POTENCIAL DE APROVECHAMIENTO DE INSTALACIONES...

UNIVERSIDAD DE SEVILLA

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS

Departamento de Ingeniería Energética

Grupo de Termodinámica y Energías Renovables

POTENCIAL DE APROVECHAMIENTO DE INSTALACIONES SOLARES PARA CUBRIR LA

DEMANDA TÉRMICA EN EDIFICIOS EN ESPAÑA

PROYECTO FIN DE CARRERA

Autor: Javier Antonio González Camacho

Tutor: Dr. Isidoro Lillo Bravo

Sevilla, 2013

Potencial de aprovechamiento de instalaciones solares para cubrir la demanda térmica en edificios en España.

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ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN……………………………..….…….…….…….…….……….…... 2

2. OBJETIVOS……………………………………….……...…………..…….….…….... 4

3. ENERGÍA SOLAR. SISTEMAS SOLARES….……………….…….……….….……. 6

3.1 Introducción………………………………………………….……..…….……….. 6

3.2 Sistemas solares activos………………….…………………………….………...... 7

3.3 Energía solar térmica…………………….…………………………….………...... 7

3.3.1 Introducción………………………………………………….…………... 7

3.3.2 Energía solar térmica de baja temperatura………………………….……. 9

3.3.3 Componentes de una instalación solar térmica de baja temperatura……. 10

3.3.3.1 Subsistema de captación………………………………………….….11

3.3.3.2 Subsistemas de intercambio y almacenamiento……….…..……….. 18

3.3.3.3 Subsistema auxiliar………………………………..……..……….… 20

3.3.3.4 Subsistema de consumo…………………………..….……….….…. 21

3.4 Sistemas de refrigeración solar………………………….….….………….….….. 24

3.4.1 Introducción……………………………….….……..……….……….…. 24

3.4.2 Procesos de ciclo cerrado: absorción y adsorción….….…..………….… 25

3.4.2.1 Absorción………………………………….…..…..…….………….. 25

3.4.2.2 Adsorción……………………………………….…………………... 31

3.4.3 Procesos de ciclo abierto: sistemas evaporativos con desecantes….....… 33

3.4.4 Estado del arte………………………………………..….…….….….…. 36

3.4.5 Ejemplos de instalaciones actualmente operativas….….….……..……... 41

4. POTENCIAL DE LOS SISTEMAS SOLARES………………….….….…….……... 46

4.1 Introducción…………………………………………….….….…………..…….. 46

4.2 Metodología……………………………………….….….……………….….…... 49

4.2.1 Caracterización de los perfiles de energía térmica producida….…...…... 51

4.2.2 Caracterización de los perfiles de demanda de energía térmica……........ 56

4.2.3 Ajuste de los perfiles…………………………….…….…….….…..…... 67

4.3 Resultados…………………………………….…….….…………………..…..… 71

5. CONCLUSIONES……………………………………………………………………. 85

6. ANEXO.………………………………………..….….……………….………..….…...89

7. BIBLIOGRAFÍA…………………………….…….……..……………………..…......100


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1. INTRODUCCIÓN

En los últimos años, la mayoría de países europeos han detectado un gran incremento en la

demanda de refrigeración y aire acondicionado en edificios, y se espera que este crecimiento se

mantenga en las próximas décadas. Algunas de las razones de este crecimiento general son las

exigencias de confort térmico, las nuevas tendencias arquitectónicas a instalar mayores áreas

acristaladas o el conocido cambio climático.

Esta creciente demanda conlleva indeseables incrementos en el consumo de combustibles

fósiles, así como posibles problemas en el suministro de energía eléctrica debidos a la existencia de

picos de demanda más elevados.

Por estos motivos, en Europa existe un interés creciente por el empleo de fuentes de energía

alternativas y la búsqueda de edificios cada vez más autosuficientes. Esto último se consigue

reduciendo la demanda energética de los edificios mediante técnicas arquitectónicas, disminuyendo

las cargas térmicas mediante sistemas pasivos y empleando energías renovables para cubrir total o

parcialmente el resto de demandas energéticas del edificio.

La principal fuente energética alternativa en edificios es el recurso solar, que permite la

producción tanto de energía eléctrica (células fotovoltaicas), como térmica (captadores solares

térmicos).

En el marco europeo, España goza de un escenario único para el aprovechamiento de la energía

solar, gracias al alto número de horas de Sol anuales y de radiación recibida. Además, en el mismo

momento en el que se produce la máxima demanda diaria de refrigeración, en numerosos lugares del

territorio español están disponibles grandes cantidades de radiación solar que podrían usarse para

procesos generados térmicamente.

Las soluciones de climatización solar contribuyen a un sistema de suministro respetuoso con el

medio ambiente en edificios, por los siguientes motivos:

• Ahorro en el consumo de energía primaria y reducción de emisiones de CO2.

• Disminución de la demanda de la red eléctrica pública, tanto en términos de energía pico como

de electricidad, contribuyendo a la estabilización de la red.

• Utilización del calor solar combinado para calentar, refrigerar y obtener agua caliente sanitaria

(ACS), permitiendo una alta utilización del sistema térmico solar durante todas las estaciones.

• No-utilización de refrigerantes peligrosos para el medio ambiente.

• Reducción de ruidos y vibraciones, comparado con las tecnologías de compresión clásicas.

En España, en edificios nuevos y en rehabilitaciones en los que se prevea una demanda de ACS,

la normativa exige que un porcentaje del aporte energético necesario sea cubierto mediante energía

solar. Dicho porcentaje variará en función de la demanda del edificio, la zona climática en que se

ubique y el tipo de fuente energética convencional a sustituir.


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Por otro lado, el Real Decreto 235/2013 impone que a partir del 1 de junio de 2013, la

presentación o puesta a disposición de los compradores o arrendatarios del certificado de eficiencia

energética de la totalidad o parte de un edificio, según corresponda, será exigible para los contratos

de compraventa o arrendamiento celebrados a partir de dicha fecha. Esto pone de manifiesto la

creciente preocupación por la sostenibilidad energética y la búsqueda de edificios de consumo

energético cero.

Puesto que hasta ahora la normativa española sólo exige el aporte de un determinado porcentaje

de la demanda térmica de ACS, viendo la evolución actual y las perspectivas de futuro en cuanto a

eficiencia energética, resulta de especial interés el estudio del potencial de una instalación solar para

la satisfacción total o parcial de todas las demandas térmicas de un edificio (calefacción,

refrigeración y ACS), tema que será el objetivo de este trabajo.


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2. OBJETIVOS

El presente trabajo analiza el potencial de aprovechamiento de una instalación solar térmica de

baja temperatura para satisfacer las demandas de calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria

(ACS) de un edifico tipo en todas las capitales de provincia de España en función de diferentes

criterios:

A. Fracción solar cubierta: dados diferentes valores impuestos para este parámetro (100%, 70%

y 40%), se determina en cada caso el porcentaje de aprovechamiento solar, así como las

áreas de captación requeridas.

B. Determinando la superficie máxima que permite que la energía no aprovechada sea nula, es

decir, el área de captación necesaria en cada caso tal que toda la energía solar térmica útil

producida sea aprovechada.

Para cada ciudad estudiada, se determinará:

• Distribución anual de la demanda diaria y mensual de calefacción por unidad de

superficie (��ℎ/��).

• Distribución anual de la demanda diaria y mensual de refrigeración por unidad de

superficie (��ℎ/��).

• Distribución anual de la demanda de energía térmica diaria y mensual para ACS a

45º C (��ℎ/��).

• Distribución anual de la producción diaria y mensual de una instalación solar térmica,

por unidad de superficie de captadores (��ℎ/��), utilizando captadores planos

orientados al Sur, con dos diferentes inclinaciones:

- Inclinación igual a la latitud del lugar menos 15º.

- Inclinación igual a la latitud del lugar más 15º.

Para cada una de las situaciones (inclinaciones y tamaño de la instalación) se evaluarán

ciertos parámetros que determinan el potencial de la instalación. Estos son:

• Porcentaje de Energía Solar Térmica Perdida (PEP): porcentaje de la energía

producida por la instalación solar que no se aprovecha ya que en ciertos períodos de

tiempo la demanda energética es menor que la energía producida por la instalación.

• Porcentaje de Aprovechamiento Solar (PAS): porcentaje de la energía producida por

la instalación solar que sí se aprovecha en satisfacer parte de la demanda total.

• Fracción solar cubierta (FSC): porcentaje de la demanda total de energía que es

cubierta por la instalación solar.

• Área de captación máxima para asegurar un aprovechamiento total de la energía

térmica producida (��%): área del campo de captadores tal que en todo

momento se cumple que PAS=100%, es decir, no hay energía útil producida y no

aprovechada.


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• Área de captación mínima para asegurar que la demanda de energía térmica del

edificio está cubierta por la energía térmica producida (��%): área del

campo de captadores tal que en todo momento del año la energía producida por la

instalación solar es igual o superior a la demandada, es decir, FSC=100%. En los casos

de FSC del 70% y del 40% se definirán las áreas correspondientes como ��% y

��%.

• Número de días al año en que la energía producida triplica la demanda energética

(��): este parámetro se calcula para el caso en que el área de captación instalada es

��%.

• Valores máximos, mínimos y medios de las demandas mensuales de calefacción y

refrigeración, así como de demanda total. Se indicará el mes del año en que se

localizan cada uno de ellos.

• Tipo de perfil de demanda total de energía térmica. Los perfiles de demanda total de

energía térmica se clasificarán en 3 tipos:

� Tipo 1. La mayor parte de la demanda anual es de calefacción, sin existir apenas

demanda de refrigeración.

� Tipo 2. La demanda de refrigeración toma valores mayores respecto al perfil tipo

1, de tal forma que no existe un pico de demanda predominante.

� Tipo 3. El pico de demanda máxima tiene lugar en verano, y no existen picos de

demanda similares durante el resto del año. Se distinguirá del tipo 2 cuando el

pico de demanda en verano supere en un 40% al pico de demanda en invierno.

Figura 1. Perfiles tipo 1, 2 y 3, respectivamente.

Para la realización del trabajo se tendrán en cuenta ciertas hipótesis, que son presentadas más

adelante, en el apartado de ‘Metodología’.


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3. ENERGÍA SOLAR. SISTEMAS SOLARES

3.1 Introducción

La energía solar como recurso energético está constituida básicamente por la parte de radiación

que emite el Sol y llega a la Tierra. Constituye la fuente de energía más abundante de nuestro

planeta, y por ello se trata de un gran campo de investigación, puesto que hoy día no somos capaces

de aprovechar más que una pequeña parte de esta radiación recibida.

La cantidad de radiación solar teóricamente disponible sobre la superficie terrestre se representa

en mapas de irradiación media como el mostrado en la figura 1, que muestra localizaciones

potencialmente favorables para el empleo de este recurso energético.

Figura 2. Mapa de radiación global anual sobre superficie horizontal

Según la forma en que se aprovecha esta energía podemos distinguir:

- Sistemas pasivos: Aprovechan el calor y la luz del sol sin necesidad de sistemas mecánicos

ni aporte externo de energía. Incluye sistemas para el calentamiento de espacios, invernaderos, el

uso de materiales para suavizar las oscilaciones de la temperatura del aire y chimeneas solares

para mejorar la ventilación natural (arquitectura pasiva). Las tecnologías solares pasivas ofrecen

importantes ahorros, sobre todo en lo que respecta a la calefacción de espacios.

- Sistemas activos: mediante la captación de radiación solar permiten la generación de calor

y/o electricidad. La captación se realiza mediante módulos que pueden ser de diferentes tipologías

(planos, de vacío, sistemas de concentración, etc.) y estar instalados sobre soportes fijos o con

sistemas de seguimiento.


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3.2 Sistemas solares activos

Existen diferentes métodos de uso de la energía solar mediante sistemas activos:

- Energía solar térmica: consiste en la producción de calor, que puede usarse para procesos

industriales (destilación, secado, agua caliente de proceso…), producción de agua caliente para

viviendas (ACS, calefacción y climatización) y para producción de energía mecánica, y a partir

de ella, de energía eléctrica.

- Energía solar fotovoltaica: produce electricidad mediante placas de semiconductores que se

excitan con la radiación solar. El acoplamiento en serie de varios de estos semiconductores

permite alimentar a pequeños dispositivos electrónicos. A mayor escala, la corriente eléctrica

continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna y

ser utilizada para un uso aislado o ser inyectada en la red eléctrica.

- Energía solar fotoquímica: se basa en el empleo de la radiación solar para conducir

reacciones químicas.

- Energía solar híbrida: combina las anteriores con otras fuentes de energía, ya sean

renovables o no.

3.3 Energía solar térmica

3.3.1 Introducción

Los sistemas solares térmicos, en función de la temperatura de trabajo necesaria (ésta se

conseguirá mediante el empleo de diferentes captadores o sistemas de concentración), se clasifican

en:

o Baja temperatura. El fluido calentado no sobrepasa los 100 °C. Estas instalaciones se

caracterizan por emplear como elemento receptor de energía un captador fijo de placa plana

o un captador solar de vacío.

Entre las utilizaciones más extendidas basadas en esta fuente de energía de baja temperatura

figuran la producción de agua caliente sanitaria, la calefacción de edificios, la climatización

de piscinas, etc.

Posteriormente se describe con mayor detalle esta tecnología, puesto que es el tema de

estudio del presente trabajo.

o Media temperatura. La tecnología de media temperatura va destinada a aquellas aplicaciones

que requieren temperaturas más elevadas de trabajo. A partir de los 80 °C los captadores

planos convencionales presentan rendimientos bajos y cuando se pretende alcanzar

temperaturas entre 100 °C y 250 °C debe acudirse a otro tipo de elementos de captación.


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Para llegar a estos niveles de temperatura resulta indispensable utilizar sistemas que

concentren la radiación solar mediante lentes o espejos parabólicos en un foco lineal. Los

más desarrollados en la actualidad son los captadores cilindroparabólicos, que se valen de

espejos para calentar un fluido. En este tipo de instalaciones el fluido que se utiliza,

principalmente, es aceite o soluciones salinas porque permiten trabajar a temperaturas más

elevadas. Además, estos sistemas de concentración requieren un seguimiento continuo del

Sol, ya que sólo aprovechan la radiación directa. Por ello, en las tecnologías de media

temperatura son muy comunes los equipos de seguimiento en el eje Norte-Sur o Este-Oeste.

Otro sistema de concentración solar de media temperatura es la tecnología Fresnel, la cual

utiliza reflectores planos, simulando un espejo curvo por variación del ángulo ajustable de

cada fila individual de espejos en relación con el absorbedor. Se utiliza agua como fluido

caloportador.

Las aplicaciones más usuales son la producción de vapor para procesos industriales y la

generación de energía eléctrica en pequeñas centrales. También existen ejemplos de otras

aplicaciones tales como la desalinización o la refrigeración mediante energía solar.

Figura 3. Captador cilindro-parabólico y captador Fresnel

o Alta temperatura. Destinada a aquellas aplicaciones que requieran temperaturas superiores a

250 °C, hasta los 800°C.

Para alcanzar estas temperaturas es necesario emplear relaciones de concentración mayores,

utilizando receptores puntuales. Ejemplos de esta tecnología son los receptores de torre

(reciben la radiación reflejada por un campo de heliostatos) y los discos parabólicos.

Su principal aplicación es la generación de vapor para la producción de electricidad a gran

escala.


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Figura 4. Planta con receptor de torre e instalación con discos parabólicos

3.3.2 Energía solar térmica de baja temperatura

Como se ha comentado anteriormente, los principales usos de los sistemas solares de baja

temperatura son:

• Agua caliente sanitaria (ACS): producción de agua caliente para uso doméstico (baño,

ducha, cocina, etc.). Se estima que por término medio, el agua caliente de uso sanitario suponen

cerca del 25% del consumo energético de una vivienda. El suministro doméstico de agua caliente

precisa de una temperatura ideal de salida del agua caliente entre 37°C y 42°C.

• Calefacción. Se puede utilizar el agua calentada para que circule por el sistema de

calefacción o bien ceda calor a una piscina. Normalmente las instalaciones son mixtas, es decir,

producen ACS y apoyo a la calefacción. Puede ser utilizada para la calefacción por suelo radiante,

radiadores o fan-coils. La principal diferencia entre estos sistemas es la temperatura de trabajo;

mientras que los radiadores requieren para su funcionamiento temperaturas relativamente altas

(temperaturas de impulsión entre 60º y 80º C), los sistemas de calefacción mediante suelo radiante o

fan-coils requieren temperaturas de impulsión entre 40º y 45 ºC. Son éstos últimos los empleados

normalmente cuando la fuente de calor es solar, puesto que a estas temperaturas el rendimiento de los

captadores se ve favorecido.

• Refrigeración. El aprovechamiento de la energía solar para producir frío es una de las

aplicaciones térmicas con mayor futuro, pues las épocas en las que más se necesita enfriar el espacio

coinciden con las que se disfruta de mayor radiación solar. esta alternativa a los sistemas de

refrigeración convencionales es doblemente atractiva porque permite aprovechar las instalaciones

solares durante todo el año, empleándolas en invierno para la calefacción y en verano para la

producción de frío.

A los diferentes modos de generación de frío solar se les dedica posteriormente un apartado en el

que se describen detalladamente.

• Usos industriales. Son muchos los ejemplos en los que la industria se vale de calor solar para

desempeñar sus actividades: tintado y lavado de tejidos en la industria textil, procesos de obtención

de pastas químicas en la industria papelera, baños líquidos de pintura para la limpieza y

desengrasado de automóviles, secado de productos agrícolas, tratamiento de alimentos, etc.


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Entre los sistemas solares más utilizados con fines industriales destacan:

o Secaderos solares. En procesos de secado de semillas, tabaco, etc., así como en

procesos de secado de madera, pescado… los sistemas solares ofrecen una solución muy

apropiada. Mediante grandes tubos que actúan como captadores solares de aire, es posible

precalentar y elevar la temperatura en una planta industrial del orden de 10 a 15 °C, lo que es

suficiente en la mayoría de los procesos de secado. En estos ámbitos, los captadores de aire

presentan indudables ventajas, al no ser necesario estar pendientes de posibles fugas o

problemas de congelación.

o Precalentamiento de fluidos. Es factible la utilización de la energía solar (mediante

captadores de baja o media temperatura) para el precalentamiento de fluidos, obteniéndose

importantes ahorros energéticos. Los elementos y diseños para esta aplicación pueden ser los

mismos que los utilizados en agua caliente sanitaria. En consecuencia, se trata de sistemas

de aprovechamiento de la energía solar muy similares a los que se emplean en la vivienda.

3.3.3 Componentes de una instalación solar térmica de baja temperatura

El esquema general más básico de una instalación solar térmica es el siguiente:

Figura 5. Esquema básico de una instalación solar

En él se distinguen los diferentes subsistemas:

• Subsistema de captación. Compuesto de captadores solares, recibe la energía radiante y la

transmite al fluido caloportador en forma de energía térmica, que es transportada hasta los

elementos de intercambio y acumulación.

• Subsistema de acumulación. Es necesario debido a la existencia de un desfase horario entre

la producción y el consumo de energía, por lo que se hace necesaria la instalación de un

depósito encargado de acumular la energía térmica.


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• Subsistema de circulación. Se encarga de transportar el fluido de los captadores al

acumulador a través de tuberías y accesorios mediante bombas.

• Subsistema auxiliar. Situado entre la acumulación y el consumo, se encarga de aportar la

energía necesaria en los períodos en que la energía solar no es suficiente para cubrir la

demanda.

• Subsistema de control. Controla todo el sistema mediante sondas, termostatos y relés.

3.3.3.1 Subsistema de captación

La elección del tipo de captador depende principalmente de la temperatura de trabajo deseada y

de las condiciones climáticas. El rendimiento de los captadores solares disminuye a medida que la

temperatura del fluido aumenta y la temperatura ambiente o la radiación disponible disminuyen.

Las características generales que debe reunir un captador solar térmico son:

- Resistente a las condiciones exteriores

- Resistencia a temperaturas altas y bajas

- Estable y duradero

- Fácil de montar

- Eficiente conversión de energía

Cuando se habla de superficie de un captador, se distinguen:

- Área total: es el área máxima proyectada por el captador completo.

- Área de apertura: área proyectada máxima a través de la cual penetra la radiación.

- Área del absorbedor: área máxima de la proyección del absorbedor (área útil).

i. Captadores solares de placa plana

Los captores solares térmicos vidriados planos de baja temperatura son los equipos más

empleados actualmente en las instalaciones comerciales para producción de ACS, calentamiento de

piscinas y calefacción solar.

El fluido que circula por el interior del absorbedor es generalmente agua (a menudo con aditivos

anticongelantes), aunque es posible utilizar otros fluidos.

Para incrementar la energía absorbida y reducir las pérdidas térmicas, estos captadores suelen

contar con una serie de elementos:


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- Placa absorbedora: Es el elemento donde la energía recibida en forma de radiación solar se

convierte en energía térmica y se transfiere al fluido caloportador. La superficie absorbedora

suele disponer de un tratamiento selectivo, es decir, recubrimientos diseñados para tener la

absortividad más alta posible del espectro visible e infrarrojo cercano y la emisividad más

baja posible del espectro infrarrojo correspondiente a las temperaturas de operación del

captador.

- Cubierta transparente: Esta puede ser simple o doble, tiene por objeto permitir el paso de la

radiación solar de una forma óptima y provocar el efecto invernadero además de reducir las

pérdidas.

- Aislamiento térmico, para el dorso y los bordes de la placa.

- Caja o carcasa: Alberga los elementos que componen el captador solar y el material aislante

que impide las pérdidas térmicas por la superficie no transparente del captador solar.

Figura 6. Componentes de un captador solar de placa plana

ii. Captadores solares de tubos de vacío

Como su nombre indica, los colectores de tubo de vacío están formados por hileras de tubos de

cristal conectados en paralelo a una tubería de cabecera. En cada uno de estos tubos se ha realizado el

vacío a fin de reducir al máximo las pérdidas de calor. Su geometría tubular es necesaria para

soportar la diferencia de presión entre la atmósfera y el vacío del interior. Permiten alcanzar

temperaturas de hasta 120° C.

Los captadores de tubos de vacío se pueden clasificar en dos grandes grupos:

- Tubos de flujo directo: este sistema fue el primero en desarrollarse, y su funcionamiento es

idéntico al de los captadores solares planos, en donde el fluido caloportador circula por el

tubo expuesto al sol, calentándose a lo largo del recorrido.

Figura 7. Tubos de vacío de flujo directo


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- Tubos tipo heat pipe o flujo indirecto: es una evolución del tubo de flujo directo que trata de

eliminar el problema del sobrecalentamiento, presente en los climas más calurosos. En este

sistema, se utiliza un fluido que se evapora al calentarse, ascendiendo hasta un

intercambiador ubicado en el extremo superior del tubo. Una vez allí, se enfría y vuelve a

condensarse, transfiriendo el calor al fluido principal. Este sistema presenta una ventaja en

los veranos de los climas cálidos, pues una vez evaporado todo el fluido del tubo, éste

absorbe mucho menos calor, por lo que es más difícil que los tubos se deterioren o estallen.

Figura 8. Tubo de vacío heat-pipe

Figura 9. Captadores solares de placa plana y de tubos de vacío

iii. Captador parabólico compuesto (CPC)

Estos sistemas buscan reducir las pérdidas del captador solar disminuyendo el área del

absorbedor con respecto del área de captación. Esto es posible gracias a que las pérdidas de calor son

proporcionales al área del absorbedor, pero no a la de captación (apertura).

La mayor concentración de radiación se obtiene mediante el uso de reflectores que, después de

una o más reflexiones, fuerzan la radiación incidente dentro de un cierto ángulo (llamado ángulo de

aceptación) en la dirección del absorbedor.

Rango de temperaturas: 80 – 120ºC.


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Figura 10. Componentes captador CPC

El gran ángulo de aceptación de estos dispositivos les permite aprovechar tanto la radiación

directa como la difusa de la misma forma que un captador solar plano. Ésta es una característica muy

interesante de este tipo de concentradores en comparación con los que requieren de un sistema de

seguimiento.

Otros tipos de captadores de uso menos extendido son:

iv. Captadores de vacío

Su funcionamiento es similar a los captadores solares de tubos de vacío, pero en este caso el

vacío se produce en el espacio entre absorbedor y cubierta. Por otro lado, es necesario incorporar

elementos que den rigidez a su estructura, para evitar el “pandeo” de la cubierta acristalada

v. Captadores sin cubierta

Este modelo de captador es el más sencillo. No presentan caja ni cubierta transparente que aísle

al captador. En éstos el incremento de temperatura es bajo y normalmente no trabajan a temperaturas

superiores a los 30 ºC. Son recomendados, sobre todo, para el calentamiento de piscinas.

Figura 11. Captador solar sin cubierta


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vi. Captadores solares de aire

El funcionamiento de los captadores solares de aire es similar al funcionamiento de los

captadores solares planos, con la diferencia de que el fluido caloportador utilizado es el aire y en

lugar de bombas se utilizan ventiladores para forzar la circulación.

Sus principales ventajas respecto a los captadores planos son: no presentan problemas de

congelación (en invierno) ni de estancamiento (verano), los componentes del sistema son más

simples que los de un sistema hidráulico y no hay riesgos de fugas.

Sus principales desventajas son: no existen sistemas de acumulación estándar en el mercado, el

consumo eléctrico de los ventiladores, a causa de las pérdidas de carga, es mayor que el de las

bombas de un sistema solar convencional equivalente y el rendimiento de estos captadores es menor

que el de los captadores planos.

Figura 12. Componentes de un captador de aire

Análisis energético

Centrándonos en los captadores solares de baja temperatura mayoritarios en el mercado (planos

y de tubos de vacío), se resumen sus principales características operativas, considerando como tales

la temperatura de trabajo y el rendimiento.

- Temperatura máxima de operación: como ya se ha dicho anteriormente, los captadores de

vacío permiten alcanzar temperaturas de trabajo mayores respecto a los planos.

Tipo de captador Temperatura máxima aprox. de operación (°C)

Placa plana 100

Tubos de vacío 80-150

- Curva de rendimiento: El principal parámetro que caracteriza la eficiencia de cualquier

captador solar es la curva de rendimiento. En general, se define el rendimiento de un

captador (η) como la relación entre la energía útil que transmite al fluido y el flujo

energético que le llega (es decir, la radiación solar). Este rendimiento es una función de la

radiación recibida (W/m2), la temperatura ambiente (°C) y la temperatura media del

captador (°C), � = ��, !"# , "$. Dependiendo del tipo de ensayo realizado, en ciertos

casos, en vez de la temperatura media del captador, se toma como parámetro la temperatura

de entrada al captador % .


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Diferentes formas de representar el rendimiento de un captador son:

o Aproximación lineal.

� = � − ' � % − !"#$�

Donde: A: factor óptico o factor de ganancia del captador.

B: factor de pérdidas del captador ��/��($.

o Aproximación de segundo orden.

� = )� − )� ∗ � " − !"#$� − )� ∗ � ∗ + " − !"#

� ,�

Donde: )�: factor de ganancia.

)�: coeficiente de pérdidas de primer orden ��/��($. )�: coeficiente de pérdidas de segundo orden (�/��(�).

Generalmente suele definirse:

"∗ = " − !"#�

La curva de rendimiento del captador vendrá dada en función de la temperatura de referencia

tomada en el ensayo, y de ésta dependerán también los coeficientes que caracterizan el captador.

Estos coeficientes son calculados siempre de manera experimental.

A continuación se muestran diferentes curvas de rendimiento para captadores solares de placa

plana y de tubos de vacío, en función del área tomada como referencia.

Figura 13. Curvas de rendimiento de un captador solar plano (izq.) y de tubos de vacío (der.) para diferentes

superficies de referencia


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Figura 14. Curvas de rendimiento de diferentes tipos de captadores

La figura 14 representa los tipos de captadores solares empleados según el rango de

temperaturas en el que se necesita trabajar.

Figura 15. Colectores solares y temperaturas de trabajo para diferentes aplicaciones


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En la tabla inferior se representa un resumen de las principales aplicaciones y modo de

funcionamiento de las tecnologías de captación solar empleadas en sistemas solares de baja

temperatura.

Tipo de captador Captador de aire Captador de placa

plana Captador parabólico

compuesto Captador de

tubos de vacío

Imagen

Esquema

Funcionamiento Calentamiento directo

de aire

Calentamiento de un líquido (agua,

agua/glicol)

Calentamiento de un líquido (agua, agua/glicol).

Concentración de RD sin seguimiento

Doble tubo con vacío para

reducir pérdidas

Principal aplicación Precalentamiento aire

de ventilación Preparación de

ACS

Preparación de agua caliente para uso

doméstico e industrial

Preparación de agua caliente

para uso doméstico e

industrial

Aplicación en sistemas solares

de acondicionamiento

de aire

Sistemas abiertos, p.ej. Refrigeración

evaporativa con desecante (DEC)

DEC. Máquinas térmicas de

refrigeración (simple efecto)

Máquinas térmicas de refrigeración (simple efecto)

Máquinas frigoríficas de simple o doble

efecto

Tabla 1. Tipos de captadores y diferentes aplicaciones

3.3.3.2 Subsistemas de intercambio y almacenamiento

Subsistema de intercambio:

Permite el intercambio energético entre el agua de consumo y el fluido caloportador del circuito

solar.

Se usan cuando se desea separar el agua de consumo del agua que circula por los captadores,

generalmente porque, en ocasiones, para evitar el problema de la congelación, se utiliza en el circuito

primario un líquido anticongelante. Los tipos más comunes de intercambiadores son:


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- Incorporados en el acumulador: doble envolvente y serpentín.

- Independientes: tubulares y de placa.

Subsistema de almacenamiento:

La necesidad de instalar un sistema de acumulación se debe al desfase existente entre los

períodos de radiación solar y los períodos de consumo.

Dependiendo del fluido caloportador empleado distinguimos:

- Depósitos de agua: el fluido es agua.

- Acumuladores en lecho de rocas: cuando el fluido es el aire.

Según la función del depósito:

- Acumulador solar de ACS: resistente a la corrosión debido a la presencia de

oxígeno y presión de trabajo igual a la de suministro del agua de red.

- Acumulador de inercia: se utiliza en grandes instalaciones, y es independiente del

circuito de ACS. Al trabajar en circuito cerrado es menos exigente la protección frente a la

corrosión y la presión de trabajo es independiente de la presión de suministro del agua de

red.

Los principales materiales utilizados son: acero galvanizado, acero vitrificado, acero inoxidable,

fibra de vidrio y hormigón.

Figura 16. Depósito de acumulación con intercambiador de serpentín (izq.). Intercambiador de placas (der.)


20

3.3.3.3 Subsistema auxiliar

El sistema de energía auxiliar es un elemento imprescindible en toda instalación solar si no se

quieren sufrir restricciones energéticas en aquellos períodos en los que no hay suficiente radiación

y/o el consumo es superior a lo previsto.

Puede tratarse tanto de equipos auxiliares para generación de calor como para generación de

frío. Es decir, dado el ejemplo de un equipo de absorción, si la fuente de calor (solar) no proporciona

la energía necesaria, ésta puede ser generada por otra fuente de calor, o bien un equipo independiente

genera el ‘frío’ necesario.

Un sistema auxiliar, genéricamente, debe cumplir con los siguientes requisitos:

o El sistema proporcionará una potencia equivalente a la que tendría si no hubiese

instalación solar, ya que existirán períodos sin recurso solar en la que su funcionamiento

será aislado y deberá proporcionar la punta de consumo.

o El sistema deberá estar correctamente controlado de forma que en cualquier

situación de prioridad a la instalación solar, entrando en funcionamiento sólo en caso de

insuficiencia energética vía solar.

o El sistema debería utilizar el mismo sistema de distribución y mismas unidades

terminales, para no ser redundante y evitar así sobrecoste en equipos e instalación.

o Los niveles de temperatura de impulsión y retorno deben ser equivalentes para el

equipo de absorción y el equipo auxiliar (en caso de ser independientes) para que puedan

tener un funcionamiento simultáneo cuando la carga frigorífica del local sea superior a la

potencia suministrada por la instalación solar.

Los tipos de sistema auxiliar que cumplen estos requisitos para máquinas de absorción podrían

ser:

o Caldera de gas o biomasa: su colocación puede ser en paralelo a la instalación solar, es

decir, no funcionen en ningún caso simultáneamente para evitar que la instalación solar

pueda ser un sumidero de energía o bien en serie a la instalación solar, proporcionando la

caldera el incremento de temperatura necesario. Esta configuración en serie presenta el

inconveniente de aumentar el nivel térmico de funcionamiento de la instalación solar,

disminuyendo por lo tanto su eficiencia, aunque se pueden realizar otras combinaciones en

el edificio cuando es para uso comunitario.

El comportamiento de las calderas frente a las condensaciones origina la siguiente

clasificación, de acuerdo al Real Decreto 275/1995 trasposición de la Directiva Europea

92/42/CEE:

• Caldera estándar: es aquella que no soporta los efectos de la condensación de los

humos, por lo que su funcionamiento se debe regular de manera que la temperatura de


21

retorno siempre sea superior al punto de rocío de los humos. Utiliza temperaturas del

agua de retorno superiores a 55 ºC.

• Caldera de baja temperatura: es aquella que ha sido diseñada de manera que, aunque el

agua retorne a temperaturas inferiores a las de condensación de los humos, los mismos

no llegan a condensar. Utiliza temperaturas del agua de retorno entre 35 – 40 ºC.

• Caldera de condensación: se fabrican con materiales especiales de modo que soporten

las condensaciones sin deteriorarse, siendo éste el fenómeno deseado, y con diseños que

permiten la correcta evacuación de condensados. Utiliza temperaturas del agua de

retorno entre 35 – 40 ºC.

Se debe tener en cuenta que, cuanto menor sea la temperatura de retorno del agua, mayor es

el aprovechamiento de la energía.

En instalaciones basadas en sistemas solares para el calentamiento de agua, es

imprescindible la instalación de calderas modulantes, que son aquellas que trabajan

continuamente, ajustando la potencia a la demanda. Básicamente, cuentan con una

electroválvula de gas que regula su grado de apertura en función de la temperatura de

impulsión de agua caliente.

Suelen incorporar también sondas de temperatura de entrada de agua fría para hacer un

control más preciso, y evitar sobrecalentamientos.

o Enfriadora de agua (compresión mecánica): este sistema consiste en una máquina que

genere agua fría y vaya instalada con un colector común a la máquina de absorción. Entrará

en funcionamiento sólo cuando los requisitos de caudal y/o temperatura de la corriente de

impulsión sean insuficientes por la parte solar.

3.3.3.4 Subsistema de consumo

Una vez conocidos los principales consumos finales de la energía solar térmica de baja

temperatura, a continuación se representan esquemas de diferentes instalaciones con diversos grados

de complejidad, en función de las demandas térmicas a cubrir.

1. Producción de ACS

Figura 17. Esquema de una instalación de producción de ACS


22

2. Producción de ACS y calefacción

Figura 18. Esquema de una instalación para producción de ACS y calefacción

El sistema es prácticamente como el de producción de ACS, pero con otra toma de agua caliente

dirigida al sistema de calefacción (radiadores, suelo radiante, fan-coils).

3. Producción de ACS, calefacción y refrigeración

Un esquema básico de cualquier instalación de este tipo es el siguiente:

Figura 19. Esquema de instalación solar para producción de ACS, calefacción y refrigeración.

El esquema muestra de manera organizada los diferentes componentes de una instalación solar

de baja temperatura para la satisfacción de las diferentes demandas energéticas.


23

En él diferenciamos:

- Fuentes de calor, que pueden ser tanto de origen solar como de un equipo auxiliar.

- Sistema de almacenamiento de agua caliente.

- Sistema de distribución de agua caliente, con salidas a: ACS, calefacción,

climatización (empleo indirecto a través de equipos de tratamiento de aire) y/o producción

de frío (por medio de equipos de absorción o adsorción).

- Sistema de almacenamiento de agua fría.

- Sistema de distribución de agua fría, proveniente de la red o del sistema de

almacenamiento de agua fría, y distribuida a los sistemas de intercambio (equipos de

tratamiento de aire o paredes radiantes, por ejemplo) o empleada como agua corriente.

Existirán tantas variantes posibles como diferentes tipos y modos de instalación de cada uno de

los componentes existan en el mercado.


24

3.4 Sistemas de refrigeración solar

3.4.1 Introducción

Las tecnologías existentes de aprovechamiento solar para refrigeración pueden resumirse en el

siguiente esquema:

Figura 20. Clasificación de los sistemas de refrigeración solar.

Este trabajo tiene como objeto el aprovechamiento de la energía solar para satisfacer las

demandas de ACS, calefacción y refrigeración. Es por ello que se centra en los sistemas térmicos, y

más concretamente en los basados en procesos de intercambio de calor.

Desde el punto de vista termodinámico, cualquier proceso de refrigeración de accionado

térmico opera a tres niveles de temperatura diferentes: calor -.%!/ suministrado al proceso a un

nivel de temperatura 0 , calor extraído de la parte fría produciendo así el ‘frío’ -1234 a una

temperatura � y calor resultante de la suma de los anteriores o calor expulsado (-5%6%1/) a un nivel

de temperatura media 7 . El calor conducido -.%!/ puede ser aportado mediante un sistema de

captador solar debidamente diseñado, tanto solo como combinado con fuentes de calor auxiliares.

Figura 21. Esquema básico de un proceso de enfriamiento térmico.

La mayoría de los sistemas de refrigeración por energía solar térmica, están formados por los

siguientes equipos:

- Colector solar

- Depósito de almacenamiento de agua caliente


25

- Unidad de refrigeración

- Unidad de evacuación de calor (normalmente torre de refrigeración)

- Unidad de tratamiento del aire (UTA)

- Sistemas de distribución y control

Considerando los diferentes equipos de producción de frío existentes, distinguimos:

3.4.2 Procesos de ciclo cerrado: absorción y adsorción

Producen agua refrigerada, que puede alimentar a equipos de tratamiento de aire, equipos de

deshumidificación o sistemas de techo radiante, por ejemplo.

Figura 22. Técnicas de refrigeración para diferentes niveles de temperatura de agua fría.

3.4.2.1 Absorción

En zonas geográficas que dispongan de un número de horas de sol al año razonable, las

máquinas de absorción accionadas por energía solar pueden ser una alternativa eficiente y ecológica

a los sistemas convencionales de climatización para edificios de oficinas, hospitales, centros

comerciales, etc. La energía solar podría cubrir una gran parte de la demanda diaria, entrando a

funcionar el grupo de apoyo en las horas de mayor demanda o cuando la radiación solar es más baja.

Podría darse también la situación inversa, es decir, que el sistema de refrigeración solar funcionara

como grupo de apoyo de un sistema convencional, ya que normalmente los picos de demanda se dan

a las horas de mayor temperatura ambiental, que suele coincidir con las horas de mayor radiación

solar.

Las primeras aplicaciones industriales de los principios termodinámicos de la absorción de un

vapor por un líquido, con el fin de conseguir la refrigeración de otro líquido, datan de los primeros

años 30. La comercialización a mayor escala de plantas frigoríficas de absorción con ciclo

Amoniaco-Agua comienzan en los 40 y la puesta en el mercado de las primeras plantas con ciclo

agua-Bromuro de Litio tiene lugar a principio de los 50.


26

Los ciclos de absorción se basan físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias,

tales como el agua y algunas sales como el Bromuro de Litio, para absorber, en fase líquida, vapores

de otras sustancias tales como el Amoniaco y el agua, respectivamente.

Los equipos de absorción son las máquinas de enfriamiento accionadas térmicamente más

distribuidas en el mundo. La compresión térmica del refrigerante se consigue usando una solución

refrigerante-absorbente y una fuente de calor, que sustituye a la energía eléctrica empleada en las

máquinas de compresión mecánica.

Para agua enfriada por encima de 0 °C, que es el caso típico para aire acondicionado, se emplea

una solución H2O/LiBr con agua como refrigerante. Otras soluciones pueden ser utilizadas, como

H2O/LiCl o NH3/H2O, que permite alcanzar temperaturas por debajo de 0 °C.

Tipos de máquinas de absorción:

Las máquinas de absorción más desarrolladas actualmente son las de simple efecto y las de

doble efecto.

Máquinas de simple efecto

El esquema de la instalación es el siguiente:

Figura 23. Máquina de refrigeración mediante ciclo de absorción de simple efecto.

Los principales componentes se muestran en las figuras siguientes, y son descritos a

continuación.


27

Figura 24. Ciclo de absorción de simple efecto simplificado y diagrama P-T del ciclo

Generador (“G”): Mediante el aporte de energía térmica se produce la evaporación de parte del

agua de la solución de bromuro de litio-agua, concentrándose dicha solución. El vapor de agua

(refrigerante) se dirige al condensador, mientras que la solución concentrada se dirige al absorbedor.

Condensador (“C”): el vapor de agua cede su calor latente y se condensa. Normalmente la

condensación se realiza mediante otra corriente de agua (enviada a una torre de refrigeración),

aunque hay algunos equipos que condensan con aire. La presión de trabajo del condensador varía en

función del refrigerante empleado. Si se utiliza vapor de agua, se trabaja por debajo de la presión

atmosférica, pero si se emplea amoniaco la presión será muy superior a la atmosférica.

Válvula de expansión (“V1”): reduce la presión del refrigerante antes de entrar en el

evaporador. Las características de la válvula dependerán del refrigerante empleado.

Evaporador (“E”): en él, el refrigerante se evapora tomando la energía necesaria de otra

corriente (normalmente agua), produciéndose en dicha corriente el efecto frigorífico. Es importante

indicar la necesidad de que no se produzca arrastre de absorbente, ya que modificaría la presión de

trabajo en el evaporador y porque además se podría producir cristalización de la sal de bromuro de

litio.


28

Absorbedor (“AB”): en él, se ponen en contacto el refrigerante (vapor de agua) y la solución

concentrada que proviene del generador. La solución concentrada absorbe el vapor de agua

diluyéndose la solución, volviendo a las condiciones de partida. Dicho proceso de mezcla es

exotérmico, por lo que es necesario evacuar el calor generado para que dicho calor no eleve la

temperatura del absorbedor y se ralentice el proceso de mezcla. Para ello se emplea una corriente

auxiliar de agua que evacua dicha energía y posteriormente la disipa en la torre de refrigeración.

Normalmente, es la misma corriente de agua la que se usa para refrigerar el absorbedor y el

condensador, primero pasa por el absorbedor, y luego pasa por el condensador.

Bomba (“B”): se encarga de elevar la presión de la solución e impulsarla hacia el generador.

Intercambiador de calor (“HE”): antes de llegar al generador, la solución entra en contacto

(indirecto) con la solución concentrada que proviene del generador y se dirige al absorbedor,

disminuyendo la temperatura de ésta, y aumentado la suya. Con esto se consigue disminuir las

necesidades de refrigeración del absorbedor y también disminuye el aporte energético necesario a

realizar en el generador.

Actualmente, las máquinas de absorción de simple efecto tienen un EER en condiciones

nominales de 0,65-0,75 aproximadamente, y trabajan con temperaturas de accionamiento

comprendidas entre 70 °C y 100 °C.

A continuación se muestra un esquema de una instalación que emplea una máquina de

absorción de simple efecto:

Figura 25. Instalación de refrigeración mediante ciclo de absorción de simple efecto.


29

Máquinas de doble efecto

El elegir un ciclo de doble efecto implica que necesitaremos calentar el fluido caloportador

(normalmente agua) a una temperatura entre 140 y 180 ºC. Esto supone que a la hora de elegir el

dispositivo solar que se empleará para calentar el agua sea necesario emplear algún equipo de

concentración, ya sea colectores cilindro-parabólicos o Fresnel para poder alcanzar las condiciones

necesarias y alimentar al generador de alta presión. Los captadores solares de baja temperatura

quedan descartados, ya que la temperatura máxima que podremos alcanzar será cercana a los 90 ºC,

si bien se podrían emplear para aportar energía para el funcionamiento del generador de baja presión;

o también pueden emplearse como sistema de apoyo, reduciendo el salto térmico a proporcionar por

una caldera.

Las mayores temperaturas requeridas por los equipos de doble efecto pueden alcanzarse por

diferentes métodos: agua caliente presurizada, vapor, llama directa o calor cedido por gases de

escape.

El incremento notable de temperatura tiene su reflejo en el EER, que pasa del 0,65-0,75 para los

ciclos de simple efecto a 1,2-1,35 para los ciclos de doble efecto. Esto se consigue añadiendo un

generador, un condensador y un intercambiador de calor solución-solución al ciclo de simple efecto a

un nivel de presión superior.

Esto es posible en las máquinas que operan con el par LiBr-H2O, ya que trabajan con niveles de

presión muy bajos, mientras que no es posible en el caso de trabajar con la mezcla NH3-H2O, puesto

que introducir una nueva etapa incrementaría la temperatura de trabajo, y el incremento de presión

que esto conlleva es demasiado alto.

Las figuras siguientes muestran los esquemas de equipos, flujos y el diagrama p-T.

Figura 26. Diagrama P-T de un ciclo de absorción de doble efecto.


30

Figura 27. Ciclo de absorción de doble efecto simplificado.

La máquina de absorción de doble efecto se compone de dos generadores, uno de alta (G1) y

otro de baja temperatura (G2), dos recuperadores de calor (HE1 y HE2), dos condensadores (C1 y

C2), un evaporador (E), un absorbedor (AB), una bomba (B) y válvulas de expansión.

En la tabla 2 se representan algunas de las características principales (temperaturas de operación

y potencias desarrolladas) correspondientes a máquinas de absorción de simple y doble efecto.

Absorción Simple efecto Doble efecto

Medio Agua caliente Agua

sobrecal.

Agua

sobrecal. Vapor

Tª generador (°C) 95-75 130-83 150-187 140-185

Tª sal/ent agua fría (°C) 6-12 6-12 4.5-15 6-12

Tª ent/sal agua refrigeración (°C) 15-35

27-35

15-32

27-35

15-40

27-35 26-34

Potencia (kW) 35-6000 300-4900 1300-7000 350-5000

EER 0.6-0.75 0.72-0.75 1-1.15 1-1.2 Tabla 2. Características de máquinas de absorción.

Compuestos más usados:

- Bromuro de Litio / Agua (8�9/:;'<$: solución compuesta de bromuro de litio, como

sustancia absorbente, y agua como refrigerante. Estos equipos se caracterizan porque el enfriamiento

se lleva a cabo en el absorbedor y el condensador es refrigerado por agua. Operan a temperaturas

mayores de 0 °C.


31

- Amoníaco / Agua �=8>/8�9): solución compuesta de amoníaco (refrigerante) y agua

(absorbente). Se utilizan para refrigeración de alimentos y como equipos de climatización de hasta 20

kW de potencia. El enfriamiento se lleva a cabo en el absorbedor y el condensador es refrigerado,

generalmente, por aire. Pueden operar a temperaturas inferiores a 0 °C.

Recientemente están siendo desarrollados ciclos de triple efecto, alcanzando valores de EER

entre 1.6 y 1.9, con temperaturas de accionamiento entre 200 °C y 250°C.

3.4.2.2 Adsorción

Los procesos de absorción y adsorción son en principio muy similares en cuanto a su resultado

neto, la refrigeración por adsorción solo se diferencia de la de absorción en la naturaleza de las

sustancias adsorbedoras (en la adsorción la sustancia es un sólido mientras que en la absorción es un

liquido), el refrigerante y sus temperaturas de trabajo.

Como adsorción se conoce la capacidad que tienen algunas sustancias de adsorber y retener

dentro de su estructura a moléculas de otras sustancias. Generalmente un calentamiento posterior,

hace que la molécula retenida se libere y el elemento adsorbedor quede “limpio”. Hay muchas

sustancias con esa capacidad, pero las más utilizadas en la práctica son el carbón vegetal activo, el

gel de sílice, las zeolitas, las alúminas y la tierra de Fuller. De todas las parejas

adsorbente/refrigerante, la más usada es la compuesta por gel de sílice como adsorbente y agua como

refrigerante.

Se trata de una operación cuasi continua, por lo que se requieren al menos dos compartimentos

con material de adsorción. La figura 27 muestra los componentes de una enfriadora de adsorción.

Los sistemas disponibles en el mercado utilizan agua como refrigerante y gel de sílice como

adsorbente.

Figura 28. Máquina enfriadora de adsorción.

Mientras que el sorbente en el primer compartimento es desorbente (retira el agua adsorbida),

utilizando el agua caliente de la fuente de calor externa, por ejemplo del captador solar, el sorbente

en el segundo compartimento adsorbe el vapor refrigerante que entra desde el evaporador; este


32

compartimento debe enfriarse para incrementar la eficiencia del proceso. El refrigerante, condensado

en el condensador enfriado y transferido al evaporador, se vaporiza a baja presión en el evaporador.

Aquí se produce el enfriamiento útil. Periódicamente, los compartimentos sorbentes se intercambian

en sus funciones de adsorción a desorción. Esto se produce a través del control de cambios de las

válvulas externas.

Los típicos valores EER de enfriadoras de adsorción son 0.5-0.6. Una ventaja de las enfriadoras

está en sus bajas temperaturas generadoras, empezando desde 55°C, la ausencia del bombeo de una

solución y un funcionamiento relativamente libre de ruido.

El proceso es capaz de funcionar en un amplio rango de temperaturas del agua. Se regula

fácilmente y se controla el rendimiento utilizando múltiples programas de control. Para obtener el

mejor rendimiento, el agua caliente debe estar a unos 90 °C, el agua de refrigeración entre 24 – 30 °C

y el agua fría en la salida entre 11 – 5 °C.

Figura 29. Esquema de la instalación de climatización por adsorción.


33

3.4.3 Procesos de ciclo abierto: sistemas evaporativos con desecantes

Figura 30. Ciclo de refrigeración regenerado por energía solar

En estos sistemas se emplea agua como refrigerante y material desecante para facilitar el

intercambio de calor sensible y latente del flujo de aire acondicionado. El término abierto se usa para

indicar que el refrigerante es desechado del sistema después de proporcionar el efecto refrigerante, y

se suministra nuevo refrigerante en su lugar. En un sistema abierto no hay separación entre el aire

que está siendo enfriado y el refrigerante, estando los dos en contacto directo entre sí.

Básicamente, todas aquellas sustancias que absorban agua pueden ser usadas como desecante.

Los principales ejemplos son el gel de sílice, carbón activo, zeolitas, LiCl y LiBr.

Cuando un desecante se pone en contacto con aire a una determinada presión de vapor, el vapor

será transferido desde el aire al desecante cuando éste se encuentra a una temperatura menor que la

del ambiente y en la dirección inversa cuando las temperaturas son mayores que ésta. Así, a bajas

temperaturas del desecante, la deshumidificación del aire tendrá lugar en un proceso de adsorción (en

el caso de desecantes sólidos), mientras que a altas temperaturas del desecante se usaría el mismo

aire para regenerar el desecante, reduciendo su contenido en agua a través de un proceso de

desorción.

Un proceso de adsorción siempre genera un calor que es debido principalmente a la

condensación de vapor en la superficie del desecante. La desorción, por el contrario requiere un

aporte de calor para separar y evaporar agua del desecante.

Un sistema de aire acondicionado desecante consta, básicamente, de dos ciclos:

acondicionamiento y regeneración.

� El ciclo de acondicionamiento consta de dos etapas:

- Etapa deshumidificante con eliminación simultánea del calor de condensación: el vapor de

agua es extraído del aire y condensa en la superficie del desecante, la temperatura del aire

aumenta debido al calor de condensación, posteriormente el aire seco caliente se enfría sin

cambio en la humedad a través de un intercambiador de calor usando un medio


34

moderadamente frio, como puede ser agua procedente de una torre de refrigeración o aire

ambiente enfriado por evaporación.

- Etapa humidificante: el aire pasa a través de un enfriador evaporativo donde el calor

sensible se transforma en calor latente. La temperatura del aire se reduce y el contenido en

agua aumenta a un valor ligeramente por debajo del valor inicial.

� En el ciclo de regeneración, el agua contenida en el desecante se elimina poniendo éste en

contacto con aire caliente. Para obtener este aire caliente se necesita una fuente de calor,

que en este caso se trata del agua calentada en los sistemas de captación solar.

En un sistema de refrigeración con desecante líquido, el líquido desecante circula entre un

absorbedor y un regenerador de manera similar a los sistemas de absorción. La principal

diferencia es que la temperatura de equilibrio de este líquido está determinada no por la

presión total, sino por la presión parcial del agua en el aire húmedo al que está expuesta la

solución.

En la figura 30 se muestra un sistema con líquido desecante. En el deshumidificador, una

solución concentrada es pulverizada en el punto A sobre el intercambiador de calor B mientras aire

de retorno o aire del ambiente es impulsado creando una corriente de aire. La solución absorbe la

humedad del aire y es enfriada por el intercambiador. El resultado de este proceso son el aire frío

deshumidificado (2) y la solución diluida (C). En ocasiones se realiza un posterior enfriamiento de la

corriente de aire.

En el regenerador, la solución diluida es pulverizada sobre el intercambiador de calor E (fuente

de calor, conectada a los colectores solares) y aire ambiente 4 es impulsado a través de esta corriente.

