Читать книгу Replanteo de instalaciones solares térmicas. ENAE0208 - S. L. Innovación y Cualificación - Страница 14

Para el dimensionado de las instalaciones de energía solar térmica se sugiere el método de las curvas f (F-Chart), que permite realizar el cálculo de la cobertura de un sistema solar, es decir, de su contribución a la aportación de calor total necesario para cubrir las cargas térmicas, y de su rendimiento medio en un largo período de tiempo.

Ampliamente aceptado como un proceso de cálculo suficientemente exacto para largas estimaciones, no ha de aplicarse para estimaciones de tipo semanal o diario. Para desarrollarlo se utilizan datos mensuales medios meteorológicos, y es perfectamente válido para determinar el rendimiento o factor de cobertura solar en instalaciones de calentamiento, en todo tipo de edificios, mediante captadores solares planos. Su aplicación sistemática consiste en identificar las variables adimensionales del sistema de calentamiento solar y utilizar la simulación de funcionamiento mediante ordenador, para dimensionar las correlaciones entre estas variables y el rendimiento medio del sistema para un dilatado período de tiempo.

La ecuación utilizada en este método puede apreciarse en la siguiente fórmula:

f = 1,029 D₁ – 0,065 D₂ – 0,245 D₁² + 0,0018 D₂² + 0,0215 D₁³

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

1 Valoración de las cargas caloríficas para el calentamiento de agua destinada a la producción de A.C.S. o calefacción.

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

3 Cálculo del parámetro D1.

4 Cálculo del parámetro D2.

5 Determinación de la gráfica f.

6 Valoración de la cobertura solar mensual.

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

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

Q_a = C_e CN (t_ac − t_r)

Donde:

1 Qa = Carga calorífica mensual de calentamiento de A.C.S. (J/mes)

2 Ce = Calor específico. Para agua: 4187 J/(kgA°C)

3 C = Consumo diario de A.C.S. (l/día)

4 tac = Temperatura del agua caliente de acumulación (°C)

5 tr = Temperatura del agua de red (°C)

6 N = Número de días del mes

El parámetro D₁ expresa la relación entre la energía absorbida por la placa del captador plano y la carga calorífica total de calentamiento durante un mes:

D₁ = Energía absorbida por el captador / Carga calorífica mensual

La energía absorbida por el captador viene dada por la siguiente expresión:

E_a = S_c F_rN(τα) R₁ N

Donde:

1 Sc = Superficie del captador (m2)

2 R1 = Radiación diaria media mensual incidente sobre la superficie de captación por unidad de área (kJ/m2)

3 N = Número de días del mes

F’r(τα) = Factor adimensional, que viene dado por la siguiente expresión:

F’_r (τα) = F_r (τα)_n [(τα) / (τα)_n] (F’_r/ F_r)

Recuerde

La cantidad de calor necesaria mensual para calentar el agua destinada al consumo doméstico se calcula mediante la siguiente fórmula:

Qa = Ce C N (t_ac – t₂)

Donde:

1 Fr (τα)n = Factor de eficiencia óptica del captador, es decir, ordenada en el origen de la curva característica del captador.

2 (τα) / (τα)n = Modificador del ángulo de incidencia. En general se puede tomar como constante: 0,96 (superficie transparente sencilla) o 0,94 (superficie transparente doble).

3 F’r / Fr = Factor de corrección del conjunto captador-intercambiador. Se recomienda tomar el valor de 0,95.

El parámetro D₂ expresa la relación entre las pérdidas de energía en el captador, para una determinada temperatura, y la carga calorífica de calentamiento durante un mes:

D₂ = Energía perdida por el captador / Carga calorífica

La energía perdida por el captador viene dada por la siguiente expresión:

E_p = S_c F’_r U_L (100 – t_a) Δt K₁ K₂

Donde:

S_c = Superficie del captador (m²)

F’_r U_L = F_r U_L (F’_r/ F_r)

Donde:

1 Fr UL = Pendiente de la curva característica del captador (coeficiente global de pérdidas del captador)

2 ta = Temperatura media mensual del ambiente

3 Δt = Período de tiempo considerado en segundos (s)

4 K1 = Factor de corrección por almacenamiento que se obtiene a partir de la siguiente ecuación: K1 = [kg acumulación /(75 Sc)]−0,25 37,5 < (kg acumulación) / (m2 captador) < 300 115

5 K2 = Factor de corrección, para A.C.S., que relaciona la temperatura mínima de A.C.S., la del agua de red y la media mensual ambiente, dado por la siguiente expresión:

K₂ = 11,6 + 1,18_tac + 3,86 t_r – 2,32 t_a / (100 – t_a)

Donde:

1 tac = Temperatura mínima del A.C.S.

2 tr = Temperatura del agua de red

3 ta = Temperatura media mensual del ambiente

Una vez obtenido D₁ y D₂, aplicando la ecuación inicial se calcula la fracción de la carga calorífica mensual aportada por el sistema de energía solar.

De esta forma, la energía útil captada cada mes, Q_u, tiene el valor:

Q_u = f Q_a

Donde:

1 Qa = Carga calorífica mensual de A.C.S.

2 Mediante igual proceso operativo que el desarrollado para un mes, se operará para todos los meses del año. La relación entre la suma de las coberturas mensuales y la suma de las cargas caloríficas, o necesidades mensuales de calor, determinará la cobertura anual del sistema: