida digital número 3 de l’autòmat, per tant:

-Q0.0.2 = B60 El mode general del sistema, s’indica a través de la variable MW8, on “STP” equival a MW8=0, “DES” equival a MW8=1 i “ACT” equival a MW8=2.


29

Per tant el diagrama de relés quedarà de la següent manera: ¦ +---------+ ¦ %M70 ¦ %MW8<>0 ¦ %Q0.0.4 +----¦ +-----¦ +-----------------------------( ) ¦ +---------+ 4.1.4.- Actualització de variables Abans de traspassar cap dada als esclaus, caldrà actualitzar les variables que puguin ser necessàries. S’haurà d’actualitzar la variable indicadors mestre (MW6), a partir de les marques, contactes i actuadors mestre. S’actualitzarà també els modes subsistema de cada habitatge (MW81, MW82, MW83, MW84). a) MW6: Variable indicadors mestre La variable indicadors mestre MW6, guarda en forma de bits els valors de les marques indicadores de temperatures mínima (M60), màxima (M70), inidicador de no sol (M80), bomba de recirculació circuit primari (B10), vàlvula tres-vies fan-coil (V50) i ventilador fan-coil (B60) obtingudes de les operacions del mestre. Aquests valors es col·locaran als 6 primers bits (X0.. X6) d’aquesta variable: -MW6:X0= M60: Indicador de temperatura col·lectors mínima -MW6:X1= M70: Indicador de temperatura col·lectors màxima -MW6:X2=M80: Indicador de no sol -MW6:X3= B10=%Q0.0.2: Bomba de recirculació circuit primari, -MW6:X4= V50=%Q0.0.3: Vàlvula tres vies fan-coil -MW6:X5= B60=%Q0.0.4: Ventilador fan-coil En diagrama de relés: ¦ %M60 %MW6:X0 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ %M70 %MW6:X1 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ %M80 %MW6:X2 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ %Q0.0.2 %MW6:X3 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦


30

¦ ¦ %Q0.0.3 %MW6:X4 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ %Q0.0.4 %MW6:X5 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ b) MW5: Franja horària El rellotge-calendari acoblat a l’autòmat, activarà diverses marques indicant que els períodes de temps prèviament programats a aquest mòdul estan actius (M81, M82, M83, M84, M85, M86 i M87). Els valors d’aquestes marques es traduiran a la variable franja horària (MW5) en un variable entera equivalent a cada franja: - MTN: Matinada (MW5=1). El rellotge-calendari indica que s’està dins del període de temps: de les 5:00 a les 9:00 h., per tant l’indicador M81 activat. Valor que actualitza la variable franja horària a “MTN” (MW5=1). - MTI: Matí (MW5=2). El rellotge-calendari indica que s’està dins del període de temps: de les 9:00 a les 12:00 h., per tant l’indicador M82 activat. Valor que actualitza la variable franja horària a “MTI” (MW5=2). - MIG: Mig dia (MW5=3). El rellotge-calendari indica que s’està dins del període de temps: de les 12:00 a les 16:00 h., per tant l’indicador M83 activat. Valor que actualitza la variable franja horària a “MIG” (MW5=3). - TRD: Tarda (MW5=4). El rellotge-calendari indica que s’està dins del període de temps: de les 1600 a les 19:00 h., per tant l’indicador M84 activat. Valor que actualitza la variable franja horària a “TRD” (MW5=4). - VSP: Mig dia (MW5=5). El rellotge-calendari indica que s’està dins del període de temps: de les 19:00 a les 22:00 h., per tant l’indicador M85 activat. Valor que actualitza la variable franja horària a “VSP” (MW5=5) - NIT: Nit (MW5=6). El rellotge-calendari indica que s’està dins del període de temps: de les 22:00 a les 5:00 h., per tant l’indicador M86 activat. Valor que actualitza la variable franja horària a “NIT” (MW5=6).

- LEG: Procés contra legionel·losi (MW5=7). El rellotge-calendari indica que s’està dins del període de temps: de les 15:00 a les 15:30 h. dels dia 1 dels mesos de gener, març, maig, juliol, setembre, novembre (1 cop cada dos mesos) per tant l’indicador M87 estarà activat. Valor que actualitza la variable franja horària a “LEG” (MW5=7). Caldrà tenir en compte que la variable M87 serà prioritària a les marques anteriors, és a dir que MW5=7 no deixarà que les marques anteriors actualitzin MW5 a la franja horària corresponent.


31

En diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ M81 M87 ¦ %MW5:= 1 ¦ +----¦ +---------¦/+------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ +------------------+ ¦ M82 M87 ¦ %MW5:= 2 ¦ +----¦ +---------¦/+------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ +------------------+ ¦ M83 M87 ¦ %MW5:= 3 ¦ +----¦ +---------¦/+------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ +------------------+ ¦ M84 M87 ¦ %MW5:= 4 ¦ +----¦ +---------¦/+------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ +------------------+ ¦ M85 M87 ¦ %MW5:= 5 ¦ +----¦ +---------¦/+------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ +------------------+ ¦ M86 M87 ¦ %MW5:= 6 ¦ +----¦ +---------¦/+------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ +------------------+ ¦ M87 ¦ %MW5:= 7 ¦ +----¦ +------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ c) MW8x: Modes sub-sistema habitatges: En el cas en que el mode sistema sigui “STP” (MW8=0), s’hauran de desactivar tots els sub-sistemes habitatge de forma automàtica, per tal de que els habitatges no puguin accedir al sistema.

Per fer-ho, el programa actualitzarà el mode sub-sistema habitatges planta 1,2,3 i 4 (MW81, MW82, MW83 i MW84) al valor stop “STP” (MW8x=0), no deixant que les vàlvules dels acumuladors s’obrin en cap cas.


32

Queda per tant, el diagrama de relés següent: ¦+---------+ +------------------+ ¦¦ %MW8=0 ¦ ¦ %MW81 := 0 ¦ +¦ +--------------------------¦ ¦ ¦+---------+¦ +------------------+ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ ¦ %MW82 := 0 ¦ ¦ +-------------------------¦ ¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ ¦ %MW83 := 0 ¦ ¦ +-------------------------¦ ¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ ¦ %MW84 := 0 ¦ ¦ +-------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ 4.1.5.- Transmissió de dades als esclaus Hi ha dades del mestre que hauran de ser transmeses als esclaus ja que aquests les necessitaran en alguna operació. Les dades a transmetre seran: la temperatura dels col·lectors (T10_collectors), els valors de la variable indicador mestre (MW6). i el mode subsistema de cada habitatge (MW81, MW82, MW83), al corresponent esclau. Per fer-ho s’utilitzaran les paraules de xarxa de sortida del mestre cap a cada esclau. a) QNWx.0: Paraules de xarxa de sortida 0: Traspàs de T10: temperatura col·lectors La temperatura dels col·lectors (T10), guardada a la variable MW1, es traspassarà a cada esclau a través de la paraula de xarxa de sortida número 0 del mestre, i és necessària per poder comparar-se amb la temperatura de l’acumulador o informar del seu valor a l’usuari de cada habitatge. L’assignació de MW1, s’haurà de fer a cada esclau, assignant aquest valor a la corresponent paraula de xarxa de sortida: - QNW1.0=MW1 Traspàs de T10 a la paraula de sortida número 0 a l’esclau 1. - QNW2.0=MW1 Traspàs de T10 a la paraula de sortida número 0 a l’esclau 2. - QNW3.0=MW1 Traspàs de T10 a la paraula de sortida número 0 a l’esclau 3.


33

L’operació a realitzar en diagrama de relés: +------------------+ ¦ ¦ %QNW1.0 := %MW1 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ ¦ %QNW2.0 := %MW1 ¦ ¦ +-------------------------¦ ¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ ¦ %QNW3.0 := %MW1 ¦ ¦ +-------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ b) QNWx.1: Paraules de xarxa de sortida 1: Traspàs de la variable indicadors mestre (MW6): M60, M70, M80, B10, V50 i B60 La variable indicadors mestre (MW6) conté els valors dels indicadors de temperatura mínima (M60) i màxima (M70) col·lectors; conté també la marca no-sol (M80) i els valors dels actuadors: bomba primari (B10), vàlvula fan-coil (V50) i ventilador fan-coil (B60). Valors obtinguts en les operacions del mestre i guardades a MW6. Aquesta variable es traspassarà als esclaus a través de les paraules de xarxa de sortida número 1 del mestre, i és necessària per donar informació als esclaus de l’estat del mestre per poder realitzar certes operacions o per informar al propi usuari de cada habitatge. L’assignació de MW6, s’haurà de fer a cada esclau, assignant aquest valor la corresponent paraula de xarxa de sortida: - QNW1.1:=MW6 Traspàs de la variable indicadors mestre a la paraula de sortida número 1 a l’esclau 1. - QNW2.1:=MW6 Traspàs de la variable indicadors mestre a la paraula de sortida número 1 a l’esclau 2. - QNW3.1:=MW6 Traspàs de la variable indicadors mestre a la paraula de sortida número 1 a l’esclau 3. L’operació a realitzar en diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ %QNW1.1 := %MW6 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ ¦ %QNW2.1 := %MW6 ¦ ¦ +-------------------------¦ ¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ ¦ %QNW3.1 := %MW6 ¦ ¦ +-------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+


34

c) QNWx.2: Paraules de xarxa de sortida 2: Traspàs de modes sub-sistemes (MW8x) Les variables MW81, MW82 i MW83 contenen els modes de sub-sistema habitatge de cada planta. Variable necessària per indicar al programa de cada habitatge quines accions pot realitzar. Cada variable es traspassarà a la paraula de xarxa de sortida número 2 al corresponent esclau: - QNW0.2:=MW81 Traspàs del mode sub-sistema habitatge 1 a la paraula de xarxa de sortida número 2 a l’esclau 1.

- QNW1.2:=MW82 Traspàs del mode sub-sistema habitatge 1 a la paraula de xarxa de sortida número 2 a l’esclau 2. - QNW2.2:=MW83 Traspàs del mode sub-sistema habitatge 1 a la paraula de xarxa de sortida número 2 a l’esclau 3. La operació a realitzar en diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ %QNW1.2 := %MW81 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ ¦ %QNW2.2 := %MW82 ¦ ¦ +-------------------------¦ ¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ ¦ %QNW3.2 := %MW83 ¦ ¦ +-------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ Pel cas de l’habitatge de la quarta planta, el valor del mode sub-sistema (MW84) es traspassaria directament a la variable MW80 que és la variable que informa a cada habitatge del mode sub-sistema, en aquest cas el de la quarta planta està al mateix autòmat mestre: - MW80:= MW84 Traspàs del mode sub-sistema habitatge 4 a la variable MW80, utilitzada pel programa local de l’habitatge planta quarta. En diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ %MW80 := %MW84 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+


35

d) QNWx.3: Paraules de xarxa de sortida 3: Traspàs de franja horària (MW8x) La variable franja horària (MW5) conté el període de temps actual en forma de valor numèric. Valors obtinguts del rellotge-calendari acoblat a l’autòmat mestre i traspassades a MW5. Aquesta variable es traspassarà als esclaus a través de les paraules de xarxa de sortida número 3 del mestre, i és necessària per donar informació als esclaus del període de temps del dia o del procés contra legionel·losi, per poder realitzar certes operacions i per informar al propi usuari de cada habitatge. L’assignació de MW5, s’haurà de fer per cada esclau, assignant aquest valor la corresponent paraula de xarxa de sortida: - QNW1.3:=MW5 Traspàs de la variable indicadors mestre a la paraula de sortida número 3 a l’esclau 1. - QNW2.3:=MW5 Traspàs de la variable indicadors mestre a la paraula de sortida número 3 a l’esclau 2. - QNW3.3:=MW5 Traspàs de la variable indicadors mestre a la paraula de sortida número 3 a l’esclau 3. L’operació a realitzar en diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ %QNW1.3 := %MW5 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ ¦ %QNW2.3 := %MW5 ¦ ¦ +-------------------------¦ ¦ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ +------------------+ ¦ ¦ ¦ %QNW3.3 := %MW5 ¦ ¦ +-------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ 4.2.- Autòmats Esclaus Cada autòmat esclau, és el que porta el control local de l’habitatge (excepte l’última planta que es controla des del mestre, però utilitzant el mateix programa que els esclaus), és a dir: la vàlvula acumulador, la caldera, el retorn de l’aigua calenta sanitària i la vàlvula final (en cas de la primera planta). L’autòmat esclau, a més, necessitarà alguns valors del mestre, i aquest alguns valors dels esclaus els quals es traspassaran a través de paraules de xarxa. El terminal extern permetrà l’interacció de l’usuari, informant-lo tant de l’estat general del sistema com del propi habitatge. Donarà l’opció de variar els mode de funcionament i les consignes de temperatura. El funcionament del programa serà el següent: En primer lloc s’hauran d’actualitzar les variables: temperatura col·lectors (MW1), indicadors mestre (MW6) mode sub-sistema habitatge (MW80) i franja horària (MW5) a partir de les paraules de xarxa d’entrada. S’actualitzarà també la variable temperatura acumulador (MW2) procedent del sensor


36

analògic T1x_acumulador i la variable temperatura servei caldera (MW4), a partir de la fixada per l’usuari (MW51, MW52, MW53, MW54, MW55, MW56 o KW5) a la franja horària corresponent (MW5). Seguidament s’actualitzaran les marques: temperatures mínimes (M60) i màximes col·lectors (M70) i l’indicador de no-sol (M80) procedents de la variable indicadors mestre (MW6). Tot seguit, i a partir del processament de les dades obtingudes als sensors, contactes externs, variables i marques, s’activaran o desactivaran les marques indicadores dels diferents estats del sistema: temperatura acumulador inferior a col·lector (M2), superior al màxim (M3), temperatura inferior a servei (M4) i el temporitzador (TM1x) de 20min a la marca M9, en alguna operació serà necessari l’ús de variables auxiliars per procedir en el càlcul (MW31 i MW41). Un cop actualitzades aquestes marques, i depenent del seu valor, s’activaran o desactivaran els actuadors: vàlvula acumulador (V1x), caldera (B2x), bomba de recirculació A.C.S. (B3x) i vàlvula final (V40), en aquest últim cas només a la primera planta. Seguidament s’actualitzarà la variable indicadors esclau (MW7), que conté els valors bàsics dels contactes i actuadors del sistema local (V1x, B2x, B3x, C4x, C3x, T2x, M9) i es traspassarà al mestre a través de les paraules de xarxa de sortida. Cal tenir en compte que l’autòmat mestre també l’utilitza l’habitatge de la planta quarta, per tant el programa que hi haurà als autòmats esclaus també haurà d’estar programat al mestre, exceptuant la part de comunicació mestre-esclau i esclau-mestre i l’actualització de les variables i marques corresponents. 4.2.1.- Iniciació/actualització de variables Abans de realitzar cap operació, caldrà llegir les paraules de xarxa d’entrada i actualitzar les variables corresponents, en aquest cas MW1, MW6, MW80 i MW5: corresponents a la temperatura col·lectors, variable indicador mestre, mode sub-sistema habitatge i franja horària respectivament. S’actualitzaran també les variables temperatura acumulador (MW2) procedent del sensor analògic T1x_acumulador i la temperatura de servei (MW4) actualitzada per software. Les variables auxiliars MW31 i MW41, també s’actualitzaran. a) MW1: Temperatura col·lectors (de INW0.0) En primer lloc es carregarà el valor de la temperatura dels col·lectors a la marca MW1, a partir de la paraula de xarxa entrant número 0, per tant: - MW1:=INW0.0 = T_collectors En diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ %MW1 := %INW0.0 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+


37

b) MW6: Variable indicadors mestre (M60, M70, M80, B10, V50 i B60) (de INW0.1) El valor de la paraula de xarxa d’entrada número 1, es carregarà a la variable MW6 corresponent a la variable indicadors mestre, aquesta variable indicarà en forma de bits els valors de M60, M70, M80, B10, V50 i B60. El programa només usarà els valors de M60, M70 i M80, bit 0, 1 i 2 de la variable. La interfície gràfica externa utilitzarà els valors de B10, V50 i B60, bit 3, 4 i 5 per informar de l’estat del sistema a l’usuari. Per tant:

- MW6= INW0.1 Traspàs de valors de la paraula de xarxa d’entrada número 1 a la variable indicadors mestre MW6 L’operació a realitzar en diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ %MW6 := %INW0.1 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ c) MW80: Mode sub-sistema (de INW0.2) El valor de la paraula de xarxa d’entrada número 2, es carregarà a la variable MW80 corresponent a la variable mode sub-sistema habitatge, aquesta variable indicarà al programa en quins casos l’administrador del sistema dóna permís de que la vàlvula de l’acumulador es pugui obrir. El terminal extern l’utilitzarà per informar de l’estat del sub-sistema a l’usuari. Per tant:

- MW80= INW0.2 Traspàs de valors de la paraula de xarxa d’entrada número 2 a la variable mode sub-sistema MW80 La variable MW80 prové de la corresponent variable al mestre MW8x, el valor de la qual únicament l’administrador o el propi programa podrà modificar. L’operació a realitzar en diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ %MW80 := %INW0.2 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ d) MW5: Variable franja horària (de INW0.3) El valor de la paraula de xarxa d’entrada número 3, es carregarà a la variable MW5 corresponent a la variable franja horària actual, aquesta variable indicarà al programa en quin moment del dia es troba, de tal manera que pugui fixar la temperatura de servei que l’usuari desitgi en aquest període de temps. El terminal extern l’utilitzarà per informar de la franja horària a l’usuari. Per tant:

- MW5= INW0.3 Traspàs de valor de la paraula de xarxa d’entrada número 3 a la variable franja horària MW5.


38

La variable MW5 prové de la corresponent variable al mestre, el valor de la qual únicament el mòdul rellotge-calendari del mestre, podrà modificar. L’operació a realitzar en diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ %MW5 := %INW0.3 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ e) MW2: Temperatura acumulador La variable MW2, guarda el valor de la temperatura de l’acumulador corresponent (T1x_acumulador) obtingut a través del sensor de temperatura T1x.. Es necessari guardar el valor d’aquesta temperatura en una variable ja que s’usarà en operacions posteriors, facilitant així la tasca a l’autòmat sense haver de llegir cada vegada directament des de l’entrada analògica corresponent, per tant:

MW2= T1x_acumulador

El valor de la temperatura acumulador s’obtindrà directament del canal 1 del mòdul analògic 1 de l’autòmat mestre: - T1x_acumulador= MW2 = IW0.1.1 En diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ %MW2 := %IW0.1.1 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ f) MW4: Temperatura de servei La variable Tserv_acum (MW4), guarda el valor de la temperatura de servei de l’acumulador corresponent. La temperatura de servei no serà constant al llarg de tot el dia. A cada franja horària l’usuari podrà fixar una temperatura diferent. La variable MW5 indicarà la franja horària actual, en funció de la qual el programa actualitzarà MW4 a la corresponent consigna de temperatura (MW5x). Quan MW5=1 indica que franja horària matinada (de 5:00 a 9:00 h). Es traspassarà el valor de temperatura de servei matinada Tserv_mtn (MW51) a la variable temperatura servei caldera (MW4), per tant: Si MW5 = 1 llavors MW4:= MW51.


39

Quan MW5=2 indica que franja horària matí (de 9:00 a 12:00 h). Es traspassarà el valor de temperatura de servei matí Tserv_mti (MW52) a la variable temperatura servei caldera (MW4), per tant: Si MW5 = 2 llavors MW4:= MW52. Quan MW5=3 indica que franja horària migdia (de 12:00 a 16:00 h). Es traspassarà el valor de temperatura de servei migdia Tserv_mig (MW53) a la variable temperatura servei caldera (MW4), per tant: Si MW5 = 3 llavors MW4:= MW53. Quan MW5=4 indica que franja horària tarda (de 16:00 a 19:00 h). Es traspassarà el valor de temperatura de servei tarda Tserv_trd (MW54) a la variable temperatura servei caldera (MW4), per tant:

Si MW5 = 4 llavors MW4:= MW54.

Quan MW5=5 indica que franja horària vespre (de 19:00 a 22:00 h). Es traspassarà el valor de temperatura de servei vespre Tserv_vsp (MW55) a la variable temperatura servei caldera (MW4), per tant: Si MW5 = 5 llavors MW4:= MW55. Quan MW5=6 indica que franja horària nit (de 22:00 a 5:00 h). Es traspassarà el valor de temperatura de servei nit Tserv_nit (MW56) a la variable temperatura servei caldera (MW4), per tant:

Si MW5 = 6 llavors MW4:= MW56.

Quan MW5=7 indica que franja horària de procés contra legionel·losi (de 15:00 a 15:30 dels dies 1 del mes de gener, març, maig, juliol, setembre i novembre). Es traspassarà el valor de la constant temperatura contra legionel·losi Tserv_leg (KW5) a la variable temperatura servei caldera (MW4), per tant:

Si MW5 = 7 llavors MW4:= KW5.


40

En diagrama de relés: ¦+---------+ +------------------+ ¦¦ %MW5=1 ¦ ¦ %MW4 := %MW51 ¦ +¦ +--------------------------¦ ¦ ¦+---------+ +------------------+ ¦+---------+ +------------------+ ¦¦ %MW5=2 ¦ ¦ %MW4 := %MW52 ¦ +¦ +--------------------------¦ ¦ ¦+---------+ +------------------+ ¦+---------+ +------------------+ ¦¦ %MW5=3 ¦ ¦ %MW4 := %MW53 ¦ +¦ +--------------------------¦ ¦ ¦+---------+ +------------------+ ¦+---------+ +------------------+ ¦¦ %MW5=4 ¦ ¦ %MW4 := %MW54 ¦ +¦ +--------------------------¦ ¦ ¦+---------+ +------------------+ ¦+---------+ +------------------+ ¦¦ %MW5=5 ¦ ¦ %MW4 := %MW55 ¦ +¦ +--------------------------¦ ¦ ¦+---------+ +------------------+ ¦+---------+ +------------------+ ¦¦ %MW5=6 ¦ ¦ %MW4 := %MW56 ¦ +¦ +--------------------------¦ ¦ ¦+---------+ +------------------+ ¦+---------+ +------------------+ ¦¦ %MW5=7 ¦ ¦ %MW4 := %KW5 ¦ +¦ +--------------------------¦ ¦ ¦+---------+ +------------------+ g) MW31: Marge de temperatura màxima acumulador La variable MW31, és una variable auxiliar que guarda el valor del marge de temperatura màxima acumulador. S’obtindrà de restar 5 a la variable de temperatura acumulador màxima (Tmax_acum), fixada per l’usuari a través de la interfície gràfica a la variable MW3. Aquesta variable es necessària per poder trobar el valor de la marca M3. Per tant

- Tmax_acum-5 = MW31:= MW3-5; En diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ %MW31 := %MW3 - 5¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+


41

h) MW41: Marge de temperatura de servei caldera La variable MW41, és una variable auxiliar que guarda el valor del marge de temperatura de servei caldera. S’obtindrà de restar 5 a la variable de temperatura de servei (Tserv_acum), fixada per l’usuari a través de la interfície gràfica a la variable MW4. Aquesta variable es necessària per poder trobar el valor de la marca M4. Per tant

- Tserv_acum-5 = MW41:= MW4-5; En diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ %MW41 := %MW4 - 5¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ 4.2.2.- Activació-desactivació marques Amb el processament dels valors de les dades obtingudes anteriorment s’activaran marques de tipus tot o res. Indicaran els diversos estats del sistema al programa de control de l’autòmat. Les marques a actualitzar seran: M60, M70 i M80 procedents del mestre, i M2, M3, M4 i M9 pròpies de cada esclau. Aquestes marques s’activaran o desactivaran a partir del resultat de diverses operacions, les quals utilitzaran variables tipus paraula (nombres enters) o de bits (booleanes). Usaran valors propis de l’esclau o transmesos des del mestre. El resultat d’aquestes operacions serà de tipus activat-desactivat, és a dir 1 o 0. En els casos en que els valors d’activació i desactivació d’una marca no siguin els mateixos, serà necessari l’ús de biestables, els quals es reduiran a circuits realimentats per agilitzar el processament. El control de l’habitatge de la quarta planta, el portarà el mestre, per tant les activacions i desactivacions de marques s’hi hauran de programar, utilitzant les mateixes expressions ja que els noms de les variables i marques corresponents són els mateixos. a) M60, M70 i M80: Marques provinents del mestre La variable indicadors mestre (MW6) conté els valors dels indicadors de temperatura mínima (M60) i màxima (M70) col·lectors, i conté també la marca no-sol (M80) del mestre en forma de bits (X0,X1 i X2 respectivament), que s’hauran de traspassar a les marques corresponents de l’esclau. S’utilitzarà la mateixa nomenclatura que a l’autòmat mestre, per tant: - M60= MW6:X0: Bit 0, indicador de temperatura col·lectors mínima. - M70= MW6:X1: Bit 1, indicador de temperatura col·lectors màxima. - M80= MW6:X2: Bit 2, indicador de no sol.


42

En diagrama de relés: ¦ %MW6:X0 %M60 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ %MW6:X1 %M70 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ %MW6:X2 %M80 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ Aquestes marques no s’hauran d’actualitzar pel programa de la quarta planta, ja que són variables que ja existeixen al mestre. b) M2: Temperatura acumulador inferior a la dels col·lectors La marca M2 indica que la temperatura del respectiu acumulador (T1x_acumulador) és inferior o igual a la dels col·lectors (T10_collectors). Per tant és formularà la següent comparació:

si (T1x_acumulador_x<=T10_collectors) llavors M2=1

El valor de la temperatura dels col·lectors, T10_collectors, s’obtindrà directament de la variable MW1, on prèviament s’hi haurà guardat el valor d’aquesta, traspassada des del mestre:

- T10_collectors = MW1 El valor de la temperatura de l’acumulador corresponent, T1x_acumulador, s’obtindrà directament de la variable MW2, on prèviament l’autòmat haurà guardat el valor d’aquesta, llegida del sensor analògic a l’acumulador, per tant:

- T1x_acumulador = MW2 Per tant la comparació quedarà de la següent manera:

si (MW2<=MW1) llavors M2=1 En diagrama de relés: ¦ +----------------+ ¦ ¦ %MW2 <= %MW1 ¦ %M2 +----¦ +------------------------------( ) ¦ +----------------+


43

c) M3: Temperatura acumulador màxima La marca M3 indica que la temperatura del respectiu acumulador (T1x_acumulador) és massa alta. Aquesta marca s’activarà quan la temperatura de l’acumulador estigui per sobre de la màxima fixada per l’usuari (Tmax_acum) a través del terminal extern. Es desactivarà quan la temperatura estigui a 5ºC per sota de la màxima (Tmax_acum-5), deixant així un marge per evitar histèresi al sistema. Per tant, es formularà la següent comparació:

si(T1x_acumulador_x > Tmax_acum) llavors M3=1 (set) si(T1x_acumulador_x < Tmax_acum-5) llavors M3=0 (reset)

Que traspassat a diagrama de relés, utilitzant un bi-estable, queda: ¦ +----------------+ ¦ ¦ T1x>Tmax_acum ¦ +----------+ +-¦ +----------¦S ¦ ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ M3 ¦ ¦ Q+-----------( ) ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ ¦ T1x<Tmax_acum-5¦ ¦ ¦ +-¦ +----------¦R ¦ ¦ +----------------+ +----------+ ¦ El biestable es pot convertir en un sistema realimentat: S’utilitza l’equació del bi-estable: RSQQ ∗+= )( Substituïnt:

5)Tmax_acum(T1x)Tmax_acum)(T1x(M605)Tmax_acum(T1x))Tmax_acum(T1x(M3M3−>⋅>+=

=−<⋅>+=

Quedant el diagrama de relés següent: ¦ +----------------+ +----------------+ ¦ ¦ T1x>Tmax_acum ¦ ¦ T1x>Tmax_acum-5¦ M3 +-¦ +---¦ +------------( ) ¦ +----------------+ ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ M3 ¦ +----¦ +-------------+ ¦


44

El valor de la temperatura màxima fixada per l’usuari Tmax_acum, s’obtindrà directament de la variable MW3, i el valor de la temperatura màxima menys 5 graus de la variable MW31:

- Tmax_acum = MW3 - Tmax_acum-5 = MW31

El valor de la temperatura de l’acumulador corresponent, T1x_acumulador, s’obtindrà directament de la variable MW2, per tant

- T1x_acumulador = MW2 Per tant quedarà el següent diagrama de relés: ¦ +----------------+ +----------------+ ¦ ¦ %MW2>%MW3 ¦ ¦ %MW2>%MW31 ¦ %M3 +-¦ +---¦ +------------( ) ¦ +----------------+ ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ %M3 ¦ +----¦ +-------------+ ¦ d) M4: Temperatura de servei caldera La marca M4 indica que la temperatura del respectiu acumulador (T1x_acumulador) és inferior a la temperatura de servei caldera. Aquesta marca s’activarà quan la temperatura de l’acumulador estigui 5ºC per sota de la de servei fixada (Tserv_acum-5). Es desactivarà quan la temperatura estigui per sobre de la de servei fixada (Tserv_acum), deixant així un marge per evitar histèresi al sistema. Per tant, es formularà la següent comparació:

si(T1x_acumulador_x < Tserv_acum-5) llavors M4=1 (set) si(T1x_acumulador_x >= Tserv_acum) llavors M4=0 (reset)

Que traspassat a diagrama de relés, utilitzant un bi-estable, queda: ¦ +----------------+ ¦ ¦T1x<Tserv_acum-5¦ +----------+ +-¦ +----------¦S ¦ ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ M4 ¦ ¦ Q+-----------( ) ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ ¦T1x>=Tserv_acum ¦ ¦ ¦ +-¦ +----------¦R ¦ ¦ +----------------+ +----------+ ¦


45

El biestable es pot convertir en un sistema realimentat: S’utilitza l’equació del bi-estable: RSQQ ∗+= )( Substituïnt:

)Tserv_acum(T1x5))Tserv_acum(T1x(M4)Tserv_acum(T1x))5Tserv_acum(T1x(M4M4

<⋅−<+==>=⋅−<+=

Quedant el diagrama de relés següent: ¦ +----------------+ +----------------+ ¦ ¦T1x<Tserv_acum-5¦ ¦ T1x<Tserv_acum ¦ M4 +-¦ +---¦ +------------( ) ¦ +----------------+ ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ M4 ¦ +----¦ +-------------+ ¦ El valor de la temperatura de servei Tserv_acum, s’obtindrà directament de la variable MW4 de l’autòmat. Que és igual a la variable de temperatura de servei de la franja horària corresponent ( matinada = MW51, matí = MW52, migdia = MW53, tarda = MW54, vespre = MW55 i nit = MW56). Temperatures fixades per l’usuari a través del terminal extern: - Tmax_acum= MW4 El valor de la temperatura de servei menys 5 graus Tserv_acum-5, s’obtindrà directament de la variable MW41:

- Tserv_acum-5 = MW41

El valor de la temperatura de l’acumulador corresponent, T1x_acumulador, s’obtindrà directament de la variable MW2, per tant

- T1x_acumulador = MW2 Per tant quedarà el següent diagrama de relés: ¦ +----------------+ +----------------+ ¦ ¦ %MW2<%MW41 ¦ ¦ %MW2<%MW4 ¦ %M4 +-¦ +---¦ +------------( ) ¦ +----------------+ ¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ %M4 ¦ +----¦ +-------------+ ¦


46

e) M9: Indicador activació temporal caldera durant 20 minuts La caldera auxiliar que dóna energia a l’acumulador també s’ha de poder activar de forma manual en qualsevol moment per l’usuari, per exemple en un dia en que no ha fet sol, o perquè necessita aigua calenta en aquell moment i l’acumulador està per sota de temperatura desitjada. Aquesta marca s’activarà durant 20 minuts, que és un temps suficient per poder escalfar l’aigua de l’acumulador. S’utilitzarà un temporitzador de retard a la desconexió (TM1) que s’activarà per l’usuari externament, i es desactivarà automàticament quan hagin passat 20 minuts. L’activació és per flanc descendent, és a dir que el temporitzador començarà comptar en el moment que l’usuari deixi de prémer el polsador. Per tant:

Si C4x_caldera_x=1, llavors M9=1 (set) Si C4x_caldera x=0? llavors TM1=20 Quan TM1=0 llavors M9=0 (reset)

L’activació del temporitzador serà a partir d’un polsador extern, C4x_caldera, que s’obtindrà directament de l’entrada digital número 0 de cada esclau, per tant: - I0.0.0= C4x_caldera. En cas de que el polsador es deixés connectat (interruptor), llavors la marca M8 estaria activada indefinidament fins a 20 minuts després de que es desconnectés el polsador. El temporitzador (TM1) serà de tipus retard a la desconnexió (TOF), la base del temporitzador serà de 1 minut (TB 1min), i el comptatge de 20 minuts (TM1.P 20). Quedarà el següent diagrama de relés: ¦ ¦ %I0.0.0 +---- %TM1 ----+ %M9 +---¦ +---¦S Q+---------------------------( ) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ TYPE TOF ¦ ¦ ¦ TB 1min ¦ ¦ ¦ ADJ Y ¦ ¦ ¦ %TM1.P 20 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ +--------------+ ¦ 4.2.3.- Actuadors activats pels esclaus (i pel mestre a la planta quarta) A partir dels valors de les marques anteriors, de variables de mode, variables d’indicadors o directament de les entrades o sortides de l’autòmat, s’activaran o desactivaran els actuadors corresponents a cada habitatge: vàlvula acumulador (V1x), caldera (B2x), bomba de recirculació a.c.s (B3x)), i a la primera planta: la vàlvula final (V40).


47

El control de l’habitatge de la quarta planta, el portarà el mestre, per tant les activacions i desactivacions dels actuadors s’hi hauran de programar, utilitzant les mateixes expressions ja que els noms de les variables i marques corresponents són els mateixos. En els casos en que els valors d’activació i desactivació d’un actuador no siguin els mateixos, seria necessari l’ús de biestables, els quals es reduiran a circuits realimentats per facilitar la programació. a) V1x: Vàlvula entrada acumulador La vàlvula d’entrada a l’acumulador (V1x) s’activarà quan necessiti energia procedent dels col·lectors, és a dir: quan la temperatura de l’acumulador estigui per sota de la dels col·lectors (M2) si no arriba a la màxima permesa (/M3). També s’obrirà en el moment que la temperatura dels col·lectors estigui per sota de la mínima de seguretat (M60), cedint energia als col·lectors (anti glaçades). En cas contrari, la vàlvula es tancarà. Resulta, per tant, l’expressió següent:

Si ((M2 & /M3) o M60) llavors V1x=1

Que traspassat a diagrama de relés: M2 M3 V1x +----¦ +---------¦/+---------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ M60 ¦ +----¦ +----------------+ El terminal extern dóna l’opció a l’usuari de variar el mode acumulador (MW9) i que la vàlvula pugui treballar en els següents modes de funcionament: - “STP” Mode Stop (MW9=0). La vàlvula està sempre tancada. - “DES” Mode Desactivat (MW9=1). La vàlvula està tancada. En aquest mode la vàlvula només s’obrirà en cas de perill de glaçades al sistema. Vàlvula oberta si M60 (sempre que el mode sub-sistema no sigui “STP” (“.STOP.”*)). -“ACT” Mode activat (MW9=2). El Sistema està en funcionament normal. En aquest mode la vàlvula s’activarà i desactivarà segons el programa. Vàlvula activada si M2=1 i M3=0, o M60 (sempre que el mode sub-sistema sigui “ACT” (“MODE”*)). La variable mode sub-sistema habitatge MW80, traspassada des del mestre (on equival a MW8x), permet a l’administrador de variar aquest mode: l’usuari final no la podrà modificar. Modes de funcionament visualitzats són els següents: - “STP” (“·STOP·”*) Mode Stop (MW80=0). L’administrador no permet que la vàlvula de l’acumulador s’activi en cap cas. L’usuari no podrà activar la vàlvula de l’acumulador en cap mode. - “DES” (“·STOP·”*) Mode Desactivat (MW80=1). L’administrador no permet que el sistema doni energia a l’acumulador. Aquest mode permetrà, però, que la vàlvula s’obri en cas de perill de glaçades al sistema. Vàlvula oberta si M6 (sempre que el mode


48

acumulador no sigui “STP”). L’usuari no podrà activar la vàlvula de l’acumulador en cap mode. - “ACT” (“MODE”*) Mode activat (MW80=2). El Sistema està en funcionament normal. En aquest mode la vàlvula s’activarà i desactivarà segons el programa. Vàlvula oberta si /M3 o M6 (sempre que el mode acumulador sigui “ACT”). *Aquestes paraules, corresponen al text que visualitzarà al terminal, corresponent als valors possibles de la variable

MW80 i no es podran modificar per aquest.

