3. MÉTODOS DE CÁLCULO

3.1 Introducción

En este capítulo se desarrollan

proyecto, f-Chart y CHEQ4. Para ello

f-Chart, uno de los métodos más utilizados para el cálculo de las p

solares de baja temperatura. Así como los fundamentos en que se basa el método de cálculo

CHEQ4, herramienta informática diseñada por Aiguasol para el IDEA (Instituto para la

Diversificación y Ahorro de la Energía) y ASIT (Asoc

validar el cumplimiento de la contribución solar mínima de agua caliente sanitaria, en

instalaciones solares térmicas.

3.2 Método f-Chart

El método f-Chart, también conocido como el

permite estimar el desempeño promedio a largo plazo de un sistema solar térmico. Gracias a la

exactitud de los resultados que ofrece su

más utilizados para calcular las prestacion

El método fue desarrollado por

método en base diaria que permite calcular el rendimiento de un sistema solar para

producción de ACS y/o calefacción

método contempla tanto captadores de agua como de aire y está basado en principios físicos a

través de números adimensionales que se obtienen de la ecuación de la energía solar captada

por un captador solar.

Figura 3.1: Esquema e

MÉTODOS DE CÁLCULO

se desarrollan los distintos métodos de cálculo analizados en el presente

4. Para ello, explicaremos paso a paso las ecuaciones utilizadas en el

Chart, uno de los métodos más utilizados para el cálculo de las prestaciones de los sistemas

solares de baja temperatura. Así como los fundamentos en que se basa el método de cálculo

CHEQ4, herramienta informática diseñada por Aiguasol para el IDEA (Instituto para la

Diversificación y Ahorro de la Energía) y ASIT (Asociación Solar de la Industria Térmica), para

validar el cumplimiento de la contribución solar mínima de agua caliente sanitaria, en

instalaciones solares térmicas.

Chart

hart, también conocido como el método de las curvas f, es una herramienta que

permite estimar el desempeño promedio a largo plazo de un sistema solar térmico. Gracias a la

exactitud de los resultados que ofrece su correcto desarrollo, el método f-Chart es uno de los

más utilizados para calcular las prestaciones de los sistemas solares de baja temperatura.

fue desarrollado por Sandfor Klein de la Universidad de Wisconsin en 1976. Es un

método en base diaria que permite calcular el rendimiento de un sistema solar para

producción de ACS y/o calefacción a partir de valores medios diarios en base mensual. El

método contempla tanto captadores de agua como de aire y está basado en principios físicos a

través de números adimensionales que se obtienen de la ecuación de la energía solar captada

Esquema estándar de sistema solar térmico para el calentamiento de agua.

23

analizados en el presente

, explicaremos paso a paso las ecuaciones utilizadas en el

restaciones de los sistemas

solares de baja temperatura. Así como los fundamentos en que se basa el método de cálculo

CHEQ4, herramienta informática diseñada por Aiguasol para el IDEA (Instituto para la

iación Solar de la Industria Térmica), para

validar el cumplimiento de la contribución solar mínima de agua caliente sanitaria, en

es una herramienta que

permite estimar el desempeño promedio a largo plazo de un sistema solar térmico. Gracias a la

Chart es uno de los

es de los sistemas solares de baja temperatura.

de la Universidad de Wisconsin en 1976. Es un

método en base diaria que permite calcular el rendimiento de un sistema solar para

a partir de valores medios diarios en base mensual. El

método contempla tanto captadores de agua como de aire y está basado en principios físicos a

través de números adimensionales que se obtienen de la ecuación de la energía solar captada

para el calentamiento de agua.

f-Chart utiliza los resultados de

comportamiento de distintas instalaciones en función de sus localizaciones. La fracción solar

que aporta dicho método es calculada a partir de dos parámetros adimensionales que se

estiman a partir de las características técnic

energía, y teniendo en cuenta las condiciones meteorológicas y de operación.

f-Chart es un método en base mensual y está ampliamente aceptado como proceso de cálculo

suficientemente exacto para largas estimac

estimaciones de tipo semanal o diario. A priori, este método puede parecer más inexacto ya

que no tiene en cuenta las pérdidas producidas en los captadores, pero s

corrección que hace que tambi

modelo f-CHART en el cálculo de los

para las viviendas, es necesario conocer previamente

la radiación existente.

La precisión del método f-Chart, fue estudiada en la Universidad de Colorado mediante la

comparación del desempeño real de un sistema solar térmico con el desempeño estimado por

el método, obteniendo un error máximo del 5%. El resultado

Chart como uno de los métodos de más alto grado de fiabilidad.

La secuencia que suele seguirse en el cálculo es la siguiente:

1. Valoración de las cargas caloríficas para el calentamiento de agua destinada a la

producción de A.C.S. o calefacción.

2. Valoración de la radiación solar incidente en la superficie inclinada del captador o

captadores.

3. Cálculo del parámetro X

4. Cálculo del parámetro Y

5. Determinación de la gráfica f.

6. Valoración de la cobertura solar mensual.

7. Valoración de la cobertura solar anual y formación de tablas

En definitiva, el objetivo del método que nos ocupa es la obtención de la curva f y la

estimación del desempeño del

fracción de carga calorífica mensual transforma

Alcance del método

El método f-Chart no puede abarcar todas y cada una de las condiciones presentes en un

sistema de este tipo. Presenta las siguientes limitaciones, aunque como se verá más ade

algunas podrán resolverse con una serie de correcciones:

• Método basado en datos diarios medios mensuales

Chart utiliza los resultados de ajustes de prestaciones calculadas con TRNSYS para simular el

comportamiento de distintas instalaciones en función de sus localizaciones. La fracción solar

que aporta dicho método es calculada a partir de dos parámetros adimensionales que se

estiman a partir de las características técnicas de los componentes usados, de la demanda de

energía, y teniendo en cuenta las condiciones meteorológicas y de operación.

Chart es un método en base mensual y está ampliamente aceptado como proceso de cálculo

suficientemente exacto para largas estimaciones, por tanto, no ha de

estimaciones de tipo semanal o diario. A priori, este método puede parecer más inexacto ya

que no tiene en cuenta las pérdidas producidas en los captadores, pero sí utiliza factores de

corrección que hace que también se ajuste a las necesidades reales. Para la aplicación del

CHART en el cálculo de los captadores solares necesarios y la fracción solar existente

es necesario conocer previamente la demanda de agua caliente sanitaria y

Chart, fue estudiada en la Universidad de Colorado mediante la

comparación del desempeño real de un sistema solar térmico con el desempeño estimado por

el método, obteniendo un error máximo del 5%. El resultado fue la clasificación del método

Chart como uno de los métodos de más alto grado de fiabilidad.

La secuencia que suele seguirse en el cálculo es la siguiente:

Valoración de las cargas caloríficas para el calentamiento de agua destinada a la

de A.C.S. o calefacción.

Valoración de la radiación solar incidente en la superficie inclinada del captador o

Cálculo del parámetro X

Cálculo del parámetro Y

Determinación de la gráfica f.

Valoración de la cobertura solar mensual.

Valoración de la cobertura solar anual y formación de tablas

En definitiva, el objetivo del método que nos ocupa es la obtención de la curva f y la

estimación del desempeño del captador solar, siendo la curva f la representación de la

alorífica mensual transformada a partir de la energía solar.

Chart no puede abarcar todas y cada una de las condiciones presentes en un

sistema de este tipo. Presenta las siguientes limitaciones, aunque como se verá más ade

algunas podrán resolverse con una serie de correcciones:

étodo basado en datos diarios medios mensuales

24

as con TRNSYS para simular el

comportamiento de distintas instalaciones en función de sus localizaciones. La fracción solar

que aporta dicho método es calculada a partir de dos parámetros adimensionales que se

as de los componentes usados, de la demanda de

energía, y teniendo en cuenta las condiciones meteorológicas y de operación.

Chart es un método en base mensual y está ampliamente aceptado como proceso de cálculo

tanto, no ha de aplicarse para

estimaciones de tipo semanal o diario. A priori, este método puede parecer más inexacto ya

utiliza factores de

Para la aplicación del

solares necesarios y la fracción solar existente

la demanda de agua caliente sanitaria y

Chart, fue estudiada en la Universidad de Colorado mediante la

comparación del desempeño real de un sistema solar térmico con el desempeño estimado por

fue la clasificación del método f-

Valoración de las cargas caloríficas para el calentamiento de agua destinada a la

Valoración de la radiación solar incidente en la superficie inclinada del captador o

En definitiva, el objetivo del método que nos ocupa es la obtención de la curva f y la

solar, siendo la curva f la representación de la

Chart no puede abarcar todas y cada una de las condiciones presentes en un

sistema de este tipo. Presenta las siguientes limitaciones, aunque como se verá más adelante

• Considera sistemas de calefacción y producción de

inferior al 20% de la carga de calefacción

• El método se desarrolla para un sistema base de energía solar, sin intercambiador de

calor en el circuito de captación y con una capacidad de acumulación de 75 l/m2 de

superficie de captación

• Considera despreciables las pérdidas en transporte y acumulació

• No incorpora el coeficiente de pérdidas de segundo orden del captado

• No contempla que se alcance

acumulador.

