Solar Termica Vigo

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Energa solar trmica. Dimensionado y Ordenanza municipal de Vigo

DIMENSIONAMIENTO BSICO DE INSTALACIONES SOLARES TRMICAS PARA PRODUCCIN DE A.C.S. Y JUSTIFICACIN DE LA ORDENANZA SOLAR MUNICIPAL DE VIGO

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NDICE1. Presentacin. Introduccin. Contexto energtico. Generalidades. 2. Principios generales de energa solar para usos trmicos. 3. Esquemas bsicos de aprovechamiento solar para ACS en edificios residenciales. 4. Normativa sectorial: RITE. 5. Normativa sectorial: la seccin HE-4 del CTE. 6. Normativa sectorial: Ordenanza solar municipal. 7. Diseo instalacin solar trmica para ACS. 8. Justificacin del cumplimiento de la Ordenanza. 9. Ejemplos de instalacin de EST para ACS.2

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1- PRESENTACIN. INTRODUCCIN. CONTEXTO ENERGTICO. GENERALIDADES.

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VISIN GLOBAL DE LA DEMANDA

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VISIN GLOBAL DE LA DEMANDA

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VISIN GLOBAL DE LA DEMANDA9 Fuente: IEA. Key world energy statistics 2005 Unidad: tep/habitante 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0,52 0,61 0,66 1,07 1,1 1,69 1,89 2,52 El consumo de energa por habitante constituye uno de los indicadores ms fiables del grado de desarrollo econmico de una sociedad Estados Unidos consume, por cada habitante, 15 veces ms que la India y 7 veces ms que China 3,94 3,34 3,36 7,84

4,67

N oO O rie C D nt E e pr x im o Es pa An a tig ua U SS R Eu ro pa

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CONSUMO ENERGTICOConsumo de energa primaria en Espaa IDAE 2003Gas Natural 16% Carbn 15%

Consumo de energa primaria en Galicia INEGA 2003Residuos 1% Gas Natural Renovables 3% 12% Electricidad importada 1% Petrleo 57% Carbn 26%

Petrleo 50%

Nuclear 12% Renovables 7%

Energa primaria: es la que se obtiene directamente de la naturaleza sin ninguna transformacin (petrleo, carbn, fuentes renovables ) Energa final: es la energa tal como se usa en los puntos de consumo (electricidad, gasleo, gasolina, gas natural ) 7

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SITUACIN ENERGTICA ACTUAL Mayor consumo de energa de la que se necesita. Consumo centrado en combustibles de origen fsil:Agotamiento reservas. Alta dependencia de pases extractores . Dificultad de abastecimiento. Contexto energtico mundial sensible e inestable que encarece combustibles fsiles. Contaminacin medioambiental.

Implantacin progresiva de fuentes de energa renovables.8

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Energa solar trmica. Dimensionado y Ordenanza municipal de Vigo CONSECUENCIAS AMBIENTALES DEL CONSUMO DE ENERGA Uso combustibles fsiles

Contaminacin medioambiental

Efecto invernadero

CAMBIO CLIMTICO

Consecuencias Medidas

Deshielo zonas polares, inundaciones, ciclones, elevacin nivel medio mares y ocanos

Protocolo de Kyoto Consumo energtico sostenible9

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CONSECUENCIAS AMBIENTALES DEL CONSUMO DE ENERGA

PROTOCOLO DE KYOTOEstablece metas obligado cumplimiento para reduccin gases de efecto invernadero (CO2, CH4, HCFs, PFCs y SF6) respecto a 1990 antes de 2008 y mantenindolas hasta 2012

Espaa aument sus emisiones desde 1990 en ms de un 40%10

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POLTICA DE AHORRO Y EFICIENCIA ENERGTICAComunitaria Libro Verde: hacia una estrategia europea de seguridad del abastecimiento energtico (2000) Directiva 2002/91/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 16 de diciembre de 2002 relativa a la eficiencia energtica de los edificios Propuesta Directiva sobre la eficacia en el uso final de la energa y los servicios energticos (2003)

Nacional Estrategia de ahorro y eficiencia energtica en Espaa (E4) 2004-2012 Plan de accin 2005-2007

Autonmica Libro Blanco de la Energa (2000) Ayudas encaminadas a la mejora de la infraestructura energtica de Galicia (URE)

Local Ordenanza solar municipal. Vigo 11

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FUENTES DE ENERGA RENOVABLES