S’haurà de modificar el diagrama de relés, introduint funcions dependents del mode acumulador i mode sub-sistema escollit al terminal. Aquestes funcions han de permetre, o no, el funcionament de la vàlvula, segons el mode que escolleixi l’usuari o indiqui l’administrador. En aquest cas:

- M2 i /M3 activarà la V1x només en modes acumulador i sub-sistema “ACT” - V1x només s’activarà si els modes acumulador i sub-sistema no són “STP”,

En diagrama de relés: ¦ +---------+ +---------+ +---------+ +---------+ ¦ M2 M3 ¦ ACUM=ACT¦ ¦ SUBS=ACT¦ ¦ACUM<>STP¦ ¦SUBS<>STP¦ V1x +----¦ +---------¦/+-----¦ +-¦ +-¦ +-¦ +---( ) ¦ +---------+ +---------+¦+---------+ +---------+ ¦ ¦ ¦ M60 ¦ +----¦ +----------------------------------------+ ¦ La vàlvula de l’acumulador corresponent (V1x), s’activarà directament a través de la sortida digital número 7 de cada esclau, per tant: - V1x = Q0.0.7 El mode acumulador (ACUM), s’indica a través de la variable MW9, on “STP” equival a MW9=0, “DES” equival a MW9=1 i “ACT” equival a MW9=2. El mode sub-sistema (SUBS), s’indica a través de la variable MW80, on “STP” equival a MW80=0, “DES” equival a MW80=1 i “ACT” equival a MW80=2. Per tant el diagrama de relés quedarà de la següent manera: ¦ +---------+ +---------+ +---------+ +---------+ ¦ %M2 %M3 ¦ %MW9=2 ¦ ¦ %MW80=2 ¦ ¦ %MW9<>0 ¦ ¦ %MW80<>0¦ %Q0.0.7 +----¦ +---------¦/+-----¦ +-¦ +-¦ +-¦ +-------( ) ¦ +---------+ +---------+¦+---------+ +---------+ ¦ ¦ ¦ %M60 ¦ +----¦ +----------------------------------------+ ¦


49

b) B2x: Caldera La caldera (B2x), s’activarà quan l’energia de l’acumulador no arribi a la temperatura desitjada i l’usuari necessiti aigua calenta. S’activarà quan la temperatura de l’acumulador estigui per sota de la temperatura de servei fixada (M4), per sota de la temperatura màxima donada (/M3) i activada manualment per l’usuari a través d’un polsador extern amb temporitzador (M9) o pel programa: en hores que no hi hagi Sol (M80). Es desactivarà (/B2x) quan arribi a la temperatura de servei (/M4x) o a la temperatura màxima (M3). Resulta, per tant, l’expressió següent:

Si (M4 & /M3 & (M80 | M9)) llavors B2x_caldera=1 (set) Si (/M4 | M3) llavors B2x_caldera=0 (reset)

Que traspassat a diagrama de relés, utilitzant un bi-estable, queda: ¦ M9 M4 M3 +----------+ +----¦ +---------¦ +---------¦/+----¦S ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ M80 ¦ ¦ ¦ B2x +----¦ +----+ ¦ Q+------( ) ¦ ¦ ¦ ¦ M4 ¦ ¦ +----¦/+----------------------------¦R ¦ ¦ ¦ +----------+ ¦ M3 ¦ +----¦ +----+ El biestable es pot convertir en un sistema realimentat: S’utilitza l’equació del bi-estable: RSQQ ∗+= )( Substituïnt:

M3M80))·M4(M9(B2x

M3))·M4M3M4M80)((M9(B2x

M3M4))·M3M4M80)((M9(B2xB2x

⋅++=

=⋅⋅⋅++=

=+⋅⋅++=


50

Quedant el diagrama de relés següent: M9 M4 M3 B2x +----¦ +---------¦ +---------¦/+---------------------( ) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ M80 ¦ +----¦ +----¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ B2x ¦ +----¦ +----+ El terminal extern dóna opció a l’usuari de variar el mode de la caldera (MW10) i que aquesta pugui treballar en els següents modes de funcionament: - “DES” Mode Desactivat (MW10=0). La caldera estarà sempre desactivada.

- “MAN” Mode manual (MW10=1). La caldera només podrà ser activada de forma manual per l’usuari mentre l’acumulador necessiti energia. Caldera activada només quan M9=1, M4=1 i M3=0. Desactivada per M4=0 o M3=1.

- “NIT” Mode Nit (MW10=2). La caldera funcionà en hores que no hi hagi sol i també podrà ser activada manualment per l’usuari, mentre l’acumulador necessiti energia. Caldera activada quan M80 o M9 activades i M4=1 i M3=0 . Desactivada per M4=0 o M3=1.

- “ACT” Mode activat (MW10=3). La caldera està activada sempre que l’acumulador necessiti energia de la caldera, independentment d’altres factors. Caldera activada quan M4=1 i M3=0. Desactivada per M4=0 i M3=1. El sistema, a més a més, incorpora un tractament de prevenció contra el virus de la legionel·losi. El virus s’elimina, escalfant l’aigua de l’acumulador a més de 60º C de temperatura. Aquesta operació es realitzarà cada dos mesos, i està programat el dia 1 dels mesos de gener, març, maig, juliol, setembre i novembre de les 15:00 a les 15:30 h, elevant la temperatura de l’acumulador a 70º mitjançant la caldera. El rellotge-calendari (datador) de l’autòmat esclau generarà un senyal a tarvés de la variable M87 indicant el procés, la qual es traspassarà als habitatges a través de la variable franges horàries (MW5), indicant la franja “LEG” (MW5=7). En aquest instant la temperatura de servei passarà a valer 70º, i la caldera s’haurà d’activar independentment d’altres factors sempre que no arribi a aquesta temperatura. En els casos en que el mode caldera sigui “DES”, aquesta no s’activarà. S’haurà de modificar el diagrama de relés, introduint funcions dependents del mode caldera i de la franja horària. Aquestes funcions han de permetre, o no, el funcionament de la caldera, segons el mode que escolleixi l’usuari. En resum:

- L’indicador de polsador-temporitzador (M9) podrà activar la caldera (B2x) només en els modes caldera manual (“MAN”) o nit (“NIT”)

- L’indicador de no sol M80 s’usarà només en mode caldera “NIT”


51

- La caldera funcionarà governada directament per la marca de temperatura de servei i màxima (M4 i /M3), sense tenir en compte els indicadors M9 i M80, quan estigui en mode caldera “ACT”.

- Quan s’estigui aplicant el procés contra legionel·losi, és a dir que el valor de la franja horària sigui “LEG”, el programa no tindrà en compte els valors de M3, M9 i M80, només tindrà en compte el valor de M4.

- La caldera (B2x) només podrà ser activada si no està en mode “DES”, En diagrama de relés: ¦+---------+ +---------+ ¦¦ MODE=MAN¦ M9 M3 M4 ¦MODE<>DES¦ B2x +¦ +-----¦ +---------¦/+---------¦ +----¦ +-------( ) ¦+---------+¦ ¦ ¦ +---------+ ¦+---------+¦ ¦ ¦ ¦¦ MODE=NIT¦¦ ¦ ¦ +¦ ++ ¦ ¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦¦ MODE=NIT¦ M80 ¦ ¦ +¦ +-----¦ +----¦ ¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦¦ MODE=ACT¦ ¦ ¦ +¦ +------------¦ ¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ B2X ¦ ¦ +----¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ ¦+---------+ ¦ ¦¦F.HOR=LEG¦ ¦ +¦ +------------------------+ ¦+---------+ La caldera (B2x_caldera), s’activarà directament a través de la sortida digital número 6 de cada esclau, per tant: - B2x_caldera = Q0.0.6 El mode caldera, s’indica a través de la variable MW9, on “DES” equival a MW10=0, “MAN” equival a MW10=1, “NIT” equival a MW10=2 i “ACT” equival a MW10=3. La franja horària s’indica a través de la variable MW5, on “LEG” equival a MW5=7


52

Per tant el diagrama de relés quedarà de la següent manera: ¦+---------+ +---------+ ¦¦ %MW10=1 ¦ %M9 %M3 %M4 ¦ %MW10<>0¦ %Q0.0.6 +¦ +-----¦ +---------¦/+---------¦ +----¦ +-------( ) ¦+---------+¦ ¦ ¦ +---------+ ¦+---------+¦ ¦ ¦ ¦¦ %MW10=2 ¦¦ ¦ ¦ +¦ ++ ¦ ¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦¦ %MW10=2 ¦ %M80 ¦ ¦ +¦ +-----¦ +----¦ ¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦¦ %MW10=3 ¦ ¦ ¦ +¦ +------------¦ ¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ %Q0.0.6 ¦ ¦ +----¦ +----------------+ ¦ ¦ ¦ ¦+---------+ ¦ ¦¦ %MW5=7 ¦ ¦ +¦ +------------------------+ ¦+---------+ c) B3x: Bomba recirculadora retorn aigua calenta sanitària La bomba de retorn acostarà l’aigua calenta sanitària al punt de consum quan aquesta no hi arribi i l’usuari desitgi a.c.s. S’activarà quan el termòstat diferencial entre l’acumulador i el final de la canonada d’aigua calenta estigui activat; indicant que la diferència de temperatura és superior a la desitjada, (T2x_retorn), i que en aquell moment sigui necessària l’aigua calenta (C3x_retorn), variable activada mitjançant un contacte extern (polsador, rellotge, interruptors banys/cuina ...). Aquesta bomba es desactivarà quan el diferencial de temperatura estigui dintre dels límits desitjats (/T2x_retorn). Resulta, per tant, l’expressió següent:

Si (T2x_retorn) & (C3x_retorn) llavors B3x_retorn_x=1 (set) Si (/T2x_retorn) llavors B3x_retorn=0 (reset)

Que traspassat a diagrama de relés, utilitzant un bi-estable, queda: ¦ T2x C3x +----------+ +----¦ +---------¦ +----------¦S ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ B3x ¦ ¦ Q+-----------( ) ¦ ¦ ¦ ¦ T2x ¦ ¦ +----¦/+----------------------¦R ¦ ¦ +----------+


53

El biestable es pot convertir en un sistema realimentat:

S’utilitza l’equació del bi-estable: RSQQ ∗+= )( Substituïnt:

xTxCxBxCxTxTxTxB

xTxCxTxBxTxCxTxBxB

2)33()32223

2))32(3(2))32(3(3

⋅+==⋅⋅+⋅=

=⋅⋅+==⋅⋅+=

Quedant el diagrama de relés següent: C3x T2x B3x +----¦ +---------¦ +---------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ B3x ¦ +----¦ +----+ El terminal extern dóna l’opció a l’usuari de variar el mode retorn a.c.s. (MW11) i que la bomba pugui treballar en els següents modes de funcionament: - “DES” Mode Desactivat (MW11=0). La bomba estarà sempre aturada.

-“MAN” Mode Manual (MW11=1). La bomba només s’activarà de forma manual per l’usuari. Es desactivarà quan la temperatura sigui suficient. Retorn activat quan C3x i T2x activades i desactivat per /T2x.

-“ACT” Mode activat (MW11=2). La bomba de retorn està sempre activada, si el circuit necessita temperatura, independentment del contacte extern. Retorn activat quan T2x. S’haurà de modificar el diagrama de relés, introduint funcions dependents del mode retorn. Aquestes funcions han de permetre, o no, el funcionament de la bomba retorn, segons el mode que escolleixi l’usuari. En aquest cas: - C3x podrà activar el retorn (B3x) només en mode retorn “MAN” - El retorn funcionarà governat directament pel termòstat diferencial (T2x), sense tenir en compte el contacte C3x, quan estigui en mode retorn “ACT”. - B3x_retorn només podrà ser activat si no està en mode “DES”,


54

En diagrama de relés: ¦+---------+ +---------+ ¦¦ MODE=MAN¦ C3x T2x ¦MODE<>DES¦ B3x +¦ +-----¦ +---------¦ +-----¦ +-----( ) ¦+---------+ ¦ +---------+ ¦+---------+ ¦ ¦¦ MODE=ACT¦ ¦ +¦ +------------¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦ ¦ B3x ¦ +----¦ +----------------+ El valor del contacte extern C3x s’obtindrà directament de l’entrada digital número 2 de cada autòmat, per tant: - C3x= I0.0.2 El valor del termòstat diferencial T2x s’obtindrà directament de l’entrada digital número 1 de cada autòmat, per tant: - T2x= I0.0.1 La bomba de recirculació aigua calenta sanitària (B3x), s’activarà directament a través de la sortida digital número 5 de cada autòmat, per tant: - B3x = Q0.0.5 El mode retorn, s’indica a través de la variable MW11, on “DES” equival a MW11=0, “MAN” equival a MW11=1 i “ACT” equival a MW11=2. Per tant el diagrama de relés quedarà de la següent manera: ¦+---------+ +---------+ ¦¦ %MW11=1 ¦ %I0.0.2 %I0.0.1 ¦ %MW11<>0¦ %Q0.0.5 +¦ +-----¦ +---------¦ +-----¦ +-----( ) ¦+---------+ ¦ +---------+ ¦+---------+ ¦ ¦¦ %MW11=2 ¦ ¦ +¦ +------------¦ ¦+---------+ ¦ ¦ ¦ ¦ %Q0.0.5 ¦ +----¦ +----------------+ ¦


55

d) V40: vàlvula final La vàlvula final del circuit (V40), permetrà que la circulació de l’aigua sigui directe entre l’anada i el retorn als col·lectors, facilitant la circulació del fluid per tot el circuit en casos de temperatures extremes. S’activarà quan la temperatura dels col·lectors estigui per sota de la mínima (M60), per evitar glaçades al sistema, o per sobre de la màxima (M70), per evitar sobrepressions: és a dir quan hi hagi el fan-coil activat (V50). Aquesta operació es realitza a l’esclau número 1, on hi ha connectada la vàlvula. En cas contrari la vàlvula es tancarà. Resulta, per tant, l’expressió següent:

Si (V50) llavors V40_final = 1

Que traspassat a diagrama de relés, queda: ¦ ¦ V50 V40 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ La vàlvula final, V40, s’activarà a través de la sortida digital número 3 de l’autòmat, per tant: - V40 = Q0.0.3 El valor del fan-coil (V50), és un actuador del mestre, el valor del qual ha estat traspassat a la variable indicadors mestre MW6 de cada habitatge, concretament del bit X4, per tant: -V50= MW6:X4 El diagrama de relés quedarà de la següent manera: ¦ ¦ %MW6:X4 %Q0.0.3 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ 4.2.4.- Actualització de variables Abans de traspassar cap dada al mestre, caldrà actualitzar les variables que puguin ser necessàries. Només s’haurà d’actualitzar la variable indicadors esclau (MW7), a partir dels valors bàsics dels actuadors i contactes de cada habitatge. a) MW7: Variable indicadors mestre La variable indicadors esclau MW7 guarda en forma de bits els valors dels actuadors: vàlvula acumulador (V1x), caldera (B2x) i retorn a.c.s (B3x), els contactes: polsador


56

caldera (C4x), polsador retorn (C3x), el termòstat diferencial retorn (T2x) i la marca: indicador activació temporal caldera (M9), obtinguts de les operacions a cada habitatge. Aquests valors es col·locaran als 6 primers bits (X0.. X6) d’aquesta variable: -MW7:X0=V1x=%Q0.0.7: Vàlvula acumulador -MW7:X1= B2x=%Q0.0.6: Caldera -MW7:X2= B3x=%Q0.0.5: Bomba retorn aigua calenta sanitària -MW7:X3= C4x=%I0.0.0: Polsador caldera, -MW7:X4= C3x=%I0.0.2: Contacte retorn a.c.s. -MW7:X5= T2x=%I0.0.1: Termòstat diferencial retorn a.c.s. -MW7:X6=M9: Indicador activació temporal caldera En diagrama de relés: ¦ ¦ %Q0.0.7 %MW7:X0 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ %Q0.0.6 %MW7:X1 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ %Q0.0.5 %MW7:X2 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ %I0.0.0 %MW7:X3 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ %I0.0.2 %MW7:X4 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ %I0.0.1 %MW7:X5 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ ¦ ¦ %M9 %MW7:X6 +----¦ +---------------------------------------------( ) ¦ 4.2.5.- Transmissió de dades als esclaus Hi ha dades dels esclaus que hauran de ser transmeses al mestre ja que aquests les necessitaran en alguna operació o per poder informar a l’administrador de l’estat de cada


57

habitatge. Les dades a transmetre seran els valors de la variable indicador esclau (MW7). Per fer-ho s’utilitzaran les paraules de xarxa de sortida de l’esclau cap al mestre. a) QNW0.0: Paraula de xarxa de sortida 0: Traspàs de la variable indicadors esclau (MW7): V1x, B2x, B3x, C4x, C3x, T2x i M9. La variable indicadors esclau MW7 conté els valors dels actuadors: vàlvula acumulador (V1x), caldera (B2x) i retorn a.c.s (B3x), els contactes: polsador caldera (C4x), polsador retorn (C3x) i termòstat diferencial retorn (T2x) i la marca: indicador activació temporal caldera (M9), obtinguts de les operacions de cada habitatge i guardats a MW7. Aquesta variable es traspassarà al mestre a través de la paraula de xarxa de sortida número 0 de cada esclau, i es necessària per donar informació al mestre de l’estat dels esclaus: - QNW0.0:=MW7 Traspàs de la variable indicadors esclau a la paraula de sortida número 0. La operació a realitzar en diagrama de relés: ¦ +------------------+ ¦ ¦ QNW0.0 := MW7 ¦ +-------------------------------------¦ ¦ ¦ +------------------+ 5.- Llistats Twidosoft V1.13 A l’annex 2-1 i annex 2-2, hi ha els llistats del programa d’ SCHNEIDER TELEMECANIQUE Twidosoft V1.13 tant dels autòmats esclaus com del mestre.


58

III ) Programació dels Terminals 1.- Introducció Per la comunicació entre home i màquina s’utilitza el terminal XBT-H811050 d’SCHNEIDER TELEMECANIQUE, format per una pantalla de cristall líquid amb dues línies de 20 caràcters, que permet visualitzar dades del sistema mitjançant caràcters alfanumèrics. També incorpora 5 tecles de servei per poder modificar els valors d’algunes variables. El terminal s’ha de programar a priori mitjançant software (XBT-L1000 ver.4.20) que es traspassa al terminal pel port de telecomunicacions. 2.- Funcionament dels Terminals S’hauran de programar dos tipus de terminals, el que controla el mestre i el que controla els esclaus. El terminal dels esclaus, permetrà de visualitzar pel corresponent usuari els valors de la temperatura i indicadors dels col·lectors, i els valors del propi habitatge (temperatures acumulador i de treball, contactes, actuadors, indicadors... ). L’usuari podrà variar els valors de modes de funcionament (acumulador, caldera i retorn) i les consignes de temperatura (màxima i de serveis) del propi habitatge. Al terminal del mestre, a més a més, l’administrador del sistema podrà visualitzar les dades principals del sistema i de cada habitatge. També podrà variar el mode de funcionament general del sistema i donar accés, o no, a cada usuari (mode subsistema). 3.- Variables Les dades utilitzades pel terminal seran extretes directament de l’autòmat, a través del port de comunicacions 2 de cada autòmat on estarà connectat el corresponent terminal. A la pantalla de cristall líquid es visualitzaran caràcters programats per software o valors procedents directament de variables dels autòmats. Les variables usades són de tipus enter (temperatures i modes) i de tipus bit. El software dóna l’opció d’etiquetar en forma de cadena de caràcters o símbols valors concrets de les variables a mostrar, facilitant així la comprensió de les dades a l’usuari. Hi haurà variables configurades per lectura, es a dir que només es podran visualitzar. N’hi haurà d’altres configurades per lectura/escriptura, les quals l’usuari o l’administrador podrà variar el seu valor mitjançant els polsadors del propi terminal.


