Determinación de la Superficie Colectora

CÁLCULO DE LA APORTACIÓN SOLAR POR M2

Conocidos la energía neta incidente Eútil y el rendimientoη del colector, la energía aportada por m2 en cada mes será ηEútil

CÁLCULO DE LA ENERGÍA NETA DISPONIBLE POR M2 PARA EL CONSUMO

La energía diaria que aportan los colectores no coincide con la disponible para el consumo, debido a las pérdidas que se producen en todos los elementos de la instalación, principalmente en el acumulador.
Si no se tienen datos de estas pérdidas se recomienda estimar unas pérdidas globales del 15% y, por tanto, la energía acumulada disponible para el consumo será igual a 0,85ηEútil

Eneta = 0,85ηEútil

Si el consumo se concentra en unas horas determinadas y no se realiza de forma más o menos uniforme y repartido a lo largo del día, el rendimiento de la instalación puede disminuir por dos razones:

  1. La temperatura del agua en el acumulador aumenta y, por tanto, el rendimiento del colector disminuye.
  2. Las propias pérdidas del acumulador aumentan. Si, por ejemplo, toda el agua caliente acumulada se consumiese a primeras horas de la mañana, el acumulador estaría a su máxima temperatura durante toda la noche, aumentando las pérdidas.

En ambos supuestos se aumentarán las pérdidas hasta el 20%, al igual que en los depósitos mal aislados o instalados a la intemperie. Estimaremos también estas pérdidas cuando el consumo se efectúe únicamente durante dos o tres días consecutivos a la semana.

Por el contrario, en casos favorables en los que el consumo se produce en las últimas horas del día y tenemos el acumulador en recinto calefactado, las pérdidas pueden reducirse al 10%.

Como estas pérdidas se traducen en una disminución de la temperatura del agua acumulada, se pueden tener en cuenta variando 2 o 3 grados centígrados la temperatura media exigida, respecto a la de 45 ºC.

CÁLCULO DE LA SUPERFICIE DE COLECTORES NECESARIA

La superficie la obtendremos dividiendo las necesidades energéticas totales entre la energía neta disponible por m2 de colector.

S =                    necesidades energéticas totales
                 energía neta disponible por m2 de colector

RESUMEN DEL PROCESO DE CÁLCULO

Primero, calcularemos mes a mes el consumo energético de acuerdo con los datos de partida.
Segundo, buscaremos el valor H en las tablas y corregirlo si es preciso, y el factor corrector k por inclinación.

Si la instalación no funciona durante algunos meses del año, se asignará a H el valor cero en dichos meses.

Luego hallaremos Eútil = 0,94 kH y, si la orientación se desvía β grados del Sur (20° < β < 70°), multiplicaremos Eútil por 1,14 – 0,0085β.
Posteriormente calcularemos el valor de I:

I =                E (julios)              
          tiempo útil (segundos)

También tenemos en la tabla 6 del anexo A el valor del parámetro.

Después hallaremos el rendimiento del colector mes a mes a partir de la ecuación del fabricante, multiplicando el primer factor por 0,94 si el colector tiene cubierta:

η = 0.94b – m (tºm – tºa ) / I

(donde tºm = 45 para el aplicaciones de ACS, y tºa es la temperatura ambiente diurna).

A continuación calcularemos la aportación por m2 del colector que será ηEútil

Luego hallaremos la energía neta disponible por m2, que valdrá:

  • 0,85 ηEútil (caso general).
  • 0,8 ηEútil (caso desfavorable o fines de semana).
  • 0,9 ηEútil (caso favorable).

Por último dividiremos la energía total anual entre la energía neta anual disponible por m2, obteniendo el número de m2 necesarios.

OBSERVACIONES

Al aplicar el método de dimensionado tendremos en cuenta lo siguiente:
Si en el dimensionado de la instalación aparece que en algún mes a lo largo del año el rendimiento del colector es inferior al 10%, se dará por hecho que la instalación no está operando en los márgenes adecuados; siendo un aprovechamiento muy bajo en estos meses, se optaría por la parada de la instalación, reanudándose en meses más favorables. En los casos en que se opte por detener la instalación el rendimiento del mes sería nulo.

No obstante, aunque el rendimiento medio calculado sea inferior al 10% en algún mes del año e incluso se considere nulo, en la práctica si la instalación está activa aporta alguna energía en días soleados. Por este motivo, para el cálculo seguiremos considerando las necesidades energéticas en los 12 meses del año, incluyendo los meses en que el rendimiento pudiera ser inferior al 10%.

En casos extremos, en los que las condiciones durante varios meses consecutivos sean desfavorables y se opte por desconectar totalmente la instalación durante esos meses, tendremos en cuenta entonces el llamado periodo activo, que ya no será el año entero, realizándose todos los cálculos anulando los meses en que la instalación se encuentre parada (es como si no existiesen).

A veces, el agua fría que sustituye a la caliente del acumulador a medida que esta se consume no se toma directamente de la red de distribución general, sino de un depósito intermedio de reserva en el que el agua permanece el tiempo suficiente para igualar su temperatura con la del ambiente, que suele ser superior a la de la red.

En estos casos el salto térmico para evaluar las necesidades energéticas será la diferencia entre la temperatura de consumo y la del ambiente, resultando una superficie colectora menor.

Si se utiliza este depósito intermedio, dispondremos siempre de un by-pass o derivación que permita que el agua de la red vaya directamente al acumulador solar sin tener que pasar primero por dicho depósito, posibilitando el vaciado de este, por ejemplo, en épocas en las que se temen heladas.

 

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