Estudio de Necesidades a Cubrir por IST

Las necesidades energéticas a cubrir que serán en función de los consumos previstos. Es fundamental conocer cuáles serán esos consumos con la mayor precisión posible, a fin de
partir de datos correctos para el dimensionado de nuestra instalación solar.

Generalmente los consumos típicos de ACS se adaptan a unas medias más o menos aceptadas en la práctica diaria.
Por ejemplo, el consumo de ACS a 45 ºC por persona y día varía entre los 40 y 70 litros, dependiendo del estilo de vida de la persona en la que se centra nuestro estudio. Hay que tener en cuenta que estas cifras dependen mucho de los hábitos, así por ejemplo en los EEUU algunos manuales hablan de 150 litros por persona y día, mientras que no se superan los 20 litros por persona y día en otras sociedades.

La temperatura de referencia suele ser siempre igual a 45 °C, si bien a veces en las instalaciones que utilizan energías convencionales o energía solar para la producción del ACS, esta se obtiene a una temperatura más alta, lo cual no es necesario en la mayoría de los casos, ni adecuado para el sistema de distribución.

En cuanto a los caudales de los servicios de agua caliente no han de ser excesivos, ya que llevarían a un consumo innecesario y al desperdicio de agua y energía. Para evitar esto existen normas restrictivas, como por ejemplo la que exige que en edificios públicos o institucionales no se puedan sobrepasar los 0,04 litros/segundo.

Para evitar el desperdicio de agua caliente de forma inútil, utilizaremos válvulas temporizadoras y mezcladores termostáticos con limitador de temperatura. Las primeras son totalmente automáticas, cortando el suministro de agua caliente transcurridos unos segundos después de su accionamiento.

valvula-temporizada
Válvula Temporizada

Su uso es imprescindible en instalaciones para uso público o colectivo, en zonas de escasez de agua o en lugares donde haya personas con deficiencias físicas.

mezclador-termostatico
Un mezclador termostático es un aparato que controla la temperatura del agua en el punto de consigna seleccionado,
todo esto de forma automática. Este control no depende
de las características de las alimentaciones y se realiza mezclando agua caliente con fría.

El funcionamiento de los mezcladores termostáticos es como sigue:

  1. Un detector controla la entrada de agua fría y caliente.
  2. Un mando de temperatura prefija la temperatura que deseamos para el agua, con un limitador de seguridad para evitar que sobrepasemos los 40 °C. Pulsando un botón podemos obtener temperaturas superiores.
  3. Una cruceta de caudal permite abrir o cerrar totalmente el agua y obtener el caudal deseado.

Suelen incorporar válvulas antirretorno y un filtro, y trabajan de forma adecuada en un rango de presiones de 0,5 a 6 kg/cm2, pudiendo tener una relación de presiones entre agua fría y caliente de 1 a 10.

Si colocamos griferías termostáticas en instalaciones con calentadores instantáneos a gas, utilizaremos modelos preparados para este fin, que son de potencia superior.

Tabla 1. Caudales más frecuentes de diversos aparatos de consumo, expresados en dm3/s, y diámetros de las tuberías correspondientes, en mm.
Tabla 2. Consumos orientativos por cada utilización del servicio, en litros.
Tabla 3. Consumos medios de ACS doméstica por persona, en litros.

DETERMINACIÓN DEL CONSUMO MEDIO DIARIO DE ACS

La demanda de agua caliente sanitaria (ACS) permite calcular las necesidades energéticas de la instalación de ACS, es decir, el calor necesario para alcanzar la temperatura de consumo.

Se determina con los datos de volumen de agua consumido diariamente, temperatura del agua fría de entrada de la red y de la temperatura final de consumo, normalmente basta con 45 ºC.

Si se trata de una instalación en una rehabilitación de un edificio o similar, se dispondrán de datos históricos de consumo de años anteriores, pudiéndose utilizar para el diseño de la instalación si no han variado las circunstancias de consumo de ACS.

En instalaciones nuevas o existentes de las que no tenemos datos de consumo hay varias formas de estimarlo.

Una de las maneras de calcular la demanda de ACS es a partir de unos consumos unitarios máximos (tabla 4) y el porcentaje de ocupación.

Tabla 4. Consumos unitarios máximos de ACS a 45º en litros/día en función del criterio de consumo.