59

3.1.- Taula Resum 3.1.1.- Variables de l’usuari Variables usades a tots els terminals. S’indica els tipus de dada, i si l’usuari hi té accés per lectura o per lectura/escriptura:

Variable Tipus L/E Indica

MW1 Enter L Temperatura col·lectors (T10_collectors)

MW2 Enter L Temperatura acumulador (T1x_acumulador)

MW3 Enter L/E Temperatura acumulador màxima (Tmax_acum)

MW4 Enter L Temperatura acumulador servei (Tserv_acum)

MW5 Enter L Franja horària (mtn, mti, mig, trd, vsp, nit, LEG)

MW51 Enter L/E Temperatura acumulador servei caldera a la matinada

MW52 Enter L/E Temperatura acumulador servei caldera al matí

MW53 Enter L/E Temperatura acumulador servei caldera al migdia

MW54 Enter L/E Temperatura acumulador servei caldera a la tarda

MW55 Enter L/E Temperatura acumulador servei caldera al vespre

MW56 Enter L/E Temperatura acumulador servei caldera a la nit

MW6 Bits (6) L X5 B60 X4 V50 X3 B10 X2 M80 X1 M70 X0 M60

MW7 Bits (6) L X6 M9 X5 T2x X4 C3x X3 C4x X2 B3x X1 B2x X0 V1x

MW80 Enter L Mode subsistema habitatge (·STOP·, ·STOP·, MODE)

MW9 Enter L/E Mode acumulador (STP, DES, ACT)

MW10 Enter L/E Mode caldera (DES, MAN, NIT, ACT)

MW11 Enter L/E Mode retorn A.C.S. (DES, MAN, ACT)

Taula 7: Variables usuari


60

3.1.2.- Variables de l’administrador El terminal del mestre usarà les mateixes variables usades als esclaus, però a més a més per la funció d’administrador s’usaran d’altres variables. En la taula següent es resumeix, indicant de quin tipus són i si hi té accés per lectura o per lectura/escriptura:

Variable Tipus L/E Indica

MW71 Bits (6) L X6 M9 X5 T21 X4 C31 X3 C41 X2 B31 X1 B21 X0 V11




MW8 Enter L/E Mode sistema (STP,DES,ACT)

MW81 Enter L/E Mode subsistema planta 1era (STP,DES,ACT)

MW82 Enter L/E Mode subsistema planta 2ona (STP,DES,ACT)

MW83 Enter L/E Mode subsistema planta 3era (STP,DES,ACT)

MW84 Enter L/E Mode subsistema planta 4arta (STP,DES,ACT)

Taula 8: Variables administrador 4.- Pàgines d’Aplicació La informació del sistema es mostrarà en diverses pàgines d’aplicació. L’usuari i/o administrador podrà canviar de pàgina d’aplicació i variar els valors d’alguna variable visualitzada a través dels polsadors. En total s’usaran 7 pàgines d’aplicació per als usuaris de cada habitatge i 5 pàgines per l’administrador. 4.1.- Pàgines d’Aplicació de l’Usuari

Pel control de cada habitatge hi hauran un total de 7 pàgines d’aplicació les quals l’usuari hi accedirà lliurement per tal de visualitzar dades o modificar els valors de les seves variables.


61

a) Pàgina 1:INFO_SISTEMA

La pàgina inicial, INFO_SISTEMA, informa de l’estat del sistema a l’usuari: tant del propi habitatge. Tots els valors visualitzats són de lectura. Tindrà l’aspecte següent:

1 2 3 4 5 6 7 8

A part dels textos d’informació fixa, es visualitzaran els valors de 8 variables o bits, en forma de valors numèrics o símbols (icones), els valors equivalents dels quals s’obtindran directament de les variables de l’autòmat:

1- MW2: Temperatura acumulador: Es visualitzarà el valor de la temperatura de

l’acumulador T1x corresponent (MW2) en graus cèlsius (2 digits decimals). 2- MW7:X0: Vàlvula acumulador: Es visualitzarà l’estat de la vàlvula V1x en

forma d’icona: “ ” si està tancada (MW7:X0=0) i “ ” si està oberta (MW7:X0=1). 3- MW7:X1: Caldera: Es visualitzarà la icona “ ” quan la caldera (B2x) estigui

activada (MW7:X1=1). 4- MW7:X2: Retorn a.c.s.: Es visualitzarà la inicial “R“ quan la bomba de retorn de

l’aigua calenta sanitària (B3x) estigui activada (MW7:X2=0). 5- MW1: Temperatura col·lectors: Es visualitzarà el valor de la temperatura

col·lectors T10 (MW1) en graus cèlsius (2 digits decimals). 6- MW6:X3: Bomba circuit primari: Es visualitzarà la icona “ “ quan la bomba

del circuit primari (B10) estigui activada (MW6:X3=1). 7- MW6:X0: Indicador de temperatura col·lectors mínima: Es visualitzarà la icona

“∗“ quan hi hagi perill de glaçades (MW6:X0=1). 8- MW6:X1: Indicador de temperatura col·lectors màxima: Es visualitzarà la icona

“ “quan hi hagi perill de sobrepressions (MW6:X1=1).

b) Pàgina d’aplicació 2:ACUMULADOR

La pàgina d’aplicació ACUMULADOR, informa de l’estat de diverses variables relacionades amb l’acumulador a cada habitatge (temperatura màxima, mode subsistema i mode acumulador). Permet a l’usuari, variar el valor d’alguna d’aquestes variables. La pàgina d’aplicació tindrà l’aspecte següent:

1 2 3

A part dels textos d’informació fixa, es visualitzaran els valors de 3 variables o bits; en forma de cadenes de caràcters o valors numèrics, els quals s’obtindran directament de les variables de l’autòmat:

Acumulador ??º ? ? ?

Col·lector ??º ? ? ?

ACUMULADOR T.max ??º

?????? ???


62

1- MW3: Temperatura acumulador màxima: Es visualitzarà el valor en graus

cèlsius (2 digits decimals) indicant la temperatura de l’acumulador màxima que l’usuari desitgi. Aquest valor es podrà modificar a intervals de 5º ,mitjançant els polsadors del terminal, entre 50º i 80º C.

2- MW80: Mode subsistema: Es visualitzarà el valor en forma de cadena de 5 caràcters que serveixen de títol de la variable següent de la variable següent. Els valors podran ser els següents: “-STOP-“ quan el mode subsistema indicat per l’administrador és STP o DES (MW80=0 o MW80=1) i “ MODE” si el mode subsistema està ACT (MW80=2). Aquesta variable l’usuari no la pot modificar.

3- MW9: Mode acumulador: Es visualitzarà el valor en forma de cadena de 3 caràcters. L’usuari podrà escollir entre els modes de funcionament “STP“ (MW80=0), “DES“ (MW9=1) o “ACT” (MW9=2) a través dels polsadors del terminal.

c) Pàgina d’aplicació 3: CALDERA

La pàgina d’aplicació CALDERA, informa de l’estat de diverses variables relacionades directe o indirectament amb la caldera. (temperatura de servei, mode caldera, estat caldera, contacte extern i marca no-sol ). Permet a l’usuari, modificar el valor d’alguna d’aquestes variables. Aquesta pàgina d’aplicació tindrà l’aspecte següent:

1 2 3 4 5 6 7

A part dels textos d’informació fixa, es visualitzaran els valors de 5 variables o bits; en forma de valors numèrics, cadenes de caràcters o símbols (icones), els quals s’obtindran directament de les variables de l’autòmat:

1- MW4: Temperatura servei caldera: Es visualitzarà el valor en graus cèlsius (2 dígits decimals) indicant la temperatura de servei caldera actual de la franja horària corresponent.

2- MW5: Franja horària: Es visualitzarà el valor en forma de cadena de 3 caràcters indicant la franja horària en cada moment del dia. Els valor seran: “mtn” (MW5=1) si és matinada (5:00 a 9:00h), “mti” (MW5=2) si és matí (9:00 a 12:00h), “mig” (MW5=3) si és migdia (12:00 a 16:00 h), “trd” (MW5=4) si és tarda (16:00 a 19:00h), “vsp” (MW5=5) si és vespre (19:00 a 22:00 h), “nit” (MW5=6); nit (22:00 a 5:00 h) i “LEG” (MW5=7) quan hi ha activat l’ordre contra la legionel·losi.

3- MW10: Mode caldera: Es visualitzarà en forma de cadena de 3 caràcters indicant. L’usuari podrà escollir entre els modes de funcionament: “DES” (MW10=0), “MAN” (MW10=1), “NIT” (MW10=2) i “ACT” (MW10=3) a través dels polsadors del terminal.

4- MW7:X1: Caldera: Es visualitzarà la icona “ ” quan la caldera (B2x) estigui activada (MW7:X1=1).

CALDERA T.srv. ??º ???

MODE ??? ? ? ? ?


63

5- MW7:X3: Polsador caldera: Es visualitzarà la icona “ ” indicant que el polsador extern caldera (C4x) està activat (MW7:X3=1).

6- MW7:X6: Indicador activació temporal caldera: Es visualitzarà la icona “ ” indicant que el temporitzador de 20’ M9, està activat (MW7:X6=1).

7- MW6:X2: Indicador no-sol: Es visualitzarà la icona “ ” quan l’indicador de no sol M80 estigui activat (MW6:X2=1).

d) Pàgina d’aplicació 4: T_SERVEI_MAT

La pàgina d’aplicació T_SERVEI_MAT, informa del valors de la temperatura de servei a la matinada (MW51) i al matí (MW52). Permet a l’usuari, variar aquests valors. Aquesta pàgina d’aplicació tindrà l’aspecte següent:

1 2

A part dels textos d’informació fixa, es visualitzaran els valors de 2 variables; en forma de valors numèrics, els quals s’obtindran directament de les variables de l’autòmat:

1- MW51: Temperatura servei caldera a la matinada: Es visualitzarà en graus cèlsius (2 dígits decimals) indicant el valor de la temperatura de servei de la caldera que l’usuari desitgi per aquesta franja horària (de 5:00 a 9:00 h), podent modificar aquest valor a intervals de 5º mitjançant els polsadors del terminal entre 30º i 80º.

2- MW52: Temperatura servei caldera al matí: Es visualitzarà en graus cèlsius (2 dígits decimals) indicant el valor de la temperatura de servei de la caldera que l’usuari desitgi per aquesta franja horària (de 9:00 a 12:00 h), podent modificar aquest valor a intervals de 5º mitjançant els polsadors del terminal entre 30º i 80º.

e) Pàgina d’aplicació 5: T_SERVEI_DIA La pàgina d’aplicació T_SERVEI_DIA, informa del valors de la temperatura de

servei al migdia (MW53) i a la tarda (MW54). Permet a l’usuari, variar aquests valors. Aquesta pàgina d’aplicació tindrà l’aspecte següent:

1 2


T.srv. matinada: ??º

T.srv. mati: ??º

T.srv. migdia: ??º

T.srv. tarda: ??º


64

1- MW53: Temperatura servei caldera al migdia: Es visualitzarà en graus cèlsius (2 dígits decimals) indicant el valor de la temperatura de servei de la caldera que l’usuari desitgi aquesta franja horària (de 12:00 a 16:00 h) , podent modificar aquest valor a intervals de 5º mitjançant els polsadors del terminal entre 30º i 80º.

2- MW54: Temperatura servei caldera a la tarda: Es visualitzarà en graus cèlsius (2 dígits decimals) indicant el valor de la temperatura de servei de la caldera que l’usuari desitgi per aquesta franja horària (de 16:00 a 19:00 h) , podent modificar aquest valor a intervals de 5º mitjançant els polsadors del terminal entre 30º i 80º.

f) Pàgina d’aplicació 6: T_SERVEI_NIT La pàgina d’aplicació T_SERVEI_NIT, informa del valors de la temperatura de

servei al vespre (MW55) i a la nit (MW56). Permet a l’usuari, variar aquests valors. Aquesta pàgina d’aplicació tindrà l’aspecte següent:

1 2


1- MW55: Temperatura servei caldera al vespre: Es visualitzarà en graus cèlsius (2 dígits decimals) indicant el valor de la temperatura de servei de la caldera que l’usuari desitgi per aquesta franja horària (de 19:00 a 22:00 h) , podent modificar aquest valor a intervals de 5º mitjançant els polsadors del terminal entre 30º i 80º.

2- MW56: Temperatura servei caldera a la nit: Es visualitzarà en graus cèlsius (2 dígits decimals) indicant el valor de la temperatura de servei de la caldera que l’usuari desitgi per aquesta franja horària (de 22:00 a 5:00 h), podent modificar aquest valor a intervals de 5º mitjançant els polsadors del terminal entre 30º i 80º.

g) Pàgina d’aplicació 7: RETORN

La pàgina d’aplicació RETORN, informa de l’estat de diverses variables relacionades amb el retorn de l’aigua calenta sanitària a l’usuari (mode retorn i estats de la bomba, contacte extern i termòstat diferencial). Des d’aquesta pàgina l’usuari podrà modificar el valor d’alguna d’aquestes variables. Tindrà l’aspecte següent:

1 2 3 4

RETORN A.C.S.

MODE ??? ? ? ?

T.srv. vespre: ??º

T.srv. nit: ??º


65

A part dels textos d’informació fixa, es visualitzaran els valors de 4 variables o bits; en forma de cadena de caràcters o símbols (icones), els quals s’obtindran directament de les variables de l’autòmat:

1- MW11: Mode retorn a.c.s.: Es visualitzarà el valor en forma de cadena de 3 caràcters. L’usuari podrà seleccionar entre els modes de funcionament “DES“ (MW11=0), “MAN” (MW11=1) i “ACT” (MW11=2).

2- MW7:X2: Bomba retorn: Es visualitzarà la inicial “R” quan la bomba del retorn de l’a.c.s. (B3x) estigui activada (MW7:X2=1).

3- MW7:X4: Contacte retorn a.c.s: Es visualitzarà la icona “ ”, quan el contacte extern retorn (C4x) estigui activat (MW7:X4=1).

4- MW7:X5: Termòstat diferencial: Es visualitzaran les inicials “TD“ quan el termòstat diferencial (T2x) estigui activat (MW7:X5=1).

4.2.- Pàgines d’Aplicació de l’Administrador

A part de les set pàgines d’aplicació de l’usuari corresponents a l’habitatge de la quarta planta, el terminal de l’autòmat mestre tindrà programades 5 pàgines més amb informació general del sistema i de cada habitatge. Aquestes estaran protegides per contrasenya, per tan l’usuari no hi podrà accedir.

a) Pàgina d’aplicació 8:SISTEMA

La pàgina d’aplicació INFO_SISTEMA, informa de l’estat del sistema a l’administrador (temperatura col·lectors, mode sistema, estat dels actuadors: bomba primari, vàlvula tres vies fan-coil i ventilador fan-coil, i dels indicadors de temperatura col·lectors mínima, màxima i la marca no-sol). Permet variar el valor del mode sistema. Tindrà l’aspecte següent:

1 8 2 3 4 5 6 7

A part dels textos d’informació fixa, es visualitzaran els valors de 8 variables o bits, en forma de cadenes de caràcters, valors numèrics o símbols (icones), els quals s’obtindran directament de les variables de l’autòmat:

1- MW1: Temperatura col·lectors: Es visualitzarà en graus cèlsius (2 digits decimals) indicant la temperatura dels col·lectors T10.

2- MW8: Mode sistema: Es visualitzarà en forma de cadena de 3 caràcters. L’administrador podrà escollir entre tres modes de funcionament: “STP“ (MW8=0), “DES” (MW8=1) i “ACT” (MW8=2).

3- MW6:X3: Bomba circuit primari: Es visualitzarà la icona “ “ quan la bomba del circuit primari (B10) estigui activada (MW6:X3=1).

4- MW6:X0: Indicador de temperatura col·lectors mínima: Es visualitzarà la icona “∗“ quan hi hagi perill de glaçades (MW6:X0=1).

SISTEMA T.col ??º ?

MODE ??? ? ?? ???


66

5- MW6:X1: Indicador de temperatura col·lectors màxima: Es visualitzarà la icona “ “quan hi hagi perill de sobrepressions (MW6:X1=1).

6- MW6:X4: Vàlvula tres vies fan-coil: Es visualitzarà la inicial “F” quan la vàlvula (V50) estigui activada (MW6:X4=0).

7- MW6:X5: Ventilador fan-coil: Es visualitzaran els dos caràcters “+V“ quan el ventilador (B60) estigui activat (MW6:X5=0).

8- MW6:X2: Indicador no-sol: Es visualitzarà la icona “ ” quan l’indicador de no sol M80 estigui activat (MW6:X2=1).

b) Pàgines d’aplicació 9/10/11 i 12:SUBSISTEMA_x Les pàgines d’aplicació SUBSISTEMA_x, donen informació a l’administrador dels valors de diverses variables de l’habitatge x (mode sub-sistema i l’estat dels actuadors: vàlvula acumulador, caldera i bomba retorn a.c.s. (B3x)). Des d’aquestes pàgines, l’administrador podrà modificar el mode de funcionament de sub-sistema de cada habitatge. Tindrà l’aspecte següent:

1 2 3 4

A part dels textos d’informació fixa (X= 1,2,3 o 4, es visualitzaran els valors de 4 variables o bits; en forma de cadenes de caràcters o símbols (icones), els quals s’obtindran directament de les variables de l’autòmat:

1- MW8x: Mode subsistema: Es visualitzarà en forma de cadena de 3 caràcters. L’administrador podrà seleccionar entre 3 modes de funcionament: “STP“ (MW8x=0), “DES“ (MW8x=1) i “ACT” (MW8x=2).

2- MW7:X0: Vàlvula acumulador: Es visualitzarà l’estat de la vàlvula V1x en forma d’icona: “ ” si està tancada (MW7:X0=0) i “ ” si està oberta (MW7:X0=1).

3- MW7:X1: Caldera: Es visualitzarà la icona “ ” quan la caldera (B2x) estigui activada (MW7:X1=1).

4- MW7:X2: Retorn a.c.s.: Es visualitzarà la inicial “R“ quan la bomba de retorn de l’aigua calenta sanitària (B3x) estigui activada (MW7:X2=0). 5.- Llistats XBT-L1000 ver.4.20

A l’annex 2-3 i annex 2-4, hi ha els llistats del programa d’ SCHNEIDER TELEMECANIQUE XBT-L1000 ver.4.20 tant dels terminals dels esclaus com del mestre.

HABITATGE PLANTA X

MODE ??? ? ? ?

Sistema Centralitzat d’Escalfament d’Aigua CalentaSanitària amb Energia Solar


PLÀNOLS

AUTORS: Marc Gasull i Escoda.DIRECTORS: Roberto Giral Castillón.

DATA: Setembre 2004

Sistema centralitzat d’escalfament d’aigua calenta sanitària ambenergia solar per un edifici de quatre habitatges.

Estudi econòmic ii

ÍNDEX _

I) LÀMINA 1: Situació i emplaçament

II) LÀMINA 2: Planta tipus

III) LÀMINA 3: Planta coberta

IV) LÀMINA 4: Perfil

V) LÀMINA 5: Esquema hidràulic

VI) LÀMINA 6: Esquema elèctric

VII) LÀMINA 7: Esquemes unifilars

SISTEMA CENTRALITZAT D'ESCALFAMENT D'A.C.S AMB ENERGIA SOLAR PER UN EDIFICI DE QUATRE HABITATGES


SISTEMA CENTRALITZAT D'ESCALFAMENT D'A.C.S AMBENERGIA SOLAR PER UN EDIFICI DE QUATRE HABITATGES







PRESSUPOSTOS ESTUDI ECONÒMIC


DATA: Setembre 2004

Sistema Centralitzat d’escalfament d’aigua Calenta Sanitària amb Energia Solar per un Edifici de Quatre Habitatges. Pressupostos

ii

ÍNDEX _

A) PRESSUPOSTOS . . . . . . 1

A.I) Introducció . . . . . . . 1

A.II) Pressupost Instal·lació amb Energia Solar 2 1.-Components . . . . . . . . 2

CAP. 1 OBRA CIVIL . . . . . . 2

CAP. 2 ELECTRICITAT . . . . . 3

CAP. 3 AUTOMATITZACIÓ I CONTROL . . . 6

CAP. 4 FONTANERIA . . . . . . 9

2.- Quadre de preus . . . . . . . 14

CAP. 1 OBRA CIVIL . . . . . . 14




3.- Aplicació de preus . . . . . . . 23

CAP. 1 OBRA CIVIL . . . . . . 23




4.- Pressupost d’execució material . . . . . 33

5.- Pressupost d’adjudicació per contracte . . . 34

6.- Preu de licitació . . . . . . . 35


iii

A.III) Pressupost Instal·lació Convencional . 36 1.-Components . . . . . . . . 36




2.- Quadre d’altres preus . . . . . . 42



3.- Aplicació de preus . . . . . . . 43




4.- Pressupost d’execució material . . . . . 49

5.- Pressupost d’adjudicació per contracte . . . 50


iv

B) ESTUDI ECONÒMIC . . . . . 51

B.I) Introducció . . . . . . . 51

B.II) Mètode de Càlculs Econòmics . . . 52 1.- Objectiu de la memòria . . . . . . 52

2.- Estalvi econòmic anual Stvany . . . . . 52

3.- Estalvi econòmic real al llarg dels anys Stvreal_anyn i Stvacumulat 53

4.- Benefici net en un període de temps Bnfreal_període_n . . 53

a) Estalvi període de temps . . . . . 54

b) Manteniment període temps . . . . 54

c) Estalvi real període de temps . . . . 55

d) Benefici real període de temps . . . . 55

5.- Amortització del sistema n0 . . . . . 55

6.- Taxa de rendibilitat r . . . . . . 56

B.III) Càlculs Econòmics . . . . . 57 1.- Objectiu de la memòria . . . . . . 57

1.1.- Dades necessàries . . . . . . 57

2.- Estalvi econòmic anual Stvany . . . . . 57

3.- Estalvi econòmic real al llarg dels anys Stvreal_anyn i Stvacumulat 58

4.- Benefici net en un període de temps Bnfreal_període_n . . 59

5.- Amortització del sistema n0 . . . . . 60

6.- Taxa de rendibilitat r . . . . . . 61

7.- Conclusions . . . . . . . . 61

B.IV) Taules de Resultats . . . . . 62

Sistema Centralitzat d’Escalfament d’Aigua Calenta Sanitària amb Energia Solar per un Edifici de Quatre Habitatges. Pressupostos

1

A) PRESSUPOSTOS A.I) Introducció En les pàgines següents es detallaran els components, el preu unitari i les aplicacions de preu corresponents del conjunt, donant al final el seu valor econòmic total. Hi hauran dos pressupostos, en primer lloc el resultant de tota la instal·lació utilitzant l’energia solar com a font d’energia, així com els components auxiliars necessaris. El segon pressupost, serà la mateixa instal·lació, però prescindint de l’energia solar, utilitzant només energia no renovable: el que en diríem instal·lació convencional. Al tenir els dos pressupostos, es podrà saber realment el cost de la instal·lació estrictament solar, i calcular-ne per tant el rendiment i l’amortització.


2

A.II) Pressupost Instal·lació amb Energia Solar 1.-Components CAP. 1 OBRA CIVIL SUBC. 1.1 PALETERIA

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1

U Partida alçada per la realització de traspassos entre sostres i parets. Inclou beines collades amb morter. A l’ultima planta es segellaran per evitar l’entrada d’aigua amb junta de goma-silicona.

. Partida alçada.

1,00

1,00


3

CAP. 2 ELECTRICITAT SUBC. 2.1 ALIMENTACIÓ INSTAL·LACIÓ NO PRESSUPOSTADA SUBC. 2.2 QUADRES DE COMANDAMENT I PROTECCIÓ.

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1

U Subministrament i col·locació de caixa de proteccions plàstica i amb tapa transparent de 24 mòduls i dues files i prevista amb carril tipus DIN, per a la col·locació de mecanismes de control i protecció. Tipus Merlin Gerin Minipragma Ref. 13642 o similar.

. Habitatge planta 4a.

1,00

1,00

2

U

Subministrament i col·locació de caixa de proteccions plàstica i amb tapa transparent de 8 mòduls i una fila i prevista amb carril tipus DIN, per a la col·locació de mecanismes de control i protecció. Tipus Merlin Gerin Minipragma Ref. 13348 o similar.

. Habitatges plantes 1, 2 i 3

3,00

3,00

3

U

Subministrament i col·locació de magnetotèrmic bipolar de 16A tipus ICP-M i fixat a pressió.

. ICP general

4,00

4,00

4

U

Subministrament i col·locació d’interruptor diferencial bipolar de 40 A i 30 mA de sensibilitat i fixat a pressió:

. ID general

4,00

4,00

5

U

Subministrament i col·locació de magnetotèrmic bipolar de 10A tipus PIA i fixat a pressió.

. Planta 4a: PLC, bomba-fancoil, caldera i retorn

. Plantes 1,2,3: PLC, caldera i retorn

4,00 9,00

13,00

6

U

Subministrament i col·locació de relé-contactor bipolar de 10A amb bobina de 24V i contactes 230 V, fixat a pressió.

. Planta 4a: bomba, fancoil i retorn

. Plantes 1,2,3: retorn

3,00 3,00

6,00

7

U

Subministrament i col·locació de pilot indicador amb bombeta de 220 V. fixat a pressió.

. Planta 4a: bomba, fancoil i retorn

. Plantes 1,2,3: retorn

3,00 3,00

6,00


4

SUBC. 2.3 LÍNIES DE POTÈNCIA GENERALS

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1

M Subministrament i col·locació de m. de tub rígid plàstic IP55 de 20 mm. amb protecció del xoc 7. muntat superficialment amb abraçadores metàl·liques cada 70 cm.

. De planta 4a a col·lectors

1,00

16,00

16,00

2

U

Subministrament i col·locació de caixa de connexions estanca IP55 de 100x100 mm. i muntada superficialment. Connexions amb regletes.

. Col·lectors

. Planta quarta

1,00 1,00

2,00

3

U

Subministrament i col·locació de m. de cable flexible de 750V i lliure d’halògens de 2,5 mm². Col·locat dintre tub.

. De planta 4a a col·lectors (línia bomba)

. De planta 4a a col·lectors (línia ventilador fan-coil)

1,00 1,00

48,00 48,00

96,00

4

U

Subministrament i col·locació de m. de cable mànega de 1kV tipus RZ lliure d’halògens de 3x2,5 mm². Col·locat dintre tub o grapat.

. Alimentació directa bomba primari

. Alimentació directa ventilador fan-coil

1,00 1,00

1,00 1,00

2,00

SUBC. 2.4 LÍNIES DE POTÈNCIA ALS HABITATGES

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1


. Alimentació caldera, habitatges 1,2,3 i 4

. Alimentació bomba retorn a.c.s, habitatges 1,2,3 i 4

4,00 4,00

2,00 2,00

16,00

2

U


. Habitatges 1, 2, 3 i 4

4,00

4,00

3

U

Subministrament i col·locació de m. de cable flexible de 750V i lliure d’halògens de 2,5 mm². col·locat dintre tub.

. Circuits habitatges 1,2,3 i 4

4,00

5,00

20,00


5

4

U

Subministrament i col·locació de m. de cable mànega de 1kV tipus RZ lliure d’halògens de 3x2,5 mm². Col·locada dintre tub o grapada.



4,00 4,00

3,00 3,00

12,00


6

CAP. 3 AUTOMATITZACIÓ I CONTROL SUBC. 3.1 SISTEMA DE CONTROL

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1

U Subministrament i col·locació de font d’alimentació de 220 V~/24V de 1,2A. Fixada a pressió a caixa amb carril DIN.

. Alimentació PLC’s. (Quarta planta)

4,00

4,00

2

U

Subministrament i col·locació d’autòmat programable de 20 e/s (12e+8s) modular, i fixat a pressió a caixa amb carril DIN. CPU de la casa Schneider Electric Telemecanique tipus Twido TWD LMDA 20 DRT.

. Habitatges 1,2,3 i 4

4,00

4,00

3

U

Subministrament i col·locació de mòdul analògic de dues entrades per tensió 0..10V o corrent 4..20 mA modular, i fixat a pressió a la CPU. Mòdul de la casa Schneider Electric Telemecanique tipus Twido TWD AMI 2HT


4,00

4,00

4

U

Subministrament i col·locació de cartutx de memòria EEPROM de 32 Kb a la CPU, xip de la casa Schneider Electric Telemecanique tipus Twido TWD XCP MFK32. Amb el programa del sistema grabat.


4,00

4,00

5

U

Subministrament i col·locació de xip de rellotge/calendari fixat a pressió a la CPU mestre. Xip de la casa Schneider Electric Telemecanique tipus Twido TWD XCP RTC.

. Habitatge planta 4a

1,00

1,00

6

U

Subministrament i col·locació de mòdul visualitzador numèric (data/hora) amb pantalla LCD i quatre botons, fixat a pressió a la CPU mestre. Mòdul de la casa Schneider Electric Telemecanique tipus Twido TWD XCP ODM.

. Habitatge planta 4a

1,00

1,00

7

U

Subministrament i col·locació de base modular de comunicacions: port RS485 amb borns, fixat a pressió a la CPU esclau. Mòdul de la casa Schneider Electric Telemecanique tipus Twido TWD NOZ 485T.

. Habitatges planta 1,2 i 3

4,00

4,00


7

8

U

Subministrament i col·locació de terminal de diàleg extern amb dues línies de visualització de 20 caràcters LCD i 5 tecles de funció de la casa Schneider Electric Telemecanique ref. XBT-H811050. Amb pàgines d’aplicació pre-programades.


4,00

4,00

9

U

Subministrament i col·locació de cable de comunicació RS485 del terminal a PLC amb connector tipus mini-DIN i cable de 2,5 m., de la casa Schneider Electric Telemecanique ref. XBT-Z968.


4,00

4,00

SUBC. 3.2 LÍNIES DE CONTROL

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1


. Muntant a coberta

. Muntant general entre pisos

. Derivacions i distribució habitatges

1,00 1,00 4,00

10,00 9,00 6,00

43,00

2

U Subministrament i col·locació de caixa de connexions estanca IP55 de 100x150 mm. i muntada superficialment. Connexionada amb regletes.

. Coberta

. Habitatges 1,2,3,4

1,00 8,00

9,00

3

M

Subministrament i col·locació de m. de cable mànega de 2×1 mm², amb pantalla, tipus blindex. Col·locat dintre tub.

. Línia sonda T10 a caixa col·lectors

. Línia de comunicacions entre PLC’s

1,00 1,00

16,00 33,00

49,00

4

M

Subministrament i col·locació de m. de cable flexible de 750V i lliure d’halògens de 1 mm². Col·locat dintre tub.

. Línia vàlvula V50 de PLC a caixa coberta

1,00

32,00

32,00

5

U

Subministrament i col·locació de m. de cable mànega de 1kV tipus RZ lliure d’halògens de 2x1 mm². Col·locada dintre tub o fixada amb grapes.

. Línia vàlvules V1x habitatges

. Línia calderes B2x habitatges

. Línia polsador C4x habitatges

. Línia termòstat diferencial T2x habitatges

. Línia contacte C3x habitatges

. Línia vàlvula V40 habitatge planta 1

4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 1,00

2,00 2,00 5,00

20,00 20,00 4,00

200,00


8

SUBC. 3.3 SENSORS

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1

U Subministrament i col·locació de sonda de temperatura de platí, tipus PT100 RTD de 2 fils estanca de silicona i cable de 3 m. Sonda de la casa CRN, model PT100(S)S2 6x100 ref. SN206022.

. Col·lectors

. Acumuladors

1,00 4,00

5,00

2

U

Subministrament i col·locació de condicionador de sonda de platí RTD PT100 a font d’intensitat 4.. 20 mA, ajustable. Transductor de la casa ABB Entrelec 0011 021.06

. Col·lectors

. Acumuladors

1,00 4,00

5,00

3

U

Subministrament i col·locació de termòstat industrial amb sonda, amb un rang de 30º a 90ºC, diferencial de 3ºK. Amb comandament i beina de 200mm i 1/2”. Termòstat de la casa SONDER model TB09 ref. 23024 (+ comandament 2106 i beina 24026).

. Retorns A.C.S.

4,00

4,00

4

U

Subministrament i col·locació de mecanisme polsador de la casa BJC model IRIS de color blanc, o equivalent amb caixetí, mecanisme, marc i tecla amb grafia indicadora.

. Polsador activació manual caldera

. Polsador activació manual retorn (opcional)

4,00 4,00

8,00


9

CAP. 4 FONTANERIA SUBC. 4.1 ALIMENTACIÓ INSTAL·LACIÓ NO PRESSUPOSTADA SUBC. 4.2 COL·LECTORS

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1

U Subministrament i col·locació de pannells solars de 2,57 m² (2077x1238x100 mm) amb racors de connexió 1”, de la casa SONNENKRAFT model SK500N.

. Col·lectors

5,00

5,00

2

U

Subministrament i col·locació de suports per a col·lectors solars SK500N a terrassa, amb 45º d’inclinació. Fixacions tipus tirafons de la casa SONNENKRAFT model SSA45.

. Col·lectors

5,00

5,00

3

U

Subministrament i col·locació de purgardor automàtic de 3/8” resistent als canvis climàtics.

. Col·lectors

1,00

1,00

4

U

Subministrament i col·locació de vàlvula de bola de 1” PN10 amb maneta.

. Col·lectors

2,00

2,00

5

U

Subministrament i col·locació d’aixeta de bola amb racor mànega de 1/2” amb maneta.

. Buidatge col·lectors

1,00

1,00

6

U

Subministrament i col·locació de racors fontaneria (tes, colzes, contra-rosques, reduccions, flexos i petit material) de ferro de fundició PN10 de 1” i 3/4”.

. Entrada i sortida col·lectors

1,00

1,00

SUBC. 4.3 CIRCUIT DE DISTRIBUCIÓ

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1

M Subministrament i col·locació de m. de tub de coure estirat de 20/22 mm, fixat amb abraçadores cada 70 cm i amb p.p. d’accessoris.

. Circuit primari muntant anada

. Circuit primari muntant retorn

. Circuit primari retorn invertit

1,00 1,00 1,00

26,00 26,00 9,00

61,00


10

2

M

Subministrament i col·locació de m. d’aïllament tèrmic amb espuma elastomèrica per tub de 22 mm i 30 mm de gruix.

. Circuit primari muntant anada

. Circuit primari muntant retorn

. Circuit primari retorn invertit

1,00 1,00 1,00

26,00 26,00 9,00

61,00

3

U

Subministrament i col·locació de vàlvula de seguretat per sobrepressions amb PN de 3 bar.

. Circuit primari sortida col·lectors

1,00

1,00

4

U

Subministrament i col·locació de bomba circuladora de ròtor humit de 4 mca de la casa WILO model STAR-RS 25/4 ref. 004 032 954 amb racors de 1”.

. Circuit primari bomba

1,00

1,00

5

U

Subministrament i col·locació de vàlvula de retenció de 3/4” PN10.

. Circuit primari sortida bomba

1,00

1,00

6

U Subministrament i col·locació de vas d’expansió tancat amb membrana de 12 dm³ de capacitat.


1,00

1,00

7

U

Subministrament i col·locació de manòmetre i aixeta.


1,00

1,00

8

U Subministrament i col·locació de vàlvula de 2 vies PN10 amb rosca de 3/4” i motor a 24V. Tipus ALB 30926 o similar.

. Circuit primari. Final planta primera

4,00

4,00

9

U

Subministrament i col·locació de vàlvula de 3 vies PN10 amb rosca de 3/4” i motor a 24V. Tipus ALB 30931 o similar.

. Circuit primari entrada fan-coil

1,00

1,00

10

U

Subministrament i col·locació de Fan-Coil amb ventilador tangencial per sistemes amb 2 tubs de la casa ROCA model RFC130.

. Circuit primari fan-coil

1,00

1,00

11

U


. Circuit primari

1,00

1,00


11

SUBC. 4.4 CIRCUITS SOLAR ACUMULADOR

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1


. Derivacions habitatges: Entrada/sortida acumuladors circuit solar

4,00

11,00

44,00

2

M


. Derivacions habitatges: Entrada/sortida acumuladors circuit solar

4,00

11,00

44,00

3

U

Subministrament i col·locació d’acumulador amb doble serpentí de 300 litres aïllat i penjat a paret, de la casa LAPESA model CV-300-M2.

. Habitatges plantes 1, 2, 3 i 4

4,00

4,00

4

U


. Entrada acumuladors circuit solar

4,00

4,00

5

U

Subministrament i col·locació de vàlvula de bola de 3/4” PN10 amb maneta.

. Entrada/sortida acumuladors circuit solar

8,00

8,00

6

U

Subministrament i col·locació de racors fontaneria (tes, colzes, contra-rosques, reduccions, flexos i petit material) de ferro de fundició PN10 de 3/4”.


4,00

4,00

SUBC. 4.5 CIRCUITS CALDERA

1

M

Subministrament i col·locació de m. de tub de coure estirat de 20/22 mm, fixat amb abraçadores cada 70 cm i amb p.p. d’accessoris.

. Entrada/Sortida circuits caldera

4,00

4,00

16,00

2

M



4,00

4,00

16,00

3

U

Subministrament i col·locació de caldera mural de gas natural atmosfèrica mixta de 20.000 kcal/h. tipus FAGOR FEB20E.


4,00

4,00


12

4

U

Subministrament i col·locació de vàlvula de bola de 3/4” amb maneta.

. Entrada/sortida acumuladors circuits caldera

8,00

8,00

5

U


. Circuits caldera

4,00

4,00

SUBC. 4.6 CIRCUITS A.C.S I RETORN

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1


. Sortida ACS

. Entrades aigua freda

4,00 4,00

3,00 3,00

24,00

2

M


. Retorns ACS

4,00

20,00

80,00

3

M


. Sortides ACS


4,00 4,00

3,00 3,00

24,00

4

M


. Retorns ACS

4,00

20,00

80,00

5

U

Subministrament i col·locació de bomba circuladora de ròtor humit de 4mca de la casa model STAR-Z15 ref. 004 057 548 amb racors de 1/2”.

. Retorns ACS

4,00

4,00

6

U



. Sortides ACS

12,00 4,00

16,00

7

U


. Retorns ACS

4,00

4,00


13

8

U



4,00

4,00

9

U Subministrament i col·locació de racors fontaneria (tes, colzes, contra-rosques, reduccions, flexos i petit material) de ferro de fundició PN10 de 3/4” i 1/2”.

. ACS, aigua freda i retorns

4,00

4,00


14

2.- Quadre de Preus CAP. 1 OBRA CIVIL SUBC. 1.1 PALETERIA

Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

1

U

Partida alçada per la realització de traspassos entre sostres i parets. Inclou beines collades amb morter. A l’ultima planta es segellaran per evitar l’entrada d’aigua amb junta de goma-silicona.

200,00 €

Dos cents euros


15


Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

1

U

Subministrament i col·locació de caixa de proteccions plàstica i amb tapa transparent de 24 mòduls i dues files i prevista amb carril tipus DIN, per a la col·locació de mecanismes de control i protecció. Tipus Merlin Gerin Minipragma Ref. 13642 o similar.

26,37 €

Vint-i-sis euros amb trenta-set cèntims.

2

U


18,97 €

Divuit euros amb

noranta-set cèntims.

3

U


15,32 €

Quinze euros amb trenta-dos cèntims.

4

U

Subministrament i col·locació d’interruptor diferencial bipolar de 40 A i 30 mA de sensibilitat i fixat a pressió.

15,44 €

Quinze euros amb quaranta-quatre

cèntims.

5

U


13,44 €

Tretze euros amb quaranta-quatre

cèntims.

6

U


14,60 €

Catorze euros amb seixanta cèntims.

7

U


2,07 €

Dos euros amb set

cèntims.


Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

1

M

Subministrament i col·locació de m. de tub rígid plàstic IP55 de 20 mm. amb protecció del xoc 7. muntat superficialment amb abraçadores metàl·liques cada 70 cm.

3,95 €

Tres euros amb

noranta-cinc cèntims.


16

2

U


6,56 €

Sis euros amb cinquanta-sis

cèntims.

3

U


0,60 €

Seixanta cèntims

d’euro.

4

U


1,87 €

Un euro amb

vuitanta-set cèntims.


Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

1

M


3,95 €

Tres euros amb


2

U


6,95 €

Sis euros amb noranta-cinc

cèntims.

3

U


0,60 €

Seixanta cèntims

d’euro.

4

U


1,87 €

Un euro amb

vuitanta-set cèntims.


17


Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

1

U

Subministrament i col·locació de font d’alimentació de 220 V~/24V de 1,2A. Fixada a pressió a caixa amb carril DIN.

46,34 €

Quaranta-sis euros amb trenta-quatre

cèntims.

2

U


191,51 €

Cent noranta-un

euros amb cinquanta-un

cèntims.

3

U


114,51 €

Cent catorze euros amb cinquanta-un

cèntims.

4

U


37,51 €

Trenta-set euros

amb cinquanta-un cèntims.

5

U Subministrament i col·locació de xip de rellotge/calendari fixat a pressió a la CPU mestre. Xip de la casa Schneider Electric Telemecanique tipus Twido TWD XCP RTC.

23,51 €

Vint-i-tres euros

amb cinquanta-un cèntims.

6

U Subministrament i col·locació de mòdul visualitzador numèric (data/hora) amb pantalla LCD i quatre botons, fixat a pressió a la CPU mestre. Mòdul de la casa Schneider Electric Telemecanique tipus Twido TWD XCP ODM.

29,81 €

Vint-i-nou euros amb vuitanta-un

cèntims.

7

U


24,91 €

Vint-i-quatre euros amb noranta-un

cèntims.

8

U


141,26 €

Cent quaranta-un

euros amb vint-i-sis cèntims.

9

U


27,49 €

Vint-i-set euros amb

quaranta-nou cèntims.


18


Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

1

M


3,95 €

Tres euros amb


2

U Subministrament i col·locació de caixa de connexions estanca IP55 de 100x150 mm. i muntada superficialment. Connexionada amb regletes.

6,83 €

Sis euros amb vuitanta-tres

cèntims.

3

M


1,31 €

Un euro amb trenta-

un cèntims.

4

M


0,47 €

Quaranta-set

cèntims d’euro.

5

U


0,98 €

Noranta-vuit cèntims

d’euro.

SUBC. 3.3 SENSORS

Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

1

U

Subministrament i col·locació de sonda de temperatura de platí, tipus PT100 RTD de 2 fils estanca de silicona i cable de 3 m. Sonda de la casa CRN, model PT100(S)S2 6x100 ref. SN206022.

28,07 €

Vint-i-vuit euros amb

set cèntims.

2

U


60,57 €

Seixanta euros amb

cinquanta-set cèntims.

3

U Subministrament i col·locació de termòstat industrial amb sonda, amb un rang de 30º a 90ºC, diferencial de 3ºK. Amb comandament i beina de 200mm i 1/2”. Termòstat de la casa SONDER model TB09 ref. 23024 (+ comandament 2106 i beina 24026).

24,27 €

Vint-i-quatre euros

amb vint-i-set cèntims.

4

U


8,57 €

Vuit euros amb cinquanta-set

cèntims.


19


Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

1

U

Subministrament i col·locació de pannells solars de 2,57 m² (2077x1238x100 mm) amb racors de connexió 1”, de la casa SONNENKRAFT model SK500N.

524,56 €

Cinc cents vint-i-quatre euros amb

cinquanta-sis cèntims.

2

U Subministrament i col·locació de suports per a col·lectors solars SK500N a terrassa, amb 45º d’inclinació. Fixacions tipus tirafons de la casa SONNENKRAFT model SSA45.

116,91 €

Cent setze euros amb noranta-un

cèntims.

3

U


8,36 €

Vuit euros amb

trenta-sis cèntims.

4

U


15,85 €

Quinze euros amb

vuitanta-cinc cèntims.

5

U Subministrament i col·locació d’aixeta de bola amb racor mànega de 1/2” amb maneta.

11,23 €

Onze euros amb

vint-i-tres cèntims.

6

U


25,00 €

Vint-i-cinc euros.


Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

1

M


6,20 €

Sis euros amb vint

cèntims.

2

M


5,81 €

Cinc euros amb

vuitanta-un cèntims.

3

U


7,89 €

Set euros amb vuitanta-nou

cèntims


20

4

U


96,08 €

Noranta-sis euros amb vuit cèntims.

5

U


5,44 €

Cinc euros amb quaranta-quatre

cèntims.

6

U

Subministrament i col·locació de vas d’expansió tancat amb membrana de 12 dm³ de capacitat.

22,89 €

Vint-i-dos euros

amb vuitanta-nou cèntims.

7

U Subministrament i col·locació de manòmetre i aixeta.

12,76 €

Dotze euros amb

setanta-sis cèntims.

8

U


83,60 €

Vuitanta-tres euros

amb seixanta cèntims.

9


94,42 €

Noranta-quatre

euros amb quaranta-dos

cèntims.

10

U


221,40 €

Dos cents vint-i-un

euros amb quaranta cèntims.

11

U Subministrament i col·locació de racors fontaneria (tes, colzes, contra-rosques, reduccions, flexos i petit material) de ferro de fundició PN10 de 1” i 3/4”.

30,00 €

Trenta euros


Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

1

M


6,20 €

Sis euros amb vint

cèntims.

2

M


5,81 €

Cinc euros amb



21

3

U


908,45 €

Nou cents vuit euros amb quaranta-cinc

cèntims.

4

U


83,60 €

Vuitanta-tres euros

amb seixanta cèntims.

5

U Subministrament i col·locació de vàlvula de bola de 3/4” PN10 amb maneta.

13,05 €

Tretze euros amb

cinc cèntims.

6

U


15,00 €

Quinze euros


Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

1

M


6,20 €

Sis euros amb vint

cèntims.

2

M


5,81 €

Cinc euros amb


3

U


544,51 €

Cinc cents

quaranta-quatre euros amb

cinquanta-un cèntims

4

U Subministrament i col·locació de vàlvula de bola de 3/4” PN10 amb maneta.

13,05 €

Tretze euros amb

cinc cèntims.

5

U


10,00 €

Deu euros


22


Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

1

M


6,20 €

Sis euros amb vint

cèntims.

2

M


5,73 €

Cinc euros amb

setanta-tres cèntims.

3

M Subministrament i col·locació de m. d’aïllament tèrmic amb espuma elastomèrica per tub de 22 mm i 19 mm de gruix.

3,88 €

Tres euros amb

vuitanta-vuit cèntims.

4

M Subministrament i col·locació de m. d’aïllament tèrmic amb espuma elastomèrica per tub de 18 mm i 13 mm de gruix.

2,85 €

Dos euros amb

vuitanta-cinc cèntims.

5

U Subministrament i col·locació de bomba circuladora de ròtor humit de 4mca de la casa WILO model STAR-Z15 ref. 004 057 548 amb racors de 1/2”.

90,23 €

Noranta euros amb vint-i-tres cèntims.

6

U


13,05 €

Tretze euros amb

cinc cèntims.

7

U


11,34 €

Onze euros amb

trenta-quatre cèntims.

8

U Subministrament i col·locació de vàlvula de retenció de 3/4” PN10.

5,44 €

Cinc euros amb quaranta-quatre

cèntims.

9

U

Subministrament i col·locació de racors fontaneria (tes, colzes, contra-rosques, reduccions, flexos i petit material) de ferro de fundició PN10 de 3/4” i 1/2”.

50,00 €

Cinquanta euros


23

3.- Aplicació de Preus CAP. 1 OBRA CIVIL SUBC. 1.1 PALETERIA

Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1

U Partida alçada per la realització de traspassos entre sostres i parets. Inclou beines collades amb morter. A l’ultima planta es segellaran per evitar l’entrada d’aigua amb junta de goma-silicona.

1,00

200,00

200,00 €

n

T

TOTAL: SUBC.1.1 PALETERIA

200,00 €


24


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1

U Subministrament i col·locació de caixa de proteccions plàstica i amb tapa transparent de 24 mòduls i dues files i prevista amb carril tipus DIN, per a la col·locació de mecanismes de control i protecció. Tipus Merlin Gerin Minipragma Ref. 13642 o similar.

1,00

26,37

26,37 €

2

U


3,00

18,97

56,91€

3

U


4,00

15,32

61,28 €

4

U


4,00

15,44

61,76 €

5

U


13,00

13,44

174,72 €

6

U


6,00

14,60

87,60 €

7

U


6,00

2,07

12,42 €

n

T

TOTAL: SUBC.2.2 QUADRES DE COMANDAMENT I PROTECCIÓ

481,06 €


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


16,00

3,95

63,20 €


25

2

U


2,00

6,56

13,12 €

3

U


96,00

0,60

57,60 €

4

U


2,00

1,87

3,74 €

n

T

TOTAL: SUBC.2.3 LÍNIES DE POTÈNCIA GENERALS

137,66 €


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


16,00

3,95

63,20 €

2

U


4,00

6,95

26,24 €

3

U


20,00

0,60

12,00 €

4

U


12,00

1,87

22,44 €

n

T

TOTAL: SUBC.2.4 LÍNIES DE POTÈNCIA ALS HABITATGES

123,88 €


26


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


4,00

46,34

185,36 €

2

U


4,00

191,51

766,04 €

3

U


4,00

114,51

458,04 €

4

U


4,00

37,51

150,04 €

5

U

Subministrament i col·locació de xip de rellotge/calendari fixat a pressió a la CPU mestre. Xip de la casa Schneider Electric Telemecanique tipus Twido TWD XCP RTC.

1,00

23,51

23,51 €

6

U

Subministrament i col·locació de mòdul visualitzador numèric (data/hora) amb pantalla LCD i quatre botons, fixat a pressió a la CPU mestre. Mòdul de la casa Schneider Electric Telemecanique tipus Twido TWD XCP ODM.

1,00

29,81

29,81 €

7

U


4,00

24,91

99,64 €

8

U


4,00

141,26

565,04 €

9

U


4,00

27,49

109,96 €

n

T

TOTAL: SUBC.3.1 SISTEMA DE CONTROL

2.387,44 €


27


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


43,00

3,95

169,85 €

2

U

Subministrament i col·locació de caixa de connexions estanca IP55 de 100x150 mm. i muntada superficialment. Connexionada amb regletes.

9,00

6,83

61,47 €

3

M


49,00

1,31

64,19 €

4

M


32,00

0,47

15,04 €

5

U


200,00

0,98

196,00 €

n

T

TOTAL: SUBC.3.2 LÍNIES DE CONTROL

506,55 €

SUBC. 3.3 SENSORS

Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


5,00

28,07

140,35 €

2

U


5,00

60,57

302,85 €

3

U


4,00

24,27

97,08 €


28

4

U


8,00

8,57

68,56 €

n

T

TOTAL: SUBC.3.3 SENSORS

608,84 €


29


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1

U Subministrament i col·locació de pannells solars de 2,57 m² (2077x1238x100 mm) amb racors de connexió 1”, de la casa SONNENKRAFT model SK500N.

5,00

524,56

2622,80 €

2

U

Subministrament i col·locació de suports per a col·lectors solars SK500N a terrassa, amb 45º d’inclinació. Fixacions tipus tirafons de la casa SONNENKRAFT model SSA45.

5,00

116,91

584,55 €

3

U


1,00

8,36

8,36 €

4

U


2,00

15,85

31,70 €

5

U

Subministrament i col·locació d’aixeta de bola amb racor mànega de 1/2” amb maneta.

1,00

11,23

11,23 €

6

U


1,00

25,00

25,00 €

n

T

TOTAL: SUBC.4.2 COL·LECTORS

3.283,64 €


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


61,00

6,20

378,20 €

2

M


61,00

5,81

354,41 €


30

3

U


1,00

7,89

7,89 €

4

U


1,00

96,08

96,08 €

5

U


1,00

5,44

5,44 €

6

U

Subministrament i col·locació de vas d’expansió tancat amb membrana de 12 dm³ de capacitat.

1,00

22,89

22,89 €

7

U

Subministrament i col·locació de manòmetre i aixeta.

1,00

12,76

12,76 €

8


1,00

83,60

83,60 €

9

U


1,00

94,42

94,42 €

10

U


1,00

221,40

221,40 €

11

U


1,00

30,00

30,00 €

n

T

TOTAL: SUBC.4.3 CIRCUIT DE DISTRIBUCIÓ

1.307,09 €


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


44,00

6,20

272,80 €

2

M


44,00

5,81

255,64 €


31

3

U


4,00

908,45

3633,80 €

4

U


4,00

83,60

334,40 €

5

U


8,00

13,05

104,40 €

6

U


4,00

15,00

60,00 €

n

T

TOTAL: SUBC.4.4 CIRCUITS SOLAR ACUMULADOR

4.661,04 €


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


16,00

6,20

99,20 €

2

M


16,00

5,81

92,96 €

3

U


4,00

544,51

2178,04 €

4

U


8,00

13,05

104,40 €

5

U


4,00

10,00

40,00 €

n

T

TOTAL: SUBC.4.5 CIRCUIT CALDERA

2.514,60 €


32


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


24,00

6,20

148,80 €

2

M


80,00

5,73

458,40 €

3

M


24,00

3,88

93,12 €

4

M


80,00

2,85

228,00 €

5

U

Subministrament i col·locació de bomba circuladora de ròtor humit de 4mca de la casa WILO model STAR-Z15 ref. 004 057 548 amb racors de 1/2”.

4,00

90,23

360,92 €

6

U


16,00

13,05

208,80 €

7

U


4,00

11,34

45,36 €

8

U


4,00

5,44

21,76 €

9

U


4,00

50,00

200,00 €

n

T

TOTAL: SUBC.4.6 RETORN A.C.S.

1.765,16 €


33

4.- Pressupost d’Execució Material CAP. 1 OBRA CIVIL 200,00 € SUBC. 1.1 PALETERIA 200,00 CAP. 2 ELECTRICITAT 742,60 € SUBC. 2.1 ALIMENTACIÓ INSTAL·LACIÓ NO PRESSUPOSTADA 0,00 SUBC. 2.2 QUADRES DE COMANDAMENT I PROTECCIÓ 481,06 SUBC. 2.3 LÍNIES DE POTÈNCIA GENERALS 137,66 SUBC. 2.4 LÍNIES DE POTÈNCIA ALS HABITATGES 123,88 CAP. 3 AUTOMATITZACIÓ I CONTROL 3.502,83 € SUBC. 3.1 SISTEMA DE CONTROL 2.387,44 SUBC. 3.2 LÍNIES DE CONTROL 506,55 SUBC. 3.3 SENSORS 608,84 CAP. 4 FONTANERIA 13.531,53 € SUBC. 4.1 ALIMENTACIÓ INSTAL·LACIÓ NO PRESSUPOSTADA 0,00 SUBC. 4.2 COL·LECTORS 3.283,64 SUBC. 4.3 CIRCUIT DE DISTRIBUCIÓ 1.307,09 SUBC. 4.4 CIRCUITS SOLAR ACUMULADOR 4.661,04 SUBC. 4.5 CIRCUITS CALDERA 2.514,60 SUBC. 4.6 CIRCUITS A.C.S I RETORN 1.765,16

TOTAL EXECUCIÓ MATERIAL:

17.976,96 €

El pressupost d’execució material puja la quantitat de: DISSET MIL NOU-CENTS SETANTA-SIS EUROS AMB NORANTA-SIS CÈNTIMS.

Valls, 31 de maig del 2004

Marc Gasull i Escoda E.T. Industrial


34

5.- Pressupost d’Adjudicació per Contracte PRESSUPOST D’ADJUDICACIO MATERIAL

17.976,96

€

DESPESES GENERALS 13 %

2.337,00

€

BENEFICI INDUSTRIAL 6%

1.078,62

€

TOTAL PRESSUPOST D’ADJUDICACIÓ PER CONTRACTE

21.392,58 €

El pressupost d’adjudicació per contracte puja la quantitat de: VINT-I-UN MIL TRES-CENTS NORANTA-DOS EUROS AMB CINQUANTA-VUIT CÈNTIMS




35

6.- Preu de Licitació PRESSUPOST D’ADJUDICACIO MATERIAL

17.976,96

€


2.337,00

€


1.078,62

€

PRESSUPOST D’ADJUDICACIÓ PER CONTRACTE

21.392,58 €

+ IVA 16 %

3.422,81 €

PREU DE LICITACIÓ

24.815,39 €

El preu de licitació puja la quantitat de: VINT-I-QUATRE MIL VUIT CENTS QUINZE EUROS AMB TRENTA-NOU CÈNTIMS




36

A.III) Pressupost Instal·lació Convencional 1.-Components CAP. 2 ELECTRICITAT SUBC. 2.1 ALIMENTACIÓ INSTAL·LACIÓ NO PRESSUPOSTADA SUBC. 2.2 QUADRES DE COMANDAMENT I PROTECCIÓ.

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1

U Subministrament i col·locació de caixa de proteccions plàstica i amb tapa transparent de 8 mòduls i una fila i prevista amb carril tipus DIN, per a la col·locació de mecanismes de control i protecció. Tipus Merlin Gerin Minipragma Ref. 13348 o similar.

