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DOCUMENTOS TÉCNICOS
DE INSTALACIONES
,
EN LA EDIFICACION
DTIE

DTIE 8.03
INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS PARA
PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA

Edición revisada

DTIE 8.03 INSTALACJQ¡ ES SOLARES TERMICAS PARA I'RODUCCIÓr\ DE ACS

 INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS PARA
PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA

IN DICE
INTRODUCCIÓN .............. . .... .. ............. ....... ....... ... . ..... . ..... 9

1.CONFIGURACIONES ..... .... ........... . ................. . ......... ... .. . . . . 11

1.1 Descripción general de una instalación solar térmica ..... .. ......... ... ..... .. .. .. . .11
1.2 Criterios funcionales .......... .. ... ....... ... ... ...... ....... .... ....... .. ... 12
1.2.1. Principio de circulación ... . .......... . ......... ... .. . ... ..... ..... .. . . ... 12
1.2.2. Sistema de transferencia de calor .. ................ ..... ....... . . .. ..... .. 15
1.2.3. Sistema de apoyo .. ..... .... ..... . ... ... . .. .... . . .. .... . ............... 16
1.2.4. Forma de acoplamiento del sistema de apoyo ............... .... ... . .. ....... 17
1.3. esquemas de funcionamiento ... ....... .. ... ....... .. . .... . .... .. ..............20

2. INSTALACIONES SOLARES PARA ACS EN LA EDIFICACION .. ... ......... . ... ... ..26
2.1 . Edificios colectivos con calefacción y/o ACS individuales .............. . .... ... ... . .. 27
2.1.1 . Instalaciones totalmente individuales . ... ........ ... ..... .. .. .. .... . ........ 27
2.1.2. Captación comunitaria con acumulación distribuida . .. . . ... . ... ... ......... .... 29
2.1.3. Captación común con acumulación centralizada ... .... .......................30
2.1.4. Captación y acumulación comunitaria en primario .. ...........................32
2.2. Integración de calderas o calentadores individuales .. . .... . .... .. ... ... ............ 33
2.2. 1. Regulación de temperaturas . ...... . .. . ........ ... .... .. .. . . . .... . ... .. ... 33
2.2.2. Apoyo sobre la acumulación . ........ .. ........ .. .......... . ... ... . ... . ... 36
2.2.3. Calderas con miniacumulación ..... . .. . . .. ........ . . . ...... . . . .. . .. ....... 36
2.2.4. Prevención de la legionelosis ................... .. ...... . .................37
2.3. Edificios colectivos con calefacción y/o ACS central .................... ...... ...... 37

3. COMPONENTES . . ...... .. ..... . .. ..... .. .. .. .. . .. ....... .. ......... .. .. . ....39

3.1 . Captador solar .......... . .......... ... ... ....... .................. .. .... . .. 39
3.1.1. Principio de funcionamiento ............................. ... . ............. 39
3.1.2. Elementos principales .. .. . .................... ..... ....... .. ...... .. ... .40
3.1 .3. Caracterización del funcionamiento ...... ... .. .......... .... ..... ..... . ... .44
3.1.4. Homologación de los captadores solares .... . .... ... .......... . . ....... . ... .47
3.1.5. Orientación, inclinación y sombras ... ... .......... ..... ... ... ......... . ... .4 7
3.1.6. Conexiones ..................... . ..... . ...............................51
3.1. 7. Cálculo de caudales de circulación .................................... . .... 57
3.2 . Otros componentes ........ .. .......... . ... ......... ... .... .. ........ ... . . ... 58
3.2.1 . Acumulador .. .... .... ..... ..... .. ... ... ..................... .. ........ 58
3.2.2. lntercambiador de calor .. . ........ . .....................................61
3.2.3. Bomba de circulación ...................... ... ................. ... . ..... 63
3.2.4. Vaso de expansión . . .... . ..................................... . ... .. . ..63
3.2.5. Otros componentes hidráulicos ........ ... ....... ...... ..... .. ... .... . . . . .. 65
3.2.6. Sistemas de control .... .. .......... . ...... .. ............. . .. . ...... . ....68

4. CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO . ...... .... .............. ....... ....... .. .. 70

4.1. Temperaturas ......... .... ..... ...... .... ............................... .. .70
4.1.1. Temperaturas de trabajo en funcionamiento normal .. . .. ....... ... .............70
4.1.2. Temperaturas máximas de trabajo ............... ... .... .... .. ..... ... . . ... 71
4.1 .3.- Temperaturas mínimas de trabajo ...... . . ... ............... . . .... ........ .73
4.2. Presiones ..... . .. .......... .... ...... . ......... . ...................... . ... 73

7
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TER)IIICAS PAR.A PRODUCCIÓN DE ACS
 4.2.1. Presiones de funcionamiento . . . . ... .. ..... ....... . . .. .... . ............ . .. 73
4.2.2. Presiones máximas ..... . .... .. .... . .... .. .. . ...... . . ... . ...... . ... . .... 73
4.2.3. Presiones mínimas .... ... .. . . .. .. .. ....... . ... . ... . . ............... . ...73
4.3. Temperaturas y presiones de diseño ...................... .. .... .. ... .... 73
4.3.1. Temperaturas y presiones que deben soportar los materiales .. . ..... .. ........ . .7 4
4.3.2. Temperaturas para proteger de quemaduras .... . .... . ..... .. . .... ..... . .. .. .74
4.4. Sistemas antiheladas ... . ..... . ................ . .... . . ..... . .... . .. .. .. . . .. ..74
4.4.1. Instalaciones indirectas con mezclas anticongelantes .. .. .... . . ... .. .... .. .. . ..75
4.4.2. Recirculación del fluido del circuito primario . ...... . .. .. .... .. . . . .. .. . . . . ... ..75
4.4.3. Drenaje automático ....... ... ... .. .. . ..... .. ... .. .. ... .. . ......... . .. . ..76
4.5. Fluido de trabajo .......... . ............. .. .... . . .... . .... . . . ... . ........ ....77
4.5.1. Agua ... . ... .. ... ... ... . ......... .. ..... . .... . ...... .... . . . ... .... .. .77
4.5.2. Mezcla de agua con anticongelante ......... ... . .. . ... . ......... . ......... .78

5. CALCULO ...... . .. .. .. . ............. . .. . ... . .............. . .. ... . .. ..... .. .80

5.1 . Parámetros de uso . ....... ......... ....... .. ..... . ... ... . ....... ... ..... .. .. 80
5.1 .1. Demanda de energía térmica ...... . .. .. . . . .... .. .. . . . ... ... ... . . ... ... . . .80
5.1.2. Consumo de energía térmica ..... .. ..... . ....... . .. . .. .. .... .. . . .. . . . ....82
5.2. Parámetros climáticos . .. .... .... . .. ......... . .... ... .. . . .. ... . .... . .......... 82
5.2.1. Radiación solar . .. .......... . ..... . ... . . ..... . . . ... ..... .. .. . . .. . ...... 82
5.2.2 Temperatura ambiente .. .... .. .. ... .. .... . ..... . ... ... .. . .... . . .......... 86
5.3. Parámetros de funcionamiento .. . ...... ....... . ........... ... .. ... ............ .87
5.3.1. Sistema de captación solar .. .... .. .. ...... .. ... . . . .. . ...... . ... . ..... . ...87
5.3.2. Sistema de acumulación ... . .. . .. .... .... . . .... .... .. .. .... . .............87
5.3.3. Sistema de intercambio ........... . .. . . . .. . .. . ... . . .............. .. ...... 88
5.4. Principios básicos de cálculo . .... .. ............. .... .. . . ... . . . ........... .... .88
5.5. Métodos de cálculo . .. . . . ... ..... . ... . .. ...... .... ..... .... . . .... . ... ... . . ... 89
5.5.1. Métodos de cálculo simplificados .... . ...... . .. .. .. .... ... ... ..... . ... . .... 89
5.5.2. Métodos de cálculo detallados ...... . . ..... ..... ... ........ ..... ........ . .90
5.6. Criterios de cálculo ... . ............... . .. ..... . . ... .... .. ... .. . .... . ......... 91
5.6.1. Selección de la orientación e inclinación ... . ... . . .. . .. . ............ . . . .. . ... 91
5.6.2. Selección de los parámetros funcionales (Estimación del área de captación y
del rendimiento medio anual) .... .. ....... ...... ...... ... .... . ............ 93
5.6.3. Cálculo de prestaciones energéticas ... . ...................... . . .. . ... . ... .94
5.7. Análisis de sensibilidad .. . . . ..... .... .. ..... . ........ ... ............... . ... . .. 96
5.7.1. Influencia del área de captación solar ..... . ...... ... ........... . .... . . .. ... 96
5.7.2. Influencia del factor de ganancia del captador solar .......... . .. . . ... ... . . . . .. 97
5.7.3. Influencia del factor lineal de pérdidas del captador solar . . ....... . .. .. ... .. ....97
5.7.4. Influencia del volumen de acumulación .. . .... . . ..... .. .. . .... .. . .. .. .. . . . .. 98
5.7.5. Influencia del caudal de circulación .. ....... ........ . . .. .. ...... .. .. . . ..... 99
5.7.6.- Influencia de la efectividad del intercambiador ......... . . . ... .. . . . .. . .. .. .. . 100

6. DIMENSIONADO BASICO .. . ..... ...... . ..... .... . . .. ................. . ..... .101

6. 1. Numero de captadores ................ . .. ... .. ..... . ... .. ...... . .. .. ... .. ... 101
6.2. Tuberías conexión captadores ... ......... ........ ... .. .. . .. ..... . .. .. .... .. .. 107
6.3. Selección de la bomba ..... .. . . .... . .... .. ..... ......... ... .... . .... . . ...... 108
6.4. Volumen de acumulación .... .... . .. . ... ... ....... .. .. .... . . .. .. .. .... . ... . ·.. 108
6.5. lntercambiador ........... . .. .. ...... . ... .. ..... .. . ... ..... ... .. ..... . . ... . 108
6.6. Vaso de expansión cerrado .. . . .. .. ......... . .. .... ........ . .... ... . . . .. ..... 109

7. INSTALADORES AUTORIZADOS . ..... . . .. ...... .... ........ .. .. .. . . ..... . .. . .110

8. MANTENIMIENTO . . .. .. . . ... . . . .. . .. . ... .... ... .. .. . .. . .. . ... .. ... . .. . . . .. . .111

8. 1. Plan de vigilancia .. .... .... .... .. . . ...... ..... . .. ........ . .... ... .. ...... .. 111
8.2. Plan de mantenimiento . ..... ..... . ....... . ............ ..... . . ........ .. . ... . 111

9. REGLAMENTACION .... . .... . .... .. .. .. . . . . .. . .......... . ....... . . .. . .. .... .114

10. BIBLIOGRAFIA ... . ... . ...... .. ....... . . . ... . .... .. .... . .... .. ... . . . .. . ... .116

11. TABLAS .. . .... .... .. .... . . .. . ... ... .. .... . ...... . .. . . .... .... . .. . ..... ... . .. .117

8
Aunque la sencillez de la tecnología sea una de las ventajas fundame ntales de las i11stalaciones de energía solar
térmica, la experiencia muestra que, a su vez, ha sido un gran inconveniente para su desanollo. Una falta gene-
ralizada de conocimientos sobre el uso del calor, y sobre todo, del calor procedente de la energía solar, ha pro-
vocado que los esfuerzos para su implantación no se hayan realizado con las suficientes precauciones y conoci-
miento de causa por lo que, hasta ahora, no han dado los frutos esperados en España.

No obstante, en los últimos años se están lanzando impulsos al mercado que van ganando la confianza de usua-
rios y profesionales y generando una base de conocimientos de las instalaciones de energía solar ténnica; la ma-
yor parte de esta experiencia se ha producido en instalaciones añadidas a edificios existentes; en nuevos edifi-
cios la experiencia es menor.

Las instalaciones de energía solar térmica sobre ediílcios existentes, habitualmente acopladas a las instalaciones
convencionales de producción de agua caliente sanitaria (ACS), han demostrado que la tecnología funciona co-
rrectamente pero, también, que aun hay muchos aspectos críticos y que no está lo suficientemente madura para
que todo funcione con plena garantía; por eso hay que seguir siendo precavidos y persistir en la mejora tecno-
lógica de las instalaciones.

La experiencia en las nuevas insta laciones proyectadas simultáneamente con el edificio está demostrando
que el diseño y la integración de las instalaciones solares térmicas no es un problema. Siempre que se p lan-
teen desde el principio del proyecto se pueden buscar las mejores soluciones de compromiso entre la estéti-
ca y la funcionalidad del diseño a rquitectónico, con el obj etivo de que el edificio sea sostenible. al menos,
en la producción de ACS. La problemática de la integración arquitectónica de las instalaciones solares ha
surgido, normalmente, en instalacio nes incorporadas a edificios existentes con escasas posibilidades y debe
quedar reducida a ese ámbito.

Aunque las aplicaciones de la energía solar térmica son muy am plias: agua caliente, sanitaria o industrial, ca-
lentamiento de piscinas, calefacción y refrigeración ambiental, secaderos, evaporación, etc., son las instalacio-
nes de producción de ACS las de mayor importancia en los sectores residencial y terciari o.

A estos efectos cabe señalar las diferencias tecnológicas que se establecen entre las aplicaciones de ACS en el
sector residencial indiv idual con pequeñas instalaciones, representadas por los equipos solares domésticos o sis-
temas prefabricados. como comienzan a ser denominadas por nonnativa, y las instalaciones solares. grandes o
medianas, a las que se refiere este documento (instalac io nes a medida de acuerdo a la nonnativa UNE).

La reciente entrada en vigor del Código Técnico de la Edificación (CTE), con la obligación, salvo pocos casos de-
bidamente j ustificados, de que todos los edificios con consumo de ACS dispongan de instalaciones solares tér-
micas que cubran una parte de este servicio, generalizará la implantación de estas instalaciones, siendo de espe-
rar que en un futuro próximo se difunda la tecnología, mejorando la cualificación de los agentes implicados:
proyectistas e instaladores.

Por lo que este documento pretende realizar una organización y puesta a l día de la descripción de la tecnología
aplicable y de los principales conceptos que se utilizan y, aunque se haya planteado como documento exclusi-
vamente técnico, se ha preferido organizar ideas y transmitir conceptos en lugar de establecer procedimientos
exhaustivos.

En esto, como en cualqu ier tecno logía, no hay criterios absolutos sino soluciones de compromiso y, seguramen-
te, a medida que avance el conocimiento, algunos o muchos de los criterios actualmente utilizados evoluciona-
rán. N o obstante, se pretende partir de una posición de control de la situación y dejar constancia de lo que se
sabe que funciona, de lo que es fiable o de lo que, en principio. debe hacerse como nonna general con el único
fin de consolidar una etapa previa de desanollo.

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DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TERM ICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
En relación con los contenidos del documento, cabe resumirlos en los siguientes capítulos:

En el primero, se estudian Jos criterios de diseño y los modos de funcionamiento de las instalaciones, se aportan
los condicionantes necesarios para definir el esquema de principio de una instalación solar térmica y se analizan
las distintas tipologías y las configuraciones que se pueden plantear en las instalaciones de Jos edificios.
En el segundo se definen los esquemas habituales de integración de la energía solar en los edificios, con insta-
laciones tanto indiv iduales como centrales.

El capitulo tercero se dedica al análisis de los componentes de las instalaciones, con especial incidencia en el
captador solar plano.

El cuarto profundiza en los aspectos de la tecnología solar térmica que pueden considerarse diferenciadores del
resto de las instalaciones térmicas. fundamentalmente las condiciones especiales de temperaturas y presiones
producidas por la variabilidad de la fuente de energía de entrada.

Los criterios del cálculo de instalaciones se desarrollan en el capitulo S, se plantean las bases para la determina-
ción de la energía demandada en la producción de agua caliente y la evaluación de la energía disponible con el
examen de los datos climáticos que intervienen. Finalmente, se realiza un análisis de los parámetros que definen
el funcionam iento de una instalación y se establecen los principios para realizar el cálculo de las instalaciones
solares.

En el sexto se realizan algunos ejemplos de dimensionado básico, suficientes para un anteproyecto, con la pre-
visión de espacios asociados a éstas instalaciones.

El capitulo 7 se dedica a los instaladores autorizados, en el 8 se detallan las operaciones de mantenimiento, es-
tablecidas en el documento HE4 del CTE.

Por último se incluyen Jos apartados correspondientes a la reglamentación aplicable, además se da una reseña de
bibliografia basica y un anexo con las tablas esenciales.

A los largo del texto se indican las exigencias del CTE, en sus documentos HE4 y HS4 que afectan a las insta-
laciones solares térmicas para ACS; estos apartados se presentan como tablas, en la primera columna se men-
ciona el capítulo correspondiente del reglamento y en la segunda el contenido literal del mismo.

10
 1.- CONFIGURACIONES

1.1.- Descripción general de una instalación solar térmica.

La organización de los componentes de una instalación en conjuntos funcionales, o sistemas, y sus cone-
xiones, constituye n el primer paso para ana lizar las altern ativas de diseño y funcionamiento de instalacio-
nes solares para calentamiento de agua.

CIRCUITO PRIMARIO CIRCUITO SECUNDARIO CIRCUITO DE CONSUMO

ACS

AGU
FRJ.J\

CAPTACION INTERCAMBIO ACUMULACION APOYO REGULACION

'
Figura 1.1 : Esquema básico de una instalación solar térmica para ACS.
1

En la figura 1.1 se muestra un esquema de func ionamiento básico de una instalación solar térmica, que
consta de los siguientes sistemas:

- Sistema de captación: transforma la radiación solar incidente en energía térmica aumentando la tempe-
ratura del fluido de trabajo.

-Sistema de intercambio: transfiere el calor entre e l fluido de trabajo, que circu la por e l circuito prima-
rio, y el agua, que circula por e l circui to secundario .

- S istema de acumulación: almacena la energía térmica en forma de agua caliente.

- Sistema de transporte: hace circu lar el flu ido de trabajo por el c ircuito primario y el agua de consum o
a través de los circuitos secundario y de consumo de la instalación.

- Sistema de control: encargado de asegurar el correcto funcionamiento de la instalación solar.

- Sistema de energía de apoyo: complementa e l aporte solar s uministrando la energía adiciona l para cu-
brir la demanda necesaria.

11
DTIE 8.03 INSTALACIOl'ES SOLARES TER:.11CAS PARA PRODuCCIÓN DE ACS
La instalación está compuesta por los siguientes circuitos:

Circuito primario: formado por los captadores y las tuberías que los unen; en él el fluido de trabajo recoge
la energía térmica producida en los captadores y la transfiere al circuito secundario a través de un intercam-
biador de calor.

Circuito secundario: recoge la energía captada en el circuito primario a través de un sistema de intercam-
bio y se transfiere al sistema de acumulación.

Circuito de consumo: parte de la red de alimentación de agua fría y llega a los puntos de consumo; contiene los
elementos de regulación necesarios para adecuar la temperatura a las necesidades de uso. Una característica propia
de las instalaciones solares térmicas es que en situaciones de gran aportación solar coincidentes con consumos mas
bajos, se pueden dar temperaturas elevadas que deben ser reducidas antes de su distribución.

HE4 3.2.2.3.2: Protección contra quemaduras.

En sistemas de ACS, donde la temperatura del agua caliente en los puntos de
consumo pueda exceder de 60°C debe instalarse w1 sistema automático de
mezcla, u otro sistema, que limite la temperatura de suministro a 60°C, aun-
que en la parte solar pueda alcanzar una temperatura superior para sufragar
pérdidas. Este sistema deberá ser capaz de soportar la máxima temperatura po-
sible de extracción solar.

En determinadas configuraciones con intercambiador exterior entre el acumulador y el circuito de consumo

(apartado 1.4) se hace referencia al circuito terciario, definido como aquel circuito encargado de recoger la
energía almacenada en el sistema de acumulación y de transferirla al circuito de consumo a través de un in-
tercambiador.

1.2.- Criterios funcionales.

Las instalaciones solares térmicas pueden analizarse según los siguientes criterios funcionales:

- Circulación del fluido de trabajo en el circuito de captación.

-Mecanismos de transferencia de calor desde el circuito de captación solar al circuito de consumo.

- Tipo de sistema de apoyo.

- Forma de acoplamiento del sistema de apoyo en la instalación solar.

1.2.1.- Principio de circulación.

Se refiere al mecanismo mediante el cual se produce el movimiento del fluido que circula en el circuito de capta-
dores, distinguiéndose entre circulación forzada, o por bomba, y circulación natural, o por termosifón (figura 1.2).

HE4 3.2.2: 3 En instalaciones que cuenten con mas de 1Om2 de captación correspondiendo a un
solo circuito primatio, éste será de circulación forzada .

La instalación dispone de un sistema de control, normalmente de tipo diferencial, que activa o desactiva la bom-
ba dependiendo de la diferencia de temperaturas entre dos sondas, una colocada a la salida de Jos captadores so-
lares y otra en la parte inferior del acumulador. Esta es la forma de control más utilizada si bien existen otras de-
pendiendo de la configuración de la instalación, etc.

12
 CIRC ULACIO:'Ii C I RC LACION
FORZADA POR TERMOSIFON

Figura 1.2: Principio de circulación.

En la figura 1.3 se muestra la evolución de las temperaturas a la salida del captador y en la parte inferior del
acumulador. as í como el estado de funcionamiento de la bomba (O -OFF); cuando la diferencia de temperatu-
ras entre captador y acmnulador supera el nivel de consigna establecido (aproximadamente de 5 a 7 °C) el sis-

Bomba Funcionando (ON)

Bomba Apagada (OFF)
Temperatura del Captador
Temperatura del Acumulador
DA Diferencia de Arranque
DP Diferencia de Parada
\
\
\
\
\
\
\
''
',,

T •
Figura 1.3: Control diferencial de la bomba de circulación forzada.

13
DTIF. ~.03 INSTALACIONES SOLARES TER.\11CAS PARA PRODl.:CCIO~ DE AC<;
tema de control activa la bomba (ON), transfiriendo el calor de los captadores al acumulador, aumentando la
temperatura de este último; cuando esta diferencia disminuye por debajo de aproximadamente 2-3 oc la bomba
se desactiva (OFF). El valor de esta diferencia de parada debe ajustarse en cada caso para conseguir una ga-
nancia de energía térmica en el acumulador que compense el consumo de energía eléctrica asociado al funcio-
namiento de la bomba.

HE4 3.3.7: 2 El sistema de control diferencial actuará y estará ajustado de manera que las bom-
bas no estén en marcha cuando la diferencia de temperaturas sea menor de 2°C y
no estén paradas cuando la diferencia sea mayor de 7°C. La diferencia de tempe-
ratura entre los puntos de arranque y de parada del tem10stato diferencial no será
menor que 2°C.

Las instalaciones de circulación forzada conllevan un consumo eléctrico auxiliar para disponer de la energía tér-
mica, por lo que se debe garantizar que la ganancia térmica no esté hipotecada por un consumo eléctrico signi-
ficativo. De ahi la necesidad de optimizar la potencia eléctrica instalada y las horas de funcionamiento, en re-
lación con la energía útil obtenida.

HE4 3.4.4: 3 La potencia eléctrica parásita para la bomba no debe exceder en los sistemas pe-
queños a 50 W, o el 2% de la mayor potencia calorífica que pueda suministrar el
grupo de captadores, y en los sistemas grandes al 1%.

En la figura 1.4 se muestra la relación aproximada de la Energía térmica útil anual aportada por la instalación
frente al consumo eléctrico anual de las bombas, en función del área de captación de la instalación solar; en ge-
neral, cuanto mayor es la instalación solar es menor, en términos porcentuales, el consumo eléctrico de las bom-
bas, ya que la relación representada (energía térmica útil/consumo de electricidad) es mayor.
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o 200 400 600 800 1000 1200

Figura 1.4: Relación Energía Térmica 1 Energía Eléctrica consumida, en función del área de
captadores.

14
 b) Circulación NATURAL.

Utiliza únicamente las variaciones de densidad del fluido de trabajo, consecuencia de los cambios de tem-
peratura, para hacerlo circular entre el captador y el acumulador o entre el captador y el intercambiador
de calor.

Al recibir la radiación solar el fluido contenido en los captadores se calienta, aumentando su temperatu-
ra y disminuyendo, por tanto, su densidad; cuando la temperatura de este fluido es superior a la del con-
tenido en el acumulador, se hace más ligero por lo cual asciende hacia la parte alta del circuito, mientras
que el fluido frío contenido en el acumulador, con mayor densidad, se desplaza hacia la parte baja de la
instalación por la tubería de entrada a captadores. De esta forma se genera una circulación de fluido que
se mantiene siempre que exista un grad iente de temperaturas e ntre el fluido de los captadores y el del acu-
mulador y cesa cuando estas temperaturas se igualan.

A medida que aumenta la irradiancia incidente aumenta la difere ncia de temperatura entre la salida y la
entrada de los captadores y, por tanto, el caudal de circulación a través de ellos.

La regulación por termosifón es muy simple y no precisa de un sistema de bombeo adicional, ni de nin-
gún dispositivo electrónico de control.

HE4 3.2.2.5: 1 La instalación del sistema deberá asegurar que no se produzcan pérdidas ener-
géticas relevantes debidas a flujos inversos no intencionados en ningún circuito
hidráulico del sistema.

HE4 3.2.2.5: 2 La circulación natural que produce el flujo inverso se puede favorecer cuando el
acumulador se encuentra por debajo del captador por lo que habrá que tomar, en
esos casos. las precauciones oportunas para evitarlo.

HE4 3.2.2.5: 3 Para evitar flujos inversos es aconsejable la utilización de válvulas antirrctorno,
salvo que el equipo sea de circulación natural.

1.2.2.- Sistema de transferencia de calor.

Este criterio define cómo se produce la transferencia de calor desde el fluido de trabajo en captadores al
agua caliente destinada a consumo. Atendiendo a que tengan, o no, intercambiador, puede distinguirse,
respectivamente, entre instalaciones indirectas y directas .

a) Instalaciones INDIRECTAS.

El fluido que circula por los captadores so lares no es el agua destinada a consumo, incorporan uno o va-
rios intercarnbiadores que separan ambos fluidos , estando situados en el circuito primario, en el de con-
sumo o en ambos (figuras 1.7 a 1.12). Se caracterizan porque:

-Permiten utilizar una mezcla de agua con anticongelante como fluido de trabajo en el circuito primario,
que actúa como sistema de protección frente a heladas en la instalación.

- Evitan el contacto directo del agua sanitaria de consumo con los captadores, con lo que se eliminan las
incrustaciones calcáreas en los mismos y disminuye el riesgo de corrosión en el circuito primario.