En el caso de viviendas residenciales se deberán tener unos valores mínimos para el cálculo de personas que viven en la vivienda, siendo estos:

  • Estudios de un único espacio o viviendas de un dormitorio: 1,5 personas.
  • Viviendas de dos dormitorios: tres personas.
  • Viviendas de tres dormitorios: cuatro personas.
  • Viviendas de cuatro dormitorios: seis personas.
  • Viviendas de cinco dormitorios: siete personas.
  • Viviendas de seis dormitorios: ocho personas.
  • Viviendas de siete dormitorios: nueve personas.
  • A partir de ocho dormitorios se valorarán las necesidades como si se tratase de hostales.

Estimar el consumo medio diario de un hotel de 4 estrellas en “temporada alta” en el mes de agosto. El hotel tiene 80 habitaciones dobles y 60 individuales.

80 camas * 2 + 60 camas = 220 camas * 100 litros/día * cama = 22.000 lts

Para determinar la energía solar anual necesaria total se estimarán demandas de agua mensuales. Para esto se tendrán en cuenta los consumos de ACS para la ocupación plena estimada.

Esta ocupación será variable en instalaciones turísticas, ya que pueden disponer de camas suplementarias si fuera necesario, por lo que se deberá tener en consideración el índice o porcentaje de ocupación de las plazas turísticas (hoteles, residencias, etc.). Normalmente este porcentaje de ocupación es mayor en verano durante el periodo máximo de uso de la instalación solar.

Solar collector roof photo
Photo by The U.S. National Archives Campo de colectores en azotea.

Por ejemplo, el porcentaje de ocupación a lo largo de los meses del año en un hotel dependerá de si es turístico o de viajeros. En el primer caso, el porcentaje de ocupación será del 100% en los meses correspondientes a la llamada “temporada alta” y caerá hasta valores muy bajos en meses como febrero o noviembre.
En hoteles de ciudad, que habitualmente albergan viajeros, estas diferencias de ocupación en función del mes en que nos encontremos no suelen ser tan acusadas. En cualquier caso, si se está realizando el proyecto de una instalación para hoteles o residencias, es necesario documentarse con cuidado a través de asociaciones hoteleras o establecimientos similares y situados en la misma zona, a fin de poder establecer unas premisas que sirvan para calcular
de forma razonable las predicciones de consumo de cada mes.
Otros métodos para estimar los consumos de ACS de una instalación son:

  • Utilizando, previa justificación, los datos de consumo disponibles de instalaciones similares.
  • A partir de las facturas de combustible.
    Cuando se conoce el consumo de combustible utilizado cada mes para calentar el ACS de una instalación, se puede calcular el consumo diario de ACS en ese mes como:

Litros / día de ACS =  Consumo mensual de combustible x PCI x η
                                            (Tuso  – Tred ) x días /mes

Consumo mensual de combustible se expresa en litros, kg o m3, en función del tipo de combustible utilizado
PCI es el poder calorífico inferior del combustible (kcal/l, kcal/kg o kcal/m3)
η es el rendimiento del generador de calor existente
Tuso es la temperatura del agua fría de la red
Tred es la temperatura a la que se desea calentar el agua para su utilización (generalmente 45 ºC).

Normalmente, el combustible se utiliza para calentar el ACS y para calefacción, siendo conjunta la facturación. Para estimar el consumo de ACS se considerará la facturación del consumo de combustible del periodo estival (junio, julio y agosto), libre de impuestos y gravámenes de suministro.

OBTENCIÓN DE LA HOJA DE CARGA

Una vez establecidos los consumos en litros o m3 de ACS en cada uno de los meses del año, elaboraremos la hoja de carga u hoja de cargas.

El consumo energético o “carga” térmica de demanda es proporcional al consumo volumétrico de la instalación a considerar, pudiendo ser esta para generar ACS, calentamiento en piscinas cubiertas o calefacción por suelo radiante.

Carga Térmica ≈ f(Vconsumo)

Si queremos obtener ACS a 45 °C a partir de agua fría procedente de la red general o de un depósito de almacenamiento de agua fría, con un sencillo cálculo averiguaremos la cantidad de energía necesaria para conseguirlo.
La tabla 8 del anexo A da la temperatura media del agua de red en la capital de cada provincia. Para otras localidades lo ideal sería medirla directamente un determinado mes y estimarla para el resto de los meses del año comparando el resultado de dicha medida con el valor dado por la tabla.
Cada proyectista diseñará el esquema de las hojas de toma de datos y de cálculos de las cargas térmicas. En estas se especificarán los consumos medios considerados en función de las características de la instalación, su ubicación, etc., y a partir de dichos valores se calculará la energía requerida para el consumo.

Ejemplo de hoja de cálculo de las cargas térmicas.

La termia es una unidad de calor que equivale a un millón de calorías.

El primer paso para calcular las necesidades energéticas a satisfacer mediante una instalación solar es calcular el consumo de ACS.

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