Solar

Biomasa

Marina

Elica Geotrmica Hidrulica12

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EVOLUCIN HISTRICA DE LA ENERGA SOLAR TRMICA Finales del siglo XVII. Primeros hornos solares. E. W. Von Txchirnhausen quien construy en Dresde (Alemania) un horno con un espejo cncavo de 1,6 m de dimetro para cocer el barro para hacer cermica. 1767 El primer colector plano para aprovechar el calor solar fue diseado por Horace de Saussure, un naturalista suizo que experiment con el efecto fsico del calentamiento de una caja negra con tapa de vidrio expuesta al Sol. 1830 El astrnomo ingls John Fredrick Herschel, en una expedicin al Cabo de Buena Esperanza en Sudfrica, tambin experiment con una caja solar, cuyas paredes estaban pintadas de negro y la tapa era de vidrio. De hecho, las motivaciones de Herschel eran ms por motivos ldicos que no cientficos (cocin un huevo duro haciendo hervir el agua con el Sol). 1878 El cientfico francs Auguste Mouchot exhibi una estufa solar y un motor solar. 1892 Fabricacin 1 colector para su venta. Clarence m. Kemp, industrial de Maryland (EEUU). 13

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VISIN GLOBAL DE LA DEMANDA:

INTERNATIONAL ENERGY AGENCY

85% incremento de demanda cubierta con energa fsil. En el 2030 82% de energa fsil. Gran incremento petrleo y gas natural. Nuclear estancada y en ligero descenso. Pequeo incremento energas alternativas.14

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LA SOLAR TRMICA EN EL CONTEXTO MUNDIAL

Potencia instalada acumulada a finales de 2004 (P. Plana y tubos de vaco)

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SITUACIN Y OBJETIVOS EST EN EUROPA

% sobre energa primaria 2004 8,0 % Objetivo UE 2010 12%

Superficie/potencia instalada 2004 15.000.000 m2 10.500 MWth Objetivo UE 2010 100.000.000 m2 70.000 MWth

15% de cumplimiento16

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MERCADO EST EN EUROPA.m/1000 capita600

m2/ 1.000 hab. (2004)

500

400

300

200

ESV-Design

051109en

100

-

CYP

GR

A

D

DK

SLO

MAL

LUX

S

NL

P

E

SK

I

Europa es lder en tecnologa, pero representa solo 9% del mercado mundial. 17

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ENERGA SOLAR TRMICA. SITUACIN EN ESPAA5.000.000 4.500.000 4.000.000 3.500.000 3.000.000 2.500.000 2.000.000 1.500.000 1.000.000 500.000 0 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2010

700.000 600.000 500.000 400.000 300.000

Fuente: IDAE

13,5% de cumplimiento

200.000 100.000 0 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

2004 700.400 m2 490 MWth

Objetivo PER 4.900.000 m2 instalados 3.430 MWth18

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DISTRIBUCIN DE LA SUPERFICIE INSTALADA POR CCAA, 2004

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OBJETIVOS PER 2005-2010 POR CCAA

Fuente: ASIT

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2- PRINCIPIOS GENERALES DE ENERGA SOLAR PARA USOS TRMICOS.

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LA ENERGIA DEL SOL La temperatura del sol disminuye del ncleo a la tierra: T de la superficie: 6.000C T del centro: 15.000.000C Reaccin de fusin nuclear: Dos ncleos atmicos en condiciones de temperatura y presiones muy altas se unen para formar otro ncleo atmico de menor masa y liberar energa

H H

+ +

H He

He Li

+ +

E E= mc2 E

La energa se propaga en todas las direcciones del espacio en forma de onda electromagntica a una velocidad c, igual a la de la velocidad de la luz, 300.000 km/s 22

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LA RADIACIN SOLAR DIRECTA: Procede del depende de su posicin. sol y

DIFUSA: Procede de la atmsfera y es consecuencia de los procesos de difraccin, dispersin, reflexin y absorcin. REFLEJADA: Procede de la reflexin de la radiacin incidente sobre el entorno.

RADIACIN TOTAL= directa+difusa+reflejada

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IRRADIACIN SOBRE UNA SUPERFICIE La diferente inclinacin de los rayos es la responsable que en las zonas polares la intensidad de radiacin sea menor que en la zona del ecuador.

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CLCULO DE LA IRRADIACIN SOLAR SOBRE UNA SUPERFICIE Los colectores han de disponerse de tal forma, que a lo largo del periodo anual de utilizacin aprovechen al mximo la radiacin solar disponible. Para el clculo de una produccin energtica de una instalacin solar es fundamental conocer: La irradiacin solar en el plano correspondiente a la instalacin as como la influencia de la temperatura ambiente. La trayectoria solar en el lugar en las diferentes pocas del ao o coordenadas solares.25

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CONCEPTOS BSICOS: COORDENADAS SOLARES

ALTURA SOLAR h

Angulo que forma el rayo sobre la superficie horizontal26

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CONCEPTOS BSICOS: COORDENADAS SOLARES

AZIMUT SOLAR A

Angulo de giro del sol medido sobre la superficie horizontal, mediante la proyeccin del rayo sobre dicho plano y tomando como origen el sur27

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SOLAR TRMICA

SOLAR FOTOVOLTAICA

Agua caliente (ACS). Calefaccin. Climatizacin piscinas. Fro solar.