15
DTI E 8.03 INSTALACIONES SOLARES TER>'v!JCAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
- La instalación puede funcionar con presiones de trabajo distintas en cada circuito.

b) Instalaciones DIRECTAS.

Es la propia agua de consumo la que circula por los captadores solares . frente a la ventaja de mayor sim-
plicidad y menor coste de la instalación, se debe tener en cuenta que:

-No se pueden emplear en zonas donde se alcancen temperaturas ambiente inferi ores a las de congela-
ción del agua.

- Tampoco deben utilizarse cuando la dureza de l agua sea elevada ya que se aumenta significativamente
la incrustación calcárea en el interior de los captadores solares.

- Se debe prestar especial atención al uso de materiales compatibles entre sí y con el agua potable de con-
sumo con objeto de evitar la aparición de cualquier tipo de corrosión en el c ircuito.

Debido a estas limitaciones se utiliza únicamente en instalaciones pequeñas (viviendas unifamiliares o in-
dividuales) y en zonas con condiciones climáticas benignas.

1.2.3.- Sistema de apovo.

En este criterio se considera el diseño y funcionamiento del sistema convencional de preparación de ACS
que, acoplado a la instalación solar, termina de preparar el agua caliente para su uso. Con carácter ge-
neral, el diseño y dimensionado del sistema de apoyo debe realizarse sobre la base de que puede no exis-
tir precalentamiento por parte de la instalación solar y, por tanto, el sistema de apoyo debe ser capaz de
suministrar la demanda total de la instalación.

HE4 3.3.6: 3 El s istema convencional a ux iliar se diseñará para c ubrir el servicio como si no
se dispusiera del sistema solar. Sólo entrará e n funcionamiento cuando sea es-
trictamente necesario y de forma que se aproveche lo máximo p osible la ener-
gía extraída del ca mpo de ca ptación .

Los sistemas de apoyo pueden clasificarse en instantáneos y de acumulación, así como todo el rango in-
termedio de sistemas seminstantáneos o de semiacum ulación.

Tambié n pueden clasificarse por el tipo de energía que utilizan, ya sean combustibles (gasóleo, gas natu-
ral o GLP), electricidad (po r efecto Joule o mediante bombas de calor) u otras renovables (biomasa, etc.),
es importante con siderar los efectos globales de la transformación de la energía en energía térmica y, en
particular, la degradación energética que significa la transformación de electricidad en energía térmica
por efecto Joule. El empleo de e nergía eléctrica con fines térmicos s upone siempre elevados consumos
de energía primaria (rendimientos exergéticos mu y bajos) por lo que su uso se debe limitar.

Por último, los s istemas de apoyo asi mismo pueden clasificarse como centralizados o individuales, en
función del lugar donde se produce la transformación de energ ía de apoyo en energía ténnica final.

a) Sistemas CENTRALIZADOS.

Los sistemas de apoyo centralizados utilizan instalaciones comunes para un conjunto de usuarios, o pun-
tos de consumo, y se encargan de preparar el agua caliente que posteriormente se distribuye. En este caso

16
son comunes las instalaciones y los consumos del combustible de apoyo, distribuyéndose el agua calien-
te que, como se indica en el capítu lo 2, en determinados casos ha de ser necesariamente contabi lizada.
Los sistemas de apoyo centralizados só lo son acopla bles a instalaciones solares centralizadas.

b) Sistemas INDIVIDUALES.

Los sistemas de apoyo individuales preparan el agua caliente para cada usuario, o punto de consumo, de
manera que son independientes tanto las instalaciones como los consumos de energía asociados. Los s is-
temas de apoyo individuales son acoplables a instalaciones solares de cualqu ier tipo, sean centralizadas o
individuales.

Como sistemas ind ividuales instantáneos se suelen utilizar calentadores instantáneos o calderas mixtas;
en el apartado 2.2. se analizan los condicionantes para su integración en las instalaciones solares.

Como sistemas individuales de acumulación se utilizan termos eléctricos o acumu ladores acoplados a cal-
deras. El propio diseño de los s istemas de acumulación lleva implíci to que dispongan de regulación de la
temperatura de preparación.

e) Consideraciones sobre los sistemas de apoyo incorporados en el acumulador solar

Un caso especial de los sistemas de apoyo mediante acumulación , son los acumuladores diseñados para
a lmacenar tanto la energía solar como la del calentamiento de apoyo; los mi smos integran en un único
acumulador e l volumen solar y el volumen de apoyo; se basan en la estratificación del agua y requieren
sondas, en la parte inferior, para el sistema solar y en la superior para el apoyo. imponen diseños muy
ajustados que dificultan su Tegulación, s i la misma no es optima ocasionan consumos innecesarios de la
energía de apoyo: además, al aumentar la temperatura del acumulador solar con el sistema de apoyo, dis-
minuye el rendimiento del sistema de captación, debido a que aumenta la temperatura del fluido de en-
h·ada a los captadores solares.

Como se ha comentado anteriormente el uso de la energía eléctrica, por efecto Joule, para aplicacio nes
térmicas (ca lentamiento de agua, etc.) implica un consumo significativo de energía primaria; por todo e llo
el CTE prohíbe el uso de este tipo de acumuladores e impone restricciones especiales s i los mismos in-
corporan resistencia eléctricas.

HE4 3.3.3.2: 4 No se permite la conexión de un sistema de generación auxiliar en el acu-

mulador solar, ya que esto puede suponer una disminución de las posibili-
dades de la instalación solar para proporcionar las prestaciones energéticas.
En los equipos que vengan preparados de fábrica para a lbergar un sistema
auxiliar eléctrico, el mismo se deberá anular esta posibilidad de forma per-
manente. mediante sellado irreversible u otro medio.

1.2.4.- Forma de acoplamiento del sistema de apovo.

La forma de acoplamiento entre la instalac ión solar y el sistema de apoyo también influye en e l func io-
namiento global de la instalación de producción de ACS. se distinguen, además del acoplamiento princi-
pal que puede ser en serie o en paralelo, otras posibilidades a considerar por las implicaciones que pue-
den tener en e l funcionamiento de la insta lación solar; estas son el acoplamiento directo de la instalación
solar al circuito de distribución, el circui to de recirculación y el circuito para tratamiento térmico de pre-
vención de la legionelosis.

17
I)TJE 8.03 1NSTALAC10N"ES SOLARES TER!\4JCAS PARA PRODUCCIÓN DE At'S
 ACOPLAMIENTO EN SERIE ACOPLAl\UENTO EN SERIE/PARALELO

Figura 1.5: Formas de acoplamiento del sistema de apoyo.

a) Acoplamiento en SERIE.

Esta conexión permite que el agua destinada a consumo sea calentada inicialmente por la instalación so-
lar y posteriormente es el sistema de apoyo, quien se encarga de alcanzar, cuando sea necesario, la tem-
peratura deseada.

El acoplamiento en serie (figura 1.5: Vred02 abierta, Yred Ol cerrada) permite que todo el agua, que va a
ser preparada, pase previamente por la instalación solar con lo cual se evacua toda la energía disponible
en la misma y se maximizan las prestaciones energéticas de l a instalación solar. En esta situación, debe
destacarse la importancia de ajustar la temperatura de preparación por la influencia que tiene en el cau-
dal que pasa por La instalación solar.

El acoplamiento siempre debe disponer de un by-pass de conexión que permita no interrumpir el sumi-
nistro de agua caliente para las operaciones de mantenimiento de las instalaciones.

b) Acoplamiento en PARALELO.

El abastecimiento de agua caliente al consumo se realiza, opcionalmente, desde el sistema de apoyo o

desde la instalación solar. Para dar el servicio adecuado, esta forma de acoplamiento requiere que el acu-
mulador solar disponga de la temperatura de preparación mínima establecida. Cuando la temperatura del
acumulador solar desciende del valor de consigna asignado, la conexión debe conmutarse al sistema de
apoyo. En este tipo de acoplamiento resulta necesario manipular, manual o automáticamente, la conexión
de ambos sistemas.

Se utiliza exclusivamente en instalaciones muy pequeñas, normalmente de edificios existentes, donde la

conexión en serie obligaría a largos trazados de conexión.

e) Consideraciones sobre el acoplamiento directo

En determinadas ocasiones, con conexión en serie, se pretende evitar que el agua calentada exclusiva-
mente por la instalación solar tenga que pasar por el sistema de apoyo, para ello se puede disponer una
derivación que permita la conexión directa entre la instalación solar y el circuito de distribución/consu-
mo (Veslül Vred02 abiertas, Vesl02 y Vredül cerradas).

Esta solución, no aplicable a grandes instalaciones, se adopta normalmente en instalaciones existentes

cuando el sistema de apoyo es de muy bajo rendimiento (pérdidas térmicas elevadas, etc.) por lo que pue-
de hacer es disminuir las aportaciones de la instalación solar.

18
d) Circuito de recirculación

Con largos circuitos de distribución, situación típica en instalaciones centralizadas, se instala un circuito
de recirculación para disponer de agua cal iente inmediata en el punto de consumo más alejado del siste-
ma de preparación.

HS4 2.3: 2 AHORRO DE AGUA:

En las redes de ACS debe disponerse una red de retorno cuando la longitud de
la tubería de ida al punto de consumo más alejado sea igual o mayor que 15 m.

El circuito de recirculació n proporciona un mayor confort en las instalaciones y además reduce el consu-
mo de agua, ya que evita largas esperas para que el agua salga caliente por los grifos; como contraparti-
da produce mayores consumos de energía y afecta a la estratificación en los depósitos de acumulación, Jo
que influye en el rendimiento de las instalaciones solares térmicas.

Como norma general, e l horario de fu ncionamiento de las bombas de recircu lación debe limitarse a los
periodos de consumo; en las viviendas unifamiliares se puede tener un conocimiento exacto de los mis-
mos, por lo que su programación no debe presentar problemas. En los edificios colectivos la situación es
mas compleja y, habitualmente, el horario debe extenderse a las horas de apertura (polideportivos, cole-
g ios, etc.) o incluso permanecer en funcionamiento continuo (hospitales, hoteles, etc.); el caso de vivien-
das es intermedio debiéndose fija r los horarios por acuerdo comunitario, pudiendo llegar a ser continuos.

ACS

Figura 1.6: Conexión del circuito de recirculación.

Se debe procurar que este circuito no interfiera en el func ionamiento de la instalación solar; por ello la
recirculación, con agua que se ha enfriado por pérdidas térmicas después de sal ir del sistema de apoyo,
debe realizarse sobre el acumulador del sistema de apoyo siempre que este sistema esté activo; ya que si
esta recirculación tuviera lugar sobre el acumulador solar se podría calentar éste con la energía de apoyo
y disminuir, además, el rendimiento de la instalación solar debido a que la temperatura de entrada a cap-
tadores aumenta.

No obstante lo anterior, en las épocas del año favorables a la energía solar, puede lograse que sea la misma la
encargada exclusivamente de satisfacer la demanda de energía requerida y combatir las pérdidas térmicas de la

19
DT!E 8.03 rNSTALACIONES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
red de distribución: para ello se debe realizar la conexión de la recirculación tanto sobre el depósito de apoyo
como en el depósito de acumulación solar. dotando a la instalación de las correspondientes válvulas motoriza-
das y sondas de temperatura, de modo que cuando la temperatura de la acumulación solar supere a la de retor-
no, la recirculación vaya al acumulador solar (figura 1.6 Vrec02 abierta, VrecO 1 cerrada): cuando esto no suce-
da se recirculará sobre el depósito de apoyo (figura 1.6 Vrec02 cerrada, VrecO 1 ab ierta): por sus indudables
ventajas en el aprovechamiento solar, esta solución se debiera aplicar en todas las instalaciones centralizadas.

e) Tratamiento térmico para prevención de la legionelosis

En las instalacio nes que requieran el tratamiento térmico de los acum uladores para la prevención de la
legionelosis se debe considerar la conexión de la acumulación solar con e l circuito del sistema de apo-
yo de forma que se perm ita realizar el tratam iento térmico periódico.

En algunos casos. y s iempre que se reúnan las condiciones necesarias. se puede realizar el tratamiento
térmico de los acumuladores solares util izando exclusivamente como fuente de energía térmica el siste-
ma de captación de fo rma que. s in consumo, se alcancen en los acumuladores solares las temperaturas ne-
cesarias.

1.3.- ESQUEMAS DE FUNCIONAMIENTO.

En este apartado se presentan esq uemas de princip io de instalaciones fo rzadas ind irectas donde los d i-
versos componentes de la instalación so lar se encuentran centrali zados.

CIRCUITO CIRCUITO CI RCUITO

PRIMARIO SECUNDARIO TERCIARIO CIRCUITO DE CONSUMO

Acumulador de Iner cia Acumulad or de Consumo

Jntercambiador Solar lnter cambiad or de C onsumo

Figura 1.7: Esquemas de principio instalación solar térmica para ACS.

En la fig ura 1.7 se representa el esquema de principio de una instalación solar ténn ica en el que se des-
tacan los siguientes sistemas y/o componentes:

- Sistema de captación solar.

- Sistema de acurnu lación sola r. Consta de doble ac umulación, en c ircuito cerrado (acumulador de iner-
c ia) y en circui to de cons umo (acumu lado r de consumo). Es decir, las alternativas de acop lamiento de l

20
 sistema de acumulación son dos: entre circuito secundario (acumulador de inercia) y circuito terc iario
y en el propio ci rcuito de consumo.

- Sistema de intercambio. Consta de doble intercambio, e nt re captación solar y acumulación ( in tercam-

biador solar) y entre acumulación y consumo (intercambiado r de consumo).

- Sistema de apoyo. Al estar conectado en serie la insta lación solar precalienta el agua sanitaria que ali-
menta este sistema de apoyo.

Al margen del sistema de apoyo, que se analiza posteriormente, a partir de este esquema general, cabe
distinguir diversos esquemas de principio o configuraciones: las mismas se clasifican en función de los
sistemas de acumulació n e intercambio. La nomenclatura as ignada a cada una de estas configuraciones
es del tipo XY, tomando X e Y los siguientes va lores:

CO:'IlFIGl'H.ACIOl\ES
X: ACUMULACION INTERCAMBIADOR: Y
A EN CONSUMO INTERCAMBIADOR SOLAR 1
B EN PRIMARIO INTERCAMBIADOR DE CONSUMO 2
e EN PRIMARIO Y CONSUMO DOBLE SISTEMA (SOLAR/CONSUMO) 3
De acuerdo a esta nomenclatura las configuraciones consideradas son:

Configu ración A 1: Acum ulación en circuito de consumo e in tercambiador solar.

La bomba del circuito primario (BP) se activa cuando la diferencia de temperaturas entre la so nda de
temperatura d e captadores y la so nda situada en la parte inferior del acumulador alcanza el nivel de con-

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1'

ACS

AGUA
FRIA
BP

Figura 1.8: Esquema de principio Configuración A1 .

21
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TERMICAS PARA PRODliCClÓ:'-. DE ACS
signa marcado en el termostato diferencial (TD entre unos 5 y re). Salvo en instalaciones con largos
recorridos en el circuito primario y con elevada inercia térmica, la bomba del circuito secundario (BS)
se enclava eléctricamente con BP. Mediante esta activac ión de las bombas se consigue aumentar la tem-
peratura en el acumulador. Ambas bombas paran cuando se alcanza la temperatura máxima de protec-
ción en el acumulador o cuando d isminuye la diferencia de temperaturas entre captadores y acumulador
hasta alcanzar la consigna de parada (unos 2 o 3°C).

En la actualidad es con gran diferencia la configuración más utilizada en instalaciones medianas y gran-
des (> 20 m2). Esta configuración presenta la ventaja de ser la mas simple de las mostradas en este apar-
tado.

Configuración B2: Acumulación en circuito cerrado e intercambiador de consumo

La bomba del circuito primario (BP) se activa cuando la diferencia de temperaturas entre la sonda de
temperatura de captadores y la sonda situada en la parte inferior del acumulador de inercia alcanza el
nivel de consigna establecido (TD entre 5 o 7°C), produciéndose de esta forma la carga térmica del acu-
mulador de inercia; este proceso se interrumpe cuando se alcanza la temperatura máxima de protección
en este acumulador o cuando disminuye la diferencia de temperaturas indicada hasta alcanzar la con-
signa de parada (unos 2 o 3°C). En esta configuración no existe circuito secundari o.

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, __ _
,,
, TD ACS
,,
,,

BP BT

Figura 1.9: Esquema de principio Configuración 82.

La bomba del circuito terciario (BT) debe activarse cuando exista consumo de agua caliente sanitaria y la tem-
peratura en la parte superior del acumulador de inercia sea superior a la del agua fría de entrada al intercam-
biador de consumo (con un mínimo de 6 o 7°C).

Esta configuración (al igual que las C2, 83 y C3) presenta la ventaja del coste inferior del acumulador de iner-
cia en comparación con los acumuladores convencionales de agua caliente sanitaria; ya que el material con el

22
que puede ser fabricado no tiene porque ser adecuado a l agua de consumo; asimismo este depósito pue-
de someterse a temperaturas mas elevadas que las que soportan los depósitos de ACS; como contrapar-
tida e l intercambiador debe calentar e l agua de consumo de manera instantánea, según el caudal que se
este consum iendo en cada momen to.

Configuración B3: Acumulación en circuito cerrado y doble sistema de intercambio

La bomba del circuito primar io (BP) se activa como en el caso B2, es deci r cuando la diferencia de tem-
peraturas entre la sonda de temperatura de captadores y la sonda situada en la parte inferior del acumu-
lador de inercia a lcanza el nivel de consigna establecido (unos 5 a 7°C). Como en la configuración A 1
normalmente la bomba del circuito secundario (BS) se encuentra enclavada eléctricamente con BP.

El contro l de la bomba del c ircuito terciario (BT) se realiza como en la configuración 82, por lo que se
pondrá en funcionamiento cuando se detecta consumo de ACS y la temperatura en la parte superior de l
acumulador de inercia sea superior (del orden de 5 a 7°C) a la del agua fría de entrada al intercambiador
de consumo.

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,' '' AC
,' '1
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-
AGUA
FRIA
BP BS BT
lntercambiador Solar lntercambiador de Consumo

Figura 1.10: Esquema de principio. Configuración 83.

Respecto de la configuración B2 al disponer de un intercambiador adicional (intercambiador solar) pre-

sentan, en principio, menor rendimiento, por el contrario requieren menor volumen de fluido de trabajo
ya que el fluido contenido en e l acumulador de inercia no circu la a través de los captadores. Este último
aspecto cobra mayor importancia cuando este fl uido es una mezcla de agua con anticongelante.

Configuración C2: Doble sistema de acumulación e intercambiador de consumo

Al igual que en los casos anteriores la bomba del circuito primario (BP) se activa cuando la diferencia
de temperaturas entre la sonda de temperatura de captadores y la sonda situada en la parte inferior del
acumulador de inercia alcanza el nivel de consigna fijado (TD).

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DTIE 8.03 INSTAL..CIONES SOL'\RES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
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TD
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[ill-
BP

Figura 1.11 : Esquema de principio. Configuración C2.

Las bombas del c ircuito terciario (8T) y del c ircuito de consumo (BC). situada esta última entre el in-
tercam bi ador y el acu mulador de consumo, fu ncio na n simultáneamente activándose cuando la diferen-
c ia de temperaturas entre la parte s uperi o r de l acumulador de inercia y la parte in ferior del acumulado r
de consumo a lcanzan la cons igna establecida (unos 5 a JOC). La acti vación de estas bombas transfiere
la energ ía térmica al ac umulador del circuito de consumo; el proceso se interrumpe cuando se alcanza
la temperatura máxima de pro tección en el acumu la dor de consumo o cuando disminuye la di fer encia de
tempe raturas indicada hasta a lcanza r la consigna de parada (unos 2 o 3°C)

Una de las ventajas que presenta la incorporación del acumulador de consumo es que permite mantener
los caudales de c irculación prácticamente co nstantes a través del inte rcambiador de consumo. Por tan-
to, en este caso el dimensionado del intercambiador de consumo no presenta variaciones significativas
respec to al de l intercambiador solar (caudales similares en ambos lados, etc.) .

Sin embargo, en las configuraciones 82 y 83 puede resultar más complejo dimensionar adecuadamente
e l intercambiador de consumo ya que en muchas ocasiones los caudales de circulación en ambos lados
del interca mbiador de consumo pueden ser muy diferentes, s iendo especialmente recomendable emple-
ar a lgún sistema de control encargado de regular en cada instante e l caudal del primario del intercam-
biador de consumo e n función del caudal de consumo.

Configuración C3 : Doble sistema de acumulación y doble sist ema de inter·cambio

La bomba del circuito primario (8P) se activa cua ndo la diferencia de temperaturas entre la sonda de
te mperatura de captadores y la sonda si tuada en la parte inferior del acumulador de inercia a lcanza e l
ni vel de consigna establecido (5 a 7°C). Al igual que e n las config urac iones A 1 y 8 3, salvo e n instala-
ciones con largos recorridos en el c irc uito prima ri o y con e levada inerc ia térm ica las bombas del c ir-
c uito secundario (8S) y del circuito primario se encuentran enclavadas eléctricamente, produciéndose
de esta forma la carga térmica de l acumulado r de inercia. Este proceso de carga térmica se interru mpe

24
cuando disminuye la diferencia de temperaturas indicada hasta a lcanzar la consigna de parada (2 a 3°C),
o cuando se alcanza la temperatura máxima de protección en el acumulador de inercia.

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BP BS BT BC
Intercambiador Solar lntercambiador de Consumo

Figura 1.12: Esquema de principio. Configuración C3.

Como en la configuración C2 las bombas del circuito terciario (BT) y del circuito de consumo (8C) se
encuentran enclavadas eléctri camente y se activan al alcanza r la diferencia de temperaturas entre la par-
te superior del acum ulador de inercia y la parte inferior del acumulador de consumo el valor de consig-
na (5 a 7°C). De esta forma se carga térmicamente el acu mulador de consumo interrump iéndose este pro-
ceso de carga cuando se alcanza la temperaUJra máxima de protección en el acumulador de consumo o
cuando dis minuye la diferencia de temperaturas entre acumuladores indicada hasta alcanzar la consigna
de parada (2 a 3°C).

Consideraciones adicionales

Las instalaciones solares utilizadas en hoteles, hospitales, v iviendas multifamiliares, centros deportivos,
industrias. etc. normalmente responden a alguna de las configuraciones anteriores. Cualquiera de el las,
al disponer de al menos un intercambiador. evitan que el ACS pase por los captadores so lares por Jo que
se e liminan los problemas de deposición calcárea.

Como regla ge neral, en las instalaciones que disponen de sistema de acumulación en circui to cerrado
(82, C2 , 83 y C3), se recomienda emplear las configuraciones tipo 3 en lugar de las tipo 2, que deben
emplearse exclusivamente en aq uellos casos en los que prácticamente no ex ista riesgo de que se pro-
duzcan heladas y por tanto se pueda utilizar agua como tluido de trabajo en los captadores solares.

En todas las opciones que disponen de intercambiador solar se ofrece la alternativa de incorporar éste al
sistema de acumulación, interacumu ladores, si bien este caso corresponde hab itualmente a instalaciones
de pequeño tamaño. Las configuraciones m ás utili zadas con intercambiador solar incorporado corres-
ponden al tipo genérico A l.

25
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
 2. INSTALACIONES SOLARES PARA ACS EN LA EDIFICACION.

Las distintas configuraciones de instalaciones solares térmicas para ACS que se pueden establecer en la
edificación están directamente relacionadas con la instalación de calefacción y ACS que el edificio dis-
ponga; distinguiéndose dos grupos claramente diferenciados:

- Edificios con instalaciones de calefacción y/o ACS INDIVIDUALES.

- Edificios con instalaciones CENTRALES para calefacción y/o ACS.

Las instalaciones individuales corresponden exclusivamente a edificios de viviendas, mientras que las
centrales se adecuan a todo tipo de edificios: hoteles, residencias, polideportivos, hospitales, etc., in-
cluso viviendas.

Teniendo en cuenta que la instalación de energía solar va a contribuir con una fracción del consumo
del servicio de ACS, la decisión del tipo de instalación a realizar no debe supeditarse a la solar, sino
que previamente se debe estudiar cual es el tipo de instalación que mejor se adecua al edificio (central
o individual) y posteriormente definir la integración de la instalación solar térmica en la misma.

En v iviendas, como criterio general, las instalaciones individuales son mas adecuadas para edificios de
baja altura, o situados en zonas con baja severidad climática de invierno, o de uso esporádico (vivien-
das de fin de semana o vacaciones); mientras que las instalaciones centrales se adaptan mejor a edifi-
cios de gran altura, uso continuo y situadas en zonas con severidad climática de invierno alta.

Por tanto a efectos de clasificación de las configuraciones de las instalaciones solares en la edificación
se establece como criterio de partida la distinción entre consumos de agua caliente centrali zados e in-
dividuales. Las diferencias fundamentales que se plantean entre ambas son las siguientes:

- Diseño : en las centralizadas existe una acometida de agua fría desde la red de suministro, con su pro-
pio contador, al sistema de producción de agua caliente desde donde, por parte de la comunidad, se
realiza el suministro de agua caliente a las v iviendas. Las instalaciones individuales disponen solo
de su propia acometida de agua fría.

- Dimensionado : la concentración de consumos por la centralización de las instalaciones de produc-

ción de agua caliente permite ajustar su dimensionamiento, aprovechando la oportunidad de la cen-
tralización y de la simultaneidad de consumos.

- Espacios: además de los captadores solares que, en cualquier caso, necesitan espacios significativ os
preferentemente dedicados en exclusiva a ellos, los acumuladores centra lizados también requieren
un espacio comunitario específico, habitualmente en cubierta o en sótano. En el caso de acumulado-
res individuales el espacio necesario hay que encontrarlo en cada una de las viviendas.

- El sistema de apoyo, si es centralizado, puede formar una única unidad que también requiere un es-
pacio perteneciente a la comunidad y dedicado exclusivamente a esa función . Si el sistema de apoyo
consiste en sistemas individuales, cada usuario afronta claramente de forma particular tanto el coste
de explotación como la localización del mismo en su vivienda.

- Control: en instalaciones centralizadas en acumulación y dado que este sistema es común, se puede
utilizar el control diferencial normalizado que compara la temperatura de salida de captadores con la
del acumulador. En instalaciones centralizadas en captación e individuales en acumulación la estra-
tegia de control difiere, entre las diversas estrategias se encuentra el control diferencial entre lasa-
lida y la entrada de captadores solares.

