Las ventajas ambientales de la combinación de la energía solartérmica combinada con el gas natural en edificios

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Usos domésticos y de serviciosEnergía y Medio Ambiente

2Ficha C

Energía solar térmica y gas

Disminución de la dependencia ener-gética y diversificación de las fuentesde energía.

Reducción del consumo equivalentede combustibles fósiles o de electrici-dad, evitando las emisiones producidaspor su combustión y producción.

Reducción de las emisiones de C02 a laatmosfera, principal causante del efectoinvernadero, colaborando a la consecuciónde los acuerdos del Protocolo de Kioto.

Posible utilización de combustibles deapoyo con menor impacto para el medioambiente, como el gas natural.

Caso práctico

1. El ahorro energéticoLa energía solar térmica en edificios permite reducir el consumo energético de energías convencionales (electricidad, gas naturalo gasóleo). En los casos prácticos que estamos analizando, éste sería el ahorro de una instalación de energía solar térmica respectoa las energías convencionales:

2. El ahorro ambientalLa energía solar térmica en edificios supone también un ahorro ambiental, en términos de menores emisiones de dióxido decarbono. El siguiente cuadro nos informa del ahorro de estas emisiones que supone una instalación de energía solar térmica delas características señaladas respecto a las energías convencionales (electricidad, gas natural o gasóleo).

Observamos que el ahorro de emisiones de CO2, es muy importante respecto a la electricidad y el gasóleo y mucho menor respectoal gas natural, por que ésta es la fuente convencional menos contaminante y más eficaz en el conjunto de la cadena de suministros.

Fuente: Elaborado a partir del documento “Impacto ambiental del gas natural respecto al de otrasenergías” Fundació Bosch i Gimpera - Universitat de Barcelona.

Impacto ambiental del gas natural frente a otras energíaspara generar agua caliente en edificios

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100

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Combustible de apoyo menoscontaminante

Veamos un caso práctico.El ahorro energético de la energía solar térmica dependerá de la zonaclimática en que se ejecute la instalación. Se han elegido tres localidadesubicadas en tres zonas climáticas: La Coruña, Salamanca y Sevilla. Loscálculos de demanda que se han realizado corresponden a una instalacióntípica para edificio de 24 viviendas con las siguientes condiciones:

- Caudal mínimo considerado: 35 litros/ (persona·día·vivienda)- Temperatura de agua caliente: 45ºC- Factor de simultaneidad : 1- Fracción solar anual : 60%

natural en edificios

384

280

561

Entre los posibles aprovechamientos de la energía solardirecta se pueden destacar los usos térmicos y entre ellosla energía solar térmica a baja temperatura. Se trata deaprovechar la energía del Sol mediante captadores solarestérmicos para la producción de agua caliente sanitaria (baño,cocina, calefacción, refrigeración, piscina, etc.)

El potencial solar de España es el más alto de Europadebido a su privilegiada situación y climatología. La radiaciónsolar global sobre superficie horizontal en España oscilaentre 3,2 kWh/m2día de la zona más septentrional delterritorio hasta los 5,3 kWh/m2día de la isla de Tenerife.

El gas natural: complemento ideal. Los sistemas decaptación solar no siempre pueden garantizar el 100% delservicio requerido, especialmente cuando hay baja radiaciónsolar, es por esto que el sistema solar térmico necesitacombinarse con sistemas térmicos convencionales. Comopuede apreciarse en el siguiente gráfico el gas natural esel de menor impacto sobre el medio ambiente y el queorigina menos emisiones de gases contaminantes.