Parte del agua es absorbida por el aire cuando la solución es calentada en el intercambiador. El

resultado es una solución concentrada (F) y aire caliente húmedo expulsado al exterior (5).

Un recuperador de calor emplea la corriente de solución concentrada caliente para precalentar la

solución diluida antes de entrar en el regenerador, lo que implica un aumento del rendimiento (EER).

Figura 31. Ciclo solar de refrigeración con desecante líquido


35

A continuación, se describe un sistema con desecante sólido:

a) El aire de retorno del local acondicionado primero atraviesa un enfriador evaporativo y

posteriormente entra en una rueda intercambiadora de calor (A-B). Este aire enfría parte de

la rueda (B-C). Este aire ‘templado’ y húmedo es calentado a alta temperatura mediante

agua procedente de los colectores solares (C-D). El aire caliente y húmedo resultante es el

encargado de regenerar la rueda desecante, y posteriormente es expulsado al exterior (D-

E).

b) Por otro lado, aire del ambiente atraviesa la rueda desecante (1-2), saliendo de ella como

aire caliente y seco, que es enfriado por la rueda intercambiadora de calor hasta cierta

temperatura (2-3). Dependiendo de la temperatura deseada, esta corriente puede ser

posteriormente enfriada por algún otro sistema (3-4). La temperatura en el punto 3 no

puede ser menor que la del punto B, que a su vez es función de las condiciones de retorno

A.

Figura 32. Ciclo solar de refrigeración con desecante sólido

Entre las variables que tienen un impacto importante en el dimensionado y rendimiento de un

sistema desecante están la humedad del aire del proceso, la temperatura y velocidad del aire a través

del desecante, la temperatura del aire de regeneración, la velocidad y carga de humedad del aire que

pasa a través del desecante, la cantidad de desecante presente en las corrientes de aire de

regeneración y de entrada y las características deshidratantes de la adsorción.

En principio, el EER de un ciclo abierto con desecantes es similar al de su homólogo en circuito

cerrado (absorción/adsorción), alcanzando valores de 0,6-0,7.

Estos sistemas ofrecen un control de la humedad más eficiente que las tecnologías anteriores.

Cuando existen grandes demandas de ventilación o deshumidificación, los sistemas con desecantes

accionados solarmente pueden ser una gran opción.


36

Figura 33. Esquema de un sistema de refrigeración evaporativa con energía solar y diagrama psicrométrico

correspondiente

3.4.4 Estado del arte

Absorción

En el mercado puede encontrarse una amplia gama de máquinas de absorción, por lo que casi

todas las instalaciones que demanden refrigeración entrarán dentro del rango de estas máquinas.

La mayoría de equipos comerciales de H20-LiBr de simple efecto son de gran potencia (350

kW-5,2 MW). Algunos de estos equipos pueden ser activados con agua caliente a una temperatura de

115 a 150 °C. Para potencias menores a los 300 kW, la oferta existente en el mercado es menor.

Estos equipos son fabricados para ser accionados con fuentes de baja temperatura (90 °C). El

desarrollo de estas máquinas de menor potencia es relativamente reciente, como consecuencia de la

necesidad de equipar a pequeñas instalaciones de este tipo de tecnología.

Los equipos de doble efecto que existen en el mercado son del mismo rango de capacidad que

los de simple efecto, utilizándose un combustible para su accionamiento (llama directa) o vapor de

agua a una presión entre los 1100 y 1200 kPa (una temperatura de 175 a 185 ºC). Muchos de estos

equipos también pueden ser activados con agua caliente presurizada a temperaturas que varían entre

los 155 y 205 ºC.

Los EER de estos equipos varían del valor 0,7 para sistemas de simple efecto al valor de 1,2

para sistemas de doble efecto. De igual forma, las temperaturas requeridas también varían desde los

80-110ºC para sistemas de simple efecto a los 130-160ºC para los de doble efecto.


37

Respecto a los equipos que trabajan con la mezcla NH3-H20, eran fabricados inicialmente para

la industria de la refrigeración industrial de grandes potencias (250-700 kW), para temperaturas de

evaporación cercana o por debajo de 0 ºC, pero actualmente estos equipos son los más comunes en

aplicaciones domésticas de pequeña potencia (10-17.4 kW). Debido a las altas presiones de

operación de estos equipos, estos se limitan a los sistemas de simple efecto.

En la tabla 3 se presentan algunos ejemplos de máquinas de absorción diseñadas por los

principales fabricantes.

Adsorción

La pareja adsorbente-sustancia adsorbida constituida por carbón activo y metanol es uno de los

sistemas más importantes en la producción de frío solar.

El rango de potencia de los equipos que utilizan la tecnología de adsorción se encuentra entre 8

y 1000 kW lo cual permite su uso en buena parte de las ocasiones, aunque su instalación en paralelo

hace que se pueda suministrar refrigeración en instalaciones de mayor demanda.

El EER de estos equipos está entre 0,3 y 0,7, y los rangos de temperatura a introducir en el

sistema (a aportar por la instalación solar) entre 45 y 90 ° C.

Todo ello permite utilizar estos sistemas en muchas ocasiones y acoplar buena parte de los

sistemas solares, ya que una instalación de captadores planos conectados en serie puede suministrar

perfectamente la temperatura del agua requerida. De igual forma se podrán utilizar sistemas solares

térmicos con captadores de vacío.

En contra, el EER bajo de estas instalaciones y la falta de fabricantes, convierten a estos

sistemas en poco rentables y caros.

En la tabla 4 se presentan algunos ejemplos de máquinas de adsorción presentes en el mercado.

Figura 34. Comparación de rendimientos de distintas tecnologías según la temperatura de la fuente de calor


38

Fabricante Serie Tipo Potencia

(kW)

Temperatura trabajo agua caliente (°C)

EER nominal

Fluido refrigeración

Mezcla de

trabajo

Yazaki WFC-SC SE 17.6 – 175.8

88 0.7 Agua LiBr-H2O

EAW SE 15 85 0.7 Agua LiBr-H2O

ClimateWell

ClimateWell AB

SE 10 90 0.7 Agua LiCl-H2O

ClimateWell 10

SE 20 50° superior

al condensador

0.68 Aire-Agua LiCl-H2O

Rotártica Solar 045 SE 4.5 90 0.67 Aire LiBr-H2O

Broad BDH SE 209-6138 98 0.75 Agua LiBr-H2O

BH DE 233-

11630 180 1.34 Agua LiBr-H2O

Carrier

16LJ SE 264-1846 95 0.7 Agua LiBr-H2O

16TJ SE 352-2461 Vapor

saturado 10 kPa

0.65 Agua LiBr-H2O

16NK DE 345-4652 Vapor

saturado 784 kPa

Agua LiBr-H2O

Trane ABSC SE 394-1635 132 0.63 Agua LiBr-H2O

ABTF DE 1266-6053

1.2 Agua LiBr-H2O

York YIA SE 280-3150 80-128 0.69 Agua LiBr-H2O

Thermax

Cogenie SE 35-739 70-110 0.67-0.7 Agua LiBr-H2O

LT SE 70-4048 70-110 0.67-0.7 Agua LiBr-H2O

MT DE 350-7000 110-150 1.4 Agua LiBr-H2O

HT DE 176-7000 150-200 1.4 Agua LiBr-H2O Tabla 3. Máquinas de absorción


39

Fabricante Potencia

(kW) EER

Tª agua

caliente (°C)

Tª agua

refrigeración

(°C)

Tª agua fría

(°C) Par de trabajo

SORTECH ACS 08 8 0.6 55-95 22-37 6 a 20 Gel de

sílice/Agua

SORTECH ACS 15 15 0.6 55-95 22-37 6 a 20 Gel de

sílice/Agua

GBU 50-430 0.55-0.62 60-100 31-37 3 a 14 Gel de

sílice/Agua

Invensor LTC 09 9 0.61 45-100 20-37 10 a 24 Zeolita/Agua

Invensor HTC 11 11 0.53 45-100 20-37 10 a 24 Zeolita/Agua

NISHIYODO ADCM 11-1050 0.65 50-90 20-35 6 a 15 Gel de

sílice/Agua

SWAC 8.5 0.4 85 32 5 Gel de

sílice/Agua Tabla 4. Máquinas de adsorción

Refrigeración evaporativa con desecante

En sistemas evaporativos con rueda desecante, el EER es más difícil de valorar, puesto que

depende más de la operación del sistema. Es útil definir aquí el EER sólo para el modo operativo

desecante, porque en este modo se requiere del calor. Las experiencias de las plantas DEC han

mostrado que se pueden alcanzar los valores del EER comparados con enfriadores de simple efecto.

Figura 35. Diagrama de elección de la tecnología solar según la tecnología de refrigeración. Fuente: Proyecto Promotion Air

Conditioning

• SAC: Colector solar de aire.

• FPC: Colector solar plano.


40

• CPC: Colector parabólico compuesto.

• EHP: Colector de tubo de vacío

• EDF: Colector de tubo de vacío de flujo directo

• SYC: Colector de tubo de vacío de concentración.

En el siguiente esquema se presenta una comparación orientativa entre diferentes métodos de

refrigeración, empleando como fuente la energía solar, ya sea fotovoltaica o térmica.

Figura 36. Esquema comparativo

Para concluir, se presenta una tabla resumen con las características principales de las máquinas

de refrigeración solar vistas anteriormente.

Tipo de ciclo Cerrado Abierto

Fase del sorbente Sólido Líquido Sólido

Materiales más

usados Agua-Gel de sílice

Agua-Bromuro de Litio

Amoníaco-Agua

Agua-Gel de sílice

Agua-Cloruro de

litio

Tecnología Adsorción Absorción Refrigeración con

desecantes Simple efecto Doble efecto

Potencias 8 kW - 1000 kW 4.5 kW - 5MW 1 MW - 7MW 20 - 350 kW por

módulo

EER 0.55 - 0.65 0.65 - 0.75 1.2 - 1.35 0.5 - 1

Temperaturas de

accionamiento 55 - 100 °C 80 - 110 °C 140 - 180 °C 50 - 95 °C

Tabla 5. Tabla resumen máquinas de refrigeración solar


41

3.4.5 Ejemplos de instalaciones actualmente operativas

A. Plantas con ciclo cerrado de absorción

• Edificio de oficinas de IBA AG, Fürth, Alemania

Figura 37. Esquema IBA AG, Fürth, Alemania

Se emplea un sistema de enfriamiento de agua de ciclo cerrado con un equipo de absorción de

tamaño medio. El calor necesario es suministrado por un sistema solar; existe una caldera de gas,

pero sólo se emplea en invierno para calefacción. El circuito de extracción de calor del sistema de

enfriamiento de agua está conectado a una torre de refrigeración. Para evitar sobrecalentamientos en

el colector, el exceso de calor en éste se suministra a un balneario cercano.


42

Unidad central de aire acondicionado

Capacidad nominal 30 kW

Tipo de sistema Absorción

Marca del equipo de enfriamiento EAW Wegracal SE 30

Utilización del agua fría Techos fríos, fan coils

Deshumidificación En fan coils

Evacuación de calor Torre refrigeración

Sistema solar

Tipo captador Plano

Marca captador Solvis F-802-S, F-652-D

Área captación 87,7 m2

Ángulo y orientación 25° Sur

Fluido Agua/Glicol

Temperatura de operación 86 °C

Configuración

Almacenamiento calor 3,7 m3 Agua

Almacenamiento frío 1,4 m3 Agua

Fuente calor auxiliar Caldera gas

Uso del sistema auxiliar Calefacción

Enfriador auxiliar No

• Bodega en Banyuls sur MEr, Francia

Se trata de una bodega situada en la costa mediterránea de Francia. La superficie a acondicionar

es de 4500 m2, repartidos en tres plantas: la planta baja (0), empleada como despacho de vinos y dos

plantas inferiores (-1,-2) en las que se almacena el vino. Cada una de ellas se mantiene a diferentes

temperaturas. El sistema solar se utiliza tanto para la refrigeración de cada planta como para la

calefacción de la planta baja en invierno.


43



Tipo de sistema Absorción

Marca del equipo de enfriamiento YAZAKI

Utilización del agua fría UTA

Deshumidificación No


Sistema solar

Tipo captador Tubos de vacío

Marca captador Giorcano Cortec 2

Área captación 130 m2

Ángulo y orientación 15°, 15° W

Fluido Agua

Temperatura de operación 85 °C

Configuración

Almacenamiento calor 1 m3 Agua

Almacenamiento frío No

Fuente calor auxiliar No

Uso del sistema auxiliar _


B. Plantas con ciclo cerrado de adsorción.

• Hospital Universitario en Freiburg, Alemania

En los meses de verano, un edificio de laboratorios del hospital es acondicionado por una

enfriadora de agua con apoyo solar. La temperatura del agua fría es de aproximadamente 9 ºC, y se

emplea para abastecer a dos equipos de tratamiento de aire. Debido a la utilización del laboratorio, la

demanda de refrigeración puede existir también durante la noche. La fuente de calor auxiliar para

garantizar el funcionamiento de la máquina de adsorción la constituye la red interna de vapor del

hospital. En invierno, el sistema solar cubre parte de la demanda de calefacción.


44

Figura 38. Esquema Hospital Universitario de Freiburg, Alemania



Tipo de sistema Adsorción

Marca del equipo de enfriamiento Nishiyodo NAK 20/70

Utilización del agua fría Aire acondicionado

Deshumidificación Ocasionalmente


Sistema solar

Tipo captador Tubos de vacío

Marca captador Seido 2-16


Ángulo y orientación 30° y 45° S

Fluido Agua/Glicol

Temperatura de operación nominal 75 °C

Configuración

Almacenamiento calor 6 m3 Agua

Almacenamiento frío 2 m3 Agua

Fuente calor auxiliar Red interna vapor

Uso del sistema auxiliar Calefacción y refrigeración



45

C. Plantas con ciclo abierto

• Biblioteca en Mataró, España

Este edificio fue diseñado para integrar una instalación fotovoltaica junto con otra solar térmica

para cubrir las demandas de electricidad y calor.

El fluido de trabajo es aire, y existe un equipo de enfriamiento por compresión eléctrica y una

caldera auxiliar para complementar al sistema solar.

Figura 39. Esquema biblioteca de Mataró, España



Tipo de sistema DEC

Material desecante Gel de sílice

Caudal aire nominal 12000 m3/h

Caudal aire mínimo 6000 m3/h

Marca del equipo Siegle+Epple(ETA), Seibu Giken (rueda)

Sistema solar

Tipo captador Colector de aire

Marca captador Grammer


Ángulo y orientación 20°, 5° W

Fluido Aire

Temperatura de operación nominal 65 °C

Configuración

Almacenamiento calor _

Almacenamiento frío _

Fuente calor auxiliar Caldera gas

Uso del sistema auxiliar Calefacción

Enfriador auxiliar Sí, compresión eléctrica, 246 kW


46

4. POTENCIAL DE LOS SISTEMAS SOLARES

4.1 Introducción

La gran abundancia del recurso solar tanto en España como en gran parte de Europa hace de la

energía solar térmica una tecnología de gran interés. En este marco, España goza de una posición

privilegiada respecto a la mayoría de países europeos.

Una muestra de la cantidad de energía disponible en esta zona geográfica la proporcionan los

mapas de radiación solar representados en las figuras siguientes.

Figura 40. Mapa de radiación recibida en Europa

Zonas climáticas en España

En España, podemos distinguir diferentes zonas climáticas en función de los parámetros que se

tengan en cuenta:

1) Teniendo en cuenta la Radiación Solar Global media diaria anual sobre superficie horizontal

(H), se distinguen 5 zonas climáticas. En la tabla 6 se marcan los límites de zonas

homogéneas.


47

Figura 41. Estimación de la cantidad de energía media diaria por unidad de superficie (irradiación) en España, según 5

zonas climáticas.

Tabla 6. Zonas climáticas según radiación solar global.

2) En función de las severidades climáticas de invierno (A, B, C, D, E) y verano (1, 2, 3, 4) de

la localidad en cuestión, se definen 12 zonas climáticas.

Figura 42. Zonas climáticas según severidades climáticas de invierno y verano.


48

Tabla 7. Zonas climáticas correspondientes a las capitales de provincia y método de cálculo para el resto de localidades.

Otro dato de interés es el número de horas de Sol al año en cada provincia, representado en la

figura inferior.

Figura 43. Número de horas de Sol anuales por provincia.


49

4.2 Metodología

Hipótesis:

Dada la gran cantidad de variables que influyen en los resultados, en el presente trabajo se han

realizado las siguientes hipótesis:

1.- La producción energética de la instalación de energía solar se ha calculado considerando

dos casos hipotéticos:

1) Caso pesimista: la instalación solar tiene un rendimiento bajo, del 35%.

2) Caso optimista: la instalación solar tiene un rendimiento relativamente alto, del

50%.

En general, los valores de rendimiento de una instalación solar se situarán entre estos dos

límites.

El rendimiento de la instalación solar dependerá no sólo del rendimiento de los captadores

solares, dado por la orientación e inclinación de los captadores, la temperatura ambiente, la

temperatura del agua de entrada a los captadores y la radiación solar, sino también por las

características del sistema de intercambio y acumulación.

Así, uno de los factores que más afecta al rendimiento de la instalación es la relación entre el

volumen de acumulación y el área del campo de captadores, ?/�. Cuando la relación ?/�

aumenta, las pérdidas térmicas disminuyen, aumentando de esta manera el rendimiento de la

instalación. Por otra parte, se produce una disminución del nivel térmico alcanzado en el acumulador.

Es decir, la obtención de rendimientos mayores, en general, está penalizada con temperaturas de

generación menores.

2.- Los datos de radiación solar de las ciudades se han tomado del programa Meteonorm, para

las dos inclinaciones del campo de captadores.