. Habitatges

4,00

3,00

2

U


. ICP general

4,00

4,00

3

U

Subministrament i col·locació d’interruptor diferencial bipolar de 40 A i 30 mA de sensibilitat i fixat a pressió:

. ID general

4,00

4,00

4

U


. Plantes 1,2,3,4: PLC, caldera i retorn

12,00

12,00

5

U


. Plantes 1,2,3,4: retorn

4,00

4,00

6

U


. Plantes 1,2,3,4: retorn

4,00

4,00


37


Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1




4,00 4,00

2,00 2,00

16,00

2

U


. Habitatges 1, 2, 3 i 4

4,00

4,00

3

U


. Circuits habitatges 1,2,3 i 4

4,00

5,00

20,00

4

U




4,00 4,00

3,00 3,00

12,00


38


Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1


. Alimentació PLC’s.

4,00

4,00

2

U

Subministrament i col·locació d’autòmat programable de 12 e/s (8e+4s) compacte, i fixat a pressió a caixa amb carril DIN. Model compacte de la casa Schneider Electric Telemecanique tipus Zelio II amb diplay inclòs.


4,00

4,00


Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1


. Derivacions i distribució habitatges

4,00

6,00

24,00

2

U


. Habitatges 1,2,3,4

4,00

4,00

3

U


. Línia calderes B2x habitatges

. Línia polsador C4x habitatges

. Línia termòstat diferencial T2x habitatges

. Línia contacte C3x habitatges

4,00 4,00 4,00 4,00

2,00 5,00

20,00 20,00

188,00


39

SUBC. 3.3 SENSORS

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1


. Acumuladors

4,00

4,00

2

U


. Acumuladors

4,00

4,00

3

U


. Retorns A.C.S.

4,00

4,00

4

U


. Polsador activació manual caldera

. Polsador activació manual retorn (opcional)

4,00 4,00

8,00


40

CAP. 4 FONTANERIA SUBC. 4.1 ALIMENTACIÓ INSTAL·LACIÓ NO PRESSUPOSTADA SUBC. 4.4 ACUMULADOR

Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1

U Subministrament i col·locació d’acumulador amb un serpentí de 300 litres aïllat i penjat a paret, de la casa LAPESA model CV-300-M1.


4,00

4,00


1

M



4,00

4,00

16,00

2

M



4,00

4,00

16,00

3

U



4,00

4,00

4

U

Subministrament i col·locació de vàlvula de bola de 3/4” amb maneta.

. Entrada/sortida acumuladors circuits caldera

8,00

8,00

5

U


. Circuits caldera

4,00

4,00


41


Nº

Descripció

Q

LL

A

H

Total

1


. Sortida ACS


4,00 4,00

3,00 3,00

24,00

2

M


. Retorns ACS

4,00

20,00

80,00

3

M


. Sortides ACS


4,00 4,00

3,00 3,00

24,00

4

M


. Retorns ACS

4,00

20,00

80,00

5

U

Subministrament i col·locació de bomba circuladora de ròtor humit de 4mca de la casa model STAR-Z15 ref. 004 057 548 amb racors de 1/2”.

. Retorns ACS

4,00

4,00

6

U



. Sortides ACS

12,00 4,00

16,00

7

U


. Retorns ACS

4,00

4,00

8

U



4,00

4,00

9

U Subministrament i col·locació de racors fontaneria (tes, colzes, contra-rosques, reduccions, flexos i petit material) de ferro de fundició PN10 de 3/4” i 1/2”.

. ACS, aigua freda i retorns

4,00

4,00


42

2.- Quadre d’Altres Preus CAP. 3 AUTOMATITZACIÓ I CONTROL SUBC. 3.1 SISTEMA DE CONTROL

Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

2

U


102,50 €

Cent dos euros amb cinquanta cèntims.

CAP. 4 FONTANERIA SUBC. 4.4 ACUMULADOR

Nº

Descripció

Preu

Preu en lletra

1

U

Subministrament i col·locació d’acumulador amb un serpentí de 300 litres aïllat i penjat a paret, de la casa LAPESA model CV-300-M1.

511,43 €

Cinc cents onze

euros amb quaranta-tres

cèntims.


43

3.- Aplicació de Preus CAP. 2 ELECTRICITAT SUBC. 2.1 ALIMENTACIÓ INSTAL·LACIÓ NO PRESSUPOSTADA SUBC. 2.2 QUADRES DE COMANDAMENT I PROTECCIÓ.

Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1

U Subministrament i col·locació de caixa de proteccions plàstica i amb tapa transparent de 8 mòduls i una fila i prevista amb carril tipus DIN, per a la col·locació de mecanismes de control i protecció. Tipus Merlin Gerin Minipragma Ref. 13348 o similar.

4,00

18,97

75,88 €

2

U


4,00

15,32

61,28 €

3

U


4,00

15,44

61,76 €

4

U


12,00

13,44

161,28 €

5

U


4,00

14,60

58,40 €

6

U


4,00

2,07

8,28 €

n

T

TOTAL: SUBC.2.2 QUADRES DE COMANDAMENT I PROTECCIÓ

426,88 €


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


16,00

3,95

63,20 €


44

2

U


4,00

6,95

26,24 €

3

U


20,00

0,60

12,00 €

4

U


12,00

1,87

22,44 €

n

T

TOTAL: SUBC.2.4 LÍNIES DE POTÈNCIA ALS HABITATGES

123,88 €


45


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


4,00

46,34

185,36 €

2

U


4,00

102,50

410,00 €

n

T

TOTAL: SUBC.3.1 SISTEMA DE CONTROL

595,36 €


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


24,00

3,95

94,80 €

2

U


4,00

6,83

27,32 €

3

U


188,00

0,98

184,24 €

n

T

TOTAL: SUBC.3.2 LÍNIES DE CONTROL

306,36 €

SUBC. 3.3 SENSORS

Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


4,00

28,07

112,28 €


46

2

U


4,00

60,57

242,28 €

3

U


4,00

24,27

97,08 €

4

U


8,00

8,57

68,56 €

n

T

TOTAL: SUBC.3.3 SENSORS

520,20 €


47

CAP. 4 FONTANERIA SUBC. 4.1 ALIMENTACIÓ INSTAL·LACIÓ NO PRESSUPOSTADA SUBC. 4.4 ACUMULADOR

Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

3

U Subministrament i col·locació d’acumulador amb un serpentí de 300 litres aïllat i penjat a paret, de la casa LAPESA model CV-300-M1.

4,00

511,43

2045,72 €

n

T

TOTAL: SUBC.4.4 ACUMULADOR

2.045,72 €


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


16,00

6,20

99,20 €

2

M


16,00

5,81

92,96 €

3

U


4,00

544,51

2178,04 €

4

U


8,00

13,05

104,40 €

5

U


4,00

10,00

40,00 €

n

T

TOTAL: SUBC.4.5 CIRCUIT CALDERA

2.514,60 €


48


Nº

Descripció

Quantitat

Preu

Total

1


24,00

6,20

148,80 €

2

M


80,00

5,73

458,40 €

3

M


24,00

3,88

93,12 €

4

M


80,00

2,85

228,00 €

5

U

Subministrament i col·locació de bomba circuladora de ròtor humit de 4mca de la casa WILO model STAR-Z15 ref. 004 057 548 amb racors de 1/2”.

4,00

90,23

360,92 €

6

U


16,00

13,05

208,80 €

7

U


4,00

11,34

45,36 €

8

U


4,00

5,44

21,76 €

9

U


4,00

50,00

200,00 €

n

T

TOTAL: SUBC.4.6 RETORN A.C.S.

1.765,16 €


49

4.- Pressupost d’Execució Material CAP. 2 ELECTRICITAT 550,76 € SUBC. 2.1 ALIMENTACIÓ INSTAL·LACIÓ NO PRESSUPOSTADA 0,00 SUBC. 2.2 QUADRES DE COMANDAMENT I PROTECCIÓ 426,88 SUBC. 2.4 LÍNIES DE POTÈNCIA ALS HABITATGES 123,88 CAP. 3 AUTOMATITZACIÓ I CONTROL 1.421,92 € SUBC. 3.1 SISTEMA DE CONTROL 595,36 SUBC. 3.2 LÍNIES DE CONTROL 306,36 SUBC. 3.3 SENSORS 520,20 CAP. 4 FONTANERIA 6.325,48 € SUBC. 4.4 CIRCUITS SOLAR ACUMULADOR 2.045,72 SUBC. 4.5 CIRCUITS CALDERA 2.514,60 SUBC. 4.6 CIRCUITS A.C.S I RETORN 1.765,16

TOTAL EXECUCIÓ MATERIAL:

8.298,16 €

El pressupost d’adjudicació material puja la quantitat de: VUIT MIL DOS-CENTS NORANTA-VUIT EUROS AMB SETZE CÈNTIMS




50

5.- Pressupost d’Adjudicació per Contracte PRESSUPOST D’ADJUDICACIO MATERIAL

8.298,16

€


1.078,76

€


497,89

€

TOTAL PRESSUPOST D’ADJUDICACIÓ PER CONTRACTE

9.874,81 €

El pressupost d’adjudicació per contracte (no inclou el 16% d’IVA) puja la quantitat de: NOU MIL VUIT-CENTS SETANTA QUATRE EUROS AMB VUITANTA-UN CÈNTIMS



Sistema Centralitzat d’escalfament d’Aigua Calenta Sanitària amb Energia Solar per un Edifici de Quatre Habitatges. Estudi econòmic

51

B) ESTUDI ECONÒMIC B.I) Introducció A partir dels pressupostos realitzats, es pot fer un estudi econòmic detallat del cost d’instal·lació del sistema i del manteniment d’aquest, obtenint els rendiments econòmics, temps d’amortització i taxa de rendibilitat. Es tindran en compte els preus del diner i la inflació.


52

B.II) Mètode de Càlculs Econòmics 1.- Objectiu de la Memòria L’objectiu principal de la instal·lació és l’estalvi d’energia no renovable. Aquest estalvi, però, és pot quantificar en diners, i poder obtenir l’estalvi econòmic anual. També és podrà calcular l’amortització, en cas de tenir en compte la despesa inicial, i la taxa de rendibilitat de tota la vida útil de la instal·lació. Per poder obtenir aquests càlculs s’utilitzaran dades econòmiques oficials, com el preu de l’energia, la inflació, les variacions de preus dels combustibles, el preu del diner i els valors d’inversió inicial i costos de manteniment. 2.- Estalvi Econòmic Anual Stvany L’estalvi econòmic anual és el valor que tindria l’energia subministrada pel Sol obtinguda d’un sistema no renovable; per tant, donant-li el mateix preu s’obtindria la quantitat de diners que s’estalvien en un any. El total de l’energia subministrada pel sol és la calculada en apartats anteriors com a energia útil. Cal sumar l’energia útil de tots els mesos de l’any, el resultat ,en megajouls, caldrà transformar-la a quilovats-hora (2) per poder obtenir la quantitat de diners:

[ ]u.m._ XEStv utlTany ⋅= (1)

[ ] [ ][ ] [ ]hkWu.mMJ6,3

hkW1MJ_ ⋅⋅

⋅⋅= XEStv utlTany (2)

On:

( )ii

utlutlT EE ∑=

=12

1_ = Total d’energia útil d’un any (M.càlcul equ.21)

X= Valor del quilovat-hora en unitats monetàries 1 kW·h = 3,6 MJ [ ]SJW = Caldrà tenir en compte, que la instal·lació solar tindrà un cost anual de manteniment (Mtnany) (s’agafarà el valor de l’1% del cost diferencial de la instal·lació). Aquesta despesa s’haurà de restar de l’estalvi econòmic anual (Stvany) i poder obtenir així l’estalvi econòmic anual real (Stvreal_any).

anyanyanyreal MtnStvStv −=_ (3) Aquest valor només serà vàlid per l’any en que els preus del cost de manteniment i de l’energia no renovable siguin vigents.


53

3.- Estalvi Econòmic Real al Llarg dels Anys Stvreal_anyn i Stvacumulat

L’estalvi econòmic, no serà el mateix cada any, ja que s’haurà de tenir en compte la variació dels preus tant del combustible, com del cost de manteniment. Aquesta variació de preus no serà una dada coneguda, per tant s’haurà de calcular de forma estimada a partir de dades reals o valors estadístics i extrapolant-les al llarg del temps. Per fer una actualització de preus (X’) s’aplicarà l’increment de valor previst (e) al preu inicial (X), pel període de temps (n) desitjat. Utilitzant la següent expressió es calcularà l’actualització del valor inicial al cap de n anys:

X’= X (1+e)n (4) on: X = Valor inicial. e = Increment del preu anual: en tant per ú. n = Període de temps en anys. Aquesta funció també es vàlida per poder fer càlculs a la inversa, és a dir que una quantitat que al cap de n anys és X’ correspondria a una quantitat inicial X:

X= X’ /(1+e)n (5)

Aplicant l’expressió d’actualització al valor de l’estalvi econòmic anual real, calculat a l’apartat anterior (Stvreal_any)(3), es podrà calcular l’estalvi produït al cap de n anys (Stvreal_n). Cal tenir en compte la variació del preu del combustible equivalent i l’increment de preu de la quota de manteniment:

nany

nanyanyreal iMtncStvStv )1()1('_ +−+= (6)

On: c= Increment de preus del combustible no renovable previst en tant per ú. i= Inflació dels preus prevista en tant per ú. El valor del diner de l’estalvi serà el corresponent a l’any calculat. Sabent el valor equivalent d’estalvi a cada any, es pot obtenir l’estalvi total al llarg d’un període de temps n, acumulant tots els valors del període. El resultat obtingut serien els diners estalviats durant aquest temps al valor de l’any final:

( ) ( )∑∑ +−+=n

nany

nn

anyacumulat iMtncStvStv11

)1()1( (7)

4.- Benefici Net en un Període de Temps Bnfreal_període_n La rendibilitat econòmica, avui dia, no és molt alta, ja que degut baix cost de l’energia no renovable que s’estalvia, es necessiten varis anys per amortitzar econòmicament la instal·lació. Cal tenir en compte, però, que no serà aquest el principal objectiu de la instal·lació, sinó que és la utilització mínima d’energia no renovable.


54

Per poder fer algun càlcul d’amortització caldrà tenir en compte diversos factors. En primer lloc els costos inicials, formats per una instal·lació productora d’energia solar i una de recolzament amb sistemes no convencionals. A efectes de rendibilitat, aquests costos inicials, caldrà descomptar-hi el cost de la instal·lació productora d’energia que hi hauria si en cas de no haver-hi energia solar, ja que aquest cost s’estalvia. Per tant, la inversió diferencial serà el cost del sistema de producció “estrictament solar” que s’inverteix: Inversió diferencial = Inversió inicial – Cost convencional Pel que fa als costos de manteniment s’haurien d’aplicar les mateixes condicions: Manteniment diferencial = Manteniment total – Manteniment convencional L’amortització és el període de retorn del capital invertit, que és el temps que passa des de que es realitza la inversió fins que l’estalvi produït per la instal·lació supera el cost d’aquesta. Com que el període d’amortització són diversos anys, s’haurà tenir en compte la variació dels preus tant dels combustibles no renovables com dels costos de manteniment. D’altra banda, al tractar el sistema com una inversió s’haurà de tenir en compte l’interès que donaria el mateix capital en un altre projecte (interès financer), per tal de no perdre valor capital. a) Estalvi període de temps L’estalvi produït en un període de temps n, és la suma del valor de l’energia no renovable estalviada per la instal·lació segons el cost actualitzat cada any, i traduïda al preu del diner del primer any segons l’interès financer (e).

nn

anynperíode ec

StvStv ∑

++

=1

_ 11

(8)

On:

1 + c = increment del valor inicial del preu del combustible, segons un increment c (en tant per ú).

1/1+ e = Actualització de l’estalvi final al valor del diner en el moment inicial tenint en compte l’interès financer corresponent e (en tant per ú).

b) Manteniment període temps: De la mateixa forma el cost total de manteniment de tot el període, equivalent al valor del diner en el moment inicial seria:

nt

anynperíode ei

MtnMtn ∑

++

=1

_ 11

(9)


55

On: 1 + i = increment del valor inicial del cost de manteniment tenint en compte la

inflació i (en tant per ú). 1/1+ e = Actualització del preu de manteniment final al valor del diner en el

moment inicial tenint en compte l’interès corresponent e (en tant per ú). c) Estalvi real període de temps: Es podrà calcular, per tant l’estalvi net que dóna la instal·lació al valor del diner en el moment inicial, restant de l’estalvi inicial, el manteniment:

nn

any

nn

anynperíodereal ei

Mtnec

StvStv ∑∑

++

−

++

=11

__ 11

11

(10)

d) Benefici real període de temps: Si a aquest estalvi real s’hi descompte la inversió diferencial, que no cal actualitzar el valor, ja que es fa en el moment inicial, s’obtindrà el benefici net de la instal·lació pel període de temps n:

dif

nn

any

nn

anynperíodereal Invei

Mtnec

StvBnf −

++

−

++

= ∑∑11

__ 11

11

(11)

5.- Amortització del Sistema n0 Durant el primers anys, el benefici de la instal·lació serà negatiu, ja que el diners estalviats no superaran a la inversió inicial més el manteniment. El temps d’amortització serà el període en que els beneficis són negatius, per tant, igualant l’expressió anterior (11) a 0 i trobant el valor de n en que es compleix aquesta igualtat, s’obtindrà el període d’amortització.

dif

nn

any

nn

anyNperíodereal Invei

Mtnec

StvBnfn −

++

−

++

==→ ∑∑11

__0 11

11

0 (12)

Per prova i error s’aniran donant valors a n, fins a obtenir un benefici real proper a zero. Llavors n0, correspondrà al període d’amortització. Nota: per facilitar el càlcul es pot utilitzar la fórmula de la suma d’una sèrie geomètrica de n termes:

∑ −−

=+n n

i aaa

a1

1

1 (13)


56

6.- Taxa de Rendibilitat r La taxa de rendibilitat és el tipus d’interès que hauria d’existir perquè la instal·lació solar, un cop a arribat al final de la seva vida útil, hagués produït el mateix benefici que els diners col·locats al mateix tipus d’interès. Si aquest interès calculat és inferior al preu de mercat indicaria que és una mala inversió, ja que es podria obtenir millor rendibilitat d’una altra forma. Si la taxa de rendibilitat és clarament superior a l’interès mitjà del diner, indica que la inversió en energia solar és aconsellable i rentable. La taxa de rendibilitat no només té en compte l’estalvi de combustible i el cost de manteniment, sinó que també té en compte la vida útil de la instal·lació. Per fer-ho utilitzarem l’expressió de benefici net igual a 0, per un període de temps t conegut (vida útil de la instal·lació(N)) i resoldrem el valor de l’interès no conegut: taxa de rendibilitat r:

dif

NN

any

NN

anyNperíodereal Invri

Mtnrc

StvBnfr −

++

−

++

==→ ∑∑11

__ 11

11

0 (14)

Utilitzant la fórmula de la suma d’una sèrie geomètrica de n termes (13), l’expressió és convertirà en:

dif

N

any

N

anyNperíodereal Inv

ri

ri

ri

Mtn

rc

rc

rc

StvBnfr −−

++

++

−

++

−−

++

++

−

++

==→

++

111

11

11

111

11

11

0

11

__ (15)

Aquesta expressió es resoldrà per prova i error, donant valors a r, fins a obtenir un benefici real pel període N aproximadament igual a 0.