Irradiación media diaría según zonas climáticas en España

Zona V

Zona I

Zona III

Zona IV

Zona V

Zona V

Zona IV

Zona II

Islas Baleares

Islas CanariasCeutaMelilla

CataluñaAragón

Navarra

País VascoCantabriaAsturias

Galicia

Castilla León

Comunidad

Valenciana

Región de Murcia

Andalucía

CastillaExtremadura

Madrid

La Rioja

Zona V

Zona V

Zona IV

Zona II

Zona III

Zona III

Zona II

1

Las ventajas ambientales del uso dela energía solar térmica combinadacon el gas natural en edificios son:

Reducción de lacontaminación

Menor consumo decombustible

Menor dependenciaenergética

*“El efecto Joule se entiende como la pérdida de energía que se produce cuando la corriente eléctrica(electrones) choca con una resistencia (conductor). Ésta pérdida de energía se aprovecha en formade calor o energía térmica”

Unidades: kg.CO2/m2 placa.año*

Ahorro de emisiones de CO2 de la energía solar térmica respecto a las convencionales, desde que se obtiene el recursohasta su uso final

Electricidad Gas Natural Gasóleo C

23.81325.65723.522

La CoruñaSalamancaSevilla

13.20614.22913.044

18.11119.51417.889

Zona *

Energía térmica obtenida con captadores solares (según las correspondientes Ordenanzas Solares)

69.85376.25569.853

La CoruñaSalamancaSevilla

42.44845.73541.928

926856

Energía térmica de captadores (kWh/año)Zona Demanda del edificio (kWh/año) Captadores necesarios (m2)

Como podemos observar el ahorro de consumo de energías fósiles que produce la instalación de captadores solares puedeevaluarse en un 60% del consumo global de energía.

Zona II

Zona I

Zona III

Zona V

* *

1

3 4

2

2Ficha C

Emisiones CO2 (g/kWh útil)

Gasóleo(Caldera colectiva)

Gas natural(Caldera individual)

ElectricidadEfecto Joule*Zona I <3,8 kWh/m2

Zona II 3,8 – 4,2 kWh/m2

Zona III 4,2 – 4,6 kWh/m2

Zona IV 4,6 – 5 kWh/m2

Zona V >5 kWh/m2

Las Ordenanzas Solares de muchas ciudades españolas han contribuido en el aumento del número de instalaciones solares ennuestro país. A finales de 2005, se habían instalado en España un total de 850.000 m2 de captadores solares térmicos. Elpromedio de crecimiento en los últimos seis años (2000-2005) fue cercano al 16%. Se espera un incremento más acentuado enlos próximos años gracias a la inminente aprobación del nuevo Código Técnico de la Edificación que hará obligatorio el cumplimientode dichas reglas a nivel nacional, y que ayudarán a alcanzar en 2010 cerca de los 5 millones de m2 de captadores solares térmicosinstalados.

Primera edición año 2005

Fundación Gas Natural

Plaça del Gas, 1 · Edificio C, 3ª planta · 08003 BarcelonaTeléfono: 93 402 59 00 - Fax: 93 402 59 18fundaciongasnatural@gasnatural.comwww.fundaciongasnatural.org

Elaboración:

El rendimientodel captador es la cantidadde energía emitida por la radiación solar quees transformada en energía calorífica. Depen-de de la radiación solar que llega al captador,de la diferencia de temperaturas entre elabsorbedor y el medio ambiente, y de lascondiciones técnicas inherentes al sistema,al rendimiento óptico y al coeficiente depérdidas.

Las horas del día de mayor demanda de aguacaliente en los edificios no suelen coincidircon aquellas en las que el Sol aporta su mayorintensidad de radiación. Por tanto, para apro-vechar al máximo la radiación solar, será

¿Cómo funciona la energía solar térmica combinada con gas naturalen edificios?

ratura en la parte superior del depósito será algo mayor a lade la parte inferior. Dado que el agua para consumo se tomade la zona superior del depósito, es importante potenciar esteefecto utilizando depósitos verticales con la altura al menos igualal doble del diámetro.