3.- El nivel térmico del agua caliente producida por los captadores planos se sitúa en torno a

40°C-50°C. Se asume que existirá un sistema de energía auxiliar modulante que aportará la energía

restante necesaria para cubrir la demanda y alcanzar los niveles de temperatura que en cada caso se

requieran.

4.- Las demandas de ACS, calefacción y refrigeración consideradas están publicadas en el

documento ‘Escala de calificación energética para edificios de nueva construcción’, redactado por

AICIA y publicado por el IDAE.

5.- Como sistema de refrigeración se emplea una máquina de absorción con un EER=0,7. Éste

es un valor medio estándar para máquinas de simple efecto. Con máquinas de doble efecto se

alcanzan valores de rendimiento de 1,2 en cuyo caso el nivel térmico necesario es bastante mayor.


50

Zonas climáticas:

Como se ha visto anteriormente, existen diversos métodos para clasificar las zonas climáticas;

por ello, las ciudades se clasificarán dentro de las 12 zonas según la clasificación en función de las

severidades climáticas, y a su vez se tendrá en cuenta la zona a la que pertenecen en función de la

radiación media recibida. De esta forma se pretende analizar la relación existente entre ambas

clasificaciones, es decir, si para una zona climática (por ejemplo, zona IV) concreta, las ciudades

situadas en ella pertenecerán a zonas con severidades climáticas similares o bien puedan tener

severidades climáticas muy diferentes.

Inicialmente, se tomarán 12 ciudades que representen a cada una de las zonas climáticas. Éstas

son las mostradas en la tabla 8, donde distinguimos dos clasificaciones:

- Zona climática I: zona climática correspondiente en función de la radiación solar global

media diaria recibida (I, II, III, IV, V).

- Zona climática II: zona climática correspondiente en función de las severidades climáticas

de invierno (A, B, C, D, E) y verano (1, 2, 3, 4).

Zona climática I Zona climática II

Santander I C1

Valladolid II D2

Lugo II D1

Gerona III C2

León III E1

Cádiz IV A3

Ciudad Real IV D3

Granada IV C3

Valencia IV B3

Almería V A4

Badajoz V C4

Sevilla V B4 Tabla 8. Zonas climáticas de las diferentes ciudades

En adelante se trabajará con estas 12 ciudades, hasta llegar al apartado ‘Resultados’, donde se

mostrarán los datos obtenidos para todas las capitales de provincia.

A continuación se describe el procedimiento general empleado en el estudio de las ciudades.

Para una mejor comprensión, la descripción de este proceso se acompaña con los resultados

obtenidos para la ciudad de Sevilla. El procedimiento será idéntico para el resto de ciudades.


51

4.2.1 Caracterización de los perfiles de energía térmica producida

a) Perfiles de radiación recibida.

Conociendo la ciudad en estudio y la inclinación del campo de captadores, el programa

Meteonorm genera ficheros meteorológicos con valores horarios anuales de radiación y temperatura

ambiente, para cada una de las inclinaciones consideradas.

Estos datos son exportados a Excel, donde se analizan para obtener valores de radiación diarios

y mensuales.

De este modo se obtienen los perfiles de radiación. En el caso concreto de Sevilla:

Figura 44. Radiación global diaria. Sevilla.

Se observa cómo en los meses de verano, en los cuales la altura del Sol es mayor, la radiación

captada es mayor para el caso de los captadores instalados con menor inclinación (latitud del lugar -

15º). De la misma manera, en los meses de invierno, la menor altura solar conlleva valores de

radiación captada superiores para una mayor inclinación de los captadores (latitud del lugar +15º).

La figura siguiente muestra los valores de radiación mensuales, calculados como suma de los

valores diarios de cada mes.

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

1 27 53 79 105 131 157 183 209 235 261 287 313 339 365

kWh

/m2

Día

Radiación diaria.

Inc. Lat -15 Inc. Lat +15


52

Figura 45. Radiación global mensual. Sevilla.

La representación de valores mensuales nos ofrece una observación más clara de los perfiles de

radiación recibida, evitando las perturbaciones correspondientes a la representación de valores

diarios.

En la figura 44 se distinguen dos períodos: uno en el que la radiación recibida es mayor para la

menor inclinación del campo de captadores (latitud del lugar -15º) y otro en el que ésta es menor,

siendo superada por la configuración con una inclinación mayor (latitud del lugar +15º).

A continuación se presentan los valores mensuales de radiación recibida para ambas

inclinaciones, así como la diferencia entre ambos.

Valores de radiación mensual ��ℎ/�� Diferencia (��ℎ/��)

Mes Latitud -15° Latitud +15° Lat-15° - (Lat+15°)

1 116.0 143.7 -27.7

2 120.1 135.8 -15.7

3 174.3 179.2 -4.9

4 170.9 154.6 16.3

5 206.2 170.9 35.3

6 211.1 167.6 43.6

7 233.0 187.6 45.4

8 211.3 185.3 26.0

9 185.7 183.1 2.7

10 152.8 167.7 -14.9

11 103.8 122.9 -19.1

12 100.0 124.8 -24.9

Total 1985.2 1923.2 Tabla 9. Radiación mensual recibida para distintas inclinaciones. Diferencia entre ambas. Sevilla.

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

/m2

Mes

Radiación mensual.

Inc. Lat -15 Inc. Lat +15


53

A partir de esta diferencia, es posible calcular el porcentaje de radiación recibida por una sobre

la otra.

Diferencia de radiación (��ℎ/��) cuando:

% Superior

Lat-15 es mayor (verano) 169.3 16.1%

Lat+15 es mayor (invierno) 107.2 14.0% Tabla 10. Porcentaje de radiación recibida por una configuración sobre otra. Sevilla.

Es decir, en los meses en que la radiación recibida es mayor para una inclinación de los

captadores igual a la latitud del lugar -15º, la diferencia total de energía recibida respecto a una

inclinación igual a la latitud +15º durante esos meses es de 169.3 ��ℎ/��, lo que supone un 16,1%

más respecto a esta segunda configuración.

En cuanto a valores anuales totales, a partir de la tabla 9 se observa que la radiación total anual

recibida por la instalación con la menor inclinación de los captadores (1985.2 ��ℎ/��) es un

3,22% mayor que la recibida con una inclinación de +15º (1923.2 ��ℎ/��).

b) Perfiles de energía térmica producida.

Posteriormente, a estos valores de radiación se les aplican los diferentes rendimientos del

sistema solar térmico expuestos anteriormente, obteniendo finalmente la energía térmica útil que

genera la instalación solar térmica.

-ÚABC = ��.�ECFG ∗ 8��ℎ/��$

Donde:

��.�ECFG = rendimiento del sistema solar (en este caso, 35 ó 50%).

H = Irradiación. Energía de la radiación incidente durante un período de tiempo sobre una

superficie determinada (��ℎ/��).

Así, trabajando con 2 inclinaciones diferentes y con la hipótesis de 2 rendimientos diferentes, se

obtendrán 4 resultados diversos para los perfiles de energía producida por m� de captador solar.


54

En el caso de Sevilla:

Figura 46. Energía mensual producida por m2 de superficie de captación. Sevilla.

De este modo se observa cómo afectan la inclinación y el rendimiento a los perfiles de

producción.

Mientras que diferentes inclinaciones de los captadores modifican la forma del perfil, los

diferentes rendimientos no suponen ninguna variación en la forma de éste, sino únicamente un

desplazamiento vertical, es decir, variaciones cuantitativas en la producción. Lo mismo ocurrirá con

la superficie de captación instalada: a mayor superficie, mayores niveles de producción, pero

idénticos perfiles.

Puesto que los perfiles de energía térmica producida son proporcionales a los perfiles de

radiación recibida para cada inclinación, en sistemas con el mismo rendimiento pero diferentes

inclinaciones existirán períodos en que la energía producida con una inclinación menor supere a la

producida con una inclinación mayor, y viceversa, tal como ocurría en el análisis de la radiación

recibida.

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

/m2

Mes

Energía mensual producida por m2 de superficie de captación.

Rend 35% inc. Lat -15 Rend 35% inc. Lat +15 Rend 50% inc. Lat -15 Rend 50% inc. Lat +15


55

Energía producida (kWh/m2 captador) para cada una de las hipótesis de rendimiento y diferentes inclinaciones.

Rendimiento 35% 50%

Inclinación captadores

Latitud -15º Latitud +15º Diferencia Lat-15 - (Lat+15)

Latitud -15º Latitud +15º Diferencia Lat-15-

(Lat+15) Mes

1 40.6 50.3 -9.7 58.0 71.8 -13.9

2 42.0 47.5 -5.5 60.1 67.9 -7.8

3 61.0 62.7 -1.7 87.1 89.6 -2.5

4 59.8 54.1 5.7 85.4 77.3 8.1

5 72.2 59.8 12.4 103.1 85.4 17.7

6 73.9 58.7 15.2 105.6 83.8 21.8

7 81.6 65.7 15.9 116.5 93.8 22.7

8 74.0 64.8 9.1 105.6 92.6 13.0

9 65.0 64.1 0.9 92.9 91.5 1.3

10 53.5 58.7 -5.2 76.4 83.9 -7.5

11 36.3 43.0 -6.7 51.9 61.4 -9.5

12 35.0 43.7 -8.7 50.0 62.4 -12.4

Anual 694.8 673.1

992.6 961.6 Tabla 11. Energía mensual producida por las diferentes configuraciones. Sevilla.

A partir de la tabla anterior puede realizarse una comparación entre los valores de energía

térmica producida en las diferentes situaciones:

Diferencia de energía producida cuando:

Rendimiento 35% Rendimiento 50%

kWh/m2 % Superior kWh/m2 % Superior

Lat-15 es mayor (verano) 59.2 16.1% 84.63 16.1%

Lat+15 es mayor (invierno) 37.5 14.0% 53.61 14.0% Tabla 12. Porcentaje de energía producida por una configuración sobre otra. Sevilla.

Como era de esperar, al ser los perfiles de energía producida proporcionales a los de radiación

recibida, las diferencias porcentuales entre ellos son idénticas a las de la radiación recibida.


56

4.2.2 Caracterización de los perfiles de demanda de energía térmica

Para cada una de las ciudades existen unos valores anuales de demanda de ACS, calefacción y

refrigeración para viviendas unifamiliares y bloques de viviendas (‘Escala de calificación energética

para edificios de nueva construcción’, IDAE).

En este caso se hará uso de los correspondientes a bloques de viviendas, que se recogen en la

siguiente tabla:

Demandas anuales en bloques de viviendas JKL/MN

Ciudad Calefacción Refrigeración ACS

Almería 10.8 19.1 12.1

Badajoz 27.4 17.1 12.6

Cádiz 9 14.6 12.3

Ciudad Real 45 13.2 13

Gerona 42.4 6.4 13

Granada 37.4 12.5 12.9

León 65.5 0 13.6

Lugo 60.2 0 13.5

Santander 33 0 13

Sevilla 16.6 23.4 12.3

Valencia 21.3 12.6 12.5

Valladolid 60.6 4.5 13.3 Tabla 13. Demandas anuales en bloques de viviendas. Fuente: ‘Escala de calificación energética’, IDAE

Los datos están dados por ��de vivienda, luego habrá que tener en cuenta el número de

viviendas consideradas por bloque y la superficie de cada una de ellas.

Para cubrir las demandas térmicas habrá que tener en cuenta los coeficientes de eficiencia

energética de los sistemas empleados. En el caso de calefacción, si se empleara una bomba de calor,

se consideraría un COP=1, mientras que para refrigeración se ha considerado la instalación de una

máquina de absorción con un EER=0.7, es decir, la energía térmica primaria necesaria para cubrir la

demanda de refrigeración será:

-/,5%O5PQ =-5%O5PQ%5!1PóR

SST

-5%O5PQ%5!1PóR= valor de la demanda de refrigeración, dado por la tabla 13.

En adelante, al hablar de demanda de refrigeración, se considerará la demanda corregida

mediante el EER de la máquina instalada, puesto que será la demanda real de energía térmica

primaria.


57

Demanda JKL/MN

Ciudad Refrigeración Refrigeración corregida

(EER=0,7)

Almería 19.1 27.3

Badajoz 17.1 24.4

Cádiz 14.6 20.9

Ciudad Real 13.2 18.9

Gerona 6.4 9.1

Granada 12.5 17.9

León 0 0.0

Lugo 0 0.0

Santander 0 0.0

Sevilla 23.4 33.4

Valencia 12.6 18.0

Valladolid 4.5 6.4 Tabla 14. Demandas de refrigeración corregidas mediante el EER de la máquina de absorción.

En el caso de Sevilla, las demandas totales anuales y sus porcentajes correspondientes quedan

representados en el siguiente gráfico.

Figura 47. Demandas anuales de ACS, calefacción y refrigeración (corregida mediante el EER). Sevilla.

Para las demandas de calefacción, refrigeración y ACS se tendrá en cuenta:

- Horario de funcionamiento. El sistema de climatización estará activo desde las 08:00h

hasta las 23:00h.

- Demanda total del edificio. Se considerarán un total de 30 viviendas, cada una de ellas

con una superficie de 90 m�.

Calefacción; 16.60; 27%

Refrigeración; 33.43; 53%

ACS; 12.30; 20%

Demandas anuales (kWh/m2)


58

a) Demanda de calefacción

Se considera cuando la temperatura ambiente desciende por debajo de 21 °C. A partir de esta

temperatura y la temperatura ambiente media diaria durante las horas en que el sistema de

climatización está activo (ver tabla 15), pueden generarse gráficos diarios y mensuales que

representen esta diferencia media de temperaturas:

Figura 48. Diferencia de temperatura diaria para calefacción. Sevilla.

Para obtener una representación más clara, con el objeto de observar la evolución de la demanda

de calefacción a lo largo del año evitando las perturbaciones correspondientes a la representación

diaria, se representa a continuación la diferencia de temperaturas media mensual a lo largo del año:

Figura 49. Diferencia de temperatura mensual para calefacción. Sevilla.

Puesto que el valor de demanda de calefacción viene dado como total anual, habrá que emplear

algún método para ponderar esta demanda anual y estimar la demanda diaria.

-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

1 51 101 151 201 251 301 351

Día

Diferencia de temperatura diaria

21-Ta

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mes

Diferencia media mensual de temperatura

21 - Ta


59

Para ello se procede del siguiente modo: para cada hora del día en que el sistema de

climatización está activo, se calcula la diferencia de temperatura entre la establecida (21°C) y la

temperatura ambiente (21ºC- !"#). Cuando esta diferencia de temperatura es positiva, el sistema

entrará en funcionamiento. Para cada día, se realiza el sumatorio de los términos positivos de estas

diferencias.

La siguiente tabla muestra lo descrito anteriormente:

Mes Día T (ºC)

ambiente Horas de

funcionamiento 21 - Ta 21-Ta > 0

2 17 12 0 0 0

2 17 11 0 0 0

2 17 10.1 0 0 0

2 17 9.6 0 0 0

2 17 9.1 0 0 0

2 17 8.6 0 0 0

2 17 8.3 0 0 0

2 17 7.9 0 0 0

2 17 8.3 9 12.7 12.7

2 17 11 10 10 10

2 17 13.9 11 7.1 7.1

2 17 16.5 12 4.5 4.5

2 17 18.7 13 2.3 2.3

2 17 20.4 14 0.6 0.6

2 17 21.5 15 -0.5 0

2 17 22 16 -1 0

2 17 21.8 17 -0.8 0

2 17 20.7 18 0.3 0.3

2 17 18.8 19 2.2 2.2

2 17 17 20 4 4

2 17 15.8 21 5.2 5.2

2 17 14.7 22 6.3 6.3

2 17 13.6 23 7.4 7.4

2 17 12.5 0 0 0

Total 62.6

Tabla 15. Diferencia horaria entre la temperatura ambiente y 21ºC para el día 17 de febrero.

Repitiendo este procedimiento para cada día del año, los valores obtenidos se emplean para

ponderar la demanda de calefacción, conocida le demanda de calefacción anual (16.6 ��ℎ/��). Así

se obtienen los valores aproximados de demanda diaria de calefacción, representados a continuación.


60

Figura 50. Demanda diaria de calefacción. Sevilla.

Los valores de demanda de calefacción mensuales, calculados como suma de los valores diarios

correspondientes a cada mes, quedan representados en la siguiente figura.

Figura 51. Demanda mensual de calefacción. Sevilla.

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

1 51 101 151 201 251 301 351

kWh/

m2

Día

Demanda diaria de calefacción

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kW

h/m

2

Mes

Demanda mensual de calefacción


61

b) Demanda de refrigeración

Se considera cuando la temperatura ambiente es superior a 24 °C. La estimación de la demanda

diaria de refrigeración se hará de la misma manera en que se ha realizado el cálculo de la demanda

diaria de calefacción, teniendo en cuenta que en este caso el sistema se activa cuando la diferencia

( !"#-24ºC) es positiva.

Las figuras siguientes muestran los resultados.

Figura 52. Diferencia de temperatura diaria para refrigeración. Sevilla.

Figura 53. Diferencia de temperatura mensual para refrigeración. Sevilla.

A partir de los valores de diferencia de temperatura diarios es posible ponderar la demanda total

anual de refrigeración (33.43 ��ℎ/��), y estimar los valores diarios.

-20.00

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

1 51 101 151 201 251 301 351

Día

Diferencia de temperatura diaria

Ta - 24

-15.00

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mes

Diferencia media mensual de temperatura

Ta - 24


62

Figura 54. Demanda diaria de refrigeración. Sevilla.

Nuevamente, a partir de los valores diarios, se calculan las demandas mensuales de

refrigeración.

Figura 55. Demanda mensual de refrigeración. Sevilla.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

1 51 101 151 201 251 301 351

kWh/

m2

Día

Demanda diaria de refrigeración

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kW

h/m

2

Mes

Demanda mensual de refrigeración


63

c) Demanda de ACS

Para un volumen de demanda diario constante, el perfil de demanda de energía térmica para

ACS sólo se ve afectado por la temperatura de entrada de agua fría. De este modo, puede hallarse

una distribución aproximada representando la diferencia entre la temperatura del ACS (45 °C, según

la norma UNE 94002:2005) y la temperatura media mensual de agua fría (proporcionada también por

la norma UNE 94002:2005).