Energa elctrica. Autoconsumo (aisladas). Venta a red (inversin).

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PRINCIPIOS BSICOS DE EST

EST: Energa solar trmica Aprovechamiento de la radiacin solar por la transferencia de calor a un fluido caloportador para su posterior aprovechamiento (aplicacin domstica o industrial). Se clasifica segn la aplicacin y la temperatura de utilizacin: Baja (T7C; No accionamiento de bombas cuando T< 2C). Agua piscinas cubiertas: renovables y apoyo de convencionales. Agua piscinas aire libre: slo se podr utilizar fuentes de energa residuales o renovables. Prohibicin calentamiento del agua de la piscina con caldera.

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ITE 07 DOCUMENTACIN INSTALACIONES DE NUEVA PLANTA QUE NO NECESITAN PROYECTO Instalaciones con potencia trmica entre 5 y 70 kW debern presentar la siguiente documentacin: breve memoria descriptiva de la instalacin, clculo de la potencia instalada de acuerdo a la ITE 03, planos o esquemas de las instalaciones, certificado de la instalacin suscrito por un instalador autorizado Sistemas con P< 5kW no tendrn que presentar ningn documento Instalaciones de produccin de ACS con calentadores instantneos, calentadores acumuladores, termos elctricos con P< 70 kW

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ITE 07 DOCUMENTACIN INSTALACIONES QUE S NECESITAN PROYECTO Edificios de nueva planta P> 70 kW Edificios rehabilitados Documentacin a presentar: memorias, planos, pliegos de condiciones tcnicas y presupuesto ITE 08 MANTENIMIENTO Realizar mantenimiento preventivo y correctivo indicado en esta instruccin tcnica Toda instalacin trmica con p>100 Kw. est sujeta a lo especificado en esta instruccin tcnica93

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5 NORMATIVA: HE-4 DEL CTE Contribucin solar mnima de agua caliente sanitaria

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Energa solar trmica. Dimensionado y Ordenanza municipal de Vigo HE4: GENERALIDADES Y MBITO DE APLICACIN Generalidades mbito de aplicacin

Existencia de consumo de ACS Piscina cubierta

Energa solar trmica hasta un determinado aporte (30%-70%)

En los edificios nuevos y en rehabilitaciones en los que se prevea una demanda de ACS. El porcentaje de aporte variar en funcin de: Demanda del edificio (l/da). Zona climtica donde se ubique. Tipo de combustible convencional a sustituir.

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Energa solar trmica. Dimensionado y Ordenanza municipal de Vigo HE4: JUSTIFICACIN Medidas ahorro trmico. Reduccin de emisiones de CO2. Mejora aislamiento trmico. Rendimiento energtico equipos.

HE4: MBITO DE APLICACIN

Nueva construccin y rehabilitacin de edificios existentes. Disminucin justificada de la contribucin solar mnima en los siguientes casos:a) Aprovechamiento de energas renovables, procesos de cogeneracin fuentes de energa residuales procedentes de la instalacin de recuperadores de calor ajenos a la propia generacin de calor del edificio. b) Sobrepasar los criterios de clculo que marca la normativa de aplicacin. c) Inaccesibilidad al sol por barreras externas. d) Limitaciones no subsanables de la normativa urbanstica aplicable. e) Proteccin histrico-artstica.

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Energa solar trmica. Dimensionado y Ordenanza municipal de Vigo HE4: ZONAS CLIMTICAS

Zona 1: H < 3,8Zona 2: 3,8 H 6000

Zona climtica I 50 50 50 51 58 62 70 II 60 63 66 69 70 70 70 III 70 70 70 70 70 70 70 IV 70 70 70 70 70 70 70 V 70 70 70 70 70 70 70

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Energa solar trmica. Dimensionado y Ordenanza municipal de Vigo HE4: CONTRIBUCIN SOLAR MNIMA (%). PISCINAS

I Piscinas cubiertas 30

II 30

Zona climtica III IV 50 60

V 70

HE4: SEGURIDAD INTRNSECA Si en un mes del ao el aporte solar real sobrepasa el 110% o en ms de tres meses seguidos el 100% de la demanda energtica: Disipacin de excedentes. Tapado parcial campo de captadores. Vaciado parcial campo de captadores. Desvo excedentes a otras aplicaciones existentes.100

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Energa solar trmica. Dimensionado y Ordenanza municipal de Vigo HE4: PRDIDAS POR ORIENTACIN, INCLINACIN Y SOMBRAS

Orientacin e inclinacin Sombras Total OI S OI+S General Superposicin Integracin arquitectnica 10% 20% 40% 10% 15% 20% 15% 80% 50%

Orientacin ptima Sur. Inclinacin ptima funcin del periodo de utilizacin.