26
 - Costes: se ha de diferenciar e ntre los costes de inversión y los de explotación, a medida que se au-
menta el grado de centralización de las instalaciones Jos costes de inversión son generalmente infe-
riores. En relación con los costes de explotación hay que tener en cuenta que los costes más impor-
tantes de las instalaciones son:

1.- Los correspondientes a l consumo de energía convencional como energía de apoyo

2.- Los de mantenimiento del sistema de producción de agua ca li ente sanitaria

3.- Los de gestión de consumos.

4.- Los correspondientes a los propios consumos de agua.

En la siguiente tabla se indican las posibles configuraciones de este tipo de instalaciones:

COMUNITARIA INDIVIDUAL
COMUNITARlA COMUNITARIA ACS INDIVIDUAL
COMUNITARlA COMUNITARIA INERCIA INDIVIDUAL
COMUNITARlA COMUNITARIA ACS COMUNITARJO

2.1.· EDIFICIOS COLECTIVOS CON CALEFACCION Y/0 ACS INDIVIDUALES.

Por su principio de funcionamiento, las instalaciones de energía solar para calentamiento de ACS re-
quieren depósitos de acumulación; la integración de los mismos en los edificios colectivos con instala-
ciones individuales de calefacción y ACS puede resolverse bien con captadores individuales por vi-
vienda, bien con campo de captadores comunes, lo que da lugar a 4 soluciones básicas: en todas ellas
el sistema de apoyo serán las propias calderas individuales.

2.1.1.- Instalaciones totalmente individuales.

La solución consiste en instalaciones de energía solar totalmente independientes, cada usuario tiene sus
propios captadores solares y el correspondiente depósito de ACS solar; es la instalación propia de vi-
v iendas unifamiliares. En edificios colectivos la ubicación del depósito puede ser en la planta bajo cu-
bierta (figura 2.1), si se dispone de trasteros, o espacio, en la misma, o en la propia vivienda (figura
2.2).

El contro l se realiza por termostato diferencial , como se ha definido en e l capítulo 1.

Su ventaja fundamental es la independencia de cada instalación, de modo que cada usuario decide en
cada momento como la utiliza, no presenta ningún problema de reparto de gastos. Como desventajas
se pueden citar que cuando un usuario está ausente sus captadores no se util izan, incrementándose e l
riesgo de estancamiento; además por este mismo motivo e l campo de captación requiere mayor su-
perficie.

La lim itación de este tipo de instalaciones está condicionada por la altura del edificio, ya que par a edi-
ficios con un número de plantas e levado se alejan exces ivamente los componentes de la instalación,
complicándose las distribuciones por espacios comunitarios

27
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
 INSTALAClONES
INDIVIDUALES EN
CUBIERTA O
TRASTEROS.
Desde cada vivienda se
llevan, hasta el punto de
ubicación de los depósitos
en cubierta, una tubería de
agua fría, y a cada
vivienda retoma la tubería
del agua calentada por el
sol.
El control de consumos se
registra en el contador de
suministro de cada
vivienda.

Figura 2.1: Esquema de principio. Captación y Acumulación Individuales.

INSTALAClONES
INDIVIDUALES CON
ACUMULACION EN
VIVIENDAS.
Desde cada vivienda se
llevan, hasta el punto de
ubicación de los captadores
e en cubierta, dos tuberías
(impulsión y retomo) para
conexión entre los
captadores y los depósitos.
El control de consumos se
registra en el contador de
suministro de cada vivienda.

Figura 2.2: Esquema de principio. Captación y Acumulación Individuales.

28
 2.1.2.- Captación com unitaria con acumulación distribuida.

La instalació n consta de un campo de captadores solares colec tivos con acumuladores distribuidos por vi-
viendas (fig ura 2 .3); el agua calentada en los captadores se distribuye por todo e l edificio hasta los intera-
cumuladores situados en cada vivie nda. La distri bución mas adecuada es con retorno invertido, de manera
que todos los interacumulado res estén equi librados por diseño, por los espacios comunitarios discurren
solo tres tu berías, impulsión, retorno y reto rno invertido, independ ientemente de l número de viviendas.

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Á!(ll!l REO Agua RF:O

\J!u.t'>OI \1( 21
P or el edificio discurren
únicamente las tuberías de
secundari o del sistema
solar. Agua RED Agua RF:D

E l control de consumos se
registra en el contador de
suministro de cada vivienda.

Figura 2.3: Esquema de principio. Captación Comunitaria y Acumulación Distribuida.

Frente a la so luc ión individual presenta la ventaja de un mejor aprovechamiento de los captadores; adem ás
en las épocas en que haya usua rios ausentes (p.e. vacaciones) el resto sigue aprovechándose de las aporta-
ciones solares, por lo que en e l conj un to del edificio su número puede ser menor, como contrapa rtida obli-
ga a compartir unas instalacio nes comunitarias.

La regulac ión no puede efectuarse por d iferencia de tempe raturas entre el ca mpo de captac ión y la acu-
mulación, ya que no se dispo ne de un úni co depós ito; puede aplicarse entre e l campo de captación y el re-
torno común, de mane ra que las bo mbas so lo se po ngan en fun c ionamiento cuando haya una dife re nc ia de
tem peratura que permita el correcto aprovechamiento de la energ ía solar.

En edific ios de viviendas con dife rente número de dormi torios, los interacumuladores de ben di me nsionar-
se para los cons umos de cada una , de forma que la e nerg ía sum inistrada se adecue a las diferentes carac-
terísticas de cons umo .

Su principa l pro blema es el debido a l s iste ma de con tro l, que p uede anal izarse con las dos situaciones ex-
trema s que se plantean (fi gu ra 2.4):

29
DTIE S.OJ INSTA LAC IO.'II!S SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
- Control individualizado: cada primario de interacumulador dispone de una válvula automática que elimina
la circulación por el mismo cuando se alcanza una determinada temperatura en el interior del correspondien-
te acumulador.

- Sin sistema de control: el caudal del circuito de distribución siempre está circulando por todos los interacu-
muladores.

Instalación con regulaciones individuales con Instalación sin regulaciones individuales.

sondas de temperatura en depósitos y válvulas Solo disponen de las llaves de corte
motorizadas de corte. individuales.

~"'' '0L\R •

--1i!J Agua REO

Agua RED

Figura 2.;4: Esquema de principio. Captación Comunitaria y Acumulación Distribuida.

En cuanto al reparto de gastos, los consumos de agua se registran en los propios contadores individuales,
mientras que las aportaciones solares no sería adecuado medirlas, ya que se trata de una energía gratuita,
resultando mas costosa la medición, que requeriría contadores de energía térmica, que la energía a repar-
tir; el consumo eléctrico y el mantenimiento pasarán a ser costo comunitarios, como Jos ascensores, luz de
escaleras, etc.

2.1.3.- Captación común con acumulación centralizada.

Como en la solución anterior los captadores solares son colectivos por lo que su número se puede adecuar
mejor a las necesidades conjuntas; si bien en este caso la acumulación también es centralizada para todo
el edificio (figura 2.5). La producción se puede controlar con la regulación diferencial clásica de las ins-
talaciones de energía solar térmica.

Esta solución proporciona una distribución de ACS precalentada a las viviendas, debido a lo c ual se pre-
cisan los correspondientes contadores individuales e n las mismas; asimismo para evitar diferencias im-
portantes entre la temperatura que reciben unos y otros usuarios, según su distancia hasta los depósitos, se
requiere una bomba de recirculación, cuyo funcionamiento debe programarse en función de las tempera-
turas que en cada momento haya en la acumulación, con el fin de evitar consumos eléctricos de bombeo
innecesarios, recirculando el agua solo cuando la temperatura sea favorab le.

Para reducir las pérdidas en recirculación convien e realizar circuitos lo mas cortos posibles siendo conve-
niente recoger todas las distribuciones en una sola planta, evitando la recirculación por montantes (figura
2.6), si bien esta solución no siempre es posible.

30
 ¡:na 'O :\J( In A • '01 lt~n

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Figura 2.5: Esquema de principio. Captación y Acumulación Comunitarias.

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Figura 2.6: Esquema de principio. Captación y Acumulación Comunitarias.

31
DT!E 8.03 INSTALACIONES SOLARES TERMJCAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
 La producción centralizada también puede realizarse con depósitos e intercambiadores exteriores de pla-
cas, en lugar de con interacumuladores. en cuyo caso se requieren bombas de primario y secundario para
la producción de l ACS.

Este tipo de instalaciones presenta el problema del cumpl imiento de las condiciones de temperaturas im-
puestas por el Real Decreto 865/2003 sobre prevención de la legionelosis. ya que no se pueden asegurar
de manera permanente temperaruras de 60°C en la acumulación ni de 50°C en el punto mas alejado de la
distribución: si bien en el caso de viviendas. al no ser estrictamente apl icable. puede ser empleado.

2.1.4.- Captación v acumulación comunitaria en primario.

Para evitar el problema de las temperaturas de acu m ulació n mencionado en la sol ución anterior, se ha de-
sarro llado otra con captadores solares colectivos y acumulación en depósito de inercia cen tralizada, para
el uso de l agua caliente se disponen intercambiadores individua les distribuidos por viviendas (figu ra 2.7).

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, \l(lla f{f.f) :\t:tHI Rfl>

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@) 1 Agu:1 RED ,\gua RED

1
~ 1
Figura 2.7: Esquema de principio. Captación y Acumulación Comunitarias.

En esta soluc ión el riesgo de desarrollo de la Legionelosis se reduce en g ran medida, ya que el agua ca-
lentada por el sol no se consume; por tratarse de un circuito cerrado, el depósito centra lizado puede ser
de acero negro, si n necesidad de recubrimientos especiales; la distribución general a viviendas es conve-
niente rea lizarla con retorno invertido, para equilibrar por di seño todos los intercambiado res individua-
les; la producció n e n cada v ivienda es instantánea, ya que el agua se calienta según se consume, ello obl i-
ga a dimensionar adecuadamente los intercambiadores indiv iduales, s iendo e l principal inconveniente de
esta solución.

La regulac ión puede ser diferencial para la acumulación y recircu lación a partir de una temperatura en de-
pósito que asegu re el correcto funcionamiento del s istema, evitando consumos de bombeo innecesarios.

32
Los consumos de agua quedarán registrados en los contadores de suministro individuales.

2.2.- INTEGRACIÓN DE CALDERAS O CALENTADORES INDIVIDUALES.

Independientemente de la solución adoptada, en las instalaciones con calderas (o calentadores) indi vidua-
les se recibe el agua precalentada por los captadores solares, e n los esquemas anteriores ( fi guras 2.1 a 2. 7)
se ha denominado como "agua solar", de biéndose aumentar su temperatura hasta las condiciones de con-
fort requeridas por cada usua rio.

Las instalaciones sin energía solar funcionan con la temperatura de entrada de agua de red, que puede es-
timarse desde mínimos de 5 o 6°C, hasta máximos de unos 25°C, según época del año y localidad de ubi-
cación de la instalación; siendo éstas las cond iciones para las que han sido diseñados los calentadores y
ca lderas individuales (figura 2.8).

ACS '
30 a .
=
60°C =
00

En las instalaciones sin energía solar, las En las instalaciones con energía solar, las
temperaturas de entrada son las de la red de temperaturas de entrada pueden varias desde las
suministro. de la red hasta mas de 60°C.
Figura 2.8: Funcionamiento de las calderas y calentadores individuales.

El calentamiento del ACS con energía solar depende de las condiciones climáticas y de radiación impe-
rantes, por lo que las temperaturas de e ntrada del agua precalentada pueden oscilar desde las de red hasta
temperaturas incluso superiores a 60°C (figura 2 .8), estas osci laciones tienen, para las calderas y calenta-
dores individuales. dos consecuencias fundamenta les:

l. Los materiales con los que se fabriquen los elementos de entrada de agua a las calderas (válvulas, jun-
tas. detectores de flujo, etc.) deben estar prepa rados para soportar altas temperaturas, o deben adoptar-
se medidas especiales para que el agua no llegue en esas condiciones a los aparatos.

2. Los sistemas de regulación de la temperatura de producción del ACS deben igualmente adaptarse a esas
variaciones; si el arranque es por detección de flujo se pueden tener temperaturas de producción inne-
cesariamente altas, por lo que es aconsejable diseñar sistemas con arranque por detección de tempera-
tu ra y mod ulación de potencia.

2.2.1.- Regulación de temperaturas.

Respecto a los materia les, no es necesario extenderse más; sin embargo, es p reciso ana lizar los aspectos de
la regulación:

33
DTIE 8.03 11'-STALACIO'IES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓl\ DE ACS
* Regulacion de la temperatura de entrada

Una solución sencilla consiste en dotar a la entrada de agua precalentada de una válvula mezcladora termostática tarada
a una temperatura compatible con los materiales de fabricación de la caldera y, de modo fundamental, con la regulación
de temperatura de la caldera (figura 2.9), de esta manera el calentador (o caldera) no precisa requisitos especiales.

Para su integración no se requieren equipos (calderas o calentadores) especiales: s i bien en estos casos como incon-
veniente se tiene un menor aprovechamiento de la energía solar, ya que cuando se produce la mezcla se reduce la tem-
peratura para, posteriormente, volver a ser calentada con la caldera; en esas condiciones puede ser aplicada en insta-
laciones donde la fracción solar prevista sea baja, ya que la mayor parte del tiempo la temperatura de calentamjento
solar será inferior a la de uso.

00 00
Agua Mezclada: T0
compatible con calentador

Agua Solar: 5 a 60°C y mas

Ahora bien, si se asocia con calderas que soporten las temperaturas de entrada hasta los 60°C, es una buena solución,
ya que pennitiría regular la temperatura hasta la deseada por el usuario, con lo que el aprovechamiento de la energía
solar seria máximo, puesto que en cualquier caso s i se permitiesen temperaturas superiores el usuario siempre mez-
claría en el punto de consumo, con el mismo efecto.

Como inconveniente se puede apuntar que la périlida de carga del circuito de consumo siempre es mayor, debido a
que todo el ACS debe pasar por el circuito interno de la caldera.

* Derivación del agua de entrada.

Esta solución consiste en colocar a la entrada del agua precalentada por e l sol, una válvula tennostática desviadora,
que derive el agua directamente a consumo cuando la temperatura de entrada sea superior a la de consigna de calde-
ra; cuando la temperatura sea inferior el agua pasará por caldera hasta alcanzar la temperatura deseada; su aplicación
requiere que la caldera (o calentador) tenga en la entrada de agua fría materiales que soporten temperaturas mas altas
y además que esté iliseñado con control mas preciso de la temperatura.

Un problema característico de las instalaciones de ACS solar es el exceso de temperatura que se puede pro-
ducir en épocas de alta radi ac ión y bajo consumo, lo cual puede generar escaldamientos; por esta razón la
solución de derivación a la entrada está prohibida por e l CTE.

34
 * Derivación del agua de entrada y mezcla en salida.

Para evitar e l mencionado riesgo es necesario complementar la instalación de la válvula desviadora de la

entrada de agua precalentada, con una mezcladora antes de la distribución a griferías cuya misión es redu-
cir la temperatura cuando sea excesiva (figura 2.1 0).

00 00

*Mezcla en salida.

Con ca lderas diseñadas para soportar altas temperaturas a la entrada y dotadas de regulación termostática mo-
dulante el dispositivo anterior puede limitarse simplemente por la mezcladora a la salida del agua de consumo
(figura 2.11 ).

Agua Solar: 5 a 60°C y mas

35
DTIE 8.03 JNSTALACIOI\ES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
EL ACS no pasa en su totalidad por el interior de la caldera, lo que reduce las pérdidas de carga del circuito de consu-
mo, proporcionando caudales mas altos en las épocas favorables.

HE4 3.3.6: 5 En el caso de que el sistema de energía convencional auxiliar no disponga de acumula-
ción_es decir que sea una fuente instantánea, el eqtúpo será modulante, es decir_capaz de
regular su potencia de fonna que se obtenga la temperatura de manera pemumente con
independencia de cual sea la temperatura del agua de entrada al citado equipo.

2.2.2.- Apovo sobre la acumulación.

El uso de calderas (o calentadores) como apoyo directo sobre el consumo tiene como lirnite la restricción de caudal que
se impone al hacer pasar todo el agua por el aparato individual, ello reduce en cierto modo otra de las ventajas de la ener-
gía solar como es la de disponer de gran caudal instantáneo; lo que hace más adecuado el control de las calderas por tem-
peratura, de modo que cuando el agua precalentada tenga temperaturas favorables, pemútan mayores caudales; asimis-
mo la doble regulación es óptima, ya que tarando el agua de caldera a 60°C y mezclando a la salida se obtienen mayores
caudales de consumo y se reduce el riesgo de legionelosis, como se indica en el punto 2.2.4.

Una fonna de paliar la posible restricción del caudal es realizar los apoyos sobre depósitos de acumulación, en lugar de
efectuar el calentamiento instántaneo; esta es la solución clásica en viviendas unifamiliares, donde el número de baños
por vivienda suele ser mayor, con las consiguientes exigencias de caudal instantáneo; con estos sistemas no se precisan
requisitos especiales para las calderas, si bien para esta aplicación no son válidos los calentadores, siendo suficiente con
calderas exclusivas de calefacción; el apoyo se produciría sobre el depósito controlado por un tem1ostato.

La solución consiste en la instalación de un segundo depósito, de menor volumen, en serie con el de precalentamiento
solar, este sistema es valido tanto para las instalaciones individuales como para las de acumulación central o distribuida;
en el caso de acumulación central el segundo depósito se ubicaría en cada vivienda.

2.2.3.- Calderas con miniacumulación

Una solución interesante puede ser La utilización de calderas con miniacunlUlación, siempre que la regulación se efec-
túe sobre la temperatura del acumulador (figura 2.1 2); como complemento es conveniente colocar una válvula ter-
mostática mezcladora previa a consumo.

Agua Solar: 5 a 60°C y mas

36
Las calderas de microacumulación se han desarrollado con el fin de obtener una respuesta mas homogénea ante las
demandas de ACS. ahora bien para su integración en instalaciones de energía solar será preciso incrementar el volumen
de acwnulación, sin llegar a las capacidades habitualmente empleadas en calderas de acumulación; se proponen volúme-
nes de 10 a 20 1, en lugar de los 40 a 65 habituales en acumulación, por este motivo en el presente apartado se ha emple-
ado la denominación de miniacumulación.

2.2.4.- Prevención de la legionelosis.

Recientes estudios demuestran que casos esporádicos de legionelosis se contraen en sistemas de ACS de viviendas por lo
que este tipo de fuente no puede menospreciarse; hoy en día se tiende a reducir el tiempo de hospitalización y esto influ-
ye en una mayor posibilidad de existencia de riesgo en el propio domicilio. Por todo ello se debe pues prevenir el riesgo
en este tipo de instalaciones y se debe prever la necesidad de realizar un tratamiento de emergencia.

Los depósitos de acumulación asociados a los sistemas de captación de energía solar incrementan el riesgo frente a los sis-
temas de producción instantánea: por ello lo mas adecuado es programar las regulaciones indicadas para temperaturas de
60°C, de manera que el agua de consumo previamente a su uso pase por temperaturas que reducen el riesgo de legione-
losis; para compatibilizar el aprovechamiento de la energía solar con esta prevención la solución más adecuada es la de
mezcla en salida, de manera que la caldera puede regularse a 60°C y dist:Tibuir a w1a temperatura compatible con el uso;
el apoyo sobre la acumulación también se adecua correctamente, sobre todo las soluciones con doble depósito o miniacu-
mulación. que pennitirían mantener, en pequeños volúmenes, temperaturas de hasta 70°C de modo permanente.

2.3.· EDIFICIOS COLECTNOS CON CALEFACCION Y/0 ACS CENTRAL

Esta es la solución correspondiente al resto de edificios con producción de ACS centralizada, como hospitales, hoteles,
residencias, polideportiYos, etc.: la integración del sistema solar en la instalación central de calefacción y ACS es mas

ElmRD R <J I[> SAlA DECAlDERAS

1
i
1

FUNCIONAMIENTO
NORMAL

ElmRD R <JI[> SALA DE CAlDERAS

1
1 RETORHO
1

CHOQUE TERMICO
DEPOSITOS SOLARES

Figura 2.13: Integración de instalación solar en instalación central de ACS.

37
DTIF K.O; i"STALACIONLS SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓS DE ACS
sencilla que con instalaciones individuales, ya que el sistema solar se conecta en serie con el sistema de ACS central, a
partir de ese punto la instalación central no se altera.

En el depósito correspondiente a la instalación central se puede mantener el agua de manera permanente a las tempera-
turas indicadas en el Real Decreto 865/2003; con la peridocidad adecuada al tipo de edificio, se puede realizar el cho-
que térmico utilizando el intercambiador de calderas (figura 2.13).

HE4 3.3.3.1: 4 Únicamente con el fin y con la pe1iodicidad que contemple la legislación vigente refe-
rente a la prevención y control de la legionelosis, es admisible prever tm conexionado
puntual entre el sistema auxiliar y el acumulador solar. de tonna que se pueda calentar
este último con el auxiliar.

38
 3. COMPONENTES.

Se describen las características constructivas y funciona les del captador solar como e lemento fundamen-
tal, específico y diferenciador de las instalac iones solares térmicas.

Sobre el resto de componentes de una instalac ión solar, y dado que habitualmente se utilizan elementos co-
munes a otras instalaciones térmicas, se rev isan los aspectos s ingulares considerados en base a:

- Las especiales condiciones de fun cionamiento que lleva consigo una insta lación solar, entre las que des-
taca la variabilidad de la fuente de energía de entrada y por tanto, la modificación de las condiciones de
funcionamiento: potencia, temperaturas, etc.

-La importancia otorgada al rend imiento de la instalación y a las causas que lo modifican (estratificación,
equilibrados hidráulicos, pérdidas térmi cas, etc.).

Esta última circunstancia es igualmente aplicable a todas las instalac iones térmicas convenciona les; en la
actualidad, aunque en menor medida que hace pocos años, siguen tomándose en el diseño y cálculo de ins-
talac iones solares consideraciones habitualmente utilizadas en las instalaciones convencionales, esta
"inercia" tecnológica ha de ser necesariamente venc ida por parte de los técnicos del sector con el objetivo
fina l de conseguir instalaciones solares fiables, eficientes y duraderas.

3.1.· CAPTADOR SOLAR. Caja

El captador solar es un intercam-

Cubierta
biador de calor en el que la radia-
ción solar se transforma en energía
térmica. aumentando la temperatu-
ra del fluido que circu la a través
de él, al mismo tiempo se calienta
el conjunto del captador. Existen
diversos tipos de captadores sola-
res: planos con diferentes varian-
tes (de vacío, CPC, etc). otros Colector Tubería
como c ilíndrico parabólicos, etc. Juma Cubiena transparc~~~ Absorbedor
En las instalaciones solares para .·
...........···· ~...............................-·· ........
producción de ACS se emplea ma-
yoritariamente el captador solar .....--····"···-----······--········
___

plano. en la figura 3.1 se muestran

sus componentes principales.

3.1.1.- Principio de funciona- \

' ·----.Caja \\ Tuberia
miento. \ Aislamiento \ Colector
'
La radiac ión solar, de longitud de Figura 3.1 : Esquema y sección transvesal de un captador
onda corta (0,2 a 3 )lm), que atra- solar plano.
viesa la cubierta transparente inci-
de sobre el absorbedor aumenta la
temperatura de este último y de todos los e lementos de su entorno (fl uido de trabajo, etc.). El a bsorbedor
al ca lentarse, emite radiación térmica de onda larga (7 a 14 )lm) que no puede salir a l exterior, debido a
que la cubie rta transparente es opaca frente a esta radiación infrarroja. Este fenómeno de selectividad trans-
mi siva es e l responsable de que se produzca e l denominado efecto invernadero e n e l captador solar es de-

39
DTlE. 8.03 INSTALACIONES SOLARES TERMIC"AS PI\RI\ PRODUCCIÓN DE.I\CS
 cir, que la radiación solar entra en su mayor parte en el dispositivo y la radiación infrarroja que se genera
e n él, no puede salir.

Cubierta
transparente

Onda corta

Absortancia Alta
Reflectancia (p): Radiación Reflejada 1 Radiación Incidente.
Absortancia (a): Radiación Absorbida 1 Radiación Incidente.
Transmitancia ('t): Radiación Transmitida 1Radiación Incidente.
Emisividad (e): Radiación Transmitida 1Radiación Incidente.

Figura 3.2: Selectividades Transmisiva y Adsorbente en un captador solar plano.

La transferencia de calor por conducción y convección que tiene lugar desde el absorbedor a l nuido de trabajo
aumenta la energía interna del flu ido; la circu lación de éste produce la evacuación de la energía generada y la
dism inuc ión de la temperatura del absorbedor. Esta dism inución de la temperatura del absorbedor reduce las
pérdidas tém1icas por radiación, convección y conducción de l conjunto, de modo que los mismos se mantienen
en niveles razonables.

La cubierta transparente dism inuye las pérd idas por convección, ya que evita el contacto directo del absorbedor
con e/ aire ambiente. Las pérdidas por radiación disminuyen a medida que la cubierta presenta mayor opacidad
frente a la radiación emitida por el absorbedor. Con objeto de m inimizar las pérdidas térmicas por conducción
a través de los laterales y la parte posterio r de la carcasa, se coloca material aislante en los laterales y parte pos-
terior del absorbedor.

Las pérdidas térm icas por convección y radiación en un captador plano son normalmente las más importantes
y se producen en un porcentaje e levado por la cara anterior (dirigida a la radiación solar) del captador.

3.1.2.- E lementos principales.

En la secció n transversal de la figura 3. 1 se muestran los principales elementos de un captador solar plano.

40
 a) Absorbedor

Es el componente donde se produce la conversión de la radi ac ión solar en e nergía térmica. consiste en
una superficie plana constituida por una lám ina, o varias aletas m etálicas, ad heridas a un circuito hi-
dráulico a través del cual circula e l flu ido de trabajo para evacuar la energía ca ptada.

E l material habitualmente empleado en la lám ina, o aletas, que constituyen e l absorbedor es e l cobre y.
en algunos diseños, al uminio o acero. El cobre también es e l material más e mp leado e n las tuberías de-
bido a sus adecuadas propiedades térmicas (d estacan d o s u alta d ifusibi lidad) y mecánicas. Su compor-
tamiento frente a la corrosión y s u e le vada durabil idad tamb ié n lo hacen especia lmente adecuado.

