El primer paso para dimensionar una instalación solar térmica es determinar la demanda energética que precisará dicha instalación. La energía necesaria será en función del caudal precisado por los usuarios del edificio y del salto térmico entre la temperatura de acumulación del agua caliente sanitaria (ACS) y de la temperatura del agua de suministro.
Se calculará mediante la siguiente expresión:
- E: energía demanda por la instalación de agua caliente sanitaria. Para cálculos de energía solar térmica es recomendable expresar el resultado en kWh. Si se obtiene la energía en kJ será necesario dividir el resultado para 3.600 (1 kWh = 3.600 kJ). Para convertir kcal a kWh se multiplicará el resultado por 1,16×10-3. (1 Kcal = 0.00116 KWh)
- m: masa del agua caliente. Como se puede considerar una densidad cercana a 1 kg/litro se corresponderá con el caudal demandado.
- ce: calor específico del agua 1 kcal/kg ºC o 4,18 kJ/kg ºC. (0.00116KWh x 3600kJ = 4.18kJ)
- TACS: temperatura media de servicio del agua caliente sanitaria.
- TAF: temperatura media del agua de suministro de la red.
Para cuantificar el caudal mínimo que precisa la instalación, la sección HE4-2013 proporciona la tabla 4.1. En esta tabla, los caudales de referencia se proporcionan para una temperatura de acumulación de 60 ºC y será este caudal y temperatura los que se utilizarán para obtener la demanda energética.
Para una temperatura en el acumulador final diferente de 60 ºC, se deberá alcanzar la contribución solar mínima correspondiente a la demanda obtenida con las demandas de referencia a 60 ºC. No obstante, la demanda a considerar a efectos de cálculo, según la temperatura elegida, será la que se obtenga a partir de la siguiente expresión:
Aunque el caudal proporcionado por la tabla 4.1 es diario, la demanda de energía del edificio para ACS, se debe obtener mes a mes. Para ello será necesario:
1. Determinar el caudal mensual: se multiplicará el caudal diario obtenido a partir de la tabla 4.1 por el número de días del mes. Se deberá considerar el perfil de uso de la instalación, es decir, el nivel de ocupación estimado durante cada mes. Por ejemplo, en el caso de edificios de viviendas y hospitales se puede considerar una plena ocupación durante todo el año pero en una residencia de estudiantes el consumo durante los periodos de vacaciones se reduciría drásticamente lo que debería reflejarse en la estimación del consumo.
- Para cuantificar el número de personas por vivienda la sección HE4 proporciona la siguiente correlación entre dormitorios y usuarios a considerar.
- Para viviendas se aplicará el factor de centralización, que tiene en cuenta el número de viviendas en el mismo bloque:
2. Establecer la temperatura de acumulación: cuanto mayor es la temperatura de acumulación mayores son las pérdidas por radiación en el acumulador y menor es el rendimiento del colector solar. Por defecto se considera una temperatura de acumulación de 60 ºC aunque lo más común son temperaturas entre 45ºC y 50 ºC. Por encima de 60 ºC está prohibido utilizar materiales de acero galvanizado en la instalación, pero por otro lado, desaparecen los problemas de los tratamientos relacionados con la prevención de la legionelosis.
3. Obtener la temperatura mínima media de la red para cada mes del año: el IDAE, a través del Pliego de condiciones técnicas para solar térmica proporciona una tabla de referencia.
Ejemplo:
Para calcular la demanda energética mensual y anual que precisa un edificio que cuenta con 30 viviendas ubicado en Zaragoza y cada vivienda dispone de tres habitaciones con acumulación centralizada y la temperatura del acumulador se regulará para que alcance 60 ºC.
Donde:
- Columna 2: Días que tiene cada mes.
- Columna 3: Número de usuarios según tabla 4.2 de la sección HE4. Según la tabla proporcionada, para tres dormitorios se consideran cuatro usuarios por vivienda. Como el edificio dispone de 30 viviendas, el total de ocupación a considerar es de 120 personas.
- Columna 4: Tabla 4.1 de la sección HE4 corregida según tabla 4.3. (28 x0.85=23.8) Consumo por persona para edificios multivivienda.
- Columna 5: Consumo diario de ACS del edificio. Es el producto de las columnas 3 y 4.
- Columna 6: Perfil de uso de la instalación. Para edificios de viviendas se considera pleno consumo durante todo el año.
- Columna 7: Consumo mensual de ACS considerando el coeficiente de utilización y el número de días del mes (columnas 2, 5 y 6).
- Columna 8: Temperatura fijada en el acumulador.
- Columna 9: Temperatura mínima media mensual. Consultar tabla proporcionada por el IDAE.
- Columna 10: Salto térmico (diferencia entre la temperatura del acumulador y la de la red).
- Columna 11: Energía expresada en kWh a partir de la fórmula:
= columna 7 Kg x 1 kcal/Kg ºC x columna 10 ºC
= columna 7 x 0.00116 KWh x columna 10