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Energa solar trmica. Dimensionado y Ordenanza municipal de Vigo HE4: CLCULO Y DIMENSIONADO: DEMANDA

Tabla de referencia de consumos unitarios a 60 C (personas, cama, servicio, alumno, etc.). Adaptacin de la temperatura de diseo a las caractersticas de uso. Ocupacin plena (salvo uso turstico con ocupaciones parciales justificadas). A efectos de clculo se agruparn los edificios de un recinto.

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Energa solar trmica. Dimensionado y Ordenanza municipal de Vigo HE4: CLCULO Y DIMENSIONADO: DEMANDACRITERIO DE CONSUMO Viviendas unifamiliares Viviendas multifamiliares Hospitales y clnicas Hoteles **** Hoteles *** Hoteles/Hostales ** Hostales/Pensiones * Camping Residencias (ancianos, etc.) Vestuarios/duchas colectivas Escuelas Cuarteles Fbricas y talleres Oficinas Gimnasios Lavanderas Restaurantes Cafeteras Volumen de ACS diario (a 60 C) 30 litros 22 litros 55 litros 70 litros 55 litros 40 litros 35 litros 40 litros 55 litros 15 litros 3 litros 20 litros 15 litros 3 litros 20 a 25 litros 3 a 5 litros 5 a 10 litros 1 litros Por persona Por persona Por cama Por cama Por cama Por cama Por cama Por emplazamiento Por cama Por servicio Por alumno Por persona Por persona Por persona Por usuario Por kg de ropa Por comida Por almuerzo

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Energa solar trmica. Dimensionado y Ordenanza municipal de Vigo HE4: CLCULO Y DIMENSIONADO: DATOS PREVIOS

Para demandas a diferentes temperaturas, se debe utilizar la siguiente expresin:12 60 Ti D(T ) = Di (T ) donde : Di (T ) = Di (60 C ) T T 1 i

En el uso residencial vivienda el clculo del nmero de personas se obtiene de la siguiente manera: Nmero de dormitorios Nmero de personas 1 1,5 2 3 3 4 4 6 5 7 6 8 7 9 ms de 7 N de dormitorios

En caso de justificar un nivel de demanda de ACS que presente diferencias de ms de un 50% entre los diversos das de la semana, se considerar la correspondiente al da medio de la semana y la capacidad de acumulacin ser igual a la del da de la semana de mayor demanda.104

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Energa solar trmica. Dimensionado y Ordenanza municipal de Vigo HE4: CLCULO Y DIMENSIONADO: COND. GENERALES El fabricante, suministrador final, instalador o diseador del sistema deber fijar la mnima temperatura permitida en el sistema. Todas las partes del sistema que estn expuestas al exterior deben ser capaces de soportar la temperatura especificada sin daos permanentes en el sistema. Cualquier componente que vaya a ser instalado en el interior de un recinto donde la temperatura pueda caer por debajo de los 0C, deber estar protegido contra las heladas. Se debe dotar a las instalaciones solares de dispositivos de control manuales o automticos que eviten los sobrecalentamientos de la instalacin. Sistema disponga de drenajes como proteccin ante sobrecalentamientos, el agua caliente o vapor del drenaje no puede suponer peligro para los habitantes y no se produzcan daos en el sistema. En sistemas de ACS, temperatura de agua caliente en los puntos de consumo >60C debe instalarse un sistema automtico de mezcla u otro sistema que limite la temperatura de suministro a 60C.105

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Energa solar trmica. Dimensionado y Ordenanza municipal de Vigo HE4: CLCULO Y DIMENSIONADO: COND. GENERALES

1. Instalaciones con circuito primario y secundario independientes. 2. Las instalaciones de ms de 10 m2 correspondiendo a un solo circuito primario, ste ser de circulacin forzada. 3. Fijacin de unas condiciones en el fluido de trabajo respecto al:pH Salinidad Contenido en sales de calcio Dixido de carbono libre

4. Fuera de los rangos establecidos el agua deber ser tratada.

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Energa solar trmica. Dimensionado y Ordenanza municipal de Vigo HE4: CLCULO Y DIMENSIONADO: SIST. CAPTACIN 1. Captador certificado por el organismo competente conforme al RD 891/1980 de 14 de abril. 2. Captadores del mismo modelo (recomendacin). 3. Para produccin de ACS se recomiendan captadores con coeficiente global de prdidas