• Es válido únicamente para una configuración de sistema solar térmico

Desarrollo del método

Al porcentaje de la demanda de ACS cubierta por el sol se le

representa con la letra f.

adimensionales, f=Φ(X,Y). Como se verá a continuación, uno relaciona las pérdidas del

captador con la carga que debe combatir y el otro relaciona la energía absorbida con la carga a

combatir.

El método considera que las pérdidas en transporte y acumulación en base mensual son

despreciables comparadas con la energía solar útil captada.

�� � ����

QT = Energía solar útil captada (J/mes)

Eaux = Energía auxiliar consumida (J/mes)P = Pérdidas en transporte y acumulación (J/mes)

DACS = Demanda térmica (J/mes)

El rendimiento del sistema se define como la fracción de demanda cubierta por energía solar(f)

Demanda térmica (DACS)

La demanda de energía térmica

necesaria para aumentar la temperatura

temperatura de entrada de agua fría (

puntos de consumo. Las características del agua están representadas por

el calor específico Cp a presión constante. Se calcula mediante la expresión:

onsidera sistemas de calefacción y producción de ACS, donde la carga de

inferior al 20% de la carga de calefacción

l método se desarrolla para un sistema base de energía solar, sin intercambiador de

calor en el circuito de captación y con una capacidad de acumulación de 75 l/m2 de

superficie de captación

Considera despreciables las pérdidas en transporte y acumulación en base mensual

o incorpora el coeficiente de pérdidas de segundo orden del captado

que se alcance la temperatura máxima en el captador

Es válido únicamente para una configuración de sistema solar térmico

porcentaje de la demanda de ACS cubierta por el sol se le denomina fracción solar

Este factor se obtendrá como función de dos parámetros

. Como se verá a continuación, uno relaciona las pérdidas del

con la carga que debe combatir y el otro relaciona la energía absorbida con la carga a

El método considera que las pérdidas en transporte y acumulación en base mensual son

preciables comparadas con la energía solar útil captada.

��� � D�� � � D�� � � ���

= Energía solar útil captada (J/mes)

= Energía auxiliar consumida (J/mes) P = Pérdidas en transporte y acumulación (J/mes)

da térmica (J/mes)

El rendimiento del sistema se define como la fracción de demanda cubierta por energía solar(f)

� � ��/����

La demanda de energía térmica del agua caliente sanitaria (DACS) es la cantidad de energía

necesaria para aumentar la temperatura del agua caliente sanitaria consumida

temperatura de entrada de agua fría (Taf) hasta la temperatura de referencia

consumo. Las características del agua están representadas por su densidad

p a presión constante. Se calcula mediante la expresión:

25

, donde la carga de ACS es

l método se desarrolla para un sistema base de energía solar, sin intercambiador de

calor en el circuito de captación y con una capacidad de acumulación de 75 l/m2 de

n en base mensual

o incorpora el coeficiente de pérdidas de segundo orden del captador.

o en el

Es válido únicamente para una configuración de sistema solar térmico

fracción solar y se

Este factor se obtendrá como función de dos parámetros

. Como se verá a continuación, uno relaciona las pérdidas del

con la carga que debe combatir y el otro relaciona la energía absorbida con la carga a

El método considera que las pérdidas en transporte y acumulación en base mensual son

El rendimiento del sistema se define como la fracción de demanda cubierta por energía solar(f)

) es la cantidad de energía

del agua caliente sanitaria consumida (QACS) desde la

referencia (Tref) en los

su densidad ρ y por

D��

QACS = Consumo de agua caliente (l/día)

ρ = Densidad del agua (1 Kg/l)

CP = Calor específico del agua (

Tref = Temperatura de referencia (

Taf = Temperatura del agua fría (

N = Número de días del mes (día/mes)

La estimación del consumo de agua caliente (

de la instalación puesto que p

costes que esto conlleva. Para nuestro estudio nos hemos basado en los datos aportados por

el Código Técnico en su Documento Básico HE 4 (Tabla 3.1), los cuales están asociados siempre

a una temperatura de referencia 60

Criterio de demanda

Vivienda Unif.

Vivienda Multi.

Hospitales y clínicas

Hotel ****

Hotel ***

Hotel/Hostal**

Camping

Hostal/Pensión*

Residencia (ancianos, estudiantes, etc.)

Vestuarios/Duchas colectivas

Escuelas

Cuarteles

Fábricas y talleres

Administrativos

Gimnasio

Lavandería

Restaurantes

Cafeterías

�� � Q�������� · ρ · C! · �T#$% & T'%� · N

Consumo de agua caliente (l/día)

= Densidad del agua (1 Kg/l)

= Calor específico del agua (4.186 J/Kg ˚C)

= Temperatura de referencia (˚C)

= Temperatura del agua fría (˚C). Norma UNE 9402:2005

N = Número de días del mes (día/mes)

La estimación del consumo de agua caliente (QACS) es de gran relevancia a la hora del diseño

de la instalación puesto que puede ocasionar un sobredimensionado de la instalación con los

costes que esto conlleva. Para nuestro estudio nos hemos basado en los datos aportados por

el Código Técnico en su Documento Básico HE 4 (Tabla 3.1), los cuales están asociados siempre

peratura de referencia 60 ˚C.

Criterio de demanda Consumo unitario

(l/unidad dia)

Vivienda Unif. 30

Vivienda Multi. 22

Hospitales y clínicas 55

* 70

55

Hotel/Hostal** 40

40

Hostal/Pensión* 35

Residencia (ancianos, estudiantes, etc.) 55

Vestuarios/Duchas colectivas 15

3

20

Fábricas y talleres 15

Administrativos 3

22

4

Restaurantes 7

1

Tabla 3.1: Consumo unitario diario medio

26

) es de gran relevancia a la hora del diseño

uede ocasionar un sobredimensionado de la instalación con los

costes que esto conlleva. Para nuestro estudio nos hemos basado en los datos aportados por

el Código Técnico en su Documento Básico HE 4 (Tabla 3.1), los cuales están asociados siempre

Energía solar útil captada (QT

La energía útil captada la obtenemos integrando la energía captada (Qu)

�� � ) ��*+

�� �

�� � ,�� �

,-�./�= Factor óptico o Factor de ganancia

,-01=Factor de pérdidas

23 = Radiación diaria media mensual sobre la superficie de captación (J/m

23M = Radiación mensual sobre

N = Número de días del mes (día/mes)

El rendimiento del sistema depende de dos variables adimensionales (X, Y)

Una vez desarrollada la fracción solar (

� � ��/4 � ,

Siendo X e Y:

56

A = Área de la superficie de captación (m

FR = Factor de eficiencia del captador

UL = Coeficiente global de pérdidas del captador (W/m2 K)

Tref = Temperatura de referencia, igual a 100

Tam = Temperatura media mensual exterior (

∆t = Número de segundos en un mes

�τα�m = Producto �τα� medio mensual del captador

23 = Radiación diaria media mensual sobre la superficie

partir de los valores de la Norma UNE 94003:2007.

N = Número de días del mes (día/mes)

DACS = Demanda térmica (J/mes)

T)

La energía útil captada la obtenemos integrando la energía captada (Qu):

� ) <=> *+ � )?,-�./�=> & ,-01>�@A & @��B

� ,-> )�./�=*+ & ,-01> )�@A & @��*+

,-> �./�C ) = *+ & ,-01 >�@A & @��C ) *+

� ,-> �./�C2D & ,-01 >�@A & @��C ∆+

2D � 2E

= Factor óptico o Factor de ganancia

Radiación diaria media mensual sobre la superficie de captación (J/m2 día)

= Radiación mensual sobre la superficie de captación (J/m2 mes)

N = Número de días del mes (día/mes)

El rendimiento del sistema depende de dos variables adimensionales (X, Y)

Una vez desarrollada la fracción solar (f):

,-> �./�C2E/D�� & ,-01 >�@A & @��C ∆+/D��f=Φ(X, Y)

� >,-01F@GAH & @�CI∆+/D��

� >,-�./�C2E/D��

Área de la superficie de captación (m2)

Factor de eficiencia del captador

= Coeficiente global de pérdidas del captador (W/m2 K)

= Temperatura de referencia, igual a 100˚C

Tam = Temperatura media mensual exterior (˚C). Norma UNE 94003:2007

Número de segundos en un mes

medio mensual del captador. Anexo

= Radiación diaria media mensual sobre la superficie de captación (J/m2

partir de los valores de la Norma UNE 94003:2007. Anexo

N = Número de días del mes (día/mes)

= Demanda térmica (J/mes)

27

�B*+

día)

��

(3.1)

(3.2)

2 día). Calculada a

La función f=Φ(X, Y) se obtiene a partir de resultados de simulaciones horarias mediante

TRNSYS

Curvas f para sistemas con captadores

Una vez obtenida las dos variables adimensionales X e Y despejamos la ecuación:

� � 1,0296 & 0,0650

se obtiene a partir de resultados de simulaciones horarias mediante

captadores de líquido

Una vez obtenida las dos variables adimensionales X e Y despejamos la ecuación:

0655 & 0,2456R � 0,00185R � 0,02156T

0 U 6 U 3 0 U 5 U 18

Figura 3.2: Curvas f para sistemas de líquidos

28

se obtiene a partir de resultados de simulaciones horarias mediante

Una vez obtenida las dos variables adimensionales X e Y despejamos la ecuación:

(3.3)

Correcciones

Debido a la gran cantidad de sistemas distintos que abarca, el método f

serie de correcciones para ajustarse lo máximo

Corrección por caudal en captadores solares

La corrección por caudal permite ajustar los parámetros de ensayo al caso real. El caudal que

circula por los captadores solares en las pruebas de ensayo no tiene porqué ser el mismo que

con el que se trabaja en condiciones reales. Debid

corrección:

,W01 � X,W

YD � XZ[|]^_`abac]XZ[

Corrección por agrupación en s

Una vez que corregido por caudal, y obtenido los parámetros del captador, se corrige según

sea la agrupación de los captadores. La agrupación de

parámetros de la recta de rendimiento, disminuyéndo

aislado.

Como vemos en la figura 3.3, el agua de entrada al segundo captador tiene una temperatura

Ts,1, superior a la temperatura inicial (T

por el captador uno, elevando su temperatura. Este aumento de temperatura en el agua de

entrada al captador hace que disminuya la eficiencia de dicho captador.

Debido a la gran cantidad de sistemas distintos que abarca, el método f-Chart permite una

serie de correcciones para ajustarse lo máximo posible al caso concreto que se analiza

captadores solares

La corrección por caudal permite ajustar los parámetros de ensayo al caso real. El caudal que

circula por los captadores solares en las pruebas de ensayo no tiene porqué ser el mismo que

con el que se trabaja en condiciones reales. Debido a ello es necesario aplicarle la siguiente

X W01|Ade�fg � &hYi4j k1 & Z[lmn�o p

X ]^_`abac]ó^X [|r^_ast � Xn�ouvw$xyuwz{|m}~o ���]^_`abac]ó^Xn�ouvw$xyuwz{|m}~o ���r^_ast

Corrección por agrupación en serie

Una vez que corregido por caudal, y obtenido los parámetros del captador, se corrige según

los captadores. La agrupación de captadores en serie modifica los

rendimiento, disminuyéndolos con respecto a los de un captador

Figura 3.3: Esquema de captadores en Serie

Como vemos en la figura 3.3, el agua de entrada al segundo captador tiene una temperatura

, superior a la temperatura inicial (Te), esto es debido a que el agua ha pasado previamente

por el captador uno, elevando su temperatura. Este aumento de temperatura en el agua de

entrada al captador hace que disminuya la eficiencia de dicho captador.

29

Chart permite una

posible al caso concreto que se analiza.

La corrección por caudal permite ajustar los parámetros de ensayo al caso real. El caudal que

circula por los captadores solares en las pruebas de ensayo no tiene porqué ser el mismo que

o a ello es necesario aplicarle la siguiente

(3.4)

(3.5)

Una vez que corregido por caudal, y obtenido los parámetros del captador, se corrige según

captadores en serie modifica los

con respecto a los de un captador

Como vemos en la figura 3.3, el agua de entrada al segundo captador tiene una temperatura

sto es debido a que el agua ha pasado previamente

por el captador uno, elevando su temperatura. Este aumento de temperatura en el agua de

La energía solar absorbida por el primer capt

��,v � >,

De manera similar, la energía absorbida por el segundo captador solar:

��

��

Podemos reducir la expresión anterior definiendo

Siendo G el caudal específico por el captador

Desarrollada la energía solar de los dos captadores en Serie por separado, vamos a fusionarlos

en una única ecuación que contenga la energía total del conjunto. Por tanto la energía solar

captada por los dos captadores en serie es:

�� � ��,v �Despejando ��,v de la ecuación (3.6

�� � 2>,-���� k1 &Expresión que equivale a la energía absorbida por un

área (2A) y con parámetros equivalentes de la recta de rendimiento, que como ya hemos

comentado anteriormente, serán inferiores a los de un captador aislado.

,�-

,�-

La energía solar captada por dos captadores en Serie será por tanto:

��

La energía solar absorbida por el primer captador solar la podemos desarrollar:

,-����= & >,-01 �@A & @�� � �Yi�@e,v & @A�

@e,v � @A � ��,�D�o

De manera similar, la energía absorbida por el segundo captador solar:

�,R � >,-����= & >,-01 F@e,v & @�I

�,R � >,-����= & >,-01 �@A & @� � ��,�D�o �

��,R � ��,v & �Z[lmD�o ��,v

Podemos reducir la expresión anterior definiendo � � �Z[lmD�o = Z[lm

n�o

Siendo G el caudal específico por el captador (kg/ s m2)

��,R � �1 & ����,v

Desarrollada la energía solar de los dos captadores en Serie por separado, vamos a fusionarlos

en una única ecuación que contenga la energía total del conjunto. Por tanto la energía solar

captadores en serie es:

� ��,R � ��,v � �1 & ����,v � k1 & �Rp 2��,v

de la ecuación (3.6):

k & �Rp = & 2>,-01 k1 & �

Rp �@A & @�� � �Yi�@e,v

Expresión que equivale a la energía absorbida por un captador solar de superficie dos veces el

área (2A) y con parámetros equivalentes de la recta de rendimiento, que como ya hemos

comentado anteriormente, serán inferiores a los de un captador aislado.

-���� � ,-���� k1 & �Rp � ,-����

-01 � ,-01 k1 & �Rp � ,- 01

La energía solar captada por dos captadores en Serie será por tanto:

� 2>,�-����= & 2>,�-01 �@A & @��

30

ador solar la podemos desarrollar:

(3.6)

(3.7)

(3.8)

(3.9)

(3.10)

(3.11)

Desarrollada la energía solar de los dos captadores en Serie por separado, vamos a fusionarlos

en una única ecuación que contenga la energía total del conjunto. Por tanto la energía solar

(3.12)

v & @A� (3.13)

captador solar de superficie dos veces el

área (2A) y con parámetros equivalentes de la recta de rendimiento, que como ya hemos

(3.14)

(3.15)

(3.16)

Generalizando la expresión anterior para un número N de captadores en Serie obtenemos:

Corrección por intercambiador de c

Los sistemas son instalados

captadores y el depósito de acumulación

Con esta corrección conseguimos aproximar con el método f

intercambiador que separan el circuito hidráulico en dos, circuito primario (p) y circuito

secundario(s). Se transformará la instalación inicial con intercambiador de calor, en u

instalación equivalente sin intercambiador y con el captador calculado corregido.

Si existe un intercambiador de calor en el circuito primario, se corrigen los grupos

adimensionales X e Y a través del factor

del intercambiador y de las capacidades caloríficas de los fluidos

temperatura entre el depósito de acumulación y el captador solar, disminuyendo el

rendimiento de captación.

Figura 3.4: Esquema de Instalación con intercambiador de calor

Se define un captador solar equivalente:

Energía útil captada:

��

Generalizando la expresión anterior para un número N de captadores en Serie obtenemos:

,�-���� � ,-���� kvw�vw����� p

,�-01 � ,-01 kvw�vw����� p

ntercambiador de calor

instalados frecuentemente con un intercambiador de calor entre los

captadores y el depósito de acumulación (Figura 3.4)

esta corrección conseguimos aproximar con el método f-Chart instalaciones con

intercambiador que separan el circuito hidráulico en dos, circuito primario (p) y circuito

ransformará la instalación inicial con intercambiador de calor, en u

instalación equivalente sin intercambiador y con el captador calculado corregido.

i existe un intercambiador de calor en el circuito primario, se corrigen los grupos

a través del factor FR (recta de rendimiento), en función de la efectividad

del intercambiador y de las capacidades caloríficas de los fluidos. Aumenta el gradiente de

temperatura entre el depósito de acumulación y el captador solar, disminuyendo el

Figura 3.4: Esquema de Instalación con intercambiador de calor

e un captador solar equivalente:

,�-�./�, ,-W 01

� ,-�./�=> & ,-01>�@A� & @��

31

Generalizando la expresión anterior para un número N de captadores en Serie obtenemos:

(3.17)