57

B.III) Càlculs Econòmics 1.- Objectiu de la Memòria L’objectiu d’aquesta memòria es calcular el rendiment econòmic de la instal·lació, tant els estalvis econòmics produïts, com l’amortització de la instal·lació. S’obtindrà també la taxa de rendibilitat. En tots els casos es tindran en compte els preus actualitzats segons el valor del diner i de la inflació. 1.1.- Dades necessàries Per poder l’estudi econòmic és necessari conèixer diverses dades. Algunes seran extretes d’organismes oficials i d’altres calculades a priori. Les dades necessàries són les següents:

Vida útil instal·lació 20 anys

Energia produïda 1 any (MJ)(M. càlcul equ.58) 33010,14 MJ

Cost 1kW/h primer any 0,08 €

Cost de manteniment 115,18 €/any

Inversió total 21392,58 €

Inversió sense solar 9874,81 €

Inversió diferencial 11517,77 €

Increment preu energia 4,5 %

Inflació 3,5 %

Interès financer 2,5 %

Taula 1: Dades necessàries 2.- Estalvi Econòmic Anual Stvany L’estalvi econòmic al primer any és calcula donant el preu d’energia no renovables a l’energia útil anual (ET_utl) en quilovat hora:

[ ] [ ][ ] [ ]hkWu.mMJ6,3

hkW1MJ_ ⋅⋅

⋅⋅= XEStv utlTany (16)

€ 56,73308,03,61

33010,14 =⋅⋅=anyStv (17)


58

Tenint en compte, que la instal·lació solar tindrà un cost anual de manteniment (Mtnany) que s’haurà de restar de l’estalvi econòmic anual (Stvany) i poder obtenir així l’estalvi econòmic anual real (Stvreal_any).

anyanyanyreal MtnStvStv −=_ (18)

€ 38,618 115,18 -56,733_ ==anyrealStv (19)

Aquest valor només serà vàlid per l’any en que els preus del cost de manteniment i de l’energia no renovable siguin vigents. 3.- Estalvi Econòmic Real al Llarg dels Anys Stvreal_any

n i Stvacumulat Tenint en compte les variacions de preus tant de l’energia (c) com del cost de manteniment (inflació)(i) es podrà calcular el valor equivalent a l’any n:

nany

nany

nanyreal iMtncStvStv )1()1(_ +−+= (19)

nnn

anyrealStv )035,01(18,115)045,01(56,733_ +−+= (20) L’estalvi total al llarg d’un període de temps n, s’obté acumulant tots els valors del període. El resultat obtingut serien els diners estalviats durant aquest temps al valor de l’any final:

( ) ( )∑∑ +−+=n

nany

nn


)1()1( (21)

( ) ( )∑∑ +−+=n

nn

nacumulatStv

11

)035,01(100)045,01(56,733 (22)

Els resultats d’aquestes operacions per vint anys són els següents:

Variable \ n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

nany cStv )1( + [€/any] 766,57 801,06 837,11 874,78 914,15 955,28 998,27 1043,19 1090,14 1139,19

nany iMtn )1( + [€/any] 119,21 123,38 127,70 132,17 136,79 141,58 146,54 151,67 156,98 162,47

Stvreal_anyn [€/any] 647,36 677,68 709,41 742,61 777,35 813,70 851,73 891,53 933,16 976,72

Stvacumulat [€] 647,36 1325,04 2034,46 2777,07 3554,42 4368,12 5219,86 6111,38 7044,55 8021,27

Taula 2: Estalvi de la primera dècada


59

Variable \ n 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

nany cStv )1( + [€/any] 1190,46 1244,03 1300,01 1358,51 1419,64 1483,53 1550,29 1620,05 1692,95 1769,13

nany iMtn )1( + [€/any] 168,16 174,04 180,13 186,44 192,96 199,72 206,71 213,94 221,43 229,18

Stvreal_anyn [€/any] 1022,30 1069,99 1119,88 1172,07 1226,68 1283,81 1343,58 1406,11 1471,52 1539,95

Stvacumulat [€] 9043,57 10113,56 11233,44 12405,51 13632,19 14916,00 16259,58 17665,69 19137,21 20677,16

Taula 3: Estalvi de la segona dècada 4.- Benefici Net en un Període de Temps Bnfreal_període_n Caldrà tenir en compte la inversió diferencial, obtinguda de la diferència de la inversió inicial i del cost que hauria tingut la instal·lació sense la solar. A l’annex del pressupost si pot trobar el pressupost de la instal·lació només amb energia no renovable amb les mateixes prestacions que el pressupost total (inversió inicial) Inversió diferencial = Inversió incial – Cost convencional Inversió diferencial = 21392,58 – 9874,81 = 11517,77 € Pel que fa als costos de manteniment s’haurien d’aplicar les mateixes condicions: Manteniment diferencial = Manteniment total – Manteniment no renovable Manteniment diferencial = Cost manteniment = 115,18 (1% de inversió dif.) L’estalvi real produït en un període de temps n, s’obtindrà restant el cost de manteniment de l’estalvi produït per l’energia no consumida, sempre tenint en compte l’actualització del cost de l’energia, l’interès financer i la inflació, per tant:

(23) (24)

Restant de l’estalvi la inversió diferencial, s’obté el benefici net:

(25)

(26)

nn

any

nn

anynperíodereal ei

Mtnec

StvStv ∑∑

++

−

++

=11

__ 11

11

nnnn

nperíoderealStv ∑∑

++

−

++

=11

__ 025,01035,01

18,115025,01045,01

·56,733

dif

nn

any

nn

anynperíodereal Invei

Mtnec

StvBnf −

++

−

++

= ∑∑11

__ 11

11

77,11517025,01035,01

18,115025,01045,01

·56,73311

__ −

++

−

++

= ∑∑nnnn

nperíoderealBnf


60

Els resultats d’aquestes operacions per vint anys són els següents:

Variable \ n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

nn

any ec

Stv ∑

++

1 11 [€/any] 747,87 1510,34 2287,68 3080,19 3888,16 4711,90 5551,71 6407,91 7280,81 8170,75

nn

any ei

Mtn ∑

++

1 11 [€/any] 116,30 233,74 352,32 472,06 592,96 715,05 838,33 962,81 1088,50 1215,42

Invdif [€] 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77

Bnfreal_període_n [€] -10886,20 -10241,17 -9582,41 -8909,64 -8222,57 -7520,92 -6804,39 -6072,67 -5325,46 -4562,44

Taula 4: Benefici de la primera dècada

Variable \ n 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

nn

any ec

Stv ∑

++

1 11 [€/any] 9078,05 10003,06 10946,11 11907,57 12887,78 13887,12 14905,96 15944,68 17003,67 18083,32

nn

any ei

Mtn ∑

++

1 11 [€/any] 1343,58 1472,99 1603,67 1735,61 1868,85 2003,38 2139,23 2276,40 2414,91 2554,77

Invdif [€] 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77

Bnfreal_període_n [€] -3783,30 -2987,71 -2175,32 -1345,82 -498,84 365,97 1248,96 2150,51 3070,99 4010,78

Taula 5: Benefici segona dècada 5.- Amortització del sistema n0 El temps d’amortització serà el període en que els beneficis són negatius, per tant, igualant l’expressió anterior a 0 i trobant el valor de n en que es compleix aquesta igualtat, s’obtindrà el període d’amortització.

(29)

(28) Per prova i error s’aniran donant valors a n, fins a obtenir un benefici real proper a zero. Llavors n0, correspondrà al període d’amortització. Mirant la taula anterior es pot veure que el benefici passa a ser positiu entre l’any 15 i el 16, per tant es pot concloure que el període d’amortització d’aquesta instal·lació és d’aproximadament 15 anys i mig.

77,11517025,01035,01

18,115025,01045,01

·56,733011

__0 −

++

−

++

==→ ∑∑nnnn

NperíoderealBnfn

dif

nn

any

nn

anyNperíodereal Invei

Mtnec

StvBnfn −

++

−

++

==→ ∑∑11

__0 11

11

0


61

6.- Taxa de Rendibilitat r La taxa de rendibilitat es el tipus d’interès que hauria d’existir perquè la instal·lació solar, un cop a arribat al final de la seva vida útil (N), hagués produït el mateix benefici que els diners col·locats al mateix tipus d’interès (r). S’utilitza l’expressió de benefici net igual a 0, per un període de temps t conegut (vida útil de la instal·lació(N)) i es resol el valor de l’interès no conegut: taxa de rendibilitat r:

(29) Utilitzant la fórmula de la suma d’una sèrie geomètrica de n termes (13), l’expressió és convertirà en: (30) (31) (32) Per tant la taxa de rendibilitat serà aproximadament del 5,40% 7.- Conclusions El baix cost dels combustibles no renovables, així com del curt increment de preu anual i a la baixa inflació, fan que es necessitin molts anys per amortitzar la instal·lació encara que els interessos siguin baixos. Tot hi amb això, amb una vida de 20 anys, l’amortització arriba al 5,4 %, no és poden obtenir grans beneficis, però tampoc és llençar els diners. On realment dona benefici, millor dit: reducció de perjudici, és al planeta. Moltes són les tonelades de CO2 i d’altres gasos d’efecte hivernacle que s’han evitat d’alliberar a l’atmosfera per obtenir la mateixa energia, en aquest cas en un sistema d’energia renovable. El cost de la instal·lació es podria reduir utilitzant altres tipus de configuracions, o disminuint les prestacions, utilitzant un sistema de control més senzill.

dif

NN

any

NN

anyNperíodereal Invri

Mtnrc

StvBnfr −

++

−

++

==→ ∑∑11

__ 11

11

0

dif

N

any

N

anyNperíodereal Inv

ri

ri

ri

Mtn

rc

rc

rc

StvBnfr −−

++

++

−

++

−−

++

++

−

++

==→

++

111

11

11

111

11

11

0

11

__

77,115171

1035,01

1035,01

1035,01

18,1151

1045,01

1045,01

1045,01

56,7330

120120

__ −−

++

++−

++

−−

++

++−

++

==

++

r

rr

r

rrBnf Nperíodereal

003,7054,0 __ ≅−=→= NperíoderealBnfr

Sistema Centralitzat d’Escalfament d’Aigua Calenta Sanitària amb Energia Solar per un Edifici de Quatre Habitatges. Taules de resultats

B.IV) TAULES DE RESULTATS


Sistema: Preus: Dades físiques:Vida útil instal·lació 20 anys Inversió total 21392,58 € Increment preu energia 4,5 %Energia produïda 1 any (MJ) 33010,14 MJ Inversió sense solar 9874,81 € Inflació 3,5 %Cost 1kW/h primer any 0,08 €/kW.h Inversió diferencial 11517,77 € Interès financer 2,5 %Cost manteniment 115,18 €/any Marge (u.m): 50 € Precisió: 0,05 1

Càlculs:

Estalvi anual d'energia:

Energia produïda MJ: 33010,14 MJ/anyEnergia produïda kW·h: 9169,48 kW·h/any 1 kW·h = 3,6 MJCost del quilovat hora no renovable: 0,08 €/kW.hEstalvi primer any (Stv any ) 733,56 €/anyCost de manteniment (Mtn any ) 115,18 €/anyEstalvi anual d'energia (Stv real_any ) 618,38 €/any

Estalvi econòmic real al llarg dels anys:

Estalvi primer any (Stv any ) 733,56 €/anyCost de manteniment (Mtn any ) 115,18 €/anyIncrement cost energia ( c ): 0,045 (c = c' ·0,01)Inflació ( i ): 0,035 (i = i' ·0,01)Increment anual Stv 1,045 (1 + c )Increment anual Mtn 1,035 (1 + i )

Any (n=1 → n=10) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Estalvi any n (Stv any (1+ c )^n) 766,57 801,06 837,11 874,78 914,15 955,28 998,27 1043,19 1090,14 1139,19 €/anyManteniment any n (Mtn any (1+ i )^n) 119,21 123,38 127,70 132,17 136,79 141,58 146,54 151,67 156,98 162,47 €/anyEstalvi econòmic any n Stv real_any ' 647,36 677,68 709,41 742,61 777,35 813,70 851,73 891,53 933,16 976,72 €/anyEstalvi econòmic acumulat Stv acumulat 647,36 1325,04 2034,46 2777,07 3554,42 4368,12 5219,86 6111,38 7044,55 8021,27 €

62

nany

nanyanyreal iMtncStvStv )1()1('_ +−+=

anyanyanyreal MtnStvStv −=_

( ) ( )∑∑ +−+=n

nany

nn


)1()1(


Any (n=11 → n=20) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Estalvi any n (Stv any (1+ c )^n) 1190,46 1244,03 1300,01 1358,51 1419,64 1483,53 1550,29 1620,05 1692,95 1769,13 €/anyManteniment any n (Mtn any (1+ i )^n) 168,16 174,04 180,13 186,44 192,96 199,72 206,71 213,94 221,43 229,18 €/anyEstalvi econòmic any n Stv real_any ' 1022,30 1069,99 1119,88 1172,07 1226,68 1283,81 1343,58 1406,11 1471,52 1539,95 €/anyEstalvi econòmic acumulat Stv acumulat 9043,57 10113,56 11233,44 12405,51 13632,19 14916,00 16259,58 17665,69 19137,21 20677,16 €

Benefici net:

Inversió diferencial 11517,77 €Estalvi primer any (Stv any ) 733,56 €/anyCost de manteniment (Mtn any ) 115,18 €/anyIncrement cost energia ( c ): 0,045 (c = c' ·0,01)Inflació ( i ): 0,035 (i = i' ·0,01)Interès financer ( e ) 0,025 (e = e' ·0,01)Increment anual Stv contra interès e 1,0195 (1 + c )/(1 + e )Increment anual Mtn contra interès e 1,0098 (1 + i )/(1 + e )

Any (n=1 → n=10) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 anysEstalvi període n (Stv periode_n ) 747,87 1510,34 2287,68 3080,19 3888,16 4711,90 5551,71 6407,91 7280,81 8170,75 €/anyManteniment període n (Mtn periode_n ) 116,30 233,74 352,32 472,06 592,96 715,05 838,33 962,81 1088,50 1215,42 €/anyInversió diferencial (Inv dif ) 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 €Benefici real període n (Bnf real_periode_n ) -10886,20 -10241,17 -9582,41 -8909,64 -8222,57 -7520,92 -6804,39 -6072,67 -5325,46 -4562,44 €

Any (n=11 → n=20) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 anysEstalvi període n (Stv periode_n ) 9078,05 10003,06 10946,11 11907,57 12887,78 13887,12 14905,96 15944,68 17003,67 18083,32 €/anyManteniment període n (Mtn periode_n ) 1343,58 1472,99 1603,67 1735,61 1868,85 2003,38 2139,23 2276,40 2414,91 2554,77 €/anyInversió diferencial (Inv dif ) 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 11517,77 €Benefici real període n (Bnf real_periode_n ) -3783,30 -2987,71 -2175,32 -1345,82 -498,84 365,97 1248,96 2150,51 3070,99 4010,78 €

63

dif

nn

any

nn

anynperíodereal Inve

iMtn

e

cStvBnf −⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛++

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛++

= ∑∑11

__ 1

1

1

1


Amortització del sistema:

Inversió diferencial 11517,77 €Estalvi primer any (Stv any ) 733,56 €/anyManteniment diferencial (Mtn any ) 115,18 €/anyIncrement cost energia ( c ): 0,05 (c = c' ·0,01)Inflació ( i ): 0,04 (i = i' ·0,01)Interès financer ( e ) 0,03 (e = e' ·0,01)Increment anual Stv contra interès e 1,0195 (1 + c )/(1 + e )Increment anual Mtn contra interès e 1,0098 (1 + i )/(1 + e )

Anys d'amortització: ( n ) 15 anys i 6 mesos n → f(n)≈ 0 per prova i error Marge (u.m): 50 € Precisió: 0,05

n → f(n)≈ 0 Anys d'amortització: ( n ) 15,55 anysEstalvi període n (Stv periode_n ) 13435,03 €/n_anys Stv periode_n

Manteniment període n (Mtn periode_n ) 1942,68 €/n_anys Mtn periode_n

Inversió diferencial (Inv dif ) 11517,77 € Inv dif

Benefici real període n (Bnf real_periode_n )≈0 -25,42 € f(n)=Stv periode_n - Mtn periode_n - Inv dif ≈0

Taxa de rentabilitat:

Vida útil instal·lació (N ) 20,00 anysEstalvi primer any (Stv any ) 733,56 €/anyManteniment diferencial (Mtn any ) 115,18 €/anyInversió diferencial (Inv dif ) 11517,77 €Increment cost energia ( c ): 0,045 (c = c' ·0,01)Inflació ( i ): 0,035 (i = i' ·0,01)Increment anual Stv 1,045 (1+ c )Increment anual Mtn 1,035 (1+ i )

Taxa de rentabilitat interès r': 5,40 % r → f(r;N)≈ 0 per prova i error Marge (u.m): 50 € Precisió: 0,05

r → f(r;N)≈ 0 Taxa rendabilitat interès r 0,0540 (r = r' ·0,01)Increment anual Stv contra interès r 0,9915 (1+ c )/(1+ r )Increment anual Mtn contra interès r 0,9820 (1+ i )/(1+ r )Estalvi vida útil (N ) contra interès r 13424,26 €/N_anys Stv periode_N

Manteniment vida útil (N ) contra interès r 1913,52 €/N_anys Mtn periode_N

Inversió diferencial (Inv dif ) 11517,77 € Inv dif

Benefici total vida útil (N ) contra interès r , ≈0 -7,03 € f(r;N)=Stv periode_N - Mtn periode_N - Inv dif ≈0

64

dif

NN

any

NN

anyNperíodereal Invr

iMtn

r

cStvBnfr −⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

++

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

++

==→ ∑∑11

__ 1

1

1

10

dif

nn

any

nn

anyNperíodereal Inve

iMtn

e

cStvBnfn −⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

++

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

++

==→ ∑∑11

__0 1

1

1

10



PLEC DE CONDICIONS


DATA: Setembre 2004

Sistema Centralitzat d’escalfament d’aigua Calenta Sanitària amb Energia Solar per un Edifici de Quatre Habitatges. Plec de condicions

ii

ÍNDEX _

I) Plec de condicinos de l’ICAEN

II) Plec de condicions de l’IDAE

Documents

Sistema Centralitzat d’Escalfament d’Aigua Calenta Sanitària amb …deeea.urv.cat/public/PROPOSTES/pub/pdf/457pub.pdf · 2009-09-22 · Sistema centralitzat d’escalfament d’aigua