Temperatura diaria mensual de agua fría (°C)

Mes Sevilla

Ene 11

Feb 11

Mar 13

Abr 14

May 16

Jun 19

Jul 21

Ago 21

Sep 20

Oct 16

Nov 13

Dic 11 Tabla 16. Temperatura media diaria mensual de agua fría. Sevilla.

La diferencia de temperatura mensual queda reflejada en la siguiente figura.

Figura 56. Diferencia de temperatura mensual para ACS. Sevilla.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mes

Diferencia de temperatura mensual

45-tAF


64

Puesto que la diferencia de temperaturas será idéntica para todos los días del mismo mes, la

demanda de energía para ACS tendrá valores constantes a lo largo de cada mes. Ponderando la

demanda total de energía para ACS (12.38 ��ℎ/��) en función de esta diferencia de temperaturas

y del número de días de cada mes, se hallan los valores mensuales y diarios de demanda de energía

térmica para ACS.

Figura 57. Demanda mensual de energía térmica para ACS. Sevilla.

Figura 58. Demanda diaria de energía térmica para ACS. Sevilla.

Estas diferencias mensuales en los valores de demanda térmica para ACS apenas se notarán

cuando se representen todas las demandas térmicas conjuntamente, puesto que las demandas de

calefacción y refrigeración se mueven en rangos mucho más elevados.

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kW

h/m

2

Mes

Demanda mensual de ACS

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0.035

0.040

0.045

1 51 101 151 201 251 301 351

kWh/

m2

Día

Demanda diaria de ACS


65

d) Demanda total de energía térmica

La demanda total de energía térmica se obtiene como suma de las demandas de calefacción,

refrigeración y ACS. Las siguientes figuras presentan los valores diarios y mensuales.

Figura 59. Demandas diarias de energía térmica. Sevilla.

Figura 60. Demandas mensuales de energía térmica. Sevilla.

Mediante el análisis de los valores mensuales de demanda se obtienen los valores máximos,

medios y mínimos de demanda energética, así como el mes en que tienen lugar.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

1 51 101 151 201 251 301 351

kWh

/m2

Día

Demandas diarias

Calefacción Refrigeración ACS Total

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

/m2

Mes

Demandas mensuales



66

DEMANDAS

Calefacción Refrigeración Total

��ℎ/�� Mes ��ℎ/�� Mes ��ℎ/�� Mes

Máximo 4.18 1 9.24 7 10.08 7

Mínimo - - 2.39 4

Medio 1.38 2.79 5.19 Tabla 17. Valores máximos, medios y mínimo de demandas térmicas. Sevilla.

Por último, representando los valores de demanda total mensual a lo largo del año y

aproximándolos mediante un ajuste polinómico se puede observar claramente a qué tipo de perfil

pertenece.

Figura 61. Perfil de demanda térmica total a lo largo del año. Sevilla.

Se trata por tanto de un perfil de tipo 3.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

/m2

Mes

Perfil demanda térmica total


67

4.2.3 Ajuste de los perfiles

Una vez conocidos los perfiles de demanda de energía térmica y de energía térmica producida

con las diferentes configuraciones, se procede al análisis de los mismos.

Figura 62. Perfil de demanda total de energía térmica y perfiles de energía térmica producida. Sevilla.

Como se aprecia, ante un perfil de demanda térmica que es función únicamente del tamaño y

del número de viviendas (haciendo referencia a una misma localización geográfica), existirán

diferentes perfiles de producción de energía térmica, dependiendo de las características de la

instalación. En nuestro caso, se han considerado dos inclinaciones del campo de captadores, dos

rendimientos de la instalación solar y diferentes tamaños del campo solar.

En cada caso, se obtendrán los valores correspondientes para cada uno de los parámetros de

estudio: Porcentaje de Energía Solar Térmica Perdida (PEP), Porcentaje de Aprovechamiento Solar

(PAS), Fracción Solar Cubierta (FSC), área de captación máxima para asegurar un aprovechamiento

total de la energía térmica producida (�UF��%), área de captación mínima para asegurar que la

demanda de energía térmica del edificio está cubierta por la energía térmica producida (��%),

y número de días al año en que la energía producida triplica la demanda energética (=4). Estos

índices serán los indicadores de la viabilidad técnica de la instalación.

Para el caso concreto de Sevilla, se analizarán los resultados obtenidos considerando un bloque

de 30 viviendas de 90 m� cada una.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

/m2

Mes

Energía mensual producida por m2 de sup. captación y demanda total por m2 de vivienda.

Rend 35% inc. Lat -15

Rend 35% inc. Lat +15

Rend 50% inc. Lat -15

Rend 50% inc. Lat +15

Demanda total


68

a) Inclinación de captadores igual a la latitud del lugar -15°.

Figura 63. Perfil de demanda térmica total y diferentes perfiles de producción en función del área de captación y del

rendimiento del sistema solar. Inclinación igual a la latitud -15º. Sevilla.

b) Inclinación de captadores igual a la latitud del lugar +15°.

Figura 64. Perfil de demanda térmica total y diferentes perfiles de producción en función del área de captación y del

rendimiento del sistema solar. Inclinación igual a la latitud +15º. Sevilla.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

Mes

Perfil de demanda y perfiles de producción para diferentes tamaños del campo solar.

Inclinación = Latitud -15°

Demanda total

60 m2 η=35%

120 m2 η=35%

180 m2 η=35%

240 m2 η=35%

60 m2 η=50%

120 m2 η=50%

180 m2 η=50%

240 m2 η=50%

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

Mes

Perfil de demanda y perfiles de producción para diferentes tamaños del campo solar.Inclinación = Latitud +15°

Demanda total

60 m2 η=35%

120 m2 η=35%

180 m2 η=35%

240 m2 η=35%

60 m2 η=50%

120 m2 η=50%

180 m2 η=50%

240 m2 η=50%


69

Se observa lo indicado anteriormente: cambios en la inclinación conllevan modificaciones

cualitativas del perfil, y cambios en la superficie de captación o en el rendimiento conllevan

modificaciones cuantitativas.

En los gráficos anteriores se observa cómo para cada perfil de producción de energía térmica

pueden darse los siguientes casos:

- La energía térmica producida (kWh) no supera en ningún momento a la demanda

térmica. Por tanto, toda la energía térmica útil producida es aprovechada.

- La energía térmica producida supera a la demanda térmica en ciertos intervalos, y por

tanto, parte de la energía útil producida no es aprovechada.

De este modo, se pueden considerar dos casos límite:

i. La producción energética es tal que la instalación solar cubre la demanda térmica del

edificio en todo momento. Es decir, el área de captación es la menor de las áreas

necesarias para asegurar que la demanda total del edificio está cubierta en todo

momento por el sistema solar (FSC=100%). Esta área es la denominada ��%.

ii. La producción energética es tal que la energía útil producida por la instalación solar es

totalmente aprovechada en todo momento, es decir, el Porcentaje de Aprovechamiento

Solar es máximo (PAS=100%). El área de captación será por tanto la máxima que

garantice lo anterior, y se denomina �UF��%.

Los valores máximos y mínimos de área requerida no tienen por qué coincidir con los puntos de

mayor y menor demanda respectivamente, puesto que el área necesaria se calcula mediante:

�5%V = WX�)YZ)/2/!3 ��ℎ$SYX<[í)\<]Z^_;Z)��ℎ

�� $

Y la energía producida cada mes no es constante. Además, empleando sistemas de refrigeración

solar, los meses de mayor demanda suelen coincidir con los de mayor producción energética.


70

Por ejemplo, veamos el caso en que la inclinación de los captadores es la latitud del lugar -15º y

el rendimiento del sistema solar es del 35%.

Demanda total (kWh)

Energía producida (kWh/m2)

Área necesaria para satisfacer

toda la demanda (m2)

Mes

1 14483.8 40.58 356.9

2 10996.2 42.05 261.5

3 8008.2 60.99 131.3

4 6444.2 59.81 107.7

5 10391.7 72.18 144.0

6 20406.2 73.90 276.1

7 27209.2 81.55 333.6

8 26501.2 73.95 358.3

9 13791.7 65.01 212.2

10 7036.3 53.48 131.6

11 9502.7 36.33 261.6

12 13515.7 34.99 386.3 Tabla 18. Áreas necesarias para cumplir las demandas mensuales.

El primer caso supone la instalación de una superficie de captación solar muy grande, lo que

implica un elevado coste inicial de la instalación y, además, un porcentaje de aprovechamiento solar

bajo, puesto que a medida que nos alejamos de los puntos de mayor demanda, el porcentaje de

energía solar térmica perdida aumenta.

En el segundo caso, el coste inicial de la instalación será el mínimo requerido (podrían

instalarse áreas de captación menores, pero no tendría mucho sentido), pero por otra parte la fracción

solar cubierta también será reducida, y habrá que hacer uso de la fuente de energía auxiliar durante

prácticamente todo el año.

Por tanto, para decidir el tamaño de la instalación, se necesita llegar a una solución de

compromiso entre la fracción solar cubierta, el porcentaje de aprovechamiento solar, el coste inicial

de la instalación y el coste de la energía térmica auxiliar.


71

4.3 Resultados

En la siguiente figura se muestran, para las diferentes inclinaciones, los perfiles de producción

necesarios para cumplir cada uno de los casos descritos anteriormente:

Figura 65. Perfil de demanda y perfiles de producción para satisfacer las condiciones de PAS y FSC.

El área de captación necesaria para lograr los niveles de producción exigidos en cada caso

dependerá del rendimiento del sistema solar: a mayor rendimiento, menor área de captación y

viceversa.

La tabla siguiente muestra un resumen de las áreas necesarias en los casos límite para la ciudad

de Sevilla. Para cada una de las posibles configuraciones, se presenta el área necesaria para satisfacer

cada uno de los casos descritos anteriormente, así como los valores de PAS y FSC correspondientes.

Para el caso en que el área de captación instalada es ��%, se representa también el

número de días al año en que la energía térmica producida por dicha instalación triplica el valor de la

demanda térmica del edificio (parámetro definido como =4).

Demanda total anual (kWh/m2) 62.33 Superficie viviendas (m2) 2700 Demanda total anual (kWh) 168287.14 Inclinación Latitud -15° Latitud +15°

Rendimiento sistema solar 35% 50% 35% 50%

Energía anual producida (kWh/m2) 694.8 992.6 673.1 961.6

PAS=100% A_(PAS=100%) (m2) 107.7 75.4 119.1 83.4

FSC 44.48% 47.63%

FSC=100%

A_(FSC=100%) (m2) 386.3 270.4 414.4 290.1

PAS 62.70% 60.33%

N_d (días) 89 93

Tabla 19. Resumen de áreas instaladas en los casos límite. Sevilla.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

Mes

Perfil de demanda y perfiles de producción para satisfacer las condiciones de PAS y FSC.

Demanda total PAS 100% Lat-15 FSC 100% Lat-15

PAS 100% Lat+15 FSC 100% Lat+15


72

Una vez conocidos los casos límite, se calculan las diferentes variables para diversos valores del

área de captación. De este modo se consigue la generación de un gráfico que relacione la variación

de las variables respecto al área de captación.

Inclinación Rend.

Sistema solar

Índices Área captadores

(m2) CIUDAD

LATI

TUD

-1

5°

35%

Porcentaje energía solar térmica perdida

60 0.00%

120 0.88%

180 9.98%

240 17.44%

300.0 25.21%

Porcentaje aprovechamiento solar

60 100.00%

120 99.12%

180 90.02%

240 82.56%

300.0 74.79%

Fracción Solar Cubierta

60 24.77%

120 49.11%

180 66.90%

240 81.81%

300.0 92.64%

50%


60 0.00%

120 8.71%

180 19.26%

240 30.72%

300.0 43.49%


60 100.00%

120 91.29%

180 80.74%

240 69.28%

300.0 56.51%


60 35.39%

120 64.62%

180 85.72%

240 98.08%

300.0 100.00%

Tabla 20. Valor de las variables para diferentes áreas de captación. Inclinación latitud -15º. Sevilla.


73

Inclinación Rend.

Sistema solar

Índices Área captadores

(m2) CIUDAD

LATI

TUD

+1

5°

35%


60 0.00%

120 0.07%

180 8.65%

240 16.97%

300.0 25.46%


60 100.00%

120 99.93%

180 91.35%

240 83.03%

300.0 74.54%


60 24.00%

120 47.96%

180 65.77%

240 79.70%

300.0 89.44%

50%


60 0.00%

120 7.46%

180 19.70%

240 31.09%

300.0 41.66%


60 100.00%

120 92.54%

180 80.30%

240 68.91%

300.0 58.34%


60 34.28%

120 63.45%

180 82.58%

240 94.50%

300.0 100.00%

Tabla 21. Valor de las variables para diferentes áreas de captación. Inclinación latitud +15º. Sevilla.


74

- Generación de un gráfico de relación entre las diferentes variables

Con el objetivo de simplificar la interpretación de las tablas anteriores, se representa un gráfico

que relaciona las diferentes variables con el área de captación. Para su representación, se considera el

caso de mayor rendimiento (50%) y óptima inclinación. En el caso de Sevilla, la inclinación más

favorable será la latitud del lugar -15º.

Figura 66. Variación de los parámetros con el área de captación. Sevilla.

En el gráfico anterior se observa cómo para áreas inferiores al �UF��% el Porcentaje de

Aprovechamiento Solar es máximo hasta alcanzar dicha área, a partir de la cual comienza a

disminuir de manera lineal. Por otra parte, la Fracción Solar Cubierta crece hasta alcanzar su valor

máximo (100%) cuando el área de captación es ��%, a partir de la cual se mantiene constante,

mientras que el PAS sigue disminuyendo.

La inclinación óptima dependerá también del parámetro en estudio. Dependiendo de la ciudad

estudiada, existirán casos en que una menor inclinación favorezca a la FSC (menor área requerida

respecto a una mayor inclinación) pero, a su vez, inclinaciones mayores favorezcan al PAS

(�UF��%`abc�d° < �UF��%`abg�d° ). En estos casos, se representarán las gráficas de variación

de los parámetros correspondientes a ambas inclinaciones del campo de captadores.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

50 90 130 170 210 250 290 330

Superficie de captación (m2)

Evolución de los parámetros PEP, PAS y FSC respecto a la superficie de captación.

PEP PAS FSC


75

Por último, se representa una tabla resumen con todos los parámetros estudiados anteriormente,

así como algunos de los gráficos extraídos a lo largo del análisis.

Las tablas resumen correspondientes al resto de ciudades se encuentran en el Anexo.

Tabla 22. Tabla resumen de todos los parámetros para la ciudad de Sevilla.

CIUDAD: LATITUD:


16.60 33.43 12.30 62.33

kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes kWh/m2 Mes

Máximo 4.18 1 9.24 7 10.08 7

Media 1.38 - 2.79 - 5.19 -

Mínimo - - - - 2.39 4

35% 50% 35% 50%

694.8 992.6 673.1 961.6

107.7 75.4 119.1 83.4

386.3 270.4 414.4 290.1

SEVILLA 37° 22′ 59″ N

3Tipo de perfil:

DEMANDA DE ENERGÍA TÉRMICA


Picos de demandas mensuales y media

Calefacción

Rendimiento sistema solar

Energía anual producida (kWh/m2)

47.63%

Refrigeración Total

Inclinación Latitud -15° Latitud +15°

ENERGÍA TÉRMICA PRODUCIDA

Casos límite (Área total de viviendas 2700 m2)

Relación de las variables con el área de captación en el caso óptimo (Rendimiento 50%)

PAS=100%

Inclinación:

Latitud -15°

A_(PAS=100%) (m2)

FSC 44.48%

FSC=100%

A_(FSC=100%) (m2)

PAS 62.70% 60.33%

N_d (días) 89 93

27%

53%

20%

Calefacción

Refrigeración

ACS

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

/m2

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

50 100 150 200 250 300m2

PEP

PAS

FSC


76

Para recoger los resultados de todas las capitales de provincia, se elaboran las tablas mostradas

a continuación, en las que se representan las siguientes situaciones:

- PAS = 100%. Inclinación óptima, área de captación necesaria y FSC correspondiente.

- FSC = 100%. Inclinación óptima, área de captación necesaria y PAS correspondiente.

- FSC = 70%. Inclinación óptima, área de captación necesaria y PAS correspondiente.

- FSC = 40%. Inclinación óptima, área de captación necesaria y PAS correspondiente

Además, para cada ciudad se indica la zona climática en que se sitúa, distinguiendo entre zonas

climáticas tipo I y II (véase tabla 8), y el tipo de perfil de demanda térmica anual correspondiente.

PAS = 100%

Capital de provincia Z.C.

I Z.C.

II Tipo de perfil

Inclinación �UF��%

(m2) FSC

Demanda total anual (kWh)

Albacete V D3 2 lat -15° 79.5 36.6% 205354.3

Alicante V B4 3 lat -15° 47.6 35.2% 133264.3

Almería V A4 3 lat -15° 56.2 41.8% 135501.4

Ávila IV E1 1 lat -15° 37.9 16.0% 224640.0

Badajoz V C4 2 lat -15° 82.5 46.9% 173957.1

Barcelona II C2 2 lat -15° 66.6 43.2% 141827.1

Bilbao I C1 1 lat -15° 61.4 30.2% 143100.0

Burgos II E1 1 lat -15° 50.2 17.6% 245430.0

Cáceres V C4 2 lat -15° 87.8 43.9% 194245.7

Cádiz IV A3 3 lat -15° 48.9 44.2% 113824.3

Castellón IV B3 3 lat -15° 62.5 40.8% 142058.6

Ceuta V B3 2 lat -15° 37.2 35.5% 105415.7

Ciudad Real IV D3 2 lat -15° 94.4 43.3% 207514.3

Córdoba IV B4 3 lat +15° 80.0 42.3% 183330.0

Cuenca III D2 1 lat -15° 73.9 32.3% 221940.0

Gerona III C2 1 lat -15° 77.7 39.5% 174265.7

Granada IV C3 2 lat -15° 86.5 49.8% 184024.3

Guadalajara IV D3 1 lat -15° 80.0 37.5% 201535.7

Huelva V B4 3 lat +15° 66.2 48.4% 137815.7

Huesca III D2 1 lat -15° 80.2 36.0% 202461.4

Jaén IV C4 3 lat -15° 92.0 49.5% 189964.3

La Coruña I C1 1 lat -15° 47.2 31.5% 116100.0

Las Palmas de Gran Canaria

V A3 3 lat -15° 40.5 47.1% 84124.3

León III E1 1 lat -15° 33.6 14.4% 213570.0

Lleida III D3 2 lat -15° 83.2 39.5% 196328.6

Logroño II D2 1 lat -15° 84.7 37.9% 186377.1

Lugo II D1 1 lat -15° 65.8 26.4% 198990.0

Madrid IV D3 2 lat -15° 84.2 40.8% 193397.1

Málaga IV A3 3 lat -15° 55.8 43.5% 131490.0


77

Melilla V A3 3 lat -15° 39.8 35.5% 112821.4

Murcia IV B3 3 lat -15° 57.2 41.8% 135424.3

Ourense II C2 1 lat -15° 92.6 46.1% 173725.7

Oviedo I C1 1 lat -15° 59.0 25.7% 166320.0

Palencia II D1 1 lat -15° 32.2 14.3% 201690.0

Palma de Mallorca IV B3 3 lat -15° 56.9 39.7% 133688.6

Pamplona II D1 1 lat -15° 43.2 17.6% 191160.0

Pontevedra I C1 1 lat -15° 37.0 28.7% 106380.0

Salamanca III D2 1 lat -15° 66.4 28.4% 215074.3

San Sebastián I C1 1 lat -15° 55.3 24.0% 162270.0

Santa Cruz de Tenerife V A3 3 lat -15° 44.8 40.9% 101481.4

Santander I C1 1 lat -15° 44.6 25.5% 124200.0

Segovia III D2 1 lat -15° 84.0 34.1% 230040.0

Sevilla V B4 3 lat -15° 75.4 44.5% 168287.1

Soria III E1 1 lat -15° 42.9 16.6% 231660.0

Tarragona III B3 3 lat -15° 61.1 36.6% 155597.1

Teruel III D2 1 lat -15° 61.4 26.2% 221400.0

Toledo IV C4 2 lat -15° 105.2 47.3% 212760.0

Valencia IV B3 2 lat -15° 59 39.0% 139860.0

Valladolid II D2 1 lat -15° 77 31.8% 216887.1

Vitoria I D1 1 lat -15° 37.2 13.6% 213030.0

Zamora III D2 1 lat -15° 82.2 35.9% 208362.9

Zaragoza IV D3 2 lat -15° 86.5 41.4% 188421.4

Total 3345.1 34.2% 8992388.6

Superficie de captación media necesaria 64.3 Tabla 23. Superficies de captación necesarias para satisfacer PAS=100% en bloques de viviendas de 2700m2, en diferentes

capitales de provincia, así como FSC correspondiente.

La penúltima fila representa el área total necesaria a instalar en España, si en cada capital de

provincia existiera un bloque de viviendas con las dimensiones dadas y con una instalación solar que

cumpliera con el objetivo de PAS=100% durante todo el año. Dada la demanda térmica total de estos

52 edificios y el área de captación necesaria, se alcanzaría un valor de FSC global del 34.2%.

La última fila representa el área de captación media necesaria en España, calculada como media

aritmética de las áreas necesarias en cada ciudad.

Las ciudades con menor y mayor área de captación necesaria son:

Capital de provincia

Z.C. I Z.C. II Tipo de perfil Inclinación �UF��%

(m2) FSC Demanda total

anual (kWh) �UF��%,"PR Palencia II D1 1 lat -15° 32.2 14.3% 201690.0

�UF��%,"ái Toledo IV C4 2 lat -15° 105.2 47.3% 212760.0


78

FSC = 100%


I Z.C.

II Tipo de perfil

Inclinación ��%

(m2) PAS

Producción total anual

(kWh)

Albacete V D3 2 lat +15° 530.0 43.1% 476354.2

Alicante V B4 3 lat -15° 254.3 53.3% 250173.5

Almería V A4 3 lat -15° 282.8 47.6% 284549.7

Ávila IV E1 1 lat +15° 700.6 35.6% 630339.8

Badajoz V C4 2 lat +15° 358.6 50.8% 342261.1

Barcelona II C2 2 lat +15° 305.6 52.3% 271412.8

Bilbao I C1 1 lat +15° 530.2 40.9% 350087.0

Burgos II E1 1 lat +15° 880.3 34.4% 713014.7

Cáceres V C4 2 lat +15° 418.7 49.8% 390083.5

Cádiz IV A3 3 lat -15° 211.2 52.3% 217478.5

Castellón IV B3 3 lat +15° 252.4 63.2% 224828.3

Ceuta V B3 2 lat +15° 173.2 62.5% 168785.6

Ciudad Real IV D3 2 lat +15° 562.3 40.4% 513563.0

Córdoba IV B4 3 lat +15° 321.7 58.9% 311482.5

Cuenca III D2 1 lat +15° 617.5 38.9% 570776.5

Gerona III C2 1 lat +15° 468.8 43.6% 399495.4

Granada IV C3 2 lat +15° 323.1 55.3% 332721.8

Guadalajara IV D3 1 lat +15° 615.3 36.6% 550492.3

Huelva V B4 3 lat -15° 212.3 62.5% 220446.6

Huesca III D2 1 lat +15° 666.7 35.4% 572575.3

Jaén IV C4 3 lat +15° 328.5 58.9% 322495.8

La Coruña I C1 1 lat +15° 439.3 36.5% 318089.4


V A3 3 lat -15° 153.1 56.2% 149680.0

León III E1 1 lat +15° 756.9 32.5% 656533.6

Lleida III D3 2 lat +15° 485.5 45.6% 430528.9

Logroño II D2 1 lat +15° 670.6 35.4% 526794.6

Lugo II D1 1 lat +15° 820.9 32.4% 614188.4

Madrid IV D3 2 lat +15° 614.4 35.2% 548668.7

Málaga IV A3 3 lat -15° 228.3 56.2% 234050.9

Melilla V A3 3 lat -15° 237.2 47.2% 238861.4

Murcia IV B3 3 lat +15° 222.0 63.8% 212331.8

Ourense II C2 1 lat +15° 519.8 40.8% 425288.0

Oviedo I C1 1 lat +15° 637.1 38.6% 430571.5

Palencia II D1 1 lat +15° 782.3 30.8% 655821.4


Pamplona II D1 1 lat +15° 829.6 31.7% 603938.8

Pontevedra I C1 1 lat +15° 370.5 36.9% 288016.8

Salamanca III D2 1 lat +15° 657.8 37.4% 574809.9

San Sebastián I C1 1 lat +15° 697.5 35.4% 458867.8



79

Santander I C1 1 lat +15° 504.7 36.9% 336178.7

Segovia III D2 1 lat +15° 703.9 36.9% 623390.9

Sevilla V B4 3 lat -15° 270.4 62.7% 268417.7

Soria III E1 1 lat +15° 720.3 38.1% 607942.9

Tarragona III B3 3 lat +15° 296.0 59.5% 261518.8

Teruel III D2 1 lat +15° 687.4 35.8% 619280.1

Toledo IV C4 2 lat +15° 471.0 49.7% 428306.6

Valencia IV B3 2 lat +15° 261.1 59.8% 233756.6

Valladolid II D2 1 lat +15° 797.9 32.1% 676593.0

Vitoria I D1 1 lat +15° 943.3 31.0% 687882.2

Zamora III D2 1 lat +15° 676.3 36.0% 579490.3

Zaragoza IV D3 2 lat +15° 584.5 37.9% 497772.9

Total 25506.1 41.4% 21721674.9

Superficie de captación media necesaria 490.5 Tabla 24. Superficies de captación necesarias para satisfacer FSC=100% en bloques de viviendas de 2700m2, en diferentes

capitales de provincia, así como PAS correspondiente.

Al igual que en el caso anterior, al final de la tabla se representa el área total necesaria a

instalar, considerando un edificio en cada ciudad, para cubrir el 100% de la demanda térmica durante

todo el año, así como el total de energía térmica producida por las instalaciones y el PAS global

resultante, en este caso el 41.4%.

Las ciudades con menor y mayor área de captación necesaria son:

Capital de provincia Z.C. I Z.C. II

Tipo de perfil


(m2) PAS Producción total

anual (kWh) ��%,"íR


V A3 3 lat -15° 153.1 56.2% 149680.0

��%,"ái Vitoria I D1 1 lat +15° 943.3 31.0% 687882.2

Este mismo estudio se muestra a continuación para los casos de FSC del 70% y del 40%.


80

FSC = 70%


I Z.C.

II Tipo de perfil

Inclinación AFSC (m2)

PAS Producción total anual

(kWh)

Albacete V D3 2 lat +15° 185.2 86.3% 166458.7

Alicante V B4 3 lat -15° 112.8 84.1% 110987.7

Almería V A4 3 lat -15° 108.3 87.0% 108980.4

Ávila IV E1 1 lat +15° 256.6 68.1% 230867.8

Badajoz V C4 2 lat +15° 145.4 87.7% 138785.8


Bilbao I C1 1 lat +15° 200.5 75.7% 132376.5

Burgos II E1 1 lat +15° 324.8 65.3% 263084.9

Cáceres V C4 2 lat +15° 157.9 92.5% 147091.4

Cádiz IV A3 3 lat -15° 87.1 88.8% 89704.1


Ceuta V B3 2 lat +15° 82.4 91.9% 80279.0


Córdoba IV B4 3 lat +15° 147.0 90.1% 142338.7

Cuenca III D2 1 lat +15° 225.1 74.7% 208078.8

Gerona III C2 1 lat +15° 179 80.0% 152524.3

Granada IV C3 2 lat +15° 135.6 92.2% 139637.4


Huelva V B4 3 lat -15° 103.3 90.0% 107251.1

Huesca III D2 1 lat +15° 225.0 73.4% 193223.9

Jaén IV C4 3 lat +15° 148.5 91.2% 145776.1

La Coruña I C1 1 lat +15° 143.4 78.3% 103821.9


V A3 3 lat -15° 68.1 88.4% 66597.9

León III E1 1 lat +15° 294.1 58.6% 255089.0

Lleida III D3 2 lat +15° 182.5 84.9% 161838.4

Logroño II D2 1 lat +15° 213.5 77.8% 167711.6

Lugo II D1 1 lat +15° 257.3 72.3% 192504.7

Madrid IV D3 2 lat +15° 175.2 86.5% 156446.9

Málaga IV A3 3 lat -15° 101.8 88.2% 104343.8

Melilla V A3 3 lat -15° 96.5 81.3% 97159.6

Murcia IV B3 3 lat +15° 106.8 92.8% 102169.5

Ourense II C2 1 lat +15° 165.6 89.8% 135499.1

Oviedo I C1 1 lat +15° 237.5 72.6% 160515.0

Palencia II D1 1 lat +15° 281.2 59.9% 235728.8


Pamplona II D1 1 lat +15° 290.6 63.3% 211555.1





Santander I C1 1 lat +15° 188.4 69.3% 125504.5


81

Segovia III D2 1 lat +15° 241.4 75.3% 213775.4

Sevilla V B4 3 lat -15° 134.2 88.5% 133206.3

Soria III E1 1 lat +15° 286.1 67.2% 241487.1


Teruel III D2 1 lat +15° 267.9 64.2% 241355.9

Toledo IV C4 2 lat +15° 180.9 90.5% 164506.4

Valencia IV B3 2 lat +15° 122.2 89.5% 109396.6


Vitoria I D1 1 lat +15° 354.4 57.7% 258439.5

Zamora III D2 1 lat +15° 232.2 73.3% 198972.6

Zaragoza IV D3 2 lat +15° 181.9 85.1% 154905.6

Total 9490.6 77.4% 8132087.7



En términos globales, pasar de una FSC impuesta del 100% a la nueva del 70% conlleva una

reducción de aproximadamente el 60% del área de captación total necesaria, y el PAS se incrementa

en un 75% respecto al caso anterior.

Los emplazamientos con menor y mayor área requerida son:

Capital de provincia Z.C. I Z.C. II

Tipo de perfil


(m2) PAS


(kWh)

��%,"íR Las Palmas de Gran Canaria

V A3 3 lat -15° 68.1 88.4% 66597.9

��%,"ái Vitoria I D1 1 lat +15° 354.4 57.7% 258439.5


82

FSC = 40%

Capital de provincia Z.C. I Z.C. II Tipo de perfil Inclinación ��%

(m2) PAS


(kWh)

Albacete V D3 2 lat +15° 91.4 100.0% 82150.8

Alicante V B4 3 lat -15° 55.0 98.6% 54116.3

Almería V A4 3 lat -15° 53.9 100.0% 54238.7

Ávila IV E1 1 lat +15° 118.7 84.2% 106796.6

Badajoz V C4 2 lat +15° 72.9 100.0% 69583.8


Bilbao I C1 1 lat +15° 89.7 96.6% 59222.8

Burgos II E1 1 lat +15° 144.4 84.0% 116962.6

Cáceres V C4 2 lat +15° 83.4 100.0% 77691.1

Cádiz IV A3 3 lat -15° 44.2 100.0% 45521.5


Ceuta V B3 2 lat +15° 43.3 100.0% 42185.4


Córdoba IV B4 3 lat +15° 75.7 100.0% 73299.6

Cuenca III D2 1 lat +15° 97.4 98.6% 90035.0

Gerona III C2 1 lat +15° 82 99.8% 69871.5

Granada IV C3 2 lat +15° 71.5 100.0% 73628.8


Huelva V B4 3 lat -15° 53.1 100.0% 55131.0

Huesca III D2 1 lat +15° 95.6 98.6% 82098.7

Jaén IV C4 3 lat +15° 77.4 100.0% 75980.3

La Coruña I C1 1 lat +15° 66.0 97.2% 47784.1


V A3 3 lat -15° 34.4 100.0% 33641.2

León III E1 1 lat +15° 126.8 77.7% 109980.6

Lleida III D3 2 lat +15° 88.6 100.0% 78569.2

Logroño II D2 1 lat +15° 95.8 99.1% 75254.2

Lugo II D1 1 lat +15° 113.3 93.9% 84767.9

Madrid IV D3 2 lat +15° 86.8 99.9% 77509.1

Málaga IV A3 3 lat -15° 51.3 100.0% 52581.9

Melilla V A3 3 lat -15° 45.5 98.6% 45811.0

Murcia IV B3 3 lat +15° 56.7 100.0% 54241.7

Ourense II C2 1 lat +15° 84.9 100.0% 69467.9

Oviedo I C1 1 lat +15° 106.2 92.7% 71775.5

Palencia II D1 1 lat +15° 125.6 76.6% 105290.0


Pamplona II D1 1 lat +15° 124.8 84.2% 90853.7






83

Santander I C1 1 lat +15° 80.1 93.1% 53359.4

Segovia III D2 1 lat +15° 104.3 99.7% 92364.4

Sevilla V B4 3 lat -15° 67.8 100.0% 67298.0

Soria III E1 1 lat +15° 131.0 83.8% 110572.6


Teruel III D2 1 lat +15° 113.1 86.9% 101893.8

Toledo IV C4 2 lat +15° 93.6 100.0% 85117.7

Valencia IV B3 2 lat +15° 62.5 100.0% 55951.6


Vitoria I D1 1 lat +15° 149.6 78.1% 109093.0

Zamora III D2 1 lat +15° 98.1 99.2% 84062.1

Zaragoza IV D3 2 lat +15° 88.5 100.0% 75366.4

Total 4403.9 94.8% 3793753.9



Habiendo reducido la fracción solar cubierta impuesta hasta el 40%, el área total necesaria se

reduce en más de un 50% respecto al caso de FSC=70%, y el valor de PAS global roza el 95%.

Nuevamente, las ciudades con menor y mayor superficie de captación requerida serán:

Capital de provincia Z.C. I Z.C. II Tipo de perfil


(m2) PAS


(kWh) ��%,"íR


V A3 3 lat -15° 34.4 100.0% 33641.2

��%,"íR Vitoria I D1 1 lat +15° 149.6 78.1% 109093.0


84

Por último, las tablas siguientes representan la lista de ciudades ordenadas en función de la zona

climática a la que pertenecen, de manera que pueda establecerse una relación entre las zonas

climáticas descritas en función de los dos criterios presentados, y a su vez con el tipo de perfil de

demanda característico de cada una de ellas.

Tabla 27. Clasificación de las ciudades en función de la zona climática a la que pertenecen.

De las tablas anteriores se puede concluir que, por lo general:

1- Ciudades situadas en zonas con inviernos duros y veranos suaves (E1, D2, D1, C2, C1)

presentarán perfiles de demanda total tipo 1.

2- Ciudades situadas en zonas con veranos calurosos e inviernos suaves (A4, A3, B4, B3)

presentarán perfiles de demanda total tipo 3.

3- El resto de casos intermedios (D3, C4, C3) presentarán perfiles de demanda total tipo2.