Las características ópticas del absorbedor (reflectancia. absortancia y emisividad) t ienen un a g ran in-
flu encia en el rendimiento de con vers ió n de la radi ación solar incidente en energía térmi ca, debido a
que afectan directamente a las ganancias y pérdidas por rad iac ión d el captador s olar. Es tas caracterís-
ti cas quedan definidas, además de por el tipo. form a y materiales del absorbedor, por el tratam iento ex-
teri o r (negro o selectivo) del mis mo.

En el tratamiento negro se busca aumenta r la absortancia del absorbedor mediante la utilización de pin-
turas negras compu estas de pigmentos y disolventes que facilitan la adherencia de la pintura al absor-
bedor. Los tratamientos selectivos (mediante procesos de pul ve rización, e lectrodeposiciones d e meta-
les y subsiguiente ox idación, etc.) se caracterizan porque disminuyen la emisividad del absorbed or en
las longitudes de onda (7 a 14 ¡.tm) en las que se emite la radiación infrar roj a. producida por el absor-
bedor, manten ie ndo elevada la a bso rtancia en las longitudes de onda (0,2 a 3 ¡.tm) en las que se recibe
la radiación solar qu e incide so bre e l absorbedor, e fecto conocido como "selecti v idad absorbente".

* Diseños típicos

E l absorbedor debe garan tizar un ó ptimo co ntacto entre su superficie y el circuito de evacuación de ca-
lor, con el fi n de obtener la mayor transmisión de energía posible.

Existe una gran di ve rs idad de modelos de abso rbedores e n funció n de la configuración del circuito hi-
dráulico interno. En la actualidad el modelo más utilizado es e l absorbedor en forma d e parrilla de tu-
bos. si bien también se emplean los absorbedores tipo serpentín. de placa plana, etc.

- Absorbedor en forma de parrilla de tubos.

Está constituido (figu ra 3.3) por va ri as tuberías paralelas co nectadas a dos co lectores (conductos de
distribución ) de mayor diámetro formando la deno m in ada "parri lla de tubos".

La distancia de separación entre tuberías paralelas resulta del compromiso entre la maximización del
calor tra nsferido al fluido de trabajo y la reducción de los costes de producción. las mas habituales son
de lO a 12 cm. Es te absorbedor se caracteriza por presentar una pérdida de carga relativamente peque-
ña (ya que e l fluido c ircula a través de las tuberías paralelas además d e por los dos conductos de di s-
tribución).

E n esta configuración se ha de prestar especial atención a l eq uilibrado hidráulico. ya que al poder cir-
cular distintos cauda les por cada tubería paralela, pueden aparecer desequilibrios hidráulicos y térmi-
cos no deseables. La distribución de l caudal de c ircu lación a través del absorbedor depende de la rela-
ción entre la pérdida de carga en las tuberías paralelas y la correspo ndiente a los conductos de
distribució n . Para conseguir que los caudales de circulación a través de cada una de las tuberías para-
le las sean prácticamente iguales, la pérdida de carga en los conductos de distribuc ión ha de ser muy
baja en comparac ión con la de cada u na de las tuberías paralelas del abso rbedor.

41
DTIE 8.03 INSTALACIONCS SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
 Figura 3.3: Absorbedores de parrilla de tubos y tipo serpertín.

- Absorbedor tipo serpentín.

U na única tu be rí a en forma de serpentín constituye el c ircui to hidrá ulico que forma parte de l absorbe-
da r ( figura 3 .3), e l recorr ido hidrá ulico es s uperior a l de parrill a por lo que, aún en e l caso de que la
pérdida de carga unitari a (po r metro lineal de tube ría) a travé s de l serpentín sea similar a l de la tube-
ría paralela de l a bsorbedor de parrilla , la pérdida de carga tota l es s uperio r.

El valor de la pérdid a de carga unitaria depende de l cauda l de c irculació n y de l diá metro de la tubería
s in que se pue da gene rali za r a pr iori có mo son estos valores e n términos comparativos entre ambos ti-
pos de absorbe dores (serpe ntín, parrilla de tubos), siend o este un dato que e l fabricante debe propor-
c ionar en s u documentac ió n técnica.

b) Cubierta transparente.

Es un ele mento plano de ma teria l t ra nsparente a la radi ac ión so la r q ue cumple los siguientes obj eti vos:

- Red ucir las pérd idas térm icas del abso rbedor por con vecció n. La cámar a de ai re existente entre el a h-
sorbedor y la cubierta redu ce las pérd idas por convecció n al evitar el contacto d irecto del absorbedo r
con el a m biente exterior y las de conducció n, po r encontrarse la cara exteri or de la cubi e rta a una
temperatura inferior a la de l absorbedo r.

- R ed uc ir las pérdid as térmicas del a bsorbedo r p o r radiación . Para esto, además de permiti r que la ra-
d iac ió n solar a trav iese la c ub ierta, debe consegu ir q ue la radi ación em it ida por el absorbedo r no sal-
ga a l exte ri or.

- Asegura r, conj unta mente con la carcasa, el c ierre del ca ptado r y proteger al abso rbedor frente a los
agentes exteriores (humedad, etc.).

La cara fr ontal de la cubierta ha de tene r una alta transmi tancia, y baja refl ectancia y absortancia, res-
pecto a la radiación solar (de o nda corta). Si n e mbargo, la cara infe rio r ha de reflej ar mayor ita ri am en-
te (alta reflec ta nc ia) la rad iac ió n de onda larga emi tida por e l absorbedo r (figu ra 3.2) y presentar va-

42
 lores bajos de absortancia y transmitanc ia. Tanto el material de la cubierta como la geometría de la misma han
de ser seleccionados en base a estos criterios.

En la figura 3.4 se representa la transmitancia de un vidrio solar en función de la longitud de onda y las distri-
buciones espectrales normalizadas de la radiación emitida por cuerpos negros a 6.000 K (similar a la distTibu-
ción espectral de la radiación solar) y a 400 K. Se observa que el cuerpo a 6.000 K emite básicamente en lon-
gitudes de onda inferiores a 3 ¡.¡m, por lo que este vidrio deja pasar prácticamente toda la radiación emitida por
el m ismo. Sin embargo, para el cuerpo a 400 K presenta un comportamiento diferente e impide que la rad iac ión
pase a través suyo, ya que la emisión se produce en longitudes de onda superiores a 3 ¡.¡m.

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----------------1 0.1
o o
0.1 _, 10 100
Longitud de Onda (,•·m)

Figura 3.4: Distribución espevtral de la radiación emitida por cuerpos negros y transmitancia
del vacío.

Las cubiertas transparentes deben tener las características de resistencia y durabilidad necesarias para que funcionen a lo
largo de su vida útil; en su diseño debe considerarse la resistencia a los efectos del clima (viento, granizo, lluvia, radia-
ción ultravioleta, etc.), por estos motivos se utilizan mucho más las cubiertas de vidrio que las de plástico transparente.

e) Aislamiento.

Se coloca en los laterales y en el fondo de la carcasa para reducir las pérdidas térmicas por conducción. Los materiales
utilizados deben comportarse adecuadamente frente a temperaturas elevadas (como míillrno la temperatura de estanca-
miento del captador) y no deben vaporizar dentro del rango de temperaturas de trabajo ya que si lo hicieran podrían dis-
minuir las propiedades ópticas de la cubierta y/o del absorbedor. Además de por la temperatura, el material aislante se
puede deteriorar por la entrada de agua en el interior del captador que puede IJevar a incrementos de volumen del mate-
rial aislante que deformen el captador, a la pérdida de sus propiedades aislantes, etc.

d) Carcasa o caja.

Junto con la cubierta, constituye el contenedor del resto de componentes del captador, los protege de la
intemperie y da r igidez al conjunto. El diseño de la carcasa debe presentar resistencia mecánica sufí-

43
DTlE 8.03 INSTALACIO"ES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
ciente para soportar tanto las condiciones de montaje como las de uso, y el material debe tener un buen
comportamiento fre nte al ambiente exterior y a las condic iones de funcionamiento.

El diseño del captador debe prever la distinta dilatación térmica de todos los materiales que lo compo-
nen ; en particular se deben incorporar juntas elásticas entre la cubierta y la carcasa. El materia l de es-
tas juntas debe ser resistente a la radiación solar, altas temperaturas y humedad ; debiendo mantener
esas propiedades durante mucho tiempo.

Co nviene hacer hincapié en dos características globales:

-Su alta durabilidad manteniendo sus propiedades fundamentales.

- Su peso, lo más bajo posible, que facilita e l montaje y disminuye las cargas sobre las cubier-
tas so bre las que se vaya a montar.

3.1.3.- Caracterización del funcionamiento.

Los flujos energéticos que tienen lugar en un captador solar se muestran en la figura 3.5:
El balance energético en un captador solar establece que la energía útil captada es igual a la energía
so lar absorbida menos las pérdidas térmicas del mismo. La energía solar absorbida es proporcional a
la irradiancia solar (Gen W/m~) inc idente sobre el plano del captador de área A y depende de la trans-
mitancia de la cubierta transparente (t ) y de la absortancia del absorbedor (a ); las pérd idas se pueden
considerar proporcionales a la diferencia entre una temperatura representativa del captador (T.) con la
del ambiente (Tamb) a través de un coeficiente global de pérdidas térmicas (U1..). También resulta im-
portante considerar la temperatura equivalente del entorno del captador (la bóveda celeste y las super-
ficies posterior y lateral) en cuanto a las pérdidas por radiac ión infrarroja. De esta forma, y en prime-
ra aproximación, la energía útil rea l aportada por el captador (Qu) se puede expresar mediante la
ecuación:

Ecuación 3.1

Con objeto de considerar la eficiencia de la transferencia de calor entre el absorbedor (ca ptador) y el
nu ido de trabajo. se defi ne el factor de eficiencia (F) del captador como e l cociente entre la energía
útil obtenida y la energía que se obtendría si la temperatura del captador fuese igua l a la temperatura
representativa del fluido de trabajo (Tr).

Ecuación 3.2

En el caso ideal de que la resistencia térmica a la transferencia de calor fuese nula, las temperaturas Tr
y Tr serían iguales y F sería la unidad. En realidad F siempre es positivo y menor que la unidad. Por
tanto:

Ecuación 3.3

Este factor F toma diversos valores dependiendo de la temperatura representativa del fluido considerada, que
puede ser la de entrada al captador (T.), la de salida (T,) o la media de ambas (T m= (Te+ T 5)/2). Se emplean con
más frecuencia Te y T m·

44
 Irradiación solar.
Pérdidas ópticas.
Pérdidas térmicas por
convección y conducción.
QJ Energía útil.

Figura 3.5: Balance energético en un captador plano.

En el análisis mostrado a continuación se considera como temperatura representativa del fluido la temperatura
de entrada T., en este caso el factor de eficiencia se denota como F rt, expresándose la energía útil real

Q u = FR. A ·1 G. {"t. a) - UL. (Te- Tamb)l Ecuación 3.4

La energía útil conseguida en el captador se emplea en calentar e l caudal másico del fluido de trabajo que cir-
cula a tTavés del captador, es decir en a umentar su entalpía, o su energía interna (m·Cv·LlT) s i el fluido no cir-
cula en el intervalo de tiempo considerado. Por tanto:

Ecuación 3.5

s iendo:

m : caudal másico del fluido de trabajo

Cr : calor específico a presión constante del fluido de n·abajo: cuando el fluido está en forma líquida, práctica-
mente ig ual al de vo lumen constante.

E l rendimiento (11) de un captador solar plano se define como el cociente entre la energ ía útil generada y la ra-
diación solar incidente sobre el captador:

Ecuación 3.6

45
DTIE 8.03 1:\STALACION"ES SOLARES 1ERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
Por tanto, para un intervalo de temperaturas del fluido de trabajo en el que, prácticamente, se pueda considerar UL cons-
tante, el rendimiento instantáneo es función lineal de (T.-Tamb)/G.

En la figura 3.6 se observa que para una irradiancia G dada, a medida que aumenta la diferencia de temperaturas entre
el captador y el ambiente, disminuye el rendimiento del captador por lo que interesa destacar que, para las mismas con-
diciones extemas de irradiancia y temperatura ambiente, el rendimiento de w1 captador solar disminuye cuando aumen-
ta la temperatura del fluido de entrada al mismo.

o
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1

1
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1
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1 1 1 1 1
1 1 1 1 t
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1

o 1 1 1 1 1

o 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

Figura 3.6: Curva de rendimiento de un captador solar plano.

Dado que los ensayos instantáneos de los captadores se hacen en régin1en de circulación cuasiestacionaria, de las ex-
presiones anteriores las mas empleadas son las 3.4. 3.5 y 3.6.

De la función de rendimiento se obtienen los siguientes parámetros característicos de un captador solar:

- FR.('ta). Factor óptico, o factor de ganancia, es el rendimiento del captador cuando la diferencia de temperaturas entre
el captador y el ambiente es cero; también se conoce como rendimiento óptico del captador y se representa como T\o,
siendo su valor del orden de 0,8.

- FR.UL. Factor de pérdidas, es la pendiente de la recta de rendimiento.

HE4 3.3.1: 2 En Lma instalación de energía solar. el rendimiento del captador. independientemente de la
aplicación y la tecnología usada. debe ser siempre igual o supe1ior al 40 % (T\n ~ 0.40).

HE4 3.3.2.1: 3 En las instalaciones destinadas exclusivamente a la producción de ACS mediante ener-
gía solar, se recomienda que los captadores tengan un coeficiente global de pérdidas. re-
feiido a la cw·va de rendimiento en función de la temperatura ambiente y temperatura de
entrada, menor de 1O W/(m~· C). según los coeficientes definidos en la nonnativa en vi- 0

gor. (FR-UL ~ lOW 1m2•0 C).

46
 A medida que se alcanzan temperaturas elevadas en el captador solar se pueden cometer errores inaceptables
modelando las pérdidas térmicas exclusivamente mediante el coeficiente lineal y constante Ut., en estos casos
es necesario expresar la curva de rendimiento mediante la siguiente ecuación de segundo orden:

T) = T)o- U u· (Te - Tamb) 1 G- Uu· (Tr - Tambi/ G Ecuación 3. 7

En la que las pérdidas té1micas son definidas por dos coeficientes {lineal ULI y cuadrático ULz) de transferenc ia
de calor. Evidentemente, a medida que estos valores son más altos disminuye el rendimiento del captador cuan-
do aumenta el término (T.-Tamb)/G.

En general. la potencia tém1ica útil captada (PC) que se puede extraer de un campo de captadores solares se ob-
tiene a partir de la siguiente expresión:

Pe= 11 · A· G Ecuación 3.8

Que alcanza su valor máximo cuando son máximos el rendimiento (r¡ = r¡ 0) y la irradiancia G. La potencia
térmica PC es una función que depende de parámetros climáticos (irradiancia, temperatura ambiente y del
entorno del captador) y de los parámetros de funcionamiento del sistema de captación solar: área de cap-
tadores, curva de rendimiento (factor óptico, coeficientes de pérdidas térmicas), etc.

3.1.4.- Homologación de los captadores solares.

Según se especifica en la Orden ITC/7 1/2007 de 22 de enero (BOE de 26 de enero de 2007) los captado-
res solares de calentamiento de líquido se homologaran con la norma UNE EN 12.975. Con ello se tiene la
garantía que todos los fabricantes deben someter sus productos a las mismas condiciones de ensayo, por lo
que proyectistas e instaladores dispondrán de datos homogéneos.

En la tabla 3.1 se muestran los datos del informe de conformidad del ensayo, según la citada norma.

Además de las características físicas del captador se tiene la curva de rendimiento conforme a lo indicado
en el apartado 3.1.3 , asimismo en la ficha se incluyen una serie de datos que van a ser necesarios para el
diseño de las instalaciones, como: presiones de trabajo, caudal del fluido portador, pérdidas de carga, etc.

Mención especial merece la denominada temperatura de estancamiento que es la que alcanza el captador
cuando, expuesto a una irradiancia incidente de 1.000 W/m 2 y a una temperatura ambiente de 30°C. a su
través no circula el fluido contenido en el mismo. La temperatura de estancamiento es una característica
intrínseca del captador y se puede deducir de la curva de rendimiento ya que al ir aumentando la tempera-
tura, aumentan las pérdidas térmicas, hasta que se a lcanza un equilibrio con rendimiento nulo.

3.1.5.- Orientación. inclinación y sombras.

Uno de los objetivos básicos que se debe plantear en una instalación solar es el de maximizar su produc-
ción energética durante e l periodo de utilizació n; para lograrlo, entre otros aspectos como la variación de
la demanda de energía, se ha de tener en cuenta que en un determinado periodo de tiempo y para cualquier
localidad, la radiación solar incidente sobre los captadores solares depende de la orientación y del ángulo
de inclinación sobre el plano horizontal que presenten estos captadores.

En la figura 3.7 se muestran las trayectorias aparentes del sol en relación a una instalación solar situada en
la cubierta de un edificio en días determinados y representativos del año (solsticios de verano e invierno y

47
DTIE 8.03 INSTAI.ACIO>-"ES SOLARES TER.\ UCAS PARA PRODUCCIÓI\ DI:. ACS
equinoccios de primavera y otoño). Los demás días del año el sol recorre trayectorias aparentes interme-
dias entre las representadas.

INFORME DE CONFORMIDAD (EN 12.975-2)

n° de serie
Plano n°

DEL CAPTADOR
2
mm Area del absorbedor m
2
mm Area de apertura: m
2
mm Area total: m
CIFICACIONES GENERALES

0° de serie
Plano no

6. 1 Exterjor 6.1 Interior 6.3. Exterior

BASADO EN EL ABSORBEDOR BASADO EN EL AREA DE APERTURA
flo

IRRADIA~ClA

Tabla 3.1: Datos proporcionados en el informe de conformidad, según UNE EN 12.975-2.

La radiación solar en una superficie perpendicular a la dirección de propagación de la radiación solar es mayor
que en la misma superficie colocada en cualquier otra posición. Al variar el azimut y la altura solar a lo largo
de un día y con el día del año, e l ángulo de incidencia de la radiación óptimo en una superficie dada no es cons-
tante. La situación óptima se obtendría con una superficie cuya inclinación y orientación variara constante-
mente. Sin embargo. en las instalaciones solares térmicas de baja temperatura los captadores solares adoptan
w1a posición fija por lo que ha analizarse cuidadosamente su colocación para optimizar el comportamiento de
la instalación solar.

48
 En la figura 5.5 se muestra la variación porcentual de la irradiación solar anual incidente sobre una superficie
con una latitud de 4 l 0 Norte. al variar su orientación y/o inclinación; esta figura es aplicable prácticamente a
toda la geografia penins ular: en ella se observa que para cualquier inclinación la orientación para la que se con-
sigue el valor máximo de irradiación global anual es la sw·. Sin embargo, cuando la inclinación de la superficie
no es m uy elevada variaciones en ±50° respecto del sur geográfico no suponen dism inuciones superiores a l 5%
de la irradiación global anual. por lo que generalmente se admiten sin grandes reservas que los captadores so-
lares se instalen orientados dentro de este rango (sur ± 50°).

Solsticio de inviem

E Salida del Sol

Figura 3.7 : Posición del sol en días representativos del año.

. .

Respecto a l ángulo de inclinación se observa que para aproximadamente entre 10° y 50° de inclinación sobre el
plano hori zontal no se producen reducciones significativas del valor de la irradiación anua l (inferiores al 5% so-
bre el máximo). De la figura anterior también se deduce que a medida que los captadores se desorientan res-
pecto del sur el ángulo de inclinación de estos ha de ser infer ior para evitar reducciones más importantes.

Se ha de destacar que dependiendo de la época del año las variaciones en la irradiación global debidas a cam-
bios en la inclinación sí pueden ser significativas. En la figura 3.8 correspondiente a Sevilla, para la orientac ión
sur, se muestra para diferentes inclinaciones el valor de irradiación global diaria media para cada mes. Se ob-
serva que dependiendo del mes del año considerado el ángulo de inclinación más favorable (aquel q ue rec ibe
mayor radiación solar) varía.

Para determinar la inclinación má adecuada de los captadores solares se ha de decidir previamente el cri terio
de optimización a seguir en el proceso de cálculo de la instalación (maximización de la energía generada anual-
mente, mantenimiento de un nive l mensual mínimo de energía aportada, etc.) así como conocer la curva de de-
manda de energía prevista .

El ángulo de inclinación para el que se consigue maximizar la radiación solar captada a lo largo del periodo
a nual es aquel que coincide con la latitud de la localidad en cuestión. Sin embargo, existen otros factores (va-
riabilidad de la curva de la demanda de energía. etc.) que determinan que puede interesar emplear una inclina-
ción dife rente a la de la latitud del lugar. Es decir, la inclinación que maximiza la radiación solar captada pue-
de ser diferente de la inclinación que maximice la producción energética úti l de la instalación solar

49
DTIE 8.03 INSTALA( IONES SOL'\ RES TER.\ IICAS PARA PRODI..:t'CIÓl\ DL ACS
Al aumentar la inclinación de los captadores se incrementa la cantidad de radiación solar recibida por estos du-
rante el periodo invernal. Por tanto, esta medida se suele adoptar en los casos en los que la aplicación necesite
priorizar la época invernal, en cuyo caso. habitualmente. se utilizan inclinac iones alrededor de 1O o !5° supe-
riores a la latitud.

Para max imizar la radiación solar durante el verano se ba de disminuir el ángulo de inclinación de los captado-
res respecto de la latitud (en torno a 1O o 15° menos).

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10

5
- 0° - 15° 30°
·····45° --- 60° 75°

o
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Figura 3.8 : Variación diaria media mensual de la irradiación global con el ángulo de inclinación
sobre el plano horizontal en Sevilla.

HE4 2.1: 11 Se collSiderará como la orientación óptima el Sur y la inclinación óptima. dependiendo del
periodo de utilización, uno de los valores siguientes:
a) demanda anual constante: la latitud geográfica.
b) demanda preferente en invierno: la latitud geográfica ~ 10°.
e) demanda preferente en invierno: la latintd geográfica - 10°.

*Sombr as

Para optimizar la radiación solar global incidente sobre los captadores solares se ha de redu cir el campo de
sombras arrojado sobre estos; en el aná lisis de las mismas se ha de tener en cuen ta construcciones anexas,
el crecimiento de árboles, etc.

La valoración de las pérdidas de radiación debidas a l campo de sombras creado por los diversos obstácu-
los sobre los captadores solares, se realizará como se indica en el apartado 3.6 del documento HE4, para
e llo se utilizará el diagrama de las trayectorias del sol, inc luido en el HE4 (fi gu ra 3.9), asociado a las ta-
blas del apéndice B del mismo documento.

50
 La distancia entre fil as se determinará de modo que las pérdidas por las sombras generadas entre ellas estén
comprendidas en valores admisibles por el propio CTE.

Elevación CO)
80

20

-120 -90 -60 -30 o 30 60 90 120

AzimutCO)
Diagrama de trayectorias del Sol. [Nota: Los grados de ambas escalas son sexagesimales].

Figura 3.9: Diagrama de las trayectorias del sol. Latitud 41° (HE4).

3.1.6.- Conexiones.

El diseño habitualmente modular del sistema de captación de una instalación solar térmica req uiere re-
solver adecuadamente la distribuc ión de los captadores solares y su conex ión, garantizando que sean si-
milares las condiciones de funcionami ento de todos ellos.

Es imprescindible lograr una distribución uniforme de caudales en todos los captadores, para obtener
sa ltos de temperatura homogéneos que proporcionen rendimie ntos similares en cada captador y, por tan-
to, el mejor re ndimiento g lobal.

Por e llo, el diseño de un sistema de captación solar requie re s u correcto equilibrado hidráulico y que esas
condiciones se mantengan inaltera bles en el tiempo.

A continuación se analizan las conexiones más habituales de los captadores so lares, del rango de 2m 2
(entre 1,5 y 2,5), que disponen de cuatro bocas de conexión (cada una de ellas cerca na a cada extremo
del captador).

En primer luga r se analiza el diseño de las baterías y, posteriormente, el del conjunto de baterías. Se de-
nomina batería a la agrupación de captado res, normalmente instalados sobre una estructura com ún, in-
terconectados entre e llos, de for ma que exteriormente se comporte como un ún ico captador de mayo r ta-
maño. La configuración de una batería debe garantizar que todos los captadores que la componen
funcionan igual.

51
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TER/.UCAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
a) Agrupación de captadores en baterías

Cuando se interconectan varios captadores entre sí para formar una batería, normalmente, se pretende
que circule el mismo caudal de fluido a través de cada captador, siendo el caudal total suma de los cau-
dales individuales que circulan por cada captador, por este motivo se utiliza la conexión en paralelo y,
en fu nc ión de que los colectores de distribución sean exteriores o interiores, se diferencia entre dos po-
sibles formas de conexión:

* Paralelo exterior

Se utilizan tuberías exteriores a los captadores (figura 3. 1O); las cuales deben diseñarse y dimensionarse
de modo que se logre una distribución uniforme de caudales en los distintos captadores.

* Paralelo interior

Prácticamente todos los fabricantes de captadores ofrecen la posibilidad de conectarlos en paralelo entre sí, sin
necesidad de utilizar tuberías exteriores (figura 3.11) lo que simplifica la instalación; para ello, los captadores
disponen de tuberías (colectores) en la parte inferior y superior con diámetros superiores a las del resto del ah-
sorbedor (tuberías paralelas de los absorbedores en fom1a de parrilla, tubería en forma de serpentín, etc.).

Func ionalmente el paralelo interior es similar al exterior, pero con un diseño de tuberías de sección constante;
para evitar el desequilibrio hidráulico se ha de asegurar que la pérdida de carga asociada a los colectores distri-
buidores sea pequeña, en relación con la del resto de tuberías del absorbedor (tuberías paralelas, serpentín), de
forma que estas últimas mantengan la autoridad del circuito en términos de pérdida de carga.

La relación de pérdidas de carga entre distribuidores tuberías del absorbedor es la que limita e l caudal de agua
que puede circular por una batería y, por tanto, el número de captadores que se pueden conectar en paralelo in-
terior; siendo este un dato habitualmente proporcionado por los fabricantes en la documentación técnica.

A medida que disminuye el porcentaje de la pérdida de carga total en e l sistema de captación, que es debida a
los colectores distribuidores, aumenta el número de captadores que se puede conectar de acuerdo a esta confi-
guración. En estos casos al ser la pérdida de carga en el interior de cada captador muy superior a la de los co-
lectores distribuidores, cada captador se convierte en elemento controlador del sistema de captación facilitán-
dose, de esta forma, que se consiga una distribución uniforme de l caudal de circulación entre los d istintos
captadores que constituyen la batería.