El principio de funcionamiento de una instalación solartérmica a baja temperatura se basa en la captación de laenergía solar mediante un conjunto de captadores y sutransferencia a un sistema de almacenamiento, que abasteceel consumo. Si el agua ya calentada no ha alcanzado sufi-ciente temperatura se utiliza como apoyo una caldera degas natural que la deja apta para su uso.

El captador solar es el elemento encargado de captar laenergía contenida en la radiación solar y transferirla al fluidoque transporta calor. El tipo de captador más extendido esel denominado captador solar plano. Éste, que se destinaal calentamiento de agua, puede fabricarse con distintosmateriales (acero, cobre, aluminio o plásticos). Está basadosiempre en el mismo principio, denominado "efecto inver-nadero", que consiste en captar en su interior la energíasolar, transformándola en energía térmica e impidiendo susalida al exterior:

Subsistema de captación

Captador de energía solar

Subsistema de distribución

Subsistema de apoyo

2 3

En este subsistema se engloban todos los elementos destina-dos a la distribución y acondicionamiento para el consumo:

3

Bomba

Agua de la red

4 Calentador o caldera

Depósito acumulador

Circuito solarCaptadores solares

34Radiaciones de onda corta

Radiaciones de onda largaCristal

Agua de la redAgua de la red

Agua caliente

Agua caliente

3

Subsistema dealmacenamiento

Agua caliente

necesario acumular la energía en aquellos momentos del día enque esto sea posible y utilizarla cuando se produzca la demanda.Lo habitual es almacenar la energía en un acumulador en formade calor sensible por medio del agua, que se pasará luego alconsumo.

La dimensión de los acumuladores deberá ser proporcional alconsumo estimado y lo habitual es cubrir la demanda de aguacaliente de un día. Es importante determinar la relación superficiede captación/volumen de acumulación adecuada para nuestraaplicación, ya que grandes superficies de captación convolúmenes de acumulación pequeños dan lugar a temperaturasde almacenamiento (y de trabajo) superiores, y se reduce laeficiencia de los captadores. Para aplicaciones de agua caliente,se suelen dimensionar unos 75 litros por cada metro cuadradode superficie de captación.

En el acumulador, el agua tiende a estratificarse debido a lasdiferentes densidades en función de su temperatura. La tempe-

El correcto dimensionamiento de todos estos elementos esbásico de cara a obtener un funcionamiento óptimo del sistema.

Captan la energía del sol,calentando el fluido que circulapor los tubos de su interior.

Cuando la energía térmicasolar no aporta temperaturasuficiente, la caldera calientael agua instantáneamente yde forma continua, a partirdel gas natural.

Transporta el calor absor-bido en los captadoressolares hasta el depósitoacumulador.

La energía que llegadel circuito solar, calientael agua almacenadaen un depósito parasu posterior uso.

- Tuberías y conducciones- Vasos de expansión- Bombas- Purgadores- Válvulas- Regulación y control

Para prevenir las posibles faltas derivadas de laausencia de insolación, los sistemas de energía solartérmica cuentan con un sistema de apoyo basado enenergías "convencionales" (eléctricos, calderas de gasó gasóleo).

Las calderas mixtas y los calentadores instantáneosde gas natural, presentan unas características cons-tructivas y de funcionamiento que les hace ser elsistema de apoyo más adecuado para las instalacionessolares en edificios de viviendas. Entre éstas desta-camos:

1. El bajo coste de adquisición e instalación

de calderas y calentadores murales y su probadafiabilidad han permitido una gran penetraciónen el mercado de la calefacción y la producciónde agua caliente doméstica.

2. Las calderas mixtas murales permiten suminis-trar servicio de calefacción y de agua calientecon un único equipo de reducidas dimensio-nes.

3. El consumo de la energía auxiliar de apoyo esindividual.

4. El precio de la fuente energética: el kilo-watio/hora consumido (kWh) de gas es másbarato que el kWh eléctrico.

5. Su funcionamiento no afecta al sistema decaptación solar, ya que no interfiere con el

acumulador solar.