Vitoria I D1 1

Pontevedra I C1 1

La Coruña I C1 1

Santander I C1 1

San Sebastián I C1 1

Bilbao I C1 1

Oviedo I C1 1

Burgos II E1 1

Valladolid II D2 1

Logroño II D2 1

Lugo II D1 1

Pamplona II D1 1

Palencia II D1 1

Barcelona II C2 2

Ourense II C2 1

León III E1 1

Soria III E1 1

Lleida III D3 2

Teruel III D2 1

Salamanca III D2 1

Cuenca III D2 1

Huesca III D2 1

Zamora III D2 1

Segovia III D2 1

Gerona III C2 1

Tarragona III B3 3


Ávila IV E1 1

Madrid IV D3 2

Guadalajara IV D3 1

Zaragoza IV D3 2

Ciudad Real IV D3 2

Jaén IV C4 3

Toledo IV C4 2

Granada IV C3 2

Córdoba IV B4 3

Palma de Mallorca IV B3 3

Murcia IV B3 3

Valencia IV B3 3

Castellón IV B3 3

Málaga IV A3 3

Cádiz IV A3 3

Albacete V D3 2

Badajoz V C4 2

Cáceres V C4 2

Alicante V B4 3

Huelva V B4 3

Sevilla V B4 3

Ceuta V B3 2

Almería V A4 3

Santa Cruz de Tenerife V A3 3

Melilla V A3 3

Las Palmas G. Canaria V A3 3


85

5. CONCLUSIONES

De acuerdo a las hipótesis, cálculos y resultados obtenidos, se concluye lo siguiente:

El aprovechamiento de la instalación solar es mayor, como es lógico, mientras más se asemeje

la demanda al perfil de radiación. Cuantitativamente se obtienen los siguientes resultados:

a) Porcentaje de aprovechamiento solar máximo (PAS = 100%)

La superficie requerida, �UF��%, depende fundamentalmente del perfil de demanda y de la

severidad climática del emplazamiento. A nivel nacional varía entre 32,2 y 105,2 ��, y por perfiles

los valores son:

Tipo de perfil �UF��% (��) Ciudad FSC Ciudad

1

Máxima 92.6 Ourense Máxima 46.10% Ourense

Mínima 32.2 Palencia Mínima 13.60% Vitoria

Media 60.3 Media 27.10%

2

Máxima 105.2 Toledo Máxima 49.80% Granada

Mínima 37.2 Ceuta Mínima 35.50% Ceuta


3

Máxima 92 Jaén Máxima 49.50% Jaén

Mínima 39.8 Melilla Mínima 35.20% Alicante

Media 59 Media 42.30%

En función de la zona climática correspondiente respecto a la cantidad de radiación recibida

(Z.C. I), los valores varían de la siguiente forma:

Z.C. I �UF��% (��) Ciudad FSC Z.C. II Tipo de perfil

I Máxima 61.4 Bilbao 30.20% C1 1

Mínima 37.2 Vitoria 13.60% D1 1

II Máxima 92.6 Ourense 46.10% C2 1

Mínima 32.2 Palencia 14.30% D1 1

III Máxima 84 Segovia 34.10% D2 1

Mínima 33.6 León 14.40% E1 1

IV Máxima 105.2 Toledo 47.30% C4 2

Mínima 37.9 Ávila 16.00% E1 1

V Máxima 87.8 Cáceres 43.90% C4 2

Mínima 37.2 Ceuta 35.50% B3 2

De esta forma se obtiene una estimación del rango de áreas necesarias según el perfil de

demanda o la zona climática


86

b) Fracción solar cubierta máxima (FSC = 100%)

De nuevo, es interesante distinguir entre aquellos lugares que necesitan una menor área de

captación para cumplir este objetivo, y aquellos otros en los que, para una fracción solar cubierta del

100%, el aprovechamiento solar es mayor.

Agrupándolos por perfiles:

Tipo de perfil ��% Ciudad PAS Ciudad

1

Máxima 943.3 Vitoria Máxima 43.6% Gerona

Mínima 370.5 Pontevedra Mínima 30.8% Palencia


2

Máxima 614.4 Madrid Máxima 62.5% Ceuta

Mínima 173.2 Ceuta Mínima 35.2% Madrid


3

Máxima 328.5 Jaén Máxima 63.8% Murcia

Mínima 153.1 Las Palmas Mínima 47.2% Melilla


Como se hizo en el apartado anterior, otro criterio de clasificación es en función de la zona

climática:

Z.C. I ��% Ciudad PAS Z.C. II Tipo de perfil

I Máxima 943.3 Vitoria 31.00% D1 1

Mínima 370.5 Pontevedra 36.90% C1 1

II Máxima 880.3 Burgos 34.40% E1 1

Mínima 305.6 Barcelona 52.30% C2 2

III Máxima 756.9 León 32.50% E1 1

Mínima 296 Tarragona 59.50% B3 3

IV Máxima 700.6 Ávila 35.60% E1 1

Mínima 211.2 Cádiz 52.30% A3 3

V Máxima 530 Albacete 43.10% D3 2

Mínima 153.1 Las Palmas 56.20% A3 3


87

c) Fracción solar cubierta del 70% y 40%

En estos casos particulares con menor FSC exigida se observará cómo se reducen las áreas de

captación necesarias, y cómo aumenta el porcentaje de aprovechamiento solar.

Agrupando los resultados por perfiles, los casos extremos son:


1

Máxima 354.4 Vitoria Máxima 89.8% Ourense

Mínima 132.9 Pontevedra Mínima 57.7% Vitoria


2

Máxima 185.2 Albacete Máxima 92.5% Cáceres

Mínima 82.4 Ceuta Mínima 84.9% Lleida


3

Máxima 148.5 Jaén Máxima 92.8% Murcia

Mínima 68.1 Las Palmas Mínima 81.3% Melilla



1

Máxima 149.6 Vitoria Máxima 100.0% Ourense

Mínima 57.8 Pontevedra Mínima 76.6% Palencia


2

Máxima 93.6 Toledo Máxima

Mínima 43.3 Ceuta Mínima


3

Máxima 77.4 Jaén Máxima

Mínima 34.4 Las Palmas Mínima


Para una FSC del 40%, en lugares con perfiles de demanda tipo 2 y 3, el porcentaje de

aprovechamiento solar es prácticamente el 100% en todos los casos.

Los numerosos casos intermedios quedan recogidos en las tablas mostradas en el apartado

‘Resultados’.


88

Líneas de trabajo

Para concluir, a partir de los resultados obtenidos, pueden sugerirse líneas de trabajo futuras:

- Análisis de sensibilidad modificando las hipótesis de partida del estudio.

- Estudio de los parámetros resultantes suprimiendo la cobertura de alguna de las

demandas térmicas, como la de refrigeración o la de calefacción.

- Estudio de zonas geográficas exteriores al territorio español.

- Incorporación en el estudio de aspectos económicos y comparativos con otras

tecnologías.

- Análisis para otros sectores, como terciarios o industriales.


89

6. ANEXO

En este anexo se presentan las tablas-resumen correspondientes a cada una de las 12 ciudades

consideradas como representativas de cada zona climática, con el mismo formato que el empleado en

la tabla 22 para la ciudad de Sevilla. De esta manera se representan todos los climas y perfiles, no

siendo necesario adjuntarlo para todas las ciudades.

Tabla 28. Resultados obtenidos. Almería

CIUDAD: LATITUD:


10.80 27.29 12.10 50.19


Máximo 2.13 1 9.87 8 10.69 8

Media 0.90 - 2.27 - 4.18 -

Mínimo - - - - 2.09 10

35% 50% 35% 50%

704.4 1006.3 689.8 985.4

80.3 56.2 96.0 67.2

404.0 282.8 457.1 319.9


PAS=100%

Inclinación:

Latitud -15°

A_(PAS=100%) (m2)

FSC 41.75%

FSC=100%

A_(FSC=100%) (m2)

PAS 47.62% 42.98%

N_d (días) 166 197





48.88%



ALMERÍA 36° 50′ 0″ N

3Tipo de perfil:




Calefacción

22%

54%

24%

Calefacción

Refrigeración

ACS

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

/m2

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

50 100 150 200 250 300m2

PEP

PAS

FSC


90

Tabla 29. Parámetros obtenidos. Badajoz.

CIUDAD: LATITUD:


27.40 24.43 12.60 64.43


Máximo 6.31 1 7.20 7 8.06 7

Media 2.28 - 2.04 - 5.37 -

Mínimo - - - - 2.56 10

35% 50% 35% 50%

692.3 989.0 668.2 954.5

117.8 82.5 120.9 84.6

639.1 447.4 512.2 358.6

BADAJOZ 38° 52′ 59″ N

2Tipo de perfil:




Calefacción



46.42%

Inclinación:

Latitud +15°






PAS=100%

Inclinación:

Latitud -15°

A_(PAS=100%) (m2)

FSC 46.89%

FSC=100%

A_(FSC=100%) (m2)

PAS 39.32% 50.83%

N_d (días) 173 129

42%

38%

20%

Calefacción

Refrigeración

ACS

0

2

4

6

8

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

/m2

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

50 150 250 350 450m2

PEP

PAS

FSC

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

50 90 130 170 210 250 290 330 370

m2

PEP

PAS

FSC


91

Tabla 30. Parámetros obtenidos. Cádiz.

CIUDAD: LATITUD:


9.00 20.86 12.30 42.16


Máximo 1.77 1 7.44 8 8.31 8

Media 0.75 - 1.74 - 3.51 -

Mínimo - - - - 1.93 5

35% 50% 35% 50%

720.9 1029.9 701.7 1002.4

69.8 48.9 84.2 58.9

301.7 211.2 341.3 238.9

CÁDIZ 36° 32′ 0″ N

3Tipo de perfil:




Calefacción



51.91%

Inclinación:

Latitud +15°






PAS=100%

Inclinación:

Latitud -15°

A_(PAS=100%) (m2)

FSC 44.22%

FSC=100%

A_(FSC=100%) (m2)

PAS 52.34% 47.54%

N_d (días) 144 173

21%

50%

29%

Calefacción

Refrigeración

ACS

0

2

4

6

8

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

/m2

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

40 90 140 190 240 290m2

PEP

PAS

FSC

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

50 90 130 170 210 250 290 330

m2

PEP

PAS

FSC


92

Tabla 31. Parámetros obtenidos. Ciudad Real.

CIUDAD: LATITUD:


45.00 18.86 13.00 76.86


Máximo 9.27 1 6.50 7 10.55 1

Media 3.75 - 1.57 - 6.40 -

Mínimo - - - - 3.05 9

35% 50% 35% 50%

666.8 952.5 639.3 913.2

134.9 94.4 137.5 96.2

975.9 683.1 803.4 562.3

40.41%

N_d (días) 208 165






42.35%

Inclinación:

Latitud +15°


PAS=100%

Inclinación:

Latitud -15°

A_(PAS=100%) (m2)

FSC 43.35%

FSC=100%

A_(FSC=100%) (m2)

PAS 31.89%

CIUDAD REAL 38° 59′ 0″ N

2Tipo de perfil:





59%

24%

17%

Calefacción

Refrigeración

ACS

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

/m2

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

50 100 150 200 250 300 350 400 450m2

PEP

PAS

FSC

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

50 90 130 170 210 250 290 330 370 410 450

m2

PEP

PAS

FSC


93

Tabla 32. Parámetros obtenidos. Gerona.

CIUDAD: LATITUD:


42.40 9.14 13.00 64.54


Máximo 8.02 1 3.26 8 9.27 1

Media 3.53 - 0.76 - 5.38 -

Mínimo - - - - 2.28 9

35% 50% 35% 50%

619.1 884.4 596.5 852.1

111.0 77.7 114.4 80.1

839.9 588.0 669.8 468.8

43.62%

N_d (días) 202 166






39.15%

Inclinación:

Latitud +15°


PAS=100%

Inclinación:

Latitud -15°

A_(PAS=100%) (m2)

FSC 39.45%

FSC=100%

A_(FSC=100%) (m2)

PAS 33.51%

GERONA 41° 59′ 4″ N

1Tipo de perfil:





66% 14%

20%

Calefacción

Refrigeración

ACS

0

2

4

6

8

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh/

m2

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

50 100 150 200 250 300 350 400m2

PEP

PAS

FSC

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

50 90 130 170 210 250 290 330 370 410 450 490

m2

PEP

PAS

FSC


94

Tabla 33. Parámetros obtenidos. Granada.

CIUDAD: LATITUD:


37.40 17.86 12.90 68.16


Máximo 7.25 1 6.35 7 8.50 1

Media 3.12 - 1.49 - 5.68 -

Mínimo - - - - 3.03 9

35% 50% 35% 50%

741.5 1059.3 720.8 1029.8

123.5 86.5 126.2 88.4

582.0 407.4 461.6 323.1

55.31%

N_d (días) 146 96






49.44%

Inclinación:

Latitud +15°


PAS=100%

Inclinación:

Latitud -15°

A_(PAS=100%) (m2)

FSC 49.77%

FSC=100%

A_(FSC=100%) (m2)

PAS 42.64%

GRANADA 37° 10′ 27″ N

2Tipo de perfil:





55%

26%

19%

Calefacción

Refrigeración

ACS

0

2

4

6

8

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh/

m2

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

50 90 130 170 210 250 290 330 370 410m2

PEP

PAS

FSC

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

50 90 130 170 210 250 290 330

m2

PEP

PAS

FSC


95

Tabla 34. Parámetros obtenidos. León.

CIUDAD: LATITUD:


65.50 0.00 13.60 79.10


Máximo 11.70 1 0.00 1 12.98 1

Media 5.46 - 0.00 - 6.59 -

Mínimo - - - - 1.37 8

35% 50% 35% 50%

639.2 913.1 607.1 867.4

48.0 33.6 59.7 41.8

1328.8 930.2 1081.3 756.9

LEÓN 42° 35′ 59″ N

1Tipo de perfil:





Inclinación:

Latitud +15°


PAS=100%

Inclinación:

Latitud -15°

A_(PAS=100%) (m2)

FSC 14.38%

FSC=100%

A_(FSC=100%) (m2)

PAS 25.14%





16.97%

32.53%

N_d (días) 215 204


83%

17%

Calefacción

Refrigeración

ACS

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh/

m2

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390m2

PEP

PAS

FSC

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390

m2

PEP

PAS

FSC


96

Tabla 35. Parámetros obtenidos. Lugo.

CIUDAD: LATITUD:


60.20 0.00 13.50 73.70


Máximo 8.64 1 0.00 1 9.89 1

Media 5.02 - 0.00 - 6.14 -

Mínimo - - - - 2.20 8

35% 50% 35% 50%

558.4 797.7 523.7 748.2

94.0 65.8 107.9 75.6

1359.8 951.8 1172.7 820.9

LUGO 43° 1′ 0″ N

1Tipo de perfil:





Inclinación:

Latitud +15°


PAS=100%

Inclinación:

Latitud -15°

A_(PAS=100%) (m2)

FSC 26.36%

FSC=100%

A_(FSC=100%) (m2)

PAS 26.21%





28.41%

32.40%

N_d (días) 215 200


82%

18%

Calefacción

Refrigeración

ACS

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

/m2

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

50 100 150 200 250 300 350 400m2

PEP

PAS

FSC

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

50 100 150 200 250 300 350 400

m2

PEP

PAS

FSC


97

Tabla 36. Parámetros obtenidos. Santander.

CIUDAD: LATITUD:


33.00 0.00 13.00 46.00


Máximo 5.30 1 0.00 1 6.48 1

Media 2.75 - 0.00 - 3.83 -

Mínimo - - - - 1.26 8

35% 50% 35% 50%

497.3 710.5 466.3 666.2

63.7 44.6 73.8 51.6

856.0 599.2 720.9 504.7

192






27.70%

Inclinación:

Latitud +15°


PAS=100%

Inclinación:

Latitud -15°

A_(PAS=100%) (m2)

FSC 25.49%

FSC=100%

A_(FSC=100%) (m2)

PAS 29.17% 36.94%

N_d (días) 204

SANTANDER 43° 27′ 46″ N

1Tipo de perfil:





72%

28%

Calefacción

Refrigeración

ACS

0

1

2

3

4

5

6

7

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh

/m2

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520m2

PEP

PAS

FSC

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520

m2

PEP

PAS

FSC


98

Tabla 37. Parámetros obtenidos. Valencia.

CIUDAD: LATITUD:


21.30 18.00 12.50 51.80


Máximo 4.56 1 6.44 8 7.30 8

Media 1.78 - 1.50 - 4.32 -

Mínimo - - - - 2.03 10

35% 50% 35% 50%

647.3 924.7 626.7 895.2

84.4 59.0 100.8 70.5

459.6 321.7 373.0 261.1

106






45.14%

Inclinación:

Latitud +15°


PAS=100%

Inclinación:

Latitud -15°

A_(PAS=100%) (m2)

FSC 39.04%

FSC=100%

A_(FSC=100%) (m2)

PAS 47.01% 59.83%

N_d (días) 145

VALENCIA 39° 28′ 12″ N

2Tipo de perfil:





41%

35%

24%

Calefacción

Refrigeración

ACS

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

kWh/

m2

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

90.0%

100.0%

50 90 130 170 210 250 290 330m2

PEP

PAS

FSC

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

50 90 130 170 210 250 290

m2

PEP

PAS

FSC


99

Tabla 38. Parámetros obtenidos. Valladolid.

CIUDAD: LATITUD:


60.60 6.43 13.30 80.33


Máximo 10.61 1 2.33 7 11.91 1

Media 5.05 - 0.54 - 6.69 -

Mínimo - - - - 2.90 9

35% 50% 35% 50%

627.9 897.0 593.6 848.0

110.0 77.0 132.8 92.9

1371.1 959.8 1139.8 797.9

208






36.34%

Inclinación:

Latitud +15°


PAS=100%

Inclinación:

Latitud -15°

A_(PAS=100%) (m2)

FSC 31.84%

FSC=100%

A_(FSC=100%) (m2)

PAS 25.19% 32.06%

N_d (días) 225

VALLADOLID 41° 39′ 7.13″ N

1Tipo de perfil:





75%8%

17%

Calefacción

Refrigeración

ACS

0

2

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m2

PEP

PAS

FSC


100

7. BIBLIOGRAFÍA

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101

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