52
 Fluido . tiente

Fluido

Cuando se requiera, para la conexión de una determinada batería, que la tubería de entrada esté en el mismo ex-
tremo que la tubería de salida debe utilizarse una tubería exterior que realice el recorrido inverso; de no hacer-
se así se producen desequilibrios hidráulicos entre los captadores que constituyen la batería, de manera que cir-
cula mayor caudal por los más cercanos a las tuberías de entrada y salida y menor por los más lejanos, lo que
provoca saltos térmicos diferentes en cada captador de la batería y. por tanto. que la instalación no se comporta
de manera óptima.

Fluido Caliente ( FC')

<><

! 1t

<>
Fluado Frío ( FF) FF FF

Figura 3.12 : Batería de captadores no equilibrada.

En la figura 3.12 se representa esta última situación de forma gráfica, por los captadores más alejados de
las tuberías de entrada y de salida circula menos nuido (representado por la disminución del vo lumen con-
tenido en cada captador). por el contrario el fluido contenido en estos captadores más alejados alcanza ma-
yores temperaturas.

b) Agrupación de baterías.

Las baterías de captadores solares se pueden conectar entre s í en paralelo o en serie. Se recomienda que las ba-
terías a conectar sean iguales ya que de otra fo rma para que presenten el mismo comportamiento (iguales saltos
de temperatura) se han de tomar medidas particulares (regulac ión de caudales, etc.).

* Conexión en paralelo.

Cuando se neces ita conectar baterías de captadores en paralelo entre sí se realiza siguiendo el esquema de la fi-
gura 3.13. Con la conexión en paralelo se distribuye un determinado caudal de circulación por las distintas ba-

53
DTIE 8.0:1 1'-'STAl.ACIONES SOLARES TERMICAS Pt\RA PRODUCCIÓ\ DF ACS
terías de fonna que el caudal total es suma de las caudales individuales de cada batería. Se considera como pér-
dida de carga la correspondiente al circuito que se puede establecer a través de las distintas baterías que pre-
sente mayor pérdida de carga.

Figura 3.13 : Conexión en paralelo de dos baterías de captadores.

En este caso, que es similar a la conexión en paralelo exterior de captadores. para que exista equilibrado hi-
dráu lico también se ha de cumplir que la pérdida de carga de cada camino hidrául ico sea idéntica, para lo cual
la pérdida de carga de la batería de captadores debe ser significativa en relación con la pérdida de carga total
del sistema de captación. En este sentido se recomienda que, para cualquier camino hidráulico posible, la pér-
dida de carga de las tuberías de conexión a la batería de captadores que fom1a parte del camino elegido sea muy
baja (máximo del 30%) en comparación con la pérdida de carga total del sistema de captación.

* Conexión en serie.

Mediante este tipo de conexión (figura 3.14) el mismo fluido y caudal de circulación pasa a través de las bateiÍas co-
nectadas entre sí. Por tanto, el caudal total es igual al caudal que circula por cada una de las baterías y la pérdida de car-
ga del circuito corresponde a la suma de la pérdida de caTga de cada una de las baterías conectadas entre sí.

Fluido Frío

Figura 3.14 : Conexión en serie de dos baterías de captadores.

54
 El fluido se va calentando a medida que pasa por cada batería por lo que, para un mismo caudal y de acuerdo a la fun-
ción de rendimiento de un captador solar, va disminuyendo el rendimiento de los mismos. Esta disminución de rendi-
miento de cada batería en relación con la anterior de su serie es la base del crite1io que se ha de seguir para establecer el
límite al número máximo de conexiones en se1ie que se pueden realizar entre baterías. Este limite depende fundamen-
talmente del rendimiento del captador y de los caudales en circulación.

e) Campo de captadores.

En grandes instalaciones se pueden emplear todos los tipos de conexión mostrados anteriormente: las baterías de capta-
dores normalmente están constituidas por captadores conectados en paralelo interior entre sí y las baterías se conectan
entre sí en serie o en paralelo. Las agrupaciones de baterías pueden conectarse de forma mixta (serie/paralelo).

Los factores fundamentales que deben considerarse en el diseño del campo de captadores son los siguientes:

- La selección del número de captadores de cada batería

- La distribución homogénea de baterías para facilitar el trazado hidráulico equilibrado
- La modulación del campo en subcampos o agrupaciones de baterías
- La configuración del circuito hidráulico y la longitud de tuberías utilizadas

Cuando se requiera, para un determinado campo de captadores, que la tubería de salida temúne en el mismo extremo que
la tubería de entrada (que es la situación más habitual que se presenta para la conexión de un sistema de captación con
la centralización del resto de componentes) pueden utilizarse las siguientes opciones con objeto de equilibrar hidráulica-
mente el sistema de captación:

-Empleo de una tubería exterior que realjce el recorrido inverso (ida o retomo invertido) para que los cammos hidráuli-
cos sean iguales tal como se muestra en la figura 3.15.

Figura 3.15 : Conexión en paralelo de baterías de captadores con ida invertida.

'

55
DTIE S.OJ I~STALACIONES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
- Instalación de válvulas de equilibrado bjdráulico que permitan regular el caudal de circulación en cada una de las ba-
terías (figura 3.16).

. .
Figura 3.16: Conexión en paralelo de baterías de captadores con válvulas de equilibrado.

Conexión en serie Conexión en paralelo

Conexión en paralelo serie

Figura 3.17 : Diferentes conexiones de baterías de captadores, con llaves de corte y válvulas de
seguridad en cada conjunto.

56
 HE4 3.3.2.2: 1 Se debe prestar especial atención en la estanqueidad y durabilidad de lasco-
nexiones del captador.

HE4 3.3.2.2: 2 Los captadores se dispondrán en filas constituidas, preferentemente, por el

mismo número de elementos. Las tilas de captadores se pueden conectar en-
tre sí en paralelo, en serie ó en serie-paralelo, debiéndose instalar válvulas
de c ierre, en la entrada y salida de las distintas baterías de captadores y en-
tre las bombas, de manera que puedan utilizarse para aislamiento de estos
componentes en labores de mantenimiento. sustitución, etc. Además se ins-
talará una válvula de seguridad por tila con el fin de proteger la instalación.

HE4 3.3.2.2: 3 Dentro de cada fila los captadores se conectarán en serie ó en paralelo. El
número de captadores que se pueden conectar en paralelo tendrá en cuenta
las limitaciones del fabricante. En el caso de que la aplicación sea exclusi-
vamente para ACS se podrán conectar en serie hasta 1O m 2 en las zonas cli-
máticas I y JI, hasta 8 m 2 en la zona Ill y hasta 6 m 2 en las zonas IV y Y.

HE4 3.3.2.2: 4 La conexión entre captadores y entre filas se realizará de manera que el cir-
cuito resulte equilibrado hidráulicamente recomendándose el retomo inver-
tido frente a la instalación de válvulas de equilibrado.

3.1.7.- Cálculo de caudales de circulación.

La determinación del caudal en el circuito primario de una instalación es una solución de compromiso en-
tre rendimiento de captación, rendimiento de acumulación, pérdidas térmicas y consumo eléctrico.

En la figura 5.12 se observa que el rendimiento máximo de una instalación se consigue para un caudal en el
circuito primari o de, aproximadamente, 20 1/h por m 2 de captador (rango de caudal bajo), si se reduce este
caudal unitario se produce un descenso brusco del rendimiento, mientras que aumentándolo se presentan
solo pequeñas disminuciones. Para evitar la reducción apreciable de rendimiento que se alcanza con cauda-
les excesivamente bajos se trabaj a, normalmente, con caudales unitarios comprendidos entre 40 y 60
l/(h.m2).

HE4 3.3.5.1: 2 El caudal del fluido portador se detem1inará de acuerdo con las especificaciones
del fabricante como consecuencia del diseño de su producto. En su defecto su
valor estará comprendido entre L2 1/s y 2 1/s por cada 100m2 de captadores ( 43,2
y 72 1/b por m 2). En las instalaciones en las que los captadores estén conectados
en serie, el caudal de la instalación se obtendrá aplicando el criterio anterior y
dividiendo el resultado por el número de captadores en serie.

Una vez seleccionado el caudal unitario, se tiene el caudal que debe circular por cada tramo de tubería del cir-
cuito hidráu lico. El caudal de diseño global de la instalación se determina a partir del caudal de diseño unitario
y es función del área de captadores solares. A efectos prácticos, el proceso de cálculo del caudal de diseño glo-
bal (Qn) del circuito primario de una instalación consiste en:

l . Seleccionar el caudal de diseño unitario Qd.

2. El caudal Qn es igual al producto del caudal Qd por el área total de captadores A Qn = Qd · A

57
DTlE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TER.Ml CAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
Si el circuito hidráulico forma más de un lazo se debe dimensionar el trazado y el d iámetro de tuberías de
manera que la insta lación se encuentre equilibrada hidráulicamente.

3.2.· OTROS COMPONENTES.

En este apartado se analizan las principales características del resto de componentes de las instalaciones
solares térmicas, los cuales son también empleados e n otros tipos de insta laciones térmicas. por lo que aquí
sólo se consideran aquellos aspectos singulares a los que se ha de p restar especia l atención debido a las
condiciones especia les de funcionamiento de las instalaciones so lares.

3.2.1.- Acumulador.

Una instalac ión sola r térmica para producc ión de ACS requiere un sistema de acumu lación de energía, que
permita acopla r en el tiempo la oferta de radiación solar y la demanda de agua caliente.

La acumulación debe a lmacenar e nergía térmica con la mayor efi ciencia posible: dentro del término efi-
ciencia se engloban la calidad de la estratificación de temperaturas (distribución vertical de temperaturas
a lcanzada en un acumulador) y las pérdidas térmicas.

a) Estratificación de temperaturas.

Cuando un acumu lador se encuentra estratificado la temperatura de l agua es una función de su a ltura ver-
tical, decreciendo la temperatura de la parte s uperior a la inferior.

La cal idad de la estratificación queda configurada por los procesos de:

- Calentamiento o carga térmica.

-Mezcla por circu lación interna o duran te la descarga térmica
- Degradación por tra nsferenc ia térmica

En estos procesos tienen gran importancia la configuración del acum ulador. la situación de las conexiones
y las velocidades de c irculación del fl uido en e l interior.

La eficiencia de una instalación solar aumenta al hacerlo la estratificac ión de temperaturas alcanzada en e l
acumulador porque:

-Cuando existe consumo de agua caliente. a l estar el agua más caliente en la parte s uperior, es ésta la que
va primero hacia e l cons umo consiguiéndose por tanto trasvasa r e l agua a mayor temperatura y retardar,
en su caso, la activación del sistema de apoyo.

- El agua almacenada en la parte inferior se encuentra a me nor te mperatu ra por lo que e l agua que va des-
de e l acumulador hasta los captadores, o el fluido de tra baj o que va desde el intercambiador hacia los
captadores, también está a menor temperatura. En ambas situaciones la temperatura de entrada a capta-
do res es más baj a y por tanto e l rendim iento de éstos aumenta.

E l uso de acumuladores convencionales en instalaciones sola res sue le tener como consecuencia una dis-
minuc ión de la estratificac ión, debido a que, hab itua lmente, se produce la entrada de agua caliente proce-
dente de captadores por la parte superior de l acumulador y en muchas ocasiones e l agua contenida en esta
parte s uperior del acumulador se encuentra a mayor tempe ratura que la de l agua de entrada. En este caso
es evidente que, a pesar de produc irse una gana ncia neta de energía térmica, ya que se sustituye agua a me-
nor temperatura que se ha extraído de la parte inferior del acumulador por agua a mayor temperatura que
se introduce en la parte superior de l acumulador, dismi nuye la estratificac ión en e l acu mulador ya que tie-

58
ne lugar una mezcla en la parte superior entre el agua más cal iente previamente a lmacenada y el agua de
menor temperatura que se introduce en esta región.

Para evitar situaciones como la descrita y aumentar la estratificación se recomienda tomar las siguientes
medidas:

l. Emplear acumuladores de configuración vertical.

2. Incorporar dispos itivos (deflectores, tubos difusores, etc.) en las tuberías de entrada al acumulador que
redu zcan la velocidad de entrada del agua .
3. Situar correctamente las tuberías de conexión. En este sentido se recomienda que:

La tubería de entrada de agua fría descargue al acumulador por la parte inferior de l mismo. Con esto se
consigue, además de mejorar la estratificación de temperaturas, aumentar el volumen útil del acumu la-
dor que participa en los procesos de carga y descarga térmica.

La tubería de salida a l consumo tome el agua de la parte superior del acumulador.

La dispos ición de las diversas tuberías de entrada y de salida facilite el proceso de calentamiento en todo
el acumulador. Para ello se han de emplear sistemas de carga térmica al acumulador que pennitan que el
agua caliente, procedente de los captadores solares, o de un intercambiador exterior, se introduzca a la
cota que le corresponda en función de su temperatura (figura 3.19). También la tubería de ida hacia es-
tos componentes (captadores o intercambiador) debe tomar e l agua de la parte inferior del acumulador.

* Tipos y configuraciones.

Básicamente los acumuladores de las instalaciones solares son similares a los empleados en las instalacio-
nes térmicas convencionales: acumuladores de inerc ia en los circuitos cerrados y convencionales de pro-
ducción de agua caliente sanitaria en los circuitos de consumo.

En la figura 3.18 se muestran ejemplos de acumu ladores d irectos e indirectos (interacumuladores).

Es siempre recomendable ut ilizar acumuladores esbeltos. es decir con un valor alto de la relación
altura/diámetro, ya que favorecen la estratificación. Sin embargo, al aumentar esta relación altura/diáme-
tro aumentan las pérdidas térmicas por lo que el cociente seleccionado debe ser el resultado de la solución
de compromiso entre ambos aspectos.

* Conexiones.

En los acumuladores directos la tubería de ida hacia el sistema de captación, o hacia un intercambiador ex-
terior, debe tomar el agua de la parte inferior, a medida que aumenta la cota de esta tubería a umenta el vo-
lumen de la región "inactiva" o parte del acumulador que a efectos de funcionamiento de la instalación so-
lar no participa en e l proceso de carga térmica del acumulador; este volumen del acumulador es conocido
como "volumen muerto" o "capacidad muerta" y sólo es calentado por conducción de ca lor. Por tanto para
aumentar el vo lumen del acumulador que participa en el proceso de carga térmica (volumen útil) esta tu-
bería ha de tomar e l agua de la parte m ás baja del acumulador.

Tras experimentar el proceso de calentamiento en el captador o, en su caso, en el intercambiador exterior,

el agua caliente que retorna al acumulador puede presentar temperaturas muy diferentes, debido a que la
fuente energética (radiación solar) es va riable por lo que, en caso de conectarse en la parte superior y no
tomarse algún tipo de medida especial, puede entrar a temperatu ra inferior a la contenida en esa zona del
acumulador. Por este motivo siempre es recomendable utilizar algún tipo de mecanismo estratificador que
permita que el agua ca liente de entrada o de retorno pueda descargar a diversas cotas en el acumulador, de
forma que entre en la región que le corresponda de acuerdo a su temperatura.

59
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TE&\IICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
 La entrada de agua fría
dispondrá de un deflector.

Figura 3.18: Puntos de conexión de acumuladores e interacumuladores con serpentín.

Dispositivo estratificador, con salidas Uno de estos dispositivos estratificadores se es-

a diferentes niveles, provistas de quematiza en la figura 3.19. La tubería de retomo
elementos antirretorno; permiten el se encuentra conectada directamente a un tubo si-
paso del agua hacia el depósito, en el tuado en el interior del acumulador con una serie
correspondiente a su de orificios dispuestos a lo largo del tubo a través
de los cuales se produce la descarga del agua de
la tubería de retomo. Cada orificio dispone de
elementos que actúan a modo de válvulas de re-
tención de manera que cuando el agua de entrada
está más caliente que la del agua que rodea exte-
riormente este dispositivo y, por tanto, tiene me-
nor densidad y presión, este elemento impide la
descarga de agua al acumulador. Sin embargo,
cuando se igualan las temperaturas en el interior
y en el exterior este elemento pennite que el agua
entre en el acumulador en su correspondiente "es-
trato térmico". De este modo se consigue produ-
cir estratificación en el proceso de carga del acu-
mulador, evitar mezclas de agua a muy diferentes
temperaturas y disponer siempre del agua más ca-
liente en la parte superior del acumulador.

En los interacumuladores la tubería de agua fría

de ida también ha de estar situada en la región in-
ferior del acumulador para aumentar el volumen
Figura 3.19.: Dispositivo estratificador en el interior que participa en el proceso de carga térmica.
del acumulador.

60
 A medida que e l intercambiador se s itúa mas abajo en el acumulador, se optimi za la transferencia de energía en
forma de calor al agua ya que se encuentra en contacto con el agua más fiía (figura 3. 18).

HE..t 3.3.3.2: 1 Las conexiones de entrada y salida se situarán de forma que se eviten caminos
preferentes de circulación del t1uido y. además:
a) la conexión de entrada de agua caliente procedente del intercambiador, o de
los captadores al interacumulador. se realizará, preferentemente a una altura
comprendida entre e l 50% y el 75% de la altura total del mismo.
b) La conexión de salida de agua fría del acumulador hacia el intercambiador o
los captadores se realizará por la parte inferior de éste.
e) La conexión de retomo de consumo al acumulador y agua fría de la red se re-
alizará por la parte inferior.
d) La extracción de agua caliente del acumulador se realilará por la parte supe-
rior.

HE..t 3.3.3 .2: 2 En Los casos debidamente justificados. en los que sea necesario instalar depósi-
tos horizontales, las tomas de agua caliente y fría, estarán situadas en extremos
diagonalmente opuestos.

b) Pérdidas térmicas.

Las temperat uras en una instalación solar tém1ica varían continuamente pudiendo llegar a alcanzarse valores e le-
vados en los acumuladores (superi ores a 100 °C); los materiales y protecciones de los acumuladores han de se-
leccionarse atendiendo a las temperaturas mencionadas.

Para disminuir las pérdidas térm icas ha de cubrirse toda la superficie exterior del acumulador. tuberías y bocas
de conexión con material aislante adecuado que, en caso de que el acum ulador esté situado al exterior, ha de ser
también res istente a la humedad y a la radiación solar, o se ha de colocar sobre é l algún tipo de recubrimiento
exterior resistente a estos dos factores. Tamb ién se recomienda emplear acumuladores en los que el cociente en-
tre la superficie exterior y el volumen sea bajo; en este sentido resulta más adecuado el empleo de un único acu-
mulador frente a vari os.

3.2.2.- Tntercambiador de calor.

En las instalaciones solares se pueden emplear intercambiadores de calor para aislar e independiza r el circuito
primari o, independizar el circuito de consumo y, en algunas configuracio nes, realizar ambas fu nciones.

A diferencia de una instalación convencional en la que la temperatura de entrada está fijada, en una instalación
solar esta temperatura varía continuamente y puede alcanzar valores muy altos (superiores a 150 °C en los cap-
tadores solares). Estos valores pueden tener reflejo en los circuitos secundario y/o terciario donde también se
pueden alcanzar valores elevados. El empleo de un intercambiador que separe el cir cuito primario del agua de
consumo limita las deposiciones calcáreas en el circuito primari o, especial mente en el sistema de captación, a
la cantidad de cal contenida en el volumen de agua que ci rcula por este circuito.

Adiciona lmente, la utilización de un intercambiador disminuye los riesgos de corrosión en los circuitos cen·a-
dos ya q ue e l contenido de oxígeno disuelto en agua está limitado. El oxígeno es uno de los principales respon-
sables de la corros ión en el sistema de captación, si bien también se han de tomar precauciones en la selección
de los materiales empleados en el correspondiente circuito.

La separación del circuito primario permite uti lizar mezclas anticongelante-agua como flu ido de trabaj o en el circui-
to primario, de esta forma, ya que hay varios elementos situados al exterior (captadores solares, etc.) se puede evitar

61
DTlE 8.03 !NSTALACIONI!S SOLARES TERl"OCAS PARA I'RODUCC'IÓN DE ACS
fácilmente que el Huido de trabajo se congele en el circuito primario aunque la instalación se encuentre en localida-
des donde se alcancen temperaturas ambientes bajas (inferiores a las de congelación del agua).

La independencia del circuito de consumo evita la contaminación de éste debido al empleo de anticongelantes, utili-
zación de acumuladores u otros materiales no aptos para agua potable, etc. que pueden emplearse en circuitos celTa-
dos de calentamiento (primario, secundario y/o terciario).

a) Tipos de intercambiadores

Los intercambiadores pueden encontrarse incorporados en el acumulador o ser externos al acumulador (indepen-
dientes).

El uso de uno u otro tipo está condicionado fundamentalmente por razones técnico-económicas. Como regla general,
a medida que aumenta el tamaño de una instalación solar se uti lizan con mayor frecuencia los intercambiadores ex-
ternos (nonnalmente de placas) ya que aumenta la relación eficiencia/coste de estos. En la actualidad se utilizan ha-
bitualmente intercambiadores de placas a partir de volúmenes de acumulación superiores a 1.000 litros ya que se re-
duce porcentualmente el coste extra que implica la uti lización de estos intercambiadores: bomba de circulación, etc.

Al seleccionar los intercambiadores se ha de prestar especial atención al rango de presiones y temperaturas de traba-
jo que se puede alcanzar en los diversos circuitos donde se encuentren instalados. Especial cuidado, debido a que al-
canzan temperaturas más elevadas. se ha de tomar en el circuito primario. Algunas de las circunstancias que pueden
producirse en caso de superarse las temperaturas y/o presiones de trabajo son alteraciones de las juntas de conexión
en intercambiadores de placas, abombamientos en intercambiadores de doble envolvente, etc.

b) Caracterización del funcionamiento

Las condiciones de diseño a utilizar en el dimensionado deben tener en cuenta que en las instalaciones solares puede
variar continuamente la temperatura de entrada a los intercambiadores; por este motivo las consideraciones siguien-
tes están referidos al intercambiador que independiza el circuito primario y en particular a intercambiadores exterio-
res:

1. En este dimensionado se han de seleccionar los caudales de los circuitos primario y secundario de fonna que las
capacidades caloríficas de ambos fluidos (m, Cp), sean similares en ambos circuitos y, en cualquier caso, nunca sea
inferior la capacidad calorífica del circuito primario.

2. Con objeto de disminuir la potencia eléctrica de bombeo se ha de minimizar la pérdida de carga del intercambia-
dar, que debe ser infe1ior a 2 mCA.

El intercambiador que independiza el circuito de constm1o no presenta ninguna particularidad especial salvo que en
detem1inados casos el agua procedente del acumulador de inercia pueda encontrarse a valores especialmente altos o
bajos. También se recomienda cumplir con las consideraciones anteriores.

HE4 3.3.4: 1 Para el caso de intercambiador independiente, la potencia máxima del ínter-
cambiador P, se determinará para las condiciones de trabajo en las horas cen-
trales del día suponiendo una radiación solar de 1.000 W 'm~ y un rendimien-
to de conversión del 50%. cumpliéndose la condición de P>500·A. (P:
potencia del intercambiador en W, A área de los captadores en m-).

HE4 3.3.4: 2 Para el caso de intercambiador incorporado al acumulador, la relación entre la

superficie útil de intercambio y la superficie total de captación no será infe-
rior a O, 15.

62
3.2.3.- Bomba de circulación.

Se emplean en instalaciones de circulación forzada para hacer circular el fluido contenido en el circuito primario y,
caso de existir, también en el del secundario y/o en el del terciario.

En una instalación solar se pueden alcanzar temperaturas muy elevadas por lo que, especialmente en el circuito pri-
mario, la bomba debe instalarse en la zona más fría (tubería de ida hacia los captadores solares en el circuito prima-
rio). Incluso en esta tubería se pueden alcanzar picos de temperatura máxima de hasta 130 °C por lo que deben to-
marse las medidas corTespondientes para soportarlos, a pesar de que estos picos suelen aparecer con poca frecuencia
y se mantienen durante poco tiempo (segundos o escasos minutos).

Por otra parte, debido a la aleatoriedad de la radiación solar las bombas pueden experimentar arranques y paradas fre-
cuentes por lo que han de estar preparadas para responder adecuadamente frente a estas sihJaciones.

Al ser variable la radiación solar a lo largo del día, y por tanto la fuente energética usada en las instalaciones solares,
puede resultar adecuado utilizar bombas de caudal variable siempre que éstas se mantengan funcionando dentro de
niveles aceptables de eficiencia. Estas bombas presentan la capacidad de regular y controlar el caudal de circulación
variando la velocidad de la bomba por lo que penniten modificar el salto de temperaturas del fltúdo de trabajo a tra-
vés del sistema de captación, controlar los saltos témlicos de los fluidos a ambos lados de los intercambiadores ex-
ternos, etc.

Para optimizar el balance energético de una instalación ha de minimizarse el consumo eléctrico de bombeo, por lo
que se recomienda tomar medidas encaminadas a reducir la pérdida de carga (utilización de diámetros mayores de tu-
berías, etc.); este consumo está limitado en el CTE (apartado HE 3.4.4.3) en el mismo se limita la potencia de las bom-
bas en función de la mayor potencia ténnica que pueden suministrar los captadores solares. Este valor máximo se ob-
tiene a partir de la ecuación 3.9. quedando:

Pc.max = TJ o • A • Gref Ecuación 3.9

siendo:

PC,max = potencia ténnica máxima (W)

Tlo=factor de ganancia o rendimiento óptico del captador
A = área total de los captadores solares (m}
G ..r= lrradiancia solar de referencia igual a 1.000 W/m2

HE4 3.3.5.3: 2 Siempre que sea posible. las bombas en línea se montarán en las zonas más
frías del circuito. teniendo en cuenta que no se produzca ningún tipo de ca-
vitación } s iempre con el eje de rotación en posición horizontal.

HE4 3.3.5.3: 3 En instalacio nes superiores a 50 m2, se montarán dos bombas idénticas en
parale lo, dej ando una de reserva, tanto en el circu ito primario como en el se-
cundario. En este caso se preverá e l funcionamiento alterna ti' o de las mis-
mas. de forma manual o automática.

3.2.4.- Vaso de expansión.