(3.18)

frecuentemente con un intercambiador de calor entre los

Chart instalaciones con

intercambiador que separan el circuito hidráulico en dos, circuito primario (p) y circuito

ransformará la instalación inicial con intercambiador de calor, en una

instalación equivalente sin intercambiador y con el captador calculado corregido.

i existe un intercambiador de calor en el circuito primario, se corrigen los grupos

(recta de rendimiento), en función de la efectividad

umenta el gradiente de

temperatura entre el depósito de acumulación y el captador solar, disminuyendo el

(3.19)

La energía útil captada también la podemos obtener, m

el circuito primario:

��

La energía transferida en el intercambiador:

Descomponiendo la diferencia de temperatura entre la entrada del primario (Tep) y la

temperatura ambiente (Ta):

F@A�

Despejando la ecuación (3.23) en la energía útil de la ecuación (3.19):

��� � ,-�./

Reorganizando los términos de la ecuación (3.24):

��� k1 � Z[lm�

��

Igualando la energía útil de las ecuaciones (3.20) y (3.21):

Incluyendo la ecuación (3.20) en la (3.26):

Conociendo @e� & @Ae de la ecuación (3.21):

Introduciendo @A� & @Ae de la ecuación (3.29) en la (3.25):

La energía útil captada también la podemos obtener, mediante un balance en el captador y en

� ��Y��F@e� & @A�I � �eY�e�@ee & @Ae�

La energía transferida en el intercambiador:

�� � �YC�d�@e� & @Ae�

Siendo YC�d � F�Y�IC�d

Descomponiendo la diferencia de temperatura entre la entrada del primario (Tep) y la

F A� & @�I � �@Ae & @�� � �@A� & @Ae�

Despejando la ecuación (3.23) en la energía útil de la ecuación (3.19):

�./�= & ,-01�@Ae & @�� & ,-01�@A� & @Ae�

Reorganizando los términos de la ecuación (3.24):

� �@A� & @Ae�p � ,-�./�= & ,-01�@Ae & @��

Igualando la energía útil de las ecuaciones (3.20) y (3.21):

���]^D���� � �_�w�r�

�_�w�r_

Incluyendo la ecuación (3.20) en la (3.26):

1 & ���]^D���� � �r�w�r_

�_�w�r_

@A� & @Ae � �1 & ���]^D����� F@e� & @AeI

de la ecuación (3.21):

@A� & @Ae � �1 & ���]^D����� ��

���]^

de la ecuación (3.29) en la (3.25):

32

ediante un balance en el captador y en

(3.20)

(3.21)

(3.22)

Descomponiendo la diferencia de temperatura entre la entrada del primario (Tep) y la

(3.23)

(3.24)

(3.25)

(3.26)

(3.27)

(3.28)

(3.29)

��� �1 � Z[l

���]^

Reordenando la ecuación (3.30):

��� �1 � Z[l

D��

Siendo:

En la ecuación siguiente obtenemos los parámetros

equivalente:

�� � Z[� �./�=> & Z

El coeficiente de corrección por el interc

lm��]^ �1 & ���]^

D������ � ,-�./�= & ,-01�@Ae & @��

Reordenando la ecuación (3.30):

lm���� ���Y���Y��j & 1�� � ,-�./�= & ,-01�@Ae & @��

� � �1 � Z[lm����]^ ���Y���Y��j & 1��

��� � � ,-�./�= & ,-01�@Ae & @��

En la ecuación siguiente obtenemos los parámetros ,�-�./�, ,-W 01 del captador solar

Z[� 01>�@Ae & @�� � ,-W �./�=> & ,-W 01>�@Ae & @

El coeficiente de corrección por el intercambiador de calor, es por tanto:

Z[{Z[ � �1 � Z[lm�D���� ���Y���Y��j & 1��wv

33

� (3.30)

� (3.31)

(3.32)

(3.33)

del captador solar

@�� (3.34)

(3.35)

Corrección por la capacidad del Almacenamiento

El método f-Chart se ha desarrollado para una capacidad estándar de 75 litros de

almacenamiento de agua por cada metro cuadrado de área de captador. Con esta corrección

podemos estimar el rendimiento del sistema para otra capacidad de almacenamiento distinta.

Para ello se corregirá el grupo adimensional X con el factor de corrección de almacenamiento

mediante la siguiente ecuación:

,��+�� *� Y�������

Figura 3.5: Curva de corrección por Almacenamiento

Corrección por la capacidad del Almacenamiento

Chart se ha desarrollado para una capacidad estándar de 75 litros de

almacenamiento de agua por cada metro cuadrado de área de captador. Con esta corrección

podemos estimar el rendimiento del sistema para otra capacidad de almacenamiento distinta.

lo se corregirá el grupo adimensional X con el factor de corrección de almacenamiento

mediante la siguiente ecuación:

Y�������ój *� �� ������*�* *� ������j����j+�

 ~  � � ¡

¢£�w¤,R£

¥��j*�: 37,5 U ¨ U 300

V en l/m2 de superficie de captación.

Figura 3.5: Curva de corrección por Almacenamiento

34

Chart se ha desarrollado para una capacidad estándar de 75 litros de

almacenamiento de agua por cada metro cuadrado de área de captador. Con esta corrección

podemos estimar el rendimiento del sistema para otra capacidad de almacenamiento distinta.

lo se corregirá el grupo adimensional X con el factor de corrección de almacenamiento

������j����j+� �

(3.36)

Corrección por el consumo de ACS

El método se ha desarrollado para instalaciones donde la carga de ACS es inferior al 20%

carga de calefacción. En este apartado se describe una manera de estimar el rendimiento del

sistema si la carga de calentamiento de agua caliente supera este valor o incluso como ocurrirá

en muchas ocasiones, en sistemas donde la carga es debida en s

Agua Caliente Sanitaria (ACS).

Son dos los factores que afectan al rendimiento de los sistemas de calentamiento solar: la

temperatura de suministro del agua de red y la temperatura mínima aceptable del agua

caliente. Ya que estas temperaturas afectan al nivel medio de temperatura de funcionamiento

del sistema así como a las pérdidas de energía del captador, la variable adimensional X que

representa las pérdidas del captador, deberá corregirse con un factor dado por la siguien

ecuación:

,��+�� *�

�

@�H= Temperatura diaria media mensual de agua fría (ºC)

@�C= Temperatura ambiente

@�©= Temperatura del agua de consumo

onsumo de ACS

l método se ha desarrollado para instalaciones donde la carga de ACS es inferior al 20%

En este apartado se describe una manera de estimar el rendimiento del

sistema si la carga de calentamiento de agua caliente supera este valor o incluso como ocurrirá

en muchas ocasiones, en sistemas donde la carga es debida en su totalidad a la preparación de

Agua Caliente Sanitaria (ACS).

Son dos los factores que afectan al rendimiento de los sistemas de calentamiento solar: la

temperatura de suministro del agua de red y la temperatura mínima aceptable del agua

estas temperaturas afectan al nivel medio de temperatura de funcionamiento

del sistema así como a las pérdidas de energía del captador, la variable adimensional X que

representa las pérdidas del captador, deberá corregirse con un factor dado por la siguien

Y�������ój ��� �� Y�j¥ª�� *� >Y« � 5�5 �

vv,¬­v,v®�ac­T,®¬�a¯wR,TR�a��v¤¤w�a��

= Temperatura diaria media mensual de agua fría (ºC)

= Temperatura ambiente diaria media mensual (ºC)

= Temperatura del agua de consumo (ºC)

35

l método se ha desarrollado para instalaciones donde la carga de ACS es inferior al 20% de la

En este apartado se describe una manera de estimar el rendimiento del

sistema si la carga de calentamiento de agua caliente supera este valor o incluso como ocurrirá

u totalidad a la preparación de

Son dos los factores que afectan al rendimiento de los sistemas de calentamiento solar: la

temperatura de suministro del agua de red y la temperatura mínima aceptable del agua

estas temperaturas afectan al nivel medio de temperatura de funcionamiento

del sistema así como a las pérdidas de energía del captador, la variable adimensional X que

representa las pérdidas del captador, deberá corregirse con un factor dado por la siguiente

(3.37)

Corrección por pérdidas

El método f-Chart original no incluye esta corrección por pérdidas en el transporte, si

embargo hemos decidido incluirlas porque consideramos que las

tuberías que conducen o regresan de los captadores en un sistema de energía solar pueden ser

significativas. Beckman (1978) ha demostrado que la combinación de las tuberías o conductos

más el captador solar es equivalente en el rendimiento térmico a un captador solar con

diferentes valores de UL y (τα

Considerando la distribución de temperatura mostrado en la figura 3.6, el fluido entra en el

conducto, donde se producen pérdidas de tempera

temperatura ambiente Ta. El fluido reduce su temperatura

solar. El fluido pasa a través del captador y se calienta hasta la temperatura de salida del

captador. Esta temperatura s

pasa el fluido caliente a través de los conductos de salida.

Figura 3.6: Distribución de temperatura a través de los captadores.

Haciendo un balance, la ganancia de energía útil del

Esta ganancia de energía también puede obtenerse como la ganancia del captador menos las

pérdidas en los conductos:

Chart original no incluye esta corrección por pérdidas en el transporte, si

o incluirlas porque consideramos que las pérdidas de energía de las

tuberías que conducen o regresan de los captadores en un sistema de energía solar pueden ser

significativas. Beckman (1978) ha demostrado que la combinación de las tuberías o conductos

el captador solar es equivalente en el rendimiento térmico a un captador solar con

α)

Considerando la distribución de temperatura mostrado en la figura 3.6, el fluido entra en el

conducto, donde se producen pérdidas de temperatura debido a la diferencia con respecto a la

temperatura ambiente Ta. El fluido reduce su temperatura ΔTi antes de entrar al captador

solar. El fluido pasa a través del captador y se calienta hasta la temperatura de salida del

. Esta temperatura se ve reducida hasta To al perder calor con el ambiente, cuando

pasa el fluido caliente a través de los conductos de salida.

Figura 3.6: Distribución de temperatura a través de los captadores.

Haciendo un balance, la ganancia de energía útil del captador es igual a:

�� � X�° Yi|��@g & @��

Esta ganancia de energía también puede obtenerse como la ganancia del captador menos las

36

Chart original no incluye esta corrección por pérdidas en el transporte, sin

pérdidas de energía de las

tuberías que conducen o regresan de los captadores en un sistema de energía solar pueden ser

significativas. Beckman (1978) ha demostrado que la combinación de las tuberías o conductos

el captador solar es equivalente en el rendimiento térmico a un captador solar con

Considerando la distribución de temperatura mostrado en la figura 3.6, el fluido entra en el

tura debido a la diferencia con respecto a la

Ti antes de entrar al captador

solar. El fluido pasa a través del captador y se calienta hasta la temperatura de salida del

e ve reducida hasta To al perder calor con el ambiente, cuando

(3.38)

Esta ganancia de energía también puede obtenerse como la ganancia del captador menos las

�� � >�,-Las pérdidas en conductos son iguales a la integral de las pérdidas entre la entrada y la salida

dada por:

Donde 0± es el coeficiente de pérdidas del conducto. Es posible la integración de la ecuación

anterior, pero en cualquier sistema bien diseñado las pérdidas de los conductos deben ser

pequeñas y la integral se puede aproximar con gran precisión en términos de dife

temperatura a la entrada y salida:

é�*�*�¥

Donde >� y >¤ son las áreas de pérdidas de calor en los conductos de entrada y salida.

Reordenando las ecuaciones (3.40) y (3.43), las pérdida

de ganancia de energía útil y temperatura del fluido a la entrada:

é

La disminución de la temperatura,

captador puede ser aproximada por:

Sustituyendo la ecuación (3.44) y (3.45

del captador y del sistema de conductos puede expres

�� � �

La ecuación (3.46) puede ser expresada mediante los parámetros característicos del captador

solar �./� y 01

-?h��./� & 01�@� & ∆@� & @��B & é�*�*�¥

n conductos son iguales a la integral de las pérdidas entre la entrada y la salida

é�*�*�¥ � 0± ³�@ & @�� *>

es el coeficiente de pérdidas del conducto. Es posible la integración de la ecuación

anterior, pero en cualquier sistema bien diseñado las pérdidas de los conductos deben ser

pequeñas y la integral se puede aproximar con gran precisión en términos de dife

temperatura a la entrada y salida:

�*�*�¥ � 0±>��@� & @�� � 0±>g�@g & @��

son las áreas de pérdidas de calor en los conductos de entrada y salida.

Reordenando las ecuaciones (3.40) y (3.43), las pérdidas pueden ser expresadas en términos

de ganancia de energía útil y temperatura del fluido a la entrada:

é�*�*�¥ � 0±�>� � >g��@� & @�� � l´�t��XC° �o|~

La disminución de la temperatura, ∆@� , debido a las pérdidas de calor en el lado de entrada del

captador puede ser aproximada por:

∆@� � l´ �]��]w�a�XC° �o|~

(3.44) y (3.45) en (3.40) y reordenando, la ganancia de energía útil

del sistema de conductos puede expresarse como:

�~Z[µn¶����wlm�vw |´·]X�° ~o¸~­|´�·]¹·t�X�° ~o¸~ � ��]w�a�ºv­ |´·tX�° ~o¸~

La ecuación (3.46) puede ser expresada mediante los parámetros característicos del captador

�� � >�,-?h��./�W & 0�1�@� & @��B

37

(3.39)

n conductos son iguales a la integral de las pérdidas entre la entrada y la salida

(3.40)

es el coeficiente de pérdidas del conducto. Es posible la integración de la ecuación

anterior, pero en cualquier sistema bien diseñado las pérdidas de los conductos deben ser

pequeñas y la integral se puede aproximar con gran precisión en términos de diferencia de

(3.41)

son las áreas de pérdidas de calor en los conductos de entrada y salida.

s pueden ser expresadas en términos

(3.42)

lado de entrada del

(3.43)

) y reordenando, la ganancia de energía útil

(3.44)

La ecuación (3.46) puede ser expresada mediante los parámetros característicos del captador

(3.45)

Donde

Y

l

Por último pasaremos el coeficiente de pérdidas de la red de

lWmlm �

Siendo en este caso:

U=Coeficiente global lineal de pérdidas de la red de tuberías (W/m

L=Longitudes de los tramos de tuberías

����W���� � v

v­ |´·tX�° ~o¸~

lWmlm � vw |´·]X�° ~o¸~­|´�·]¹·t�X�° ~o¸~

v­ |´·tX�° ~o¸~

Por último pasaremos el coeficiente de pérdidas de la red de tubería a lineal:

01�dA�»4�j¼�+ª* � 0ÁGA�Á���

� vw |´m]X�° ~o¸~­|´�m]¹mt�X�° ~o¸~v­ |´mtX�° ~o¸~

U=Coeficiente global lineal de pérdidas de la red de tuberías (W/m k)

de los tramos de tuberías

38

(3.46)

(3.47)

(3.48)

Programación del método f-Chart

En este apartado se expone el desarrollo del método f

de este programa surge por la necesidad de realizar numerosas iteraciones al método f

El programa desarrollado, se basa en las ecuaciones del método f

capítulo 3, apartado 3.2 del presente proyecto.

cálculo CHEQ4 con el que se va a comparar.

El programa solicita los datos de entrada necesarios para poder simular una instalación solar

térmica, y devuelve:

- La demanda (KWh) dependiendo de

- El aporte solar (KWh)

disposición de los captadores, etc.

- Fracción solar (f %):

como el cociente entre el aporte solar y la demanda.

El programa muestra los resultados

mensual como anual. Además a partir de estos

representa la evolución mensual de la demanda y el aporte solar en KWh.

El programa está desarrollado

trabaja solamente en una de ellas,

muestran los resultados. El resto de pestaña

primera pestaña.

Dentro de la hoja de trabajo, las celdas de entrada de d

celdas amarillas son datos calculados a partir de los valores de entrada.

El programa comienza con la obtención de los datos geográficos y meteor

instalación solar térmica (Figura3.7)

cinco localidades que se han utilizado en este proyecto: Bilbao, Barcelona, Salamanca, Madrid

y Sevilla.

Una vez seleccionada la localidad

utilizarán en el cálculo de la fracción solar: zona climática, latitud, temperatura ambiente,

radiación y temperatura de la red.

Chart

En este apartado se expone el desarrollo del método f-Chart programado en Excel. La creación

ste programa surge por la necesidad de realizar numerosas iteraciones al método f

se basa en las ecuaciones del método f-Chart explicadas en el

, apartado 3.2 del presente proyecto. Muestra una estructura similar

con el que se va a comparar.

datos de entrada necesarios para poder simular una instalación solar

dependiendo de la aplicación y la demanda fijada

l aporte solar (KWh) en función de los parámetros de los equipos, la localidad, la

disposición de los captadores, etc.

: porcentaje de demanda cubierta por el aporte solar. Se obtiene

como el cociente entre el aporte solar y la demanda.

resultados de demanda, aporte solar y fracción solar

como anual. Además a partir de estos datos obtenidos, genera un gráfico en el que se

representa la evolución mensual de la demanda y el aporte solar en KWh.

tá desarrollado con un total de 16 pestañas, no obstante, por comodidad se

de ellas, en la que se introducen los datos de entrada, y donde se

los resultados. El resto de pestañas son cálculos y resultados vinculados a

de trabajo, las celdas de entrada de datos son las de formato azul, y l

celdas amarillas son datos calculados a partir de los valores de entrada.

omienza con la obtención de los datos geográficos y meteor

térmica (Figura3.7), para ello nos da la posibilidad de seleccionar una de las

cinco localidades que se han utilizado en este proyecto: Bilbao, Barcelona, Salamanca, Madrid

cionada la localidad, se muestran datos relacionados con la misma

utilizarán en el cálculo de la fracción solar: zona climática, latitud, temperatura ambiente,

radiación y temperatura de la red.

39

Chart programado en Excel. La creación

ste programa surge por la necesidad de realizar numerosas iteraciones al método f-Chart.

Chart explicadas en el

estructura similar al programa de

datos de entrada necesarios para poder simular una instalación solar

y la demanda fijada

en función de los parámetros de los equipos, la localidad, la

porcentaje de demanda cubierta por el aporte solar. Se obtiene

demanda, aporte solar y fracción solar, tanto de forma

un gráfico en el que se

por comodidad se

entrada, y donde se

y resultados vinculados a esta

atos son las de formato azul, y las

omienza con la obtención de los datos geográficos y meteorológicos de la

da la posibilidad de seleccionar una de las

cinco localidades que se han utilizado en este proyecto: Bilbao, Barcelona, Salamanca, Madrid

la misma, y que se

utilizarán en el cálculo de la fracción solar: zona climática, latitud, temperatura ambiente,

Figura 3.7: Datos

A continuación se calcula la demanda de energía térmica del agua caliente sanitaria

es necesario conocer el tipo

nos permite elegir entre todos los casos presentes en la

multifamiliar, hotel, escuela, administrativo

Figura 3.8: Cálculo de la demanda

: Datos geográficos y meteorológicos del programa desarrollado

A continuación se calcula la demanda de energía térmica del agua caliente sanitaria

de aplicación y el número de personas. Para el tipo de aplicación

elegir entre todos los casos presentes en la Tabla 3.1, vivienda unifamiliar, v.

administrativo, etc.

Cálculo de la demanda energética del programa desarrollado

40

geográficos y meteorológicos del programa desarrollado

A continuación se calcula la demanda de energía térmica del agua caliente sanitaria. Para ello

de aplicación y el número de personas. Para el tipo de aplicación

ivienda unifamiliar, v.

del programa desarrollado

En el siguiente apartado se define el

de acumulación.

Las celdas de color verde que se observan en la figura 3.9

programa de cálculo CHEQ4 con el que se va a comparar.

Figura 3.9: Elección del captador y volumen de acumulación

Una vez definida la instalación solar térmica

se le aplican las correcciones vistas en el apartado 3.2 del capítulo tercero.

Primero se corrige por caudal. E

instalación sea distinto al caudal de ensayo.

A continuación se corrige por la agrupación de captadores

agrupación en paralelo penaliza el rendimiento. Para esta corrección se necesita s

número de captadores en serie.

captadores debe ser un número entero

podría dar el caso de diseñar

En el siguiente apartado se define el captador (sus propiedades y su disposición

Las celdas de color verde que se observan en la figura 3.9 son datos relacionados con el otro

programa de cálculo CHEQ4 con el que se va a comparar.

Elección del captador y volumen de acumulación del programa desarrollado

la instalación solar térmica, así como los parámetros de los distintos equipos,

se le aplican las correcciones vistas en el apartado 3.2 del capítulo tercero.

Primero se corrige por caudal. Esta corrección afectará a los casos en los que el caudal de la

instalación sea distinto al caudal de ensayo.

A continuación se corrige por la agrupación de captadores. Como ya hemos comentado, una

agrupación en paralelo penaliza el rendimiento. Para esta corrección se necesita s

número de captadores en serie. Además se realiza una comprobación, ya que el número de

número entero, (celdas en rojo de la figura 3.10). Por ejemplo, n

2,5 captadores en paralelo.

41

disposición), y el volumen

son datos relacionados con el otro

desarrollado

, así como los parámetros de los distintos equipos,

los casos en los que el caudal de la

omo ya hemos comentado, una

agrupación en paralelo penaliza el rendimiento. Para esta corrección se necesita saber el

ya que el número de

Por ejemplo, no se

Figura 3.10: Corrección por caudal y agrupación

Las siguientes correcciones que se

intercambiador de calor. Para poder aplicar la primera

diámetro de las tuberías y el espesor del aislante. Para la segunda corrección

conocer la efectividad del intercambiador.

Figura 3.11: Corrección por pérdidas en tubería y por intercambiador

Como se mostró anteriormente, el rendimiento adimensionales (X, Y). Para su cálculo de captación (Figura 3.12).

Corrección por caudal y agrupación del programa desarrollado

siguientes correcciones que se aplican al método son las de pérdidas por tubería y por

intercambiador de calor. Para poder aplicar la primera, el programa solicita las longitudes

y el espesor del aislante. Para la segunda corrección,

conocer la efectividad del intercambiador.

Corrección por pérdidas en tubería y por intercambiador del programa desarrollado

se mostró anteriormente, el rendimiento del sistema depende de dos variables adimensionales (X, Y). Para su cálculo debemos conocer la radiación solar sobre

42

del programa desarrollado

son las de pérdidas por tubería y por

solicita las longitudes y el

, solo es necesario

desarrollado

del sistema depende de dos variables sobre la superficie

Figura 3.12: Radiación sobre superfici

Figura 3.13: Corrección

Radiación sobre superficie de captación del programa desarrollado

Corrección por el consumo de ACS del programa desarrollado

43

del programa desarrollado

del programa desarrollado

En la figura 3.13 se observa cómo

método se ha desarrollado para instalaciones donde la carga de ACS es inferior al 20% de la

carga de calefacción. Si este porcentaje es superior se corrige el grupo adimensional X.

Así mismo en la figura 3.13 s

segunda con los valores ya corregidos. Esto facilita

puedan producir al estar trabajando con varias pestañas

Figura 3.14: Corrección por

En la figura 3.14 se aprecia la última corrección del método f

de acumulación. Esta corrección afecta

acumulación es distinto de 75 l/m

ser el volumen de acumulación igual a 75

se observa cómo se corrige el método por el consumo de agua caliente

método se ha desarrollado para instalaciones donde la carga de ACS es inferior al 20% de la

carga de calefacción. Si este porcentaje es superior se corrige el grupo adimensional X.

Así mismo en la figura 3.13 se muestra una tabla con los valores iniciales de X/A e Y/A, y una

segunda con los valores ya corregidos. Esto facilita la detección de errores de vínculos

puedan producir al estar trabajando con varias pestañas simultaneamente.

Corrección por el volumen de acumulación del programa desarrollado

la última corrección del método f-Chart, corrección por el volumen

de acumulación. Esta corrección afecta a las configuraciones en las que el volumen de

distinto de 75 l/m2. Se puede observar en el ejemplo de la figura 3.1

ser el volumen de acumulación igual a 75 l/m2 no modifica el valor de las variables (X/A, Y/A).

44

por el consumo de agua caliente. El

método se ha desarrollado para instalaciones donde la carga de ACS es inferior al 20% de la

carga de calefacción. Si este porcentaje es superior se corrige el grupo adimensional X.

les de X/A e Y/A, y una

la detección de errores de vínculos, que se

ograma desarrollado

Chart, corrección por el volumen

las configuraciones en las que el volumen de

en el ejemplo de la figura 3.14, cómo al

no modifica el valor de las variables (X/A, Y/A).

Una vez aplicadas todas las correcciones del método f

adimensionales (X, Y) necesar

A partir de las variables (X, Y) y las

Figura 3.15:

Por último, el método desarrollado

energética y el aporte solar, de la instalación simulada. Además

que proporciona el programa de cálculo CHEQ4, en el que se representa la evolución m

de la demanda y el aporte solar en KWh (Figura 3.16).

Una vez aplicadas todas las correcciones del método f-Chart, obtenemos las variables

adimensionales (X, Y) necesarias para el cálculo del rendimiento de la instalación

partir de las variables (X, Y) y las curvas f (Ecuación 3.3) obtenemos la fracción solar

: Obtención de la fracción solar del programa desarrollado

el método desarrollado presenta para cada mes la fracción solar, la demanda

energética y el aporte solar, de la instalación simulada. Además genera un gráfico, similar al

que proporciona el programa de cálculo CHEQ4, en el que se representa la evolución m

de la demanda y el aporte solar en KWh (Figura 3.16).

45

Chart, obtenemos las variables

ias para el cálculo del rendimiento de la instalación solar térmica.

(Ecuación 3.3) obtenemos la fracción solar ( f ).

para cada mes la fracción solar, la demanda

un gráfico, similar al

que proporciona el programa de cálculo CHEQ4, en el que se representa la evolución mensual

Figura 3.16

3.16: Resultados aportados por programa desarrollado

46

3.3 Método Metasol (CHEQ4)

CHEQ4 es una herramienta informática, que permite validar el cumplimiento de la

contribución solar mínima de agua caliente sanitaria, en instalaciones solares térmicas; tal y

como se exige en la sección HE4 del Código Técnico de la Edificación (aprobada por Real

Decreto 31/04/2006 de 17 marzo), siempre que las características de la instalación se

encuentren incluidas en su rango de aplicación.

Aiguasol ha desarrollado esta nueva aplicación para el IDAE (Instituto para la Diversificación y

Ahorro de la Energía) y ASIT (Asociación Solar de la Industria Térmica), ofreciendo la

posibilidad de verificar y comprobar de una forma rápida, el correcto dimensionamiento de las

instalaciones. Esta herramienta, utiliza como motor la nueva metodología de cálculo Metasol.

CHEQ4 no es una herramienta de diseño, únicamente permite validar el cumplimiento de la

contribución solar mínima. Su correcta aplicación es suficiente para acreditar el cumplimiento,

desde el punto de vista energético de los requisitos establecidos en la sección HE4. Por otro

lado el no cumplimiento de la contribución solar mínima mediante este p

invalida la posibilidad de demostrar su cumplimiento mediante otros procedimientos.

Método Metasol (CHEQ4)

CHEQ4 es una herramienta informática, que permite validar el cumplimiento de la

mínima de agua caliente sanitaria, en instalaciones solares térmicas; tal y

como se exige en la sección HE4 del Código Técnico de la Edificación (aprobada por Real

Decreto 31/04/2006 de 17 marzo), siempre que las características de la instalación se

entren incluidas en su rango de aplicación.

Aiguasol ha desarrollado esta nueva aplicación para el IDAE (Instituto para la Diversificación y

Ahorro de la Energía) y ASIT (Asociación Solar de la Industria Térmica), ofreciendo la

y comprobar de una forma rápida, el correcto dimensionamiento de las

instalaciones. Esta herramienta, utiliza como motor la nueva metodología de cálculo Metasol.

CHEQ4 no es una herramienta de diseño, únicamente permite validar el cumplimiento de la

ibución solar mínima. Su correcta aplicación es suficiente para acreditar el cumplimiento,

desde el punto de vista energético de los requisitos establecidos en la sección HE4. Por otro

lado el no cumplimiento de la contribución solar mínima mediante este p

invalida la posibilidad de demostrar su cumplimiento mediante otros procedimientos.

47

CHEQ4 es una herramienta informática, que permite validar el cumplimiento de la

mínima de agua caliente sanitaria, en instalaciones solares térmicas; tal y

como se exige en la sección HE4 del Código Técnico de la Edificación (aprobada por Real

Decreto 31/04/2006 de 17 marzo), siempre que las características de la instalación se

Aiguasol ha desarrollado esta nueva aplicación para el IDAE (Instituto para la Diversificación y

Ahorro de la Energía) y ASIT (Asociación Solar de la Industria Térmica), ofreciendo la

y comprobar de una forma rápida, el correcto dimensionamiento de las

instalaciones. Esta herramienta, utiliza como motor la nueva metodología de cálculo Metasol.

CHEQ4 no es una herramienta de diseño, únicamente permite validar el cumplimiento de la

ibución solar mínima. Su correcta aplicación es suficiente para acreditar el cumplimiento,

desde el punto de vista energético de los requisitos establecidos en la sección HE4. Por otro

lado el no cumplimiento de la contribución solar mínima mediante este procedimiento no

invalida la posibilidad de demostrar su cumplimiento mediante otros procedimientos.

Ventajas de CHEQ4 frente a f

Una de las principales ventajas del método CHEQ4 frente al f

variar la instalación según el tipo de aplicación, pudiendo ajustar lo máximo posible los

resultados finales. En f-Chart sin embargo no hay posibilidad de variar la configuración siendo

única para todas las aplicaciones.

En cuanto a las pérdidas, el método f

distribución, mientras que el método CHEQ4 si tiene en cuenta dichas pérdidas. Éste será otros

de los motivos por los que ambos métodos proporcionan distintos valores.

Otro aspecto que defienden

incorpora el coeficiente de pérdidas de segundo orden del captador

Todas estas diferencias entre los métodos f

desiguales. Con este proyecto intentaremos

obtenidos entre ambos métodos, así como la variación de los resultados al modificar la

configuración en el método CHEQ4, para los mismos datos de entrada.

Método de cálculo de CHEQ4

CHEQ4 utiliza como motor de

dinámica de programas como TRANSOL y métodos estáticos como f

en todo momento las características del mercado español y la normativa aplicable.

El procedimiento de cálculo h

partiendo de modelos detallados, obtenidos del programa Transol, se realizan más de 69.000

simulaciones, en base mensual más de 800.000 datos, que conforman la información utilizada

para generar las correlaciones.

Metasol define 12 variables de entrada que caracterizan las condiciones de operación y

propiedades del sistema, y tres factores de

(radiación, temperatura agua de red y temperatura amb

tienen sentido en todos los esquemas, por lo que cada función está caracterizada por entre 6 y

10 variables y 2 o 3 factores climáticos.

La forma de las funciones son bastante similares a las del método f

cálculo igual de sencilla, dada la localización, un consumo, una configuración y las

características de los componentes que forman el sistema, el proceso de cálculo consta de dos

pasos:

1. Determinación de las variables de entrada Fi (climáticas)

2. Sustitución de Fi y Ai en las funciones de resultados de la configuración escogida.

Ventajas de CHEQ4 frente a f-Chart

Una de las principales ventajas del método CHEQ4 frente al f-Chart es la posibilidad de poder

según el tipo de aplicación, pudiendo ajustar lo máximo posible los

Chart sin embargo no hay posibilidad de variar la configuración siendo

única para todas las aplicaciones.

En cuanto a las pérdidas, el método f-Chart desprecia las producidas en el circuito de

distribución, mientras que el método CHEQ4 si tiene en cuenta dichas pérdidas. Éste será otros

de los motivos por los que ambos métodos proporcionan distintos valores.

Otro aspecto que defienden los creadores del método CHEQ4 es que el método f

incorpora el coeficiente de pérdidas de segundo orden del captador.

Todas estas diferencias entre los métodos f-Chart y CHEQ4 proporcionarán resultados

desiguales. Con este proyecto intentaremos cuantificar la desviación de los resultados

obtenidos entre ambos métodos, así como la variación de los resultados al modificar la

configuración en el método CHEQ4, para los mismos datos de entrada.

Método de cálculo de CHEQ4

CHEQ4 utiliza como motor de cálculo la metodología Metasol que combina la simulación

dinámica de programas como TRANSOL y métodos estáticos como f-Chart, teniendo en cuenta

en todo momento las características del mercado español y la normativa aplicable.

El procedimiento de cálculo ha seguido una aproximación similar a la del método f

partiendo de modelos detallados, obtenidos del programa Transol, se realizan más de 69.000

simulaciones, en base mensual más de 800.000 datos, que conforman la información utilizada

las correlaciones.

Metasol define 12 variables de entrada que caracterizan las condiciones de operación y

propiedades del sistema, y tres factores de efectos aleatorios, que caracterizan la localización

(radiación, temperatura agua de red y temperatura ambiente), sin embargo no todas ellas

tienen sentido en todos los esquemas, por lo que cada función está caracterizada por entre 6 y

10 variables y 2 o 3 factores climáticos.

La forma de las funciones son bastante similares a las del método f-Chart, y la met

cálculo igual de sencilla, dada la localización, un consumo, una configuración y las

características de los componentes que forman el sistema, el proceso de cálculo consta de dos

Determinación de las variables de entrada Fi (climáticas) y Ai (propias del sistema)

de Fi y Ai en las funciones de resultados de la configuración escogida.

48

Chart es la posibilidad de poder

según el tipo de aplicación, pudiendo ajustar lo máximo posible los

Chart sin embargo no hay posibilidad de variar la configuración siendo

s producidas en el circuito de

distribución, mientras que el método CHEQ4 si tiene en cuenta dichas pérdidas. Éste será otros

que el método f-Chart no

Chart y CHEQ4 proporcionarán resultados

cuantificar la desviación de los resultados

obtenidos entre ambos métodos, así como la variación de los resultados al modificar la

cálculo la metodología Metasol que combina la simulación

Chart, teniendo en cuenta

en todo momento las características del mercado español y la normativa aplicable.

a seguido una aproximación similar a la del método f-Chart,

partiendo de modelos detallados, obtenidos del programa Transol, se realizan más de 69.000

simulaciones, en base mensual más de 800.000 datos, que conforman la información utilizada

Metasol define 12 variables de entrada que caracterizan las condiciones de operación y

fectos aleatorios, que caracterizan la localización

iente), sin embargo no todas ellas

tienen sentido en todos los esquemas, por lo que cada función está caracterizada por entre 6 y

Chart, y la metodología de

cálculo igual de sencilla, dada la localización, un consumo, una configuración y las

características de los componentes que forman el sistema, el proceso de cálculo consta de dos

y Ai (propias del sistema)

de Fi y Ai en las funciones de resultados de la configuración escogida.

Configuraciones admitidas en CHEQ4

El método de cálculo CHEQ4 admite hasta 8 configuraciones distintas

caliente sanitaria. Están divididas en dos grandes grupos

consumo único y sistemas de consumo múltiple

A. Consumo único

a. Instalación con sistema prefabricado

producción de ACS en instalaciones de consumo único con válvula

termostática.

Figura

b. Instalación con interacumulador

ACS en instalaciones de consumo único con

interno y válvula termostática.

Configuraciones admitidas en CHEQ4

El método de cálculo CHEQ4 admite hasta 8 configuraciones distintas de instalación de agua

divididas en dos grandes grupos según el consumo final

consumo único y sistemas de consumo múltiple:

Instalación con sistema prefabricado: Sistema solar térmico prefabricado par

producción de ACS en instalaciones de consumo único con válvula

termostática.

Figura 3.17: Instalación con sistema prefabricado

Instalación con interacumulador: Sistema solar térmico para producción de

ACS en instalaciones de consumo único con acumulador solar, intercambiador

interno y válvula termostática.

Figura 3.18: Instalación con interacumulador

49

de instalación de agua

según el consumo final, sistemas de

: Sistema solar térmico prefabricado para

producción de ACS en instalaciones de consumo único con válvula

: Sistema solar térmico para producción de

acumulador solar, intercambiador

c. Instalación con intercambiador independiente

producción de ACS en instalaciones de consumo único con

intercambiador externo y válvula termostática.

Figura 3

d. Instalación con intercambiador independiente y piscina cubierta

térmico para producción de ACS y calentamiento de

intercambiadores de calor externos para ACS y piscina, acumulador solar y de

apoyo centralizado y válvula termostática.

Figura 3.20: Instalación con intercambiador independiente y piscina cubierta

Instalación con intercambiador independiente: Sistema solar térmico para

producción de ACS en instalaciones de consumo único con acumulador solar,

intercambiador externo y válvula termostática.

Figura 3.19: Instalación con intercambiador independiente

Instalación con intercambiador independiente y piscina cubierta

térmico para producción de ACS y calentamiento de

intercambiadores de calor externos para ACS y piscina, acumulador solar y de

apoyo centralizado y válvula termostática.

: Instalación con intercambiador independiente y piscina cubierta

50

: Sistema solar térmico para

acumulador solar,

Instalación con intercambiador independiente y piscina cubierta: Sistema solar

térmico para producción de ACS y calentamiento de piscina con

intercambiadores de calor externos para ACS y piscina, acumulador solar y de

: Instalación con intercambiador independiente y piscina cubierta

B. Consumo múltiple

a. Instalación multifamiliar centralizada

de agua caliente sanitaria (ACS) en instalaciones de consumo múltiple con

acumulación solar centralizada, intercambiador de calor externo, acumulación

de apoyo centralizada y conexión dir

Figura

b. Instalación multifamiliar centralizada con apoyo distribuido

térmico para la producción de agua caliente sanitaria (ACS) en instalaciones de

consumo múltiple con acumulación solar centralizada e intercambiador de

calor externo, intercambiador de calor centralizado para preparar el ACS.

Figura 3.22: Instalación multifamiliar centralizada con apoyo distribuido

multifamiliar centralizada: Sistema solar térmico para la producción

de agua caliente sanitaria (ACS) en instalaciones de consumo múltiple con

acumulación solar centralizada, intercambiador de calor externo, acumulación

de apoyo centralizada y conexión directa del circuito de distribución.

Figura 3.21: Instalación multifamiliar centralizada

Instalación multifamiliar centralizada con apoyo distribuido

térmico para la producción de agua caliente sanitaria (ACS) en instalaciones de

últiple con acumulación solar centralizada e intercambiador de

calor externo, intercambiador de calor centralizado para preparar el ACS.

: Instalación multifamiliar centralizada con apoyo distribuido

51

: Sistema solar térmico para la producción

de agua caliente sanitaria (ACS) en instalaciones de consumo múltiple con

acumulación solar centralizada, intercambiador de calor externo, acumulación

ecta del circuito de distribución.

Instalación multifamiliar centralizada con apoyo distribuido: Sistema solar

térmico para la producción de agua caliente sanitaria (ACS) en instalaciones de

últiple con acumulación solar centralizada e intercambiador de

calor externo, intercambiador de calor centralizado para preparar el ACS.

c. Instalación multifamiliar con acumulación

para producción de agua caliente sanitaria (ACS) en instalaciones de consumo

múltiple con acumuladores individuales, intercambiador de calor interno y

válvulas termostáticas.

Figura 3.23

d. Instalación multifamiliar con intercambiador de consumo distribuido

solar térmico para producción de agua caliente sanitaria (ACS) en instalaciones

de consumo múltiple con acumulación solar centralizada e intercambiad

calor externo, con intercambiadores de consumo distribuido y válvula

termostática.

Figura 3.24: Instalación multifamiliar con intercambiador de consumo distribuido

Instalación multifamiliar con acumulación distribuida: Sistema solar térmico

para producción de agua caliente sanitaria (ACS) en instalaciones de consumo

múltiple con acumuladores individuales, intercambiador de calor interno y

válvulas termostáticas.

3: Instalación multifamiliar con acumulación distribuida.

Instalación multifamiliar con intercambiador de consumo distribuido

solar térmico para producción de agua caliente sanitaria (ACS) en instalaciones

de consumo múltiple con acumulación solar centralizada e intercambiad

calor externo, con intercambiadores de consumo distribuido y válvula

termostática.

: Instalación multifamiliar con intercambiador de consumo distribuido

52

: Sistema solar térmico

para producción de agua caliente sanitaria (ACS) en instalaciones de consumo

múltiple con acumuladores individuales, intercambiador de calor interno y

Instalación multifamiliar con intercambiador de consumo distribuido: Sistema

solar térmico para producción de agua caliente sanitaria (ACS) en instalaciones

de consumo múltiple con acumulación solar centralizada e intercambiador de

calor externo, con intercambiadores de consumo distribuido y válvula

: Instalación multifamiliar con intercambiador de consumo distribuido

Cálculo de pérdidas en CHEQ4

Uno de los aspectos que influye en la

que éste último calcula las pérdidas de la instalación de agua caliente sanitaria

según el tipo de configuración.

En los sistemas centralizados

demanda neta y demanda

acumulación y en distribución

que al ser la instalación centralizada, el trayecto de l

estudio se selecciona una configuración centralizada:

(Figura 3.25).

Figura 3.2

Por otro lado, en las configuraciones distribuidas

con acumulación distribuida

demanda neta y la demanda bruta. En este caso se desprecian las pérdidas producidas desde

el consumo auxiliar hasta los pun

Figura 3.2

Por último, las pérdidas producidas en la instalación en los circuitos primarios y secundarios, se

calculan en todos los sistemas de la misma mane

solar.

rdidas en CHEQ4

Uno de los aspectos que influye en la variabilidad de los resultados entre f-

calcula las pérdidas de la instalación de agua caliente sanitaria

según el tipo de configuración.

En los sistemas centralizados (figuras 3.22, 3.23 y 3.24), CHEQ4 diferencia la demanda

demanda bruta, siendo la diferencia entre ambas, las pérdidas

acumulación y en distribución. En este caso tiene sentido no despreciar estas pérdidas puesto

que al ser la instalación centralizada, el trayecto de la distribución es considerable.

estudio se selecciona una configuración centralizada: Instalación multifamiliar centralizada

Figura 3.25: Configuración de Todo centralizado.

Por otro lado, en las configuraciones distribuidas, en nuestro análisis, Instalación multifamiliar

(Figura 3.26), la demanda es única, siendo el mismo valor la

demanda neta y la demanda bruta. En este caso se desprecian las pérdidas producidas desde

hasta los puntos de consumo debido al menor trayecto existente.

Figura 3.26: Configuración de Acumulación distribuida.

Por último, las pérdidas producidas en la instalación en los circuitos primarios y secundarios, se

calculan en todos los sistemas de la misma manera, penalizando en todos los casos el aporte

53

Chart y CHEQ4 es

calcula las pérdidas de la instalación de agua caliente sanitaria diferenciando

la demanda total en

bruta, siendo la diferencia entre ambas, las pérdidas en

En este caso tiene sentido no despreciar estas pérdidas puesto

a distribución es considerable. En el

Instalación multifamiliar centralizada

, Instalación multifamiliar

, la demanda es única, siendo el mismo valor la

demanda neta y la demanda bruta. En este caso se desprecian las pérdidas producidas desde

debido al menor trayecto existente.

Por último, las pérdidas producidas en la instalación en los circuitos primarios y secundarios, se

ra, penalizando en todos los casos el aporte