Dimensionado ACS solar

Adecuación instalación del sistema

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Los ahorros que pueden suponer, por término medio pueden superar fácilmente el 50% de la energía adquirida para este fin, permitiendo la amortizacion de los equipos instalados habitualmente en menos de dos años.

El cálculo de los factores necesarios y rendimiento de los sistemas térmicos solares se realiza en función de hipótesis, entre ellas dos básicas: la demanda energética y la disponibilidad horaria del recurso solar.

Demanda térmica
Se refiere a la necesidad de energía para abastecer un determinado volumen de consumo en forma óptima.

Temperatura objetivo:
El método de cálculo de la demanda energética de ACS parte de un nivel de 60ºC, si bien puede establecerse para su calentamiento a cualquier otra idónea, como en el frecuente caso de fijarla idóneamente en 45ºC.

Temperatura del agua de red
Referida a la de abastecimiento, medida por meses.

Las compañías suministradoras cuentan con las estadísticas de las mediciones que realizan con regularidad; para el caso de España:

Meses:	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	M
Mínima	5	6	7	9	11	13	15	2	14	11	7	6	10
Máxima	15	15	16	16	17	19	21	21	20	18	17	16	17
(A1) Tabla de temperatura del agua para capitales de provincia (España)

Tipología de usuarios:

Según la utilización intensiva o discontinua, la finalidad residencial, laboral, comercial, etc, y del número de usuarios.

Para el diseño de instalaciones, de acuerdo con la normativa HE₄ y para consumos diarios de ACS a 60 ºC con agua de red=15ºC :

Criterio de consumo (tablas A2 y A3)

Tabla A2. Demanda de referencia a 60ºC.

Tipo edificio	Litros día	kWh año
Vivienda unifamiliar	30 x persona (1)	573
Vivienda multifamiliar	22 x persona (1)	420
Hospitales y clínicas	55 x cama	1050
Hotel 4*	70 x cama	1337
Hotel 3*	55 x cama	1050
Hotel / Hostal 2*	40 x cama	764
Hostal / Pensión 1*	35 x cama	668
Camping	40 x emplazamiento	764
Residencias (ancianos, estudiantes, etc.)	55 x cama	1050
Vestuarios / Duchas colectivas	15 x servicio	286
Escuela	3 x alumno	57
Cuarteles	20 x persona	382
Fábricas y talleres	15 x persona	286
Administrativos	3 x persona	57
Gimnasios	25 x usuario	477
Lavanderías	4 x kg. ropa	95
Restaurantes	7,5 x comida	191
Cafeterías	1 x almuerzo	19

(1) Estimación de número de personas en función de los dormitorios en viviendas

Tabla A3

Nº dormitorios:	1	2	3	4	5	6	7	>7
Nº personas:	1,5	3	4	6	7	8	9	= Nº dormitorios

Consumo estimado de aparatos:

Tipo de aparato sanitario	Consumo en litros			Tª uso ºC
Tipo de aparato sanitario	Bajo	Medio	Alto	Tª uso ºC
Lavabo	4	6	8	38
Ducha	35	45	55	40
Ducha hidromasaje	50	80	120	38
Bañera pequeña	110			42
Bañera mediana	140
Bañera grande	320
Bidé	4	6	8	38
Fregadero	15	20	25	55

Valoración de las cargas caloríficas.

Resulta preciso evaluar la energía necesaria para el calentamiento de agua destinada a la producción de A.C.S. o calefacción.

Así, las cargas caloríficas determinan la cantidad de calor necesaria mensual para calentar el agua destinada al consumo doméstico, calculándose mediante la siguiente expresión:

Q_a = C_e C N(t_ac-t_r)

Donde:

Q_a = Carga calorífica mensual de calentamiento de A.C.S. (J/mes)
C_e = Calor específico. Para agua: 4.187 J/kg·ºC
C = Consumo diario de A.C.S. (l/día)
t_ac = Temperatura del agua caliente de acumulación (ºC)
t_r = Temperatura del agua de red (ºC)
N = Número de días del mes

Ejemplo

Bloque de 10 viviendas multifamiliares en Bilbao, 8 de tres dormitorios y dos de 2 dormitorios, para disfrutar de ACS a 45ºC.

Desarrollo y solución del caso

Determinación del consumo estimado:

Para la tipología de usuarios Vivienda multifamiliar, según tabla A2 corresponde un consumo de 22 litros por persona.

Por otra parte, el número de usuarios se calcula a partir de la ocupación estimada, según indica la tabla A3. Así:
+ 8 viviendas de 3 dormitorios = 8 * 4 = 32 usuari@s
+ 2 viviendas de 2 dormitorios = 2 * 3 = 6 usuari@s
= 38 usuari@es estimad@s.
Cálculo de la demanda de ACS.
Como los datos anteriores están referenciados a 60ª, para ajustarlos a los 45ºC de temperatura decididos, en cada mes i :

D_i(T) = D_i(60ºC) * ((60-T_i)/(T - T_i))

Siendo:
D_i(T) = Demanda de ACS para el mes i a la temperatura T.
D_i(60ºC) = Demanda de ACS para el mes a la temperatura de 60ºC.
T_i = Temperatura media del agua de red del mes (tabla A1)
T = Temperatura del acumulador final (45ºC)

En nuestro caso, para el mes de enero:

Demanda de ACS a 45ºC = 22 * ((60-9)/(45-9))
D_enero(T)=31,17 litros/día y persona.

Y así, para 38 personas el consumo es de 31,17 * 38 = 1.184 litros diarios.
Para este período la carga calorífica necesaria se obtendrá de la mencionada ecuación [ Q_a = C_e C N(_tac-t_r) ]:
Q_a = (4.187 J/kg·ºC) (1.184)(31) (45ºC - 9ºC);
y así, Q_a4.187 J/kg·ºC =5.532.467.328 J, que podemos transformar en kWh (1 kWh = 3.600.000 Julios)

Q_{a enero} = 1536,8 kWh.

Mes	Demanda unit.(l/d)	Nº Personas	Demanda total (l/d)	Nº días mes	Total litros	Carga calorífica (kWh/mes)
Ene	31,17	38	1.184	31	36.714	1.537
Feb	31,43	38	1.194	28	33.440	1.361
Mar	31,43	38	1.194	31	37.023	1.507
Abr	31,71	38	1.204	30	36.145	1.428
May	32,31	38	1.228	31	38.064	1.417
Jun	33,00	38	1.254	30	37.620	1.313
Jul	33,79	38	1.284	31	39.800	1.296
Ago	33,79	38	1.284	31	39.800	1.296
Sep	33,38	38	1.268	30	38.052	1.283
Oct	32,65	38	1.241	31	38.456	1.387
Nov	31,71	38	1.205	30	36.145	1.430
Dic	31,43	38	1.194	31	37.023	1.507