En las instalaciones solares normalmente se utilizan vasos de expansión cerrados, por lo que el flu ido del cir-
cuito no se encuentra en comunicación directa con la atmósfera. En estas instalaciones se pueden temperaturas

63
D'll b ~.03 INSTALACIONES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN OE ACS
muy elevadas(> 150 oc en los captadores solares) por lo que, además de instalarse en la parte más fría del cir-
cuito primario, se han de emplear vasos con membranas elásticas que trabajen adecuadamente frente a las tem-
peraturas que se pueda alcanzar en el vaso y, en caso de emplear fluidos anticongelantes utilizar membranas es-
peciales. Se recomienda instalar el vaso de expansión de forma que el fluido de la instalación esté en la parte
superior y el gas en la inferior consiguiéndose de esta forma disminuir la temperatura del fluido líquido en con-
tacto con la membrana elástica debido a la estratificación de temperaturas que presenta este líquido; con esta
medida la membrana está en contacto con el líquido más frío. Por este m ismo motivo se recomienda que la tu-
bería de conexión (ramal o línea de expansión) entre el circuito y el vaso no se aísle térmicamente. En algunos
casos, para evitar temperaturas elevadas en la membrana se intercala en el ramal de expansión un acumulador
entre el circuito y el vaso de expansión (figura 3.20).

Acumulador Nitrógeno
intermedio para Membrana Elástica
reducción de
temperatura Fluido Térmico dilatado

Figura 3.20 : Expansión con depósito intermedio para reducción de la temperatura.

Para evitar la posible succión de aire en la instalación, el vaso de expansión ha de trabajar a una presión míni-
ma que garantice que la presión en el punto más alto de la instalación sea superior (alrededor de 0,5 bar) a la
atmosférica.

Para evitar la posible succión de aire en la instalación, el vaso de expansión ha de trabajar a una presión míni-
ma que garantice que la presión en e l punto más alto de la instalación sea superior (alrededor de 0,5 bar) a la
atmosférica.

En los captadores solares se puede fom1ar vapor en la instalación cuya expansión ha de ser compensada. Por
este motivo los vasos de expansión de las instalaciones solares han de tener un volumen úti l superior al de las
instalaciones convenciona les ya que en estas últimas, al limitarse normalmente la temperatura máxima en el sis-
tema de producción convencional a valores relativamente bajos (80-90 °C), no se genera vapor a las presiones
habituales de trabajo.

Se ha de prestar especial atención al fenómeno de formación de vapor en el circuito primario de una instalación
solar en caso de emplear fluidos anticongelantes con objeto de evitar la posible fuga del mismo a través de la
válvula de seguridad que debe ser repuesta con nuevo fluido anticongelante (con el consiguiente aumento de
coste).

Para evitar la formación de vapor se pueden tomar diversas medidas como aumentar la presión de trabajo
en el circuito, Con ello se aumenta la temperatura de ebullición de manera que, dependiendo de la tempe-

64
ralura máxima que se puede alcanzar en captadores y de la presión máxima de trabajo, no se genere vapor
en la instalación.

* Singula r idades de cálculo

Cuando se toman medidas que aseguran que el fl uido de trabajo no se evapora en el circuito primario. el cálcu-
lo del volumen útil del vaso de expansión se realiza de forma similar al habitualmente empleado en las instala-
ciones convencionales (ver instrucción UNE 100. 155).

Sin embargo, cuando en el circuito primario pueda producirse la vap orización del fluido contenido en los cap-
tadores. el proceso de cálculo del vaso de expansión cerrado ha de tener en cuenta este fenómeno de formación
de vapor. En este caso, en el c ircuito primario se propone realizar el cálculo del vaso de expansión de acuerdo
a la siguiente expresión (Hausner & Fink, 2002):

V, = (V· C.+ Vmin + Vvap) · C 1, Ecuación 3.10

siendo:

V, Volumen rotal del vaso de expansión (1)

V Contenido total del fluido de trabajo en el circuito (1)
V noin Contenido mínimo del fluido de trabajo en el vaso de expansión (1)
V""P Contenido de fluido en el circuito que puede llegar a vaporizar (1)
C, Coeficiente de expansión o dilatación del fluido
CP Coeficiente de presión

Las diferencias respecto al cálculo de los vasos de expansión en insta laciones convencionales radican en los tér-
minos V vap y V mio.

En las instalaciones solares se considera que todo el líquido contenido en los captadores y en las tuberías situa-
das por encima de la cota inferior de los mismos puede llegar a vaporizar, siendo por tanto este valor Vvap.

El término Vmin corres ponde a l volumen de líquido m ínimo que ha de contener el vaso de expansión en
las condiciones de mínima temperatura en la instalación para evitar posibles s ucciones de a ire.

HE-1 3.4.7 .2: 2 C ua ndo e l medio de transferencia de calor p ueda evaporarse baj o condicio-
nes de estancamiento, hay q ue rea lizar un dimensionado especial del volu-
men del expansión ; a demás de dimensionarlo como es us ual en sistemas de
calefacción cerrados (la expansión de l med io de transferencia de calor com-
pleto). el depósito de expansión deberá ser capaz de compensar e l volume n
del medio de tran sfere ncia de calor en todo el grupo de captadores comp le-
to incl uyendo todas las tuberías de conex ión entre captad ores mas un 10%.

3.2.5.- Otros componentes hidráulicos.

a) Tuberías y aislamientos

Debido a las altas presiones y temperaturas que se pueden alca nzar en una instalación solar se recomienda
utilizar tuberías y e lementos de conexión metá licos en el circuito primario. Estas tuberías y accesorios de
conexión han de ser compatibles con el resto de e lementos que constituyen la instalación solar y con el tipo
de fluido empleado, res istentes a la corrosión, presentar buena estabi lidad térmica y mecánica. etc.

65
DTIE 8.03 i'S I ALACIONES SOI.ARJ:S 1h RM ICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
 HE4 3.4.5: 1 En las tuberías del circuito primario podrán utilizarse como materiales el cobre y
el acero inoxidable, con uniones roscadas, soldadas o embridadas y protección ex-
terior con pintura anticon·osiva.

HE4 3.4.5: 2 El circuito secundario o de servicio de ACS, podrá utilizarse cobre y acero inoxi-
dable. Podrán utilizarse materiales plásticos que soporten la temperatura máxima
del circuito y que le sean de aplicación y esté autorizada su utilización por las com-
pañías de suministro de agua potable.

HE4 3.2.2: 4 Si la instalación debe permitir que el agua alcance una temperatura de 60°C, no se
admitirá la presencia de componentes de acero galvanizado.

La singularidad más evidente de los materiales aislantes radica en que, debido a que en muchos casos se encuentran si-
tuados en tramos exteriores, han de comportarse adecuadamente frente a la radiación solar, hwnedad, corrosión y han
de ser resistentes a las acciones de la fauna (pájaros, roedores, etc.). En este último caso es especialmente recomendable
la utilización de elementos de protección (chapa de aluminio, etc.).

HE4 33.5.2: 3 El aislamiento de las tuberías de intemperie deberá llevar una protección extema que asegu-
re la durabilidad ante las acciones climatológicas admitiéndose revestimientos con pinturas
asfálticas, poliésteres reforzados con fibra de vidrio o pinturas acrílicas. El aislamiento no de-
jará zonas visibles de tuberías o accesorios, quedando únicamente al exte1ior los elementos
que sean necesarios para el buen funcionamiento y operación de los componentes.

b) Válvulas

Habitualmente se utilizan las mismas válvulas empleadas en las instalaciones térmicas convencionales (ver DTIE 4.0 1)
si bien debe prestarse especial atención a su comportamiento frente a las temperaturas y presiones máximas de trabajo
y a su protección respecto del ambiente exterior (efecto de la radiación, humedad, etc.).

A continuación se desc1iben algunas singularidades en el empleo de válvulas en las instalaciones solares:

* Válvulas de corte

En el can1po de captadores se utilizan para poder independizar las agrupaciones de baterías que se hayan establecido fa-
cilitando la realización de operaciones de mantenimiento.

* Váh·ulas de regulación

Son de especial aplicación para regular el caudal de circulación del fluido de los distintos ramales, circuitos, etc.

* VálvuJas de retención

La aplicación singular en las instalaciones solares es para evitar los flujos inversos no deseados que se producen, cuan-
do las configuraciones de los circuitos lo permiten, entre acumulador y captadores.

*Válvulas de seguridad

Además de en los acwnuladores, deben utilizarse en las agrupaciones de captadores que se puedan independizar donde
se alcanzan condiciones de estancamiento y, habitualmente, se produce vapor.

66
 HE4 3.4.6: 1 La elección de las válvulas se realizará de acuerdo con la ftmción que desempei'len y las
condiciones extremas de fi.mcionamiento (presión y temperatura) siguiendo preferente-
mente los criterios que a continuación se citan:
a) para aislamiento: Yálvulas de estera.
b) para equilibrado de circuitos: válvulas de asiento.
e) para vaciado: válvulas de esfera o de macho.
d) para llenado: válvulas de estera.
e) para purga de aire: válvulas de esfera o de macho.
f) válvuJas de seguridad: válvulas de resorte.
g) para retención: válvulas de disco de doble compuerta o de clapeta.

HE4 3.4.6: 2 Las válvulas de seguridad. por su importante función. deben ser capaces de derivar la po-
tencia máxima del captador o grupo de captadores, incluso en fomm de vapor, de manera
que en ningún caso sobrepase la máxima presión de trabajo del captador o del sistema.

* Válvulas termostáticas

Se utilizan en la tubería de salida hacia el consumo cuando no se limita la temperatura del acumulador de las instalacio-
nes solares y se quieren proteger los materiales y/o los usuarios.

e) Sistemas de purga de aire

Dadas las condiciones de diseño de los campos de captadores, habitualmente, los trazados hidráulicos se realizan con si-
fones invertidos que pueden retener bolsas de aire por lo que se hace necesario realizar la purga de aire de la instalación.

Las propias salidas de baterías suelen ser puntos altos de los circuitos que han de ser purgados. En estos casos, los siste-
mas de purga deben ser resistentes a las máximas temperaturas que se puedan alcanzar en los circuitos donde pueden lle-
gar a estar expuestos a temperaturas superiores a 150 °C.

Hasta hace relativamente poco tiempo se hao utilizado purgadores normales empleados en los sistemas de calefacción
que han dado gran cantidad de problemas y resultados negativos debido a su incapacidad de soportar los niveles de tem-
peratura alcanzados en las instalaciones solares. Sin embargo, en la actualidad existen purgadores expresamente diseña-
dos para las instalaciones solares que están dando mejores resultados.

Las líneas de purga han de colocarse de forma que no se pueda acunmlar fluido de trabajo en estas.

HE4 3.3.5.5: 1 En los puntos altos de la salida de baterías de captadores y en todos aquellos puntos de la ins-
talación donde pueda quedar aire acumulado, se colocarán sistemas de pwga constituidos
por botellines de desaireación )' pw-gador manual o automático. El volumen útil del botellin
será supelior a 100 cm1 . Este volumen podrá disminuirse si se instala a la salida del circuito
solar y antes del intercambiador un desaireados con purgador automático.

HE4 3.3.5.5: 2 En el caso de utilizar purgadores automáticos. adicionalmente, se colocarán Jos dispositivos
necesarios para la pw-ga manual.

HE-t 3.4.8: Se evitará el uso de pwgadores automáticos cuando se prevea la fotmación de vapor en el cir-
cuito. Los purgadores automáticos deben sopottar. al menos. la temperatura de estancamiento
del captador y en cualquier caso hasta 130°C en las zonas climáticas 1, U y m, y de 150°C en las
zonas climáticas IV y V.

67
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
d) Sistema de IJenado

Los sistemas cerrados deben incorporar un sistema de llenado, manual o automático, que permita llenar el cir-
cuito y mantenerlo presurizado en caso de pérdidas. Debido a que algunos componentes (captadores solares,
etc.) se encuentran situados al exterior, en muchas ocasiones el fluido utilizado en el circuito primario es una
mezcla de agua con anticongelantes por lo que si se producen fugas en este circuito deben ser repuestas con la
misma concentración de anticongelante en la mezcla. En caso de utilizar agua con an ticongelantes se reco-
mienda incorporar un sistema de llenado manual o un sistema automático conectado a un acumulador que con-
tiene el fluido requerido.

Para evitar la formación de bolsas de aire durante la operación de llenado y facilitar la salida del aire al exterior
se recomienda realizar el llenado por la parte inferior del circuito evitando los choques térmicos.

HE4 3.4.9: 3 Las instalaciones que requieren anticongelante deben incluir un sistema que
permita el relleno manual del mismo.

HE~ 3.4.9: 4 Para disminuir los riesgos de fallos se evitarán los aportes incontrolados de
agua de reposición a los circuitos cerrados y la entrada de aire que pueda au-
mentar los riesgos de corrosión originados por el oxígeno del aire. Es aconse-
jable no utilizar válvulas automáticas.

3.2.6.- Sistemas de control.

a) Control diferencial

Se utiliza en las instalaciones solares para controlar el proceso de calentamiento del sistema de acumulación y,
en determinadas configuraciones, el proceso de descarga térmica del sistema de acumulación; las estrategias de
funcionamiento se describen en el apartado 1.3.

En su modalidad básica dispone de dos entradas y de una salida. Funciona en base a la diferencia de dos seña-
les de entrada correspondientes a dos sensores de temperatura que transmiten estas señales al circuito electró-
nico correspondiente del regulador. La salida es un relé de contacto que activa o desactiva el funcionamiento de
la bomba de circulación.

b) Termostatos.

En las instalaciones solares destacan las siguientes f unciones relativas al contro l de temperaturas:

Sistema de protección frente a heladas: Consiste en activar la bomba del circuito primario cuando la tempe-
ratura a la salida de captadores es inferior a la de consigna previamente establecida. Esta temperatura de con-
signa es normalmente 3 oc superior a la temperatura de congelación del fluido de trabajo.

Limitador de temperatura máxima en acumulador: Mediante esta función se detiene el proceso de carga tér-
mica del acumulador cuando se alcanza la temperatura máxima que puede soportar el acumulador, evitándo-
se por tanto el posible deterioro de los materiales debido a excesos de temperatura.

e) Otros controles.

Entre las diversas funciones adicionales que los sistemas de control de las instalaciones solares presentan ac-
tualmente se encuentran el control de varios circuitos y/o componentes a la vez, la refrigeración de captadores

68
solares, etc. Determinados fabricantes ban incorporado estas func iones al control diferenc ial y, con ello, desa-
rrollado y comercializado componentes específicos de instalaciones solares.

d) Sistema de medida.

Para valorar a lo largo del tiempo el comportamiento de las instalaciones solares es conveniente dotarlas de sistemas de
medición de consumos y aportaciones solares; estos sistemas son mas necesarios cuanto mayores sean las instalaciones;
el análisis de los datos obtenidos permitirá en el futuro determinar si el diseño ha sido adecuado o en que puntos debe
mejorarse.

HE4 3.3.8: 1 Además de los aparatos de medida de presión y temperatura que permitan la
correcta operación, para el caso de instalaciones mayores de 20 m2 se deberá
disponer al menos de un sistema analógico de medida local y registro de da-
tos que indique como mínimo las siguientes variables:
a) temperatura de entrada de1 agua fría de la red;
b) temperatura de salida del acumulador solar;
e) caudal de agua fría de la red.

HE4 3.3.8: 2 El tratamiento de los datos proporcionará al menos la energía solar térmica
acumulada a lo largo del tiempo.

69
DTI E 8.03 INSTALACIONES SOLARES TER.MJCAS ?ARA PRODUCCIÓN DE ACS
 4. CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO

En este capítulo se describen aquellas características de funcionamiento de las instalaciones solares que definen
aspectos tecnológicos diferentes en relación con el resto de instalaciones ténnicas de la edificación. Se tratan
las temperaturas y presiones de trabajo afectadas, como elemento diferenciador, por la variabilidad de la fuen-
te de energía así como los efectos secundarios que pueden generar las condiciones extremas: heladas, sobreca-
lentamientos y producción de vapor.

HE4 3.2.2.3.3: El sistema deberá ser calculado de tal forma que nunca se exceda la máxi-
ma temperatura permitida por los materiales y componentes.

HE4 3.2.2.4: l Los c ircuitos deben someterse a una prueba de presión 1,5 veces el valor de
la presión máxima de servicio. Se ensayará el sistema con esta presión du-
rante a l menos una hora no produciéndose daños permanentes ni fugas en
los componentes del s istema y en sus interconexiones. Pasado este tiempo.
la presión hidráulica no deberá caer más de un 10% del valor medio medi-
do al principio del ensayo.

HE4 3.2.2.4: 2 El circu ito de consumo deberá soportar la máxima presión requerida por las
regulaciones nacionales, europeas de agua potable para instalaciones de
agua de consumo abiertas o cerradas.

HE4 3.2.2.4: 3 En caso de sistemas de consumo abiertos con conexión a la red. se tendrá en
c uenta la máxima presión de la misma para verificar que todos los compo-
nentes deJ circuito de consumo soportan dicha presión .

4.1.· TEMPERATURAS.

Para establecer las especificaciones de diseño de los componentes de las instalaciones solares, debe conocerse
el rango de temperaturas en el que pueda trabajar, además es necesario prever todas las situaciones que se pue-
dan presentar a lo largo de su vida útil.

Se establecerán las temperaturas de trabajo, analizando además de las producidas en su "funcionamiento nor-
mal", aquellas otras que puedan alcanzarse durante el montaje, la puesta en func ionamiento, en condiciones cli-
máticas extremas, por reducciones o interrupciones del consumo de agua caliente, o por incidencias durante el
funcionamiento (cortes de suministro eléctrico, vaciados de circuitos, etc.).

4.1.1.- Temperaturas de trabajo en funcionamiento normal.

Son las que se producen cuando la instalación sigue las estrategias de funcionamiento con las que se diseñaron
los procesos de calentamiento y de consumo de agua. Debe, no obstante, diferenciarse entre las condiciones de
diseño y las condiciones reales de funcionamiento.

En el diseño normalmente se define un proceso de funcionamiento nom1alizado con valores de temperatura muy
estabilizados; estos valores determinan las condiciones de funcionamiento más favorables y, por tanto, las má-
ximas prestaciones previstas. Marcan el objetivo energético perseguido que suele ser el máximo aporte solar.

Es interesante significar la importancia de las temperaturas de trabajo y no sólo de los saltos de temperaturas;
aspecto que afecta al funcionamiento tanto de captadores como de acumuladores y otros componentes.

70
 Como ejemplo. para producir agua caliente sanitaria a 60°C se pueden plantear distintas opciones de funciona-
miento: puede realizarse con calidades distintas de captadores, intercambiadores (más o menos eficientes) y acu-
muladores (mezclados y estratificados); se puede realizar a diversas temperaturas de trabajo (captadores fun-
cionando a 60, 80 y 100 oq; se pueden modificar los saltos y los caudales, etc.

La evaluación de las condiciones de funcionamiento de las distintas posibilidades previstas permite definir una
estrategia para optimizar el comportamiento energético de la instalación.

En general para una instalación determinada, a igualdad del resto de condiciones, cuanto más bajas sean las tem-
peraturas de funcionamiento, mayor será e l rendimiento de la instalación.

Las muy altas temperaturas con las que todavía se siguen impresionando a algunos clientes y usuarios corres-
ponden a situaciones de rendimiento muy bajo (incluso nulo), por lo que prácticamente no tienen ningún valor
a los efectos de energía útil aportada por la instalación solar.

4.1.2.- Temperaturas máximas de trabajo.

Las temperaturas máximas que se pueden alcanzar en una instalación varían dependiendo de la parte de c ircui-
to considerada. Es importante conocer la distribución de temperaturas máximas a lo largo de todo el circuito de
fom1a que se puedan establecer claramente los límites de funcionarillento. Para ello deben realizarse todas las
hipótesis de funcionamiento y examinar la evolución de temperatw·as en todos los circuitos.

Las temperaturas máximas en una instalación solar siempre se producen a través del captador, que es e l ínter-
cambiador de calor que transforma la radiación solar en energía térmica; se presentan cuando la potencia de en-
trada es máxima y la de salida mínima, por lo que se alcanzan habitualmente durante los periodos de bajo, o
nulo, consumo de agua caliente y de elevada rad iación solar. Esta situación es más frecuente de lo que se pien-
sa ya que cuando mayor es la irradiación solar (en el verano) es cuando los usuarios se van de vacaciones y, por
tanto, no hay consumo.

La temperatura máxima de una instalación solar, que puede ser incluso superior a la de estancamiento de los
captadores. se produce para las condiciones extremas de funcionamiento de la instalación y depende de las con-
diciones climáticas locales, se alcanza en condiciones de máxima irradiancia incidente (que puede llegar a ser
de 1.200 W/m2) y de máxima temperatura ambiente (del orden de 45 aq cuando por el sistema de captación no
circula fluido de trabajo. Evidentemente esta temperatura máxima se alcanza en los captadores solares.

En relación con las temperaturas máximas en el circuito primario hay otros aspectos importantes que se deben
considerar:

- Si la bomba esta parada, la función de pérdidas térmicas en los componentes cercanos al captador solar, bási-
camente sólo depende del captador; por tanto, estos componentes cercanos (elementos de interconexión, sis-
temas de purga. tuberías y aislamiento) deben seleccionarse para soportar la temperatura máxima del captador.

- Si la bomba esta en marcha, en las pérdidas intervienen las de tuberías y del resto de componentes, siendo las
temperaturas máximas en los componentes del circuito primario alejados del captador (por ejemplo, ínter-
cambiador y bombas) inferiores a las máximas del captador.

- Cuanto mayor es e l campo de captadores es menor la proporción de tuberías y, por tanto, aumenta la tempe-
ratura máxima en el resto de componentes del circuito primario.

- La inercia del circuito primario, que incluye tanto a captadores como al resto de componentes, puede afectar
a las temperaturas máximas por la puesta en funcionamiento.

En la figura 4.1 se muestra un ejemplo de temperaturas máximas para las que deben seleccionarse los materia-
les empleados en cada componente de la instalación solar térmica para ACS; los sistemas de control deben ac-

71
OTIE 8.03 INSTALACIOXES SOI..ARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN 01:. ACS
tuar de manera que en cada punto de la instalación no se superen las temperaturas máximas correspondientes;
los sistemas con depósito de inercia (figura 4.2), por un lado reducen el rendimiento medio de la instalación al
incluir otro intercambiador intermedio, pero por otro permiten temperatura mas altas lo que puede facilitar e l
evitar los estancamientos.

CAPTACION ACUMULACION CO:"!SlJl\10

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Figura 4.1 : Temperaturas máximas en la instalación solar.

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1 CAPTACION

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Figura 4.2 : Temperaturas máximas en la instalación solar.

Para el circuito secundario se pueden realizar consideraciones simil ares, teniendo en cuenta que el calor se ori-
gina desde el intercambiador en lugar del captador; los efectos de circulación. o no, del fluido, de distancias y

72
longitudes de tuberías e inercias de circuito son similares. Debe destacarse que en el circuito donde esté el acumula-
dor la inercia siempre va a ser importante.

Como resumen, a efectos de diseño la temperatma máxima se puede establecer:

a) Circuito primario:

- En captadores y entorno: estado de estancamiento en condiciones climáticas extremas (irradiancia incidente de 1.200
W/m2 y temperatura ambiente en tomo a 45 °C).

- En el resto del circuito primario: algo inferior a la temperatura máxima en captadores y entorno w1a vez deducidas
las pérdidas ténnicas del circuito.

b) Circuito secundario:

- En intercambiador y entomo: la propia temperatura máxima del resto del circuito primario.
-En el resto del circuito secundario: algo inferior a la temperatura máxima en intercambiador y entorno una vez de-
ducidas las pérdidas térmicas de este circuito secundario.

4.1.3.- Temperaturas mínimas de trabajo.

Las temperaturas mínimas dependen de la temperatura ambiente sobre los elementos expuestos al exterior (campo de
captadores) reducida, además, por el efecto de enfriamiento radiante que experimenta el captador solar, sobre todo por
la noche: este efecto, más importante en noches claras que cuando hay nubes, produce que en el campo de captado-
res se puedan dar temperaturas inferiores a las mínimas del ambiente. Por tanto, como temperatura mínima de dise-
ño debe tomarse un valor inferior a la temperatura ambiente mínima histórica que se haya alcanzado en la localidad.

Estas temperaturas afectan, fundamentalmente, a los captadores y al resto de elementos hidráulicos cercanos y ex-
puestos al exterior (elementos de interconexión, purgadores, desagües, etc.).

4.2 PRESIONES.

4.2.1.- Presiones de funcionamiento.

De manera similar a las temperaturas. para conocer el rango de presiones en que la instalación va a trabajar, es nece-
sario valorar las situaciones que se pueden encontrar a lo largo de la vida útil de la instalación.

4.2.2.- Presiones máximas.

La vaporización rápida de fluido que puede tener lugar en captadores sometidos a altos niveles de irradiancia duran-
te periodos de estancamiento, genera picos de presión. producidos por las altas velocidades del vapor o del liquido,
que llegan a sobrepasar significativamente la presión de tarado de la válvula de seguridad. En este sentido deben to-
marse medidas que eviten esta situación: dimensionado adecuado del sistema de expansión, etc.

4.2.3.- Presiones mínimas.

La presión mínima de funcionamiento en cada circuito debe garantizar que se evite la entrada de aire en cualqu iera
de los circuitos.

4.3.- TEMPERATURAS Y PRESIONES DE DISEÑO.

Deben disponerse los medios para que las temperaturas y presiones no alcancen valores perjudiciales para los mate-
riales, para la duración de los circuitos y para la seguridad de los propios usuarios.

73
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
Es importante destacar la mayor fiabilidad de la instalación cuando La resistencia a las condiciones extremas se trata
como una característica intrínseca del diseño térmico e hidráulico, que cuando se confia a otros dispositivos electró-
rticos, eléctricos o mecánicos. Sirvan como ejemplos de esta diferencia aquellos posibles casos de heladas, que utili-
zan como sistema de protección la recirculación del fluido con la bomba del circuito primario, ya que pueden ocurrir
simultáneamente con un corte en el suministro eléctrico. o los casos de instalaciones protegidas de temperaturas má-
ximas mediante la desactivación de una bomba, cuando la misma puede quedarse en funcionamiento por un fallo hu-
mano (posición manual del actuador) o eléctrico (contacto o relé estropeado).

4.3.1.- Temperaturas y presiones que deben soportar los materiales.

Todos los componentes y materiales de la instalación deben soportar adecuadamente las máximas temperaturas y pre-
siones de trabajo que puedan alcanzarse. sin necesidad de medidas especiales para que la instalación vuelva a la si-
tuación original.

* Captadores.
Los captadores solares han de comportarse adecuadamente en todo el rango de presiones y temperaturas de trabajo.
Especial atención se ha de prestar a las condiciones de máxima temperatura, de manera que, en esas situaciones, no
se produzcan fallos ni en captadores ni en los restantes elementos de su entorno (sistemas de purga, tuberías, válvu-
las. etc.).

Las temperaturas mínimas no deben ocasionar problemas en los circuitos con anticongelante con un adecuado man-
tenimiento. En este sentido es preciso cuidar los circuitos de desagüe que puedan retener agua o fluido.

* Acumuladores.

Se ha de diferenciar entre las instalaciones con circulación forzada y Las de circulación por tenuosifón; en las prime-
ras es sencillo controlar la temperatura máxima en el acumulador mediante un sensor de temperatura en el mismo;
este sensor se conectará al sistema de control y actuará limitando la temperatura, desactivando la bomba cuando la
misma se alcance.

En las instalaciones de circulación por termosifón no se puede limitar la temperatura máxima en el acumulador, por
lo que el diseño de la instalación ha de asegurar que el acumulador soporte la máxima temperatura a la que pueda en-
trar el fluido de trabajo en el mismo: empleo de acumuladores de acero vitrificado, etc.

* Componentes hidráulicos.

Los elementos cercanos a los captadores solares (elementos de purga, tuberías y su aislamiento y Las válvulas cerca-
nas a captadores) han de comportarse adecuadamente frente a la máxima temperatura de los captadores; en las res-
tantes partes de la instalación las condiciones serán menos exigentes.

4.3.2.- Temperaturas para proteger de quemaduras.

Aunque los materiales del circuito de consumo puedan soportar temperaturas superiores a 60°C. cuando esto pueda
ocurrir, con el fin de evitar quemaduras a los usuarios, deben adoptarse medidas destinadas a limitar la máxima tem-
peratura en los puntos de consumo: mecanismos de mezcla de ACS con agua más fría. etc.

4.4.- SISTEMAS ANTIHELADAS.

Cuando se alcanzan temperaturas inferiores a la de congelación del fluido de trabajo éste, para alcanzar el equilibrio
térmico con el ambiente, disminuye su temperatura llegando a experimentar un cambio de fase de estado líquido a

74
sólido; este proceso se produce de forma gradual y depende básicamente de la diferencia de temperaturas
entre el ambiente y el fluido y de la relación superficie/ volumen del fluido en contacto con el ambiente.

Si se utiliza agua como fluido de trabajo y la temperatura ambiente es menor de 4 oc se produce una trans-
ferencia de calor del agua al ambiente que puede llevar a su congelación, en cuyo caso el agua aumenta su
volumen específico ejerciendo mayor presión sobre las tuberías del circuito; lo que puede causar defo rma-
ciones y roturas de partes de la instalación solar, normalmente el tubo de la parte inferior de captadores es
e l primer afectado, si bien pueden produc irse otras situaciones (no aislar, en su caso, el manguito inferior
de conexión entre captadores para que se rompa antes que el tubo inferior del captador).

Por todo ello se han de tomar medidas al respecto. Entre los métodos empleados para evitar la congelación
del fluido de trabajo se encuentran:

- Instalaciones indirectas con mezclas anticongelantes

- Recirculación del fluido del circui to primario

- Drenaje automático

Las principales características de estos sistemas de protección son:

4.4.1.- Instalaciones indirectas con mezclas anticongelantes.

Consiste en utilizar como fluido de trabajo una mezcla de agua con líquido anticongelante. cuya tempera-
tura de congelación sea inferior a la temperatura mínima de diseño que se pueda a lcanzar en la instalación.
El empleo de estas mezclas anticongelantes sólo puede realizarse en las instalaciones indirectas, ya que es
obligatorio e l uso de un intercambiador que impida que el anticongelante se mezcle con el agua de consu-
mo. El porcentaje de anticongelante en la mezcla depende de la temperatura mínima de diseño, se requie-
re mayor proporción de anticongelante sea más baja sea la temperatura mínima de diseño (figu ra 4.4).

Este sistema antiheladas se caracteriza por su gran fiabilidad si bien requie re la verificación periódica de
la composición de la mezcla anticongelante ya que, por fugas en e l circuito repuestas di rectamente con
agua o por degradación del anticongelante, pueden producirse variaciones en las propiedades de la mezcla
(disminución de la concentración de anticongelante, etc.).

4.4.2.- Recirculación del fluido del circuito primario.

Consiste en aprovechar la energía térmica almacenada en e l sistema de acumulación para evitar que se pro-
duzca la congelación del fluido de trabajo en el circuito primario.

Este método se puede utilizar exclusivamente en las instalaciones de circulación forzada. Cuando el con-
trol diferencial de la instalación detecta que la temperatura del fluido de trabajo o la temperatura ambien-
te es ligeramente superior (unos 3 °C) a la temperatura de congelación de este fluido. activa la bomba de
c ircu lación que permite transferir parte de la energía témlica contenida en e l sistema de acumu lación al
fluido de trabajo del c ircuito primario.

En términos energéticos, la activación de este sistema de protección antiheladas implica disminuir la

energía térmi ca almacenada en e l sistema de acumulación y, en menor medida a l ser normalmente muy
bajo, aume ntar el consumo eléctrico de la bomba de c irculació n. Por es tos motivos, sólo se recom ienda
su empleo en localidades donde existan bajas posibilidades de alcanzar temperaturas inferiores a la de
congelación del fluido de trabajo, de forma que los gastos energéticos asociados (térmico y eléctrico)
sean compensados tanto con la mayor ganancia energética de la instalación durante s u funcionamiento
habitual (al no precisar emplear anticongelante) como con el m enor coste económico que s upone este
sistema de protección.

75
DTTE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE 1\CS
4.4.3.- Drenaje automático.

La congelación del fluido de trabajo se previene mediante el vaciado de las partes del circuito primario ex-
puestas a heladas cuando se detecta, normalmente mediante un sensor situado en los captadores solares, una
temperatura levemente superior a la de congelación del mismo. Los sistemas habitualmente empleados per-
miten la recuperación del fluido de trabajo de manera que al presentarse una temperatura cercana a la de
congelación se evacua el fluido del circuito primario, contenido en las partes de la instalación expuestas a
heladas, hacia un acumulador auxiliar; el circuito se mantiene vacío hasta que aumenta de nuevo la tempe-
ratura en captadores; el nuevo llenado del circuito primario puede realizarse de manera manual, solución
únicamente aplicable en localidades con muy bajo riesgo de heladas, o automatizarse con un sistema de
bombeo y sondas de temperatura.

El sistema automático de llenado y vaciado de la instalación debe ser de alta calidad, requiriendo un dise-
ño específico de tuberías con las pendientes adecuadas para facilitar la evacuación del agua desde los cap-
tadores solares hasta el acumulador auxiliar que, además, ha de estar situado donde no se pueda producir la
congelación del fluido almacenado y siempre por debajo de los captadores.

En la figura 4.3 se representa el principio de func ionamiento del denominado sistema "drainback"; en el
cual cuando la bomba de circulación se activa el fluido de trabajo circula por los captadores aumentando su
temperatura y la energía térmica contenida en el acumulador. Sin embargo, al pararse la bomba el fluido de
trabajo es recogido en el acumulador auxiliar donde permanece hasta que el sistema de control activa de
nuevo la bomba. Además de las características genéricas indicadas anteriormente para los sistemas de dre-
naje, en el sistema drainback la bomba debe permitir que el fluido circule en sentido contrario al habitual
cuando se encuentre parada.

El sistema drainback evita tanto las congelaciones del fluido, como que se alcancen temperaturas excesiva-
mente elevadas en el fluido de los captadores solares; ya que cuando estos llegan a la temperatura de con-
signa por máxima el sistema de control se encarga de parar la bomba, evacuándose el fluido hacia el acu-
mulador auxiliar; es un sistema cada vez mas empleado en instalaciones compactas.

INSTALACION EN INSTALACION PARADA

FUNCIONAMIENTO El fluido se almacena en el
Las tuberías por el campo depósito, las tuberías en el
de captación están llenas, campo de captación están
transfiriendo el calor al vac1as; esta situación se
deposito de acumulación. mantiene cuando no hay
aportación solar, en
situaciones con riesgo de
helada y con riesgo de
estancamiento.

Figura 4.3 : Sistema "Drainback".

76
 4.5.- FLUIDO DE TRABAJO.

La selección de un fluido de trabajo adecuado influye de forma significativa en la fiabilidad, duración y

prestaciones energéticas de la instalación. Entre los criterios que se han de considerar en la selección de
este fluido destacan:

- Calor específico elevado, lo que aumenta las prestaciones ya que, para la misma energía intercambiada,
se requiere un menor incremento de temperatura, lo que aumenta el rendimiento energético del sistema
de captación.

-Temperatura de ebullición alta, especialmente en climas cálidos. para retrasar la posible formación de
vapor.

- Temperatura de congelación baja, cuanto mas bajo sea su valo r menor será la probabilidad de q ue el
fluido se congele.

-Viscosidad baja, lo que reduce las pérdidas de carga y, consecuentemente, los consumos eléctricos de
bombeo.

- Coeficiente de expansión térmica bajo, los valores bajos requieren tamaños inferiores de vasos de ex-
pansión que compensen las di lataciones debidas a l aumento de temperatura.

- Alta estabilidad en el rango de temperaturas y presiones de trabajo. En particu lar, el fluido no debe
sufrir ningún tipo de degradac ión a la máxima temperatura q ue p ueda alcanzar en e l captador solar.

- Presentar adecuadas propiedades medioambientales (biodcgradable, e tc.).

-Prevención de deposiciones de sustancias o compuestos só lidos que dificulten la circulación del fluido
y/o afecten negativamente a la transferencia de calor.

- Protección frente a la corrosión. Si el circuito primario dispone de materiales propensos a sufrir corro-
sión provocada por el fl uido de trabajo se recomienda añadir elementos inhib.idores de la corrosión al mis-
mo.

- Compatibilidad con los materiales de sellado del c ircuito.

- Bajo coste y alta disponibilidad

Los fluidos de trabajo más utilizados en las instalaciones indirectas son agua y mezclas de agua con líqui-
dos anticongelantes. En caso de emplear este último fluido la instalación obligatoriamente ha de ser de sis-
tema indirecto.

El fluido empleado ha de seleccionarse fundamentalmente teniendo en cuenta las temperaturas máximas y

mínimas alcanzables en la instalación.

4.5. 1.- Aj,! Ua.

Se caracteriza por su alto calor específico (Cp= 4, 183 kJ/ (kg.K) a 20° C , 1, 16 Wh/(kg·K)), baja viscos idad
(~= 1 ,003 kg/(m.s)), nula toxicidad e inflamabil idad, bajo coste y alta disponibilidad. Sin embargo a pesar
de estas buenas características presenta los siguientes inconvenientes:

- Valores relativamente bajos de temperatura de ebullición y altos de temperatura de congelación, por lo

que al utilizarse como fluido de trabajo en una instalación solar, debido a los valores de temperatura de
trabajo que se pueden alcanzar en la misma, existe una probabilidad alta de que congele y/o evapore.

77
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARES 1 ERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE A(S
- Si la concentración de sales minerales es elevada, éstas se desprenden cuando la temperatura aumenta (>
60 "C) y se depositan en el interior de las tuber[as. Estos depósitos calcáreos reducen las prestaciones
energéticas de la instalación (especialmente de los captadores solares) y aumentan la pérdida de carga.

Si el agua no es neutra (pH=7) resulta conveniente añadir aditivos anticorrosivos para controlar el pH y
evitar posibles problemas de corrosión en los elementos metálicos de la instalación.

Su aplicación se limita a zonas con muy bajo, o nulo, riesgo de heladas.

4.5.2.- Mezcla de agua con anticongelante

Los glicoles, como el etilenglicol y el propilenglicol. han sido frecuentemente utilizados como anticonge-
lantes en las instalaciones solares térmicas. Actualmente el mas empleado es el propilenglicol no tóxico,
a pesar de su mayor coste e inferiores propiedades térmicas, descartándose e l etilenglicol debido a su to-
xicidad.

Las mezclas de agua con anticongelante se caracterizan por disminuir la temperatura de congelación e in-
crementar ligeramente la de ebullición del fluido de trabajo respecto del agua pura: a mbas temperaturas
dependen del tipo de anticongelante y del porcentaje del mismo en la mezcla. En la figura 4.4 se muestra
cómo disminuye la temperatura de cong,elac\ón de una mez.cta ag,ua-propi\eng,licol a\ aumentar el porcen-
taje en peso de propilenglicol. Si el fluido sufre choques térmicos, el valor de la temperatura de congela-
ción varía con el tiempo, por lo que es preciso comprobar este va lor periódicamente (preferiblemente an-
tes de comenzar la época invernal) .

........
u
o
.........
o

-SO
o S 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Porcentaje en Peso
Figura 4.4 : Variación de la temperatura de congelación con el % de propilenglicol en agua.

78
El calor específico de los anticongelantes puros es sensiblemente inferior al del <loOUa. Estas mezclas son más con·osi-
vas que el agua por lo que en ocasiones resulta necesario emplear aditivos anticorrosivos o inhibidores que se encar-
gan de proteger los elementos que componen la instalación. Normalmente los fluidos anticongelantes habitualmente
comercializados ya incorporan estos aditivos anticorrosivos. Se recomienda rea lizar análisis qu ímicos para determi-
nar la corrosividad del fluido a intervalos regulares de tiempo (cada 3 o 4 años). Al presentar estas mezclas mayor vis-
cosidad que el agua pura, la pérdida de carga en una instalación aumenta al hacerlo la concentración de anticonge-
lante en la mezcla.

El anticongelante que forma parte de la mezcla puede degradarse a altas temperaturas aumentando el poder de coiTo-
sión del fluido de trabajo. Al alcanzar el fluido temperaturas cercanas a la de ebullición los inhibidores suelen depo-
sitarse sin volver a ser reabsorbidos cuando disminuye la temperatura, formándose depósitos que reducen la transfe-
rencia de calor y aceleran la corrosión. Para mantener la efectividad y estabilidad de la mezcla se ha de evaluar
periódicamente su composición y realizar las correcciones oportunas en caso de reducción de la proporción de anti-
congelante.

HE4 3.2.2.2: El calor especifico del fl uido no será inferior a 3 kJ /(kg-K) (0,82 Wh/ (kg·K))
a temperaturas 5°C por debajo de la mínima histórica registrada en la locali-
dad; el fluido será NO TOXICO y mantendrá sus propiedades dentro de los
intervalos de temperatura previstos en La instalación.

79
DTII! 8.03 INSTALACIOKES SOLARES TER.'>IICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
 5. CALCULO

El cálculo de una instalación solar térmica permite prever e l comportamiento energético de la misma,
es decir, determina los valores de las variables formales y de f uncionamiento: área de captadores, vo-
lumen de acumulación, temperaturas en diferentes componentes o sistemas (captación, acumulación,
etc.), caudales en cada circuito, energía aportada, etc. Todas las variables que afectan al cálculo de una
instalación pueden agruparse en tres conjuntos de parámetros que definen las bases de cálculo, o los
datos de partida:

- Parámetros de USO.

-Parámetros CLIMATICOS.

- Parámetros de FUNCIONAMIENTO.

Los parámetros de uso definen el consumo de energía térmica que depende, fundamentalmente, de los cau-
dales de consumo de ACS y de las temperatura del agua fría y del agua caliente.

Los parámetros climáticos determinan la oferta de energía disponible; los de m ayor importancia son la ra-
diac ión solar y la temperatura ambiente, a unque también infl uyen otros factores (velocidad y dirección del
viento, etc.).

Los parámetros de fun cionamiento caracterizan la instalación solar, dependen del número de captadores
solares, de las propiedades de estos (curva de rendimiento, área útil de captación, factor de ganancia, co-
eficiente de pérdidas, etc.), de las características de l sistema de acumulación (volumen, aislamien to, si-
tuación de las conexiones, etc.), del intercambiador empleado (efectividad, etc.), de los caudales de circu-
lac ión, del tipo de fl uido, de las características del sistema de control, etc.

5.1.· PARÁMETROS DE USO.

5.1.1.- Demanda de energía térmica.

Se defme la Demanda de energía térmica del agua caliente sanitaria (DAcs) como la cantidad de energía
necesaria para aumentar la temperatura de la masa de agua consumida desde la temperatura de entrada de

DAcs = QAcs(TAcs) · p · Cp • (TAcs - TAr) Ecuación 5.1

agua fría (T AF) hasta la temperatura de uso (TAes) en los puntos de consumo; se calcula a partir de la si-
guiente expresión:
Siendo

QAcs(TAcs): consumo de agua caliente a la temperatura de uso del ACS TACS

p: densidad del agua
cP: calor específico a presión constante del agua.

Para e l correcto dimensionado de las instalaciones solares térmicas es necesario realizar una estimación
ajustada de los datos de consumo y de las temperaturas q ue determinan la demanda media diaria de ener-
gía térmica, que se examinan a continuac ión. Se emplean como valores de referencia los valores medios
diarios ya que son estos los que se utilizan en la actualidad con mayor frecuencia.

80
 a) Consumo de agua caliente

El consLuno de ACS se tiene del documento HE4 del CTE, en él que se dan los mismos para una temperatura de 60°C,
en función del tipo de edificio; la misma se incluye en la tabla 6.1 del presente documento.

Para la previsión del número de usuarios en el caso de viviendas, en el propio documento HE4 del CTE se incluye la
tabla 5. 1, con el número de usuarios en función del número de dormitorios de la vivienda:

IN° DE DORMITORJOS 1 2 3 4 5 6 7 >7

IN° DE PERSONAS 1,5 3 4 6 7 8 9 N"Dormit

Tabla 5.1 : Número de personas por vivienda según el número de dormitorios (HE4).

H S 4 3.2.2.1: 2 E n los edificios en los que sea de a plicación la co ntribución mínima de e ne rg ía

solar para la producció n d e A CS. deben disponerse, además de la s Lomas de
agua fría. p revistas para la conexió n de la lav adora y e l la vav ajillas, sendas to-
mas de ag ua ca lie nte para permitir la ins ta lación de equipos bitérmicos.

b) Temperatura de agua fría de entrada.

En la nonna UNE 94.002/05 se dan las temperaturas mensuales del agua de la red, para las capita les de provu1cia, en
el Anexo de tablas se adjuntan estos datos.

e) Temperatura de agua caliente.

Los valores de cons umos de la tabla 6.1 corresponden a temperaturas del ACS de 60°C, si se quieren tener los con-
sumos a temperaturas diferentes, en el propio CT E se da la siguiente expresión:

Ecuación 5.2

Siendo

Q ACS(TJ:consumo de agua caliente a la temperatura de uso del ACS TACS

Q ACS<60>: Consumo de ACS a 60°C
TAcsm: Temperatura de consumo de ACS.
T.-\F: Temperatura del agua de la red

La ecuación anterior se con·esponde con un balance de energía, de manera que, al margen de la temperatura de refe-
rencia, la energía demandada por el sistema de ACS es la misma, si las temperaturas consideradas son menores los
caudales son mayores y viceversa.

El consumo asociado a la temperatura de preparac ión, salvo en configuraciones especiales, es el que pasa por la ins-
talación solar de precalentamiento. Este caudal es función de la mezcla, a la salida del sistema de apoyo y en el pun-
to de consumo, del agua caliente con agua más fría, y siempre es inferior al caudal de agua ca liente en el punto de
consumo.

Es muy importante tener en cuenta esta consideración a los efectos de funcionamiento de la instalación solar, ya que
este cauda l es el que evacua el calor de la instalación solar: para una misma demanda de energía el caudal de prepa-
ración se reduce en un 30 a 35% al pasar de una temperatura de preparación de 45 a 60 °C. Si disminuye el caudal de

81
DTIE 8.03 INSTALACIO:-.'ES SOLAReS TER..\ IICAS P,\ RA PRODUCCIÓ\1 DE ACS
agua fría que entra en el acumulador solar, aumenta la temperatura media del acumulador, reduciendo el
rendimiento de captación.

Desde el punto de vista teórico, e l agua caliente sanitaria se debe preparar a la mínima temperatura que re-
sulte compatible con su uso. En la realidad, para optimizar el valor de la temperatura de preparación se
han de tener en cuenta todos los factores del sistema de preparación, las pérdidas térmicas en la red de dis-
tribución, etc. Se remite al lector interesado en ampliar esta información al OTI E 1.0 l.

En las instalaciones donde es de apl icación el RD 865/2003 sobre prevención de la Iegionelosis el agua
acu mulada debe estar a 60°C, siendo este el motivo por el que el CTE ha tomado esa temperatu ra como
referencia.

5. 1.2.- Consumo de energía térmica.

Se define el consumo de energía tém1ica para producción de agua caliente sanitaria (CAe ) como la canti-
dad de energía empleada en satisfacer la demanda de energía térmica correspondiente. Su valor depende
de esta demanda (DAcs) y del rendimiento (11) del sistema de preparación y distribución de agua caliente,
pudiéndose calcular mediante la expresión:

Ecuación 5.3

También se puede calcular e l consumo de energía térmica como la suma de la demanda de energía térmi-
ca (efecto útil) más las pérdidas térm icas del conjunto del sistema (Eper) mediante la siguiente expresión:

CAeS = D ACS + E per = Q ACS(Tuso) • P · Cp • (TACS- T AF) + E per Ecuación 5.4

En una instalación solar destinada a la producción de ACS son especialmente significativas las pérdidas
térmicas en acumuladores, captadores, en el sistema de apoyo y en la red de distribución de tuberías; el
valor de estas pérdidas depende fuertemente del aislamiento de la instalación (acumuladores, tuberías,
etc.), de la eficiencia del sistema de apoyo, etc. Por estos motivos las pérdidas térmicas en una instalación
pueden ser muy bajas (alrededor del 10% de la demanda de energía térmica) o muy a ltas (incluso supe-
riores a l 100% de la demanda), si bien normalmente se encuentran en torno a l 30%.

En concreto en el CTE se indica que se deberán tener en cuenta las pérdidas de la distribución.

HE4 3.1 . 1: 5 Adicionalmente se tendrán en cuenta las pérdidas caloríficas en distribución y re-
circulación del agua a los puntos de consumo.

5.2.- PARÁMETROS CLIMÁTICOS.

5.2 .1.- Radiación solar.

La fuente de e nergía para el funcionamiento de las instalaciones solares térmicas es, obviamente, la ra-
diación solar; en este apartado se hacen unas consideraciones de carácter general sobre esta fuente ener-
gética, que deben ser suficientes a efectos prácticos para el diseño y cálcu lo de las instalaciones. Para más
detalles remiti mos al lector a los textos especializados.

La rad iación solar se valora e n va rias unidades físicas concretas. Las más utilizadas son:

82
 Irradiancia que es la potencia de la radiación solar por unidad de área y se expresa en la unidad corres-
pondiente del Sistema Internacional de Unidades (SIU), e l vatio divid ido por metro cuadrado (W/m2) y la
irradiación que es la energía por unidad de área que se expresa en las unidades correspondientes del SJU ,
es decir, en julios di vidido por metro cuadrado (J/m~) o sus múltiplos (normalmente, el megajulio, MJ).
En este último caso y, por razones prácticas, también se emplea una unidad de energía muy frecuente en
la práctica, e l kWh (kilo vatio por hora) en Jugar del julio y/o sus múltiplos.

La potencia radian te de 1.367 W/m 1 que llega al planeta Tierra (irradiancia extraterrestre media o cons-
tante solar) no es la que fina lmente alcanza la superficie terrestre, puesto que la atmósfera terrestre ate-
núa la radiación solar debido a la renexión, absorción y d ifusión que los componentes atmosféricos (mo-
lécu las de aire, ozono, vapor de agua, C02 , aerosoles, etc.) producen sobre la radiación solar.

Al pasar la radiación so la r por la atmósfera se reduce la intensidad de la radiación debido a:

- Reflexión por la atmósfera, incluidas las nubes.

- Abso rción por las moléculas que componen la atmós fera (0 3 , H 20, 0 2, C0 2 , etc.)

- Difusió n producida por las moléculas de aire y otros componentes, incluidos los aerosoles (naturales o
precedentes de la contami nac ión).

Si se suma toda la radiación global que incide sobre un lugar determinado en un periodo de tiempo defi-
nido (hora, día, mes, año) se obtiene la energía en kWh/ m1 (o en MJ/m 1) . Este valor es diferente según la
región de referencia como se muestra en la figura 5.1 ; en la c ual se puede observar que hay regiones que
alcanzan un ni vel máximo de irradiación por enc ima de 2.300kWb/(m1 .año), otras (sur de Europa por
ejemplo) la irradiación solar máxima es de unos l. 700 a 1.800 kWh/(m 2 .año) y en el norte de Europa os-
c ila entre 700 y 1.200kWh/(m 1.año). En E uropa existe mucha diferencia entre los n iveles de radiación so-
lar según la estación del año, dándose valores extremos en verano e invierno.

180 160 140 120 100 80 60 40 20 O 20 40 60 80 lOO 120 140 160 180

~ 640-900 19 1050-1200 D Bso-1soo D 17oo-19oo • 2100 - 2300

liil 900 - 1050 D 1200 -1350 D 15oo-17oo D 19oo-21oo • >2300

Figura 5.1 : Valores de la irradiación solar sobre superficie horizontal en las distintas zonas de la
tierra expresada en kWh/(m2·año). (Fuente: Meteonorm).

83
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TI:RMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
En la figura 5.2 se mues tran las diferencias regionales de irradiación g lobal media anual dentro de Espa-
ña con valores, evidentemente, mayores en el sur y menores en el norte; la misma se corres ponde con la
zonificación climática incluida en e l HE4; la clasificación de zonas se rea liza en func ión de la radiación
anual sobre superficie horizontal, que se incluye en la tabla 5.2.

RADIACION SOLAR GLOBAL

2
ZONA J\1J/m ·día kWh/m2·día kWh/m2·año
1 H< 13,7 H< 3,8 H < 1.389
11 13,7 ~R< 15,1 3,8 ~H< 4,2 1.389 ~H< 1.531
m 15,1 ~H< 16,6 4,2 < H< 4,6 1.531 <H< 1.683
IV 16,6 ~H< 18,0 4,6 <H< 5,0 1.683 ~H < 1.825
V H~ 18,0 H~ 5,0 H~ 1.825
Tabla 5.2: Radiación solar global sobre superficie horizontal (HE4)
-
La radiación solar que incide sobre la superficie terrestre se puede acepta r formada por dos componen-
tes: directa y difusa, la directa es aquella que a lcanza la s uperficie directamente desde el so l, mientras
que la difusa procede de toda la bóveda celeste y se origina sobre todo en las interacciones (dif-us ión y
absorción) de la radiación sola r con los componentes atmosféricos.

En la figura 5.3 se tiene la distribución, a lo largo de un día si n nubes concreto en un lugar determinado
de l s ur de España, de la irradiancia solar inc idente e n sus dos componentes (directa y dif usa) así como la

84
global en un a s uperficie hori zo ntal. En estos días claros la com ponente directa de la radiac ión es muc ho
mayor que la difusa e incluso que la global horizontal como ocurre en este caso.

,...... 1000
"'..._e
~ 900
'-'
«!
"ü 10,63 kWh/ml
t:: 800 ·········rii'aélíiiiicrá·uirecta.···· ··········-····· ································································ ·····-····-·-····
«! Normal
:.a
«! 700
-t 600
8,34 kWh/m~
500 ··················- ················-···· ..lr.radiancia.Global..- ..···-·····················-·······-··································· ···············-······· ···········-··
Horizontal
400

300

200
0.80 kWh/ml
lrradiancia Difusa
100 -·· - ·-··--------·-············-···-···-·- -···-····-·-·,oñioiiTál---·-······-····-·--· -··-··- --·-···· - -·· -··

o
5:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00
Hora
Figura 5.3 : lrradiancia global horizontal, directa normal y difusa horizontal de un día sin nubes.

Pa ra e l cálculo de la energía proporcionada por una insta lac ión solar es imprescindible conocer la irra-
diación so lar en e l plano de la instalación y la trayectori a solar en e l lugar en las d iferentes épocas del
año. La posición del sol queda determinada por su altura y su azimut.

85
DTIE h.O:; INSTAL-\CIO'iES S(lLARES TER>\ OCAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
Dado que no se mide la radiación solar en todas las orientaciones e inclinaciones, se han establecido diferentes siste-
mas de cálculo que permiten obtener el valor de la irradiación sobre una superficie inclinada con cualquier orienta-
ción e inclinación en periodos de tiempo definidos, nonnalmente una hora o un día representativos de un periodo de
tiempo mayor, habitualmente un mes. No es objeto de la presente publicación describir estos procedimientos de cál-
culo, como ejemplo en la tabla 5.3 se presentan los datos de Sevilla.

Existen diversos programas de cálculo que hacen este trabajo para detenninadas ciudades de toda España; algunos de
ellos se pueden encontrar en las páginas web de empresas e instituciones especializadas.

En el anexo de tablas se dan los datos para un cálculo aproximado de la radiación en cada localidad. para las dife-
rentes orientaciones e inclinaciones; se incluye una tabla con la radiación solar (kWh/m2·día) para las capitales de
provincia, asimismo se incluye otra tabla con el porcentaje de variación de la radiación respecto a la superficie hmi-
zontal, para diversas orientaciones e inclinaciones del campo de captadores; esta última corresponde a una latitud de
41 °. la misma es valida, con errores asumibles, para toda la península: con ambas tablas se puede estimar la radiación
en cualquier posición, como se muestra en el siguiente ejemplo:

5.2.2 Temperatura ambiente

Tras la radiación solar el factor climático que ejerce mayor influencia sobre el comportamiento de una
instalación solar normalmente es la temperatura ambiente. En la figura 5.4 se muestra la evolución de la
temperatura ambiente y de la irradiancia incidente en un día claro.

-~ 1000
45 _.-...
u
o
'-'
....
«:!
'-' 40 ::l
.....
-~
u ....
«:!
11)
e 35 c.
-~ E
-o 800
~
-~ 30

600 25

20

400
15

10
200
5

o ~=--F~-+~~~--~--~---4----~--~~-+--~ o
0:00 2:24 4:48 7: 12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:1 2 21:36 0:00

Hora Solar

Figura 5.4 : Evolución de la temperatura ambiente y de la irradiancia en un día claro.

86
En la actualidad, los únicos datos medidos disponibles en número suficiente, son los suministrados por el
Instituto Nacional de Meteorología, en fo rma de temperaturas máximas y mínimas a lo largo de los años.
Del estudio de los datos trihorarios comprendidos en un período de 19 años (1969-88), se pueden extraer
las siguientes conclusiones:

l. La evoluc ión de la temperatura ambiente a lo largo de l día tiene un carácter senoidal. Esto se justifica
por la naturaleza igualmente senoide de la radiación solar incidente sobre la s uperficie terrestre. que
intluye de manera decisiva sobre la temperatura seca . La senoide solar se caracteriza por un máximo
que tiene lugar a l mediodía solar, y por unos mínimos que ocurren a la salida y puesta del sol.

2. El valor máx imo de temperatura seca se encuentra retrasado del máximo de radiación, debido a l efec-
to de acumulación producido en la capa superficial de la litosfera.

3. El valo r mínimo de temperaturas se localiza aprox imadamente una hora después de la salida del sol,
instante en que finaliza e l enfriamiento nocturn o. El retraso del mínimo de temperatura es consecuen-
c ia de la inerc ia térmica de l sistema. Esta hora y por tanto. e l valor mínimo de la temperatura seca es
dependiente de la latitud local y del día del año considerado.

A igualdad del resto de factores, al aumentar la diferencia de temperaturas entre el captador solar y el ambiente, dis-
minuye el rendimiento del captador ya que aumentan sus pérdidas ténnicas (apartado 3. 1.3). En la figura 5.4 se ob-
sen·a que los valores más altos de temperatura ambiente se alcanzan durante la tarde por lo que se deduce que, para
una temperatura del captador dada y una detenninada irradiancia incidente, el rendimiento de los captadores solares
es mayor por la tarde que por la mai'iana por ser menores las pérdidas ténnicas.

Respecto al resto de componentes de una instalación solar expuestos al ambiente (tuberías. etc.) sucede lo mismo ya
que, suponiendo iguales el resto de parámetros (temperatura en el interior de la tubería, en el acumulador, etc.). las
pérdidas térmicas en estos componentes disminuyen a l aumentar la temperatura ambiente. Por tanto se concluye que,
en tm día claro, una instalación solar tém1ica tiene un mayor rendimiento energético por la tarde que por la mañana.

5.3.- PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO.

El funcionamiento de los componentes de una instalación solar térmica se caracteriza por una serie de parámetros cu-
yos valores influyen en el comp01tamiento global de la instalación; a continuación se indican algw1os de estos pará-
metros presentándose agrupados por sistemas.

5.3.1.- Sistema de captación solar.

La orientación e inclinación de los captadores son factores de diseño que detenninan la energia disponible, influyen-
do en la radiación incidente sobre el sistema de captación. Por este motivo, aunque tanto la orientación como la in-
clinación son variables de diseño, se consideran como parámetros climáticos.

Entre los principales parámetros del sistema de captación destaca el número de captadores y su fonna de conexión
(serie. parale lo o mixta) así como los caudales de circulación del circuito primario. En algunos casos. se asocia al sis-
tema de captación la parte de la red de transporte que realiza la interconexión de todos los captadores.

Con relación a los parámetros de funcionamiento específicos de los captadores solares destacan su área, los coefi-
cientes de la curva de rendimiento (factor de ganancia, coeficientes de pérdidas térmicas). el modificador del ángulo
de incidencia, el caudal que circula por cada captador y la pérdida de carga asociada.

5.3.2.- Sistema de acumulación.

Se define por el número y volumen de acumuladores, su fonna de conexión, características tém1icas y aislantes (ca-
pacidad térmica, coeficiente de transferencia de calor, puentes tém1icos, etc.) y caudales de circulación durante los
procesos de carga y/o descarga térmica.

87
DTIE 8.03 INSTA LACIO 'ES SOLARES TEfu'AICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
Los principales parámetros que influyen en el comportamiento de un acumulador son el volumen, disposición
(vertical u horizontal), geometría (altura y diámetro), situación de las conexiones de entrada y salida y su ais-
lamiento térmico (espesor y conductividad ténnica); también resu lta necesario considerar los e lementos que in-
fluyen en la estratificación térmica (tubos difusores, deflectores. re lación altura/diámetro, etc.).

5.3.3.- Sistema de intercambio.

Se caracteriza por el tipo de intercambiador, potencia ténnica, efectividad, superficie de intercambio, coeficiente de
transmisión de calor y aislamiento tém1ico. El funcionam iento del intercambiador queda detenninado por los cauda-
les de circulación, las características de los fluidos empleados en el intercambiador (lados primario y secundario), el
factor de ensuciamiento y las pérdidas de carga.
5.3.4.- Sistema de transporte.

Definido po r los caudales de diseño y su distribución, la longitud y diámetro de las tuberías y el espesor y
conductividad ténnica del aislamiento. Respecto a las bombas de circulación se ha de considerar supo-
tencia eléctrica.

Dentro de este sistema se incluyen las características energéticas de los fluidos empleados en los diversos circuitos
de la instalación y entre las propiedades a considerar destacan: calor específico, temperaturas de ebullición y de con-
gelación, densidad. viscosidad y coeficiente de dilatación térmica.
5.3.5.- Sistema de control.

Queda definido por la posición de los sensores de control (en captadores, acumuladores, intercambiadores, tuberías,
etc.), por la estrategia y los cri terios de activación/parada (diferencias de temperatura de arranque y corte), tempera-
tura máxima en acumuladores, sistema antiheladas, histéresis, valores mínimos de inadiancia solar, etc.

También se pueden incorporar las características de ftmcionamiento y estrategia de control del sistema de apoyo y. en
su caso, de la bomba del circuito de recirculación así como de las válvulas mezcladoras.

5.4.- PRINCIPIOS BÁSICOS DE CÁLCULO

El cálculo de una instalación solar tiene por objeto prever el comportamiento de una instalación (condiciones fun-
cionales) situada en un lugar concreto (condiciones climáticas) y con una detenninada utilización (condiciones de
uso).

-Las condiciones climáticas caracterizan la energia disponible (Eotsr)

- Las condiciones funcionales, defmen el rendim iento de la transfonnación (11E L)
- Las condiciones de uso detenninan la energía necesaria (E:-'Ecl

Se pueden establecer, las siguientes definiciones adicionales:

La energía solar aportada O(Er.sL) es la energía tém1ica realmente transferida al consumo y puede defmirse por:

E EsL = EotSP x TIESL Ecuación 5.5

En este docun1ento se define el rendimiento global de una instalación solar como el cociente entre la energía ténnica
aportada por la instalación solar (entregada al consumo) y la energía solar incidente sobre el plano de los captadores
solares de la instalación. Siempre ha de referirse a un determinado periodo de tiempo. Este rendimiento se obtiene
multiplicando los rendimientos de cada uno de los sistemas (captación, acumulación. intercambio, transporte y con-
trol) que constituyen la instalación.

La energía solar aportada (EESL) es una parte de la energía necesaria (ENEC) o demanda. A la fracción de la
demanda que es cubierta mediante energía solar se denom ina cobertura o fracción solar (FSolar).

88
 De donde:

EESL = ENEC X F Solar Ecuación 5.6

Se define la fracción solar (F ornr) como e l cociente entre la energía aportada por la instalación solar al
consumo y la demanda de energía térmica para producción de agua caliente requerida por el consumo. Por
ta nto, y este es el principio básico de cálcu lo:

EorsP X l}ESL = EEsL = ENEC X Fsolar Ecuación 5.7

El cálculo de una instalación supone que, una vez defi nidas los parámetros de las condiciones de uso, climáticos y de
func ionamiento, quedan un ívocamente detenninados los valores de la fracción solar y del rendimiento.

Ahora bien, cualquier variación de alguno de estos parámetros modifica los resultados: así:

-La misma instalación, en el mismo lugar, con distinto uso tiene un comportamiento diferente.
- La misma instalación, con el mismo uso, tiene distinto comportamiento dependiendo del lugar.
- El mismo consumo, en el mismo sitio. puede ser atendido por instalaciones diferentes con rendimientos y rraccio-
nes solares distintas.

De fonna general, en función de los datos de entrada los diversos procedimientos de cálculo aportan los resultados de
la instalación (prestaciones energéticas, etc.). Las variables que definen o resumen el resultado del cálculo pueden ser
la energía solar aportada, la fracción solar, etc.

Como el rendimiento de una instalación se obtiene multiplicando los rendimientos de cada uno de los sistemas (cap-
tación, acumulación, intercambio, transporte y control) se pueden buscar soluciones tecnológicas distintas que den el
mismo resultado final; es decir se pueden conseguir rendimientos y rracciones solares iguales con instalaciones dife-
rentes.

A modo de ejemplo se incorpora en estas defmiciones el rendimiento del sistema de captación solar, que es el cociente
entre la energía ténn ica aportada por el sistema de captación (captadores solares y elementos de conexión) al sistema
de intercambio (en caso de existir intercambiadores entre los captadores solares y el acumu lador solar), o al sistema
de acumulación y la energía solar incidente sobre el plano de los captadores. De manera similar se definen los rendi-
mientos del resto de sistemas que evidentemente han de estar referidos al mismo periodo de tiempo.

5.5.· MÉTODOS DE CÁLCULO.

Existe una amplia gama de métodos de cálculo cuyos datos de entrada, datos de salida, propiedades, bases de cálcu-
lo, aplicaciones, etc. son muy diferentes. Es de destacar que dependiendo del método de cálculo empleado será nece-
sario establecer, con mayor o menor detalle, parte o todos los parámetros de uso, climáticos y de funcionamiento in-
dicados en los apartados anteriores.

Los resultados obtenidos pueden ir desde la evaluación de las prestaciones energéticas globales de la instalación so-
lar térmica, hasta aspectos específicos de cada sistema (nivel de estratificación térmica en el acumulador, temperatu-
ra a la salida del captador, etc.).

Los métodos de cálculo de instalaciones solares pueden clasificarse en métodos simplificados o detallados.

5.5.1.- Métodos de cálculo simplificados.

L os métodos simplificados aportan información sobre el comportamiento energético g lobal de la instala-

ción, no requieren gran nivel de detalle para la definición de las bases d e cálc ulo y por tanto no necesitan

89
DTJE S.OJ I:I'STALACIONES SOLARES TEIL\11CAS PARA PRODUCCIÓ1' DE ACS
disponer de información detallada en los datos de entrada, por lo que son relativamente fáciles de utilizar. Los pará-
metros de salida generalmente se refieren a variables globales de la instalación (energía aportada. etc.).

Estos métodos normalmente están basados en correlaciones obtenidas a partir de datos medidos en una canti-
dad significativa de instalaciones. El rango de val idez de las con-elaciones depende de múltiples factores si bien,
con carácter general, es necesario que estos métodos sean suficientemente validados con los datos medidos en
las instalaciones.

Los métodos simplificados pueden utilizarse para obtener una primera estimación en el dimensionado de la instala-
ción si bien debido a que normalmente no permiten obtener infonnación específica sobre los diferentes sistemas que
constituyen la instalación (captación. acumulación, etc.), para contrastar los valores obtenidos, conseguir un conoci-
miento más detallado del comportamiento energético global de la instalación y del específico de los diferentes siste-
mas y/o componentes se tiene que realizar el estudio mediante métodos de cálculo detallados.

a) Método de cálculo del rendimiento medio

El método de cálculo simplificado más sencillo es el que utiliza como únicos parámetros funcionales el área de cap-
tación (A) y el rendimiento medio (TlESL) de la instalación solar; conociendo la demanda diaria de energía térmica
(DAcs) y la irradiación solar anual disponible sobre el plano de captación (He), se detem1ina la fracción solar (FSo-
lar) utilizando la expresión:

Fsolar = (A· H e 'TIEsL) 1 (DACS · 365) Ecuación 5.8

b) Método de cálculo f-chart, (curvas f)

Este método parte de valores diarios medios mensuales y estima la energía aportada por una instalación
solar. a partir de los siguientes parámetros:

- De uso : temperatura de agua fría , temperatura de uso y consumo de agua caliente a la temperatura de
uso

- Climáticos: irradiación solar sobre el plano de captadores solares y temperatura ambiente

- De funcionamiento : área de captación solar, factor óptico y coeficiente lineal de transferencia de calor
del captador, caudal de circu lación y vo lumen de acumulación.

Los resultados arrojados por este método de cálculo son los va lores de fracción sola r (FSo lar) para un día
medio de cada mes. La energía solar aportada (EESL) se obtiene multiplicando la fracción solar por la
demanda de energía térmica.

5.5.2.- Métodos de cálculo detallados.

Utilizan modelos físicos y matemáticos que caracterizan los di stin tos sistemas y/o componentes, perm iten
realizar estudios paramétricos que determinan los efectos provocados por las distintas variables y simulan
e l comportamiento energético de la instalación. Son métodos que aportan información muy deta llada, pero
que han de estar adecuadamente contrastados con datos experimentales medidos en las instalaciones a l ob-
jeto de reproducir convenientemente el comportamiento de estas .

Una ventaja importante que ofrecen es que se pueden utiliza r para contrastar los datos medidos d e fun-
cionamiento real con los resultados obtenidos en la simulación. Entre los resultados normalmente apor-
tados por los métodos detallados sobre el comportamiento de los distintos sistemas de la instalación
destacan:

90
- Sistema de captación solar: temperatura a la salida de cada captador solar, energía captada y pérdidas térmicas.

-Sistema de acumulación: distribución vertical de temperaturas (estratificación) en el intetior de los acumuladores.

caudales y temperaturas a través de las conexiones de entrada y salida de los acumuladores y pérdidas tétmicas.

- Sistema de intercambio: temperaturas a la salida del p1imario y del secundario.

- Sistemas de transpot"te y de control: pérdidas térmicas en las tuberías, tiempo de funcionamiento y/o consumo de
energía eléctrica de las bombas.

En general los métodos detallados son más complejos de manejar, requiriéndose un esfuerzo importante en la defini-
ción de la instalación así como en la cantidad y nivel de detalle de los datos de entrada (valores horarios, etc.).

Estos métodos también cuantifican energías, rendimientos, etc. Para ello, a partir de los resultados mencionados rea-
lizan las correspondientes operaciones que permiten vaJorar estas otras variables.

5.6.- CRITERIOS DE CÁLCULO.

En este apartado se dan Jos criterios para definir las variables fundamentales que intervienen en el cálculo de instala-
ciones; para los mismos se utilizan métodos de cálculo simplificado.

De acuerdo con los principios establecidos, el cálculo de una instalación solar debe real izarse con el siguiente proce-
dimiento:

1.- Cálculo de la demanda de energía.

2.- Selección de la orientación e inclinación de captadores.

3.- Definición de los datos climáticos.

4.- Selección de los parámetros funcionales de la instalación.

5.- Cálculo de las prestaciones .

6.- Modificación y ajuste de los parámetros funcionales.

7.- Nuevo cálculo de las prestaciones.

A continuación se desarrollan aquellos aspectos no tratados en los apartados anteriores (2, 4. 5). Co mo re-
gla general, el cálculo de una instalació n solar térmica es un proceso iterativo (7) que requiere el ajuste de
los parámetros funcionales (6) en base a la realimentación con los resultados que proceden del cálculo an-
terior. E n los c ic los del proceso reiterativo debe inc luirse todo el p roceso de di seño y cálculo de sistemas
y componentes de la instalación.

Es importante, a la hora de seleccionar y modificar los parámetros funcionales, saber cómo afectan cada uno de ellos
a los resultados g lobales de una instalación solar por lo que se incluye, en el apartado 5.7, un análisis de sensibilidad
de los parámetros funcionales más significativos.

5.6.1.- Selección de la orientación e inclinación.

L a selección d e la orientación e inclinación de los captadores afecta a la energía radiante incidente sob re
los mismos y puede realizarse con criterios arqu itectónicos (conseguir una mayor integ rac ión arquitectó-
nica de los captadores solares en el edificio), energéticos (optimizar el acoplamiento entre la d emanda y
la oferta de ene rgía) o buscando soluciones de compromiso entre ambos c riterios.

91
DTIE S.OJ INSTALACIO:SES SOL'\RES TER.\1IC.~S PARA PRODUCCIÓ~ DE ACS
En el CTE se limitan las pérdidas máximas por orientación en inclinación en función del grado de inte-
gración de la ins ta lación en e l edificio; siendo estos límites (tabla 5.4) los que determinan las soluciones
a aplicar en cada edificio.

ORIENTACION e
CASO SOMBRAS TOTAL
INCLINACIOl'í
GENERAL 10% 10% 15%
SUPERPOSICION 20% 15% 30%
INTEGRACION ARQUITECTONICA 40% 20% 50%
Tabla 5.4: Pérdidas límite por orientación en inclinación y sombras, según el grado de integración ar-
quitectónica de la instalación en el edificio (HE4).

Asimismo en el mismo documento (HE4) se incluye la figu ra 5.5 en la cual, con la orientación e inclina-
ción de los captadores se tienen di rectamente las pérdidas. respecto a la orientación e inclinación óptimas.

En el apartado 3.1.5 se ba hecho referencia a los puntos del HE4 donde se detalla el método de cálculo de
las pérdidas por sombras.

La ubicación de los captadores deberá seleccionarse teniendo en cuenta todas las pérdidas pos ibles

100%
1 -105° 95%- 100%
90% -95%
80%- 90%
w E
70%-80%
60% -70%
-75° 50%-60%
40% -50%
30% -40%
<30%

,/
Angulo de S
inclinación (~)

0 Q
~ Ángulo de acimut (a) ~
Figura 5.5: Porcentaje de energía respecto al máximo, como consecuencia de las pérdidas por orien-
tación e inclinación, latitud 41° Norte (HE4).

92
 50 5.000 30 50
5.000 6.000 30 30 55 65 70
6.000 7.000 30 35 61 70 70
7.000 8.000 30 45 63 70 70
8.000 9.000 30 52 65 70 70
9.000 10.000 30 55 70 70 70
10.000 12.500 30 65 70 70 70
12.500 15.000 30 70 70 70 70
15.000 17.500 35 70 70 70 70
17.500 20.000 45 70 70 70 70
Mas de 20.000 52 70 70 70 70
Tabla 5.5: Contribución solar mínima para ACS, en función del consumo diario a 60°C y de la zona de
radiación solar, para combustible fósil (HE4).

Mas de 70 70 70 70 70
Tabla 5.6: Contribución solar mínima para ACS, en función del consumo diario a 60°C y de la zona de
radiación solar, para electricidad por efecto Joule (HE4).

5.6.2.- Selección de los parámetros funcionales (Estimación del área de captación y del rendimiento
medio anual).

Para la estimación inicial del área de captación, se emplea el método de cálculo del rendimiento medio
(11EsL) y del área de captac ión (A ) anterio rmente referido. Con la demanda media di aria anual de energía
térmica (DAc) y la irradiación solar dispon ible sobre e l plano de ca ptación (H e), se define un nivel de co-
be rtura de la de manda de e nergía, valorando con ello la fracción solar requerida ( Fsotar). Estimand o el ren-
d imiento med io anua l de la instalación (11Est), se puede calcular el área (A) de captación mediante la s i-
guiente expresión:

A= (DAcs · 365 · Fsotar) 1 (He "fiESL} Ecuación 5.9

La fracc ió n solar mínima de las instalaciones para ACS está fijada en e l CTE (tablas 5.5 y 5.6), en func ió n
de la zona d e ubicació n geográfi ca, del co nsumo d iario de ACS y de la energía d e a poyo, vari ando entre
valores mín imos de l 30% y máxim os de l 70%.

93
DTIE 8.03 INSTALACIO:-IF.S SOI.ARF.S 1 ERMIC'AS PARA I'ROI)UC'CIÓN DE ACS
Para estimar el rendimiento medio anual de la instalación debe tenerse en cuenta que él de los captadores solares se
encuentra habitualmente comprendido en el rango 40 a 60% y que en el resto de componentes de la instalación se
producen pérdidas térmicas que disminuyen el rendimiento global de la misma. Por estos motivos normalmente se
consideran valores del rendimiento medio anual dentro del rango 30 a 50%: en el HE4 se indica que el rendimiento
será superior al 20%.

HE4 3.3.1: 2 Adicionalmente se deberá cumplir que el rendimiento medio dentro del periodo
a l aiio en el que se utilice la instalación, deberá ser mayor que el 2.0%.

Se puede estudiar la influencia del área de captadores y del rendimiento en las prestaciones y la fracción solar para
establecer otros números índices, siempre teniendo en cuenta que estos parámetros, como posteriormente queda re-
flejado. son muy interdependientes.

5.6.3.- Cálculo de prestaciones energéticas.

Como ya se indicó en el apartado 5.4. una de las variables que mejor define y reswne el resultado del cálculo de una
instalación solar tém1ica es la fracción solar referida a una demanda de energía (o su equivalente: la energía solar apor-
tada al consumo). En este apartado se realiza w1 breve análisis de los resultados del cálculo de una instalación solar
ténnica empleando el método de cálculo f-chart y de la influencia del consumo en las prestaciones.

En la figura 5.6 se representan los valores de demanda de energía térmica, conespondiente a tm consumo diario de
agua caliente (M) constante a lo largo del año (en este ejemplo, 6.000 lidia), y el aporte solar a lo largo de un año de
3 diferentes instalaciones caracterizadas por su área (A) de captación útil (40. 80 y 120m").

~ 1 000 ~------------------------------------------------------~
.......

~ 900«S
. -- Q¡;!:l]~.!l.<!~--- ----------••----· -------------------.--•• ---. -----· ------------------· --------------·.---·---. --
.§
g 800
UJ

700

600

500 -------········ ..•.•............••. -------------.--... -.----··--·---·------· ................. ------.--.---.-- .

400 ···x;;4o·ñi~-- ---··--··-···---·-·· --··-····--·--···· ·· · ··· · · ·· · · --· ··-· ···· ·------· ······ -· --- ------····--·
.,
300

200

100

o M ay Ago Sep Nov Die

Ene Feb Mar Abr Jun Jul Oct

Figura 5.6 : Variación de las prestaciones energéticas con el área de captación.

Se observa como al aumentar e l área de captación aumenta la energía total aportada por la instalación solar, si
bien, como se muestra en la figu ra 5.8, e l aporte solar unita rio (por m~ de captador) dismi nuye.

94
Cuando el área de captado res es de 40 m1 (MIA = 150 l/m1) la instalación aporta el52,7% de la demanda ener-
gética anual, el resto (47,3%) ha de ser satisfecho por el apoyo. Se observa que el sistema de apoyo se necesita
todo el año. La energía aportada por m 2 de captador. o aporte solar unitario (Euuioarl•), es aproximadamente de
1.073 kWhl(m2·año).

Para A = 80 m1 (MIA= 75 11m2) la fracción solar anual asciende al 82,3% ; durante e l periodo estival práctica-
mente no se utiliza el sistema de apoyo (FSolar "" 100%); si bien se reduce el aporte solar unitario a 838
kWh/(m 2·año).

En el último caso (A= 120 m2 , MI A = 50 l/m 2) la fracción solar anual es del 93,3% necesitándose el sistema de
apoyo solo durante cuatro meses (noviembre a febrero) ; sin embargo el aporte solar unitario desciende a 633
kWhl(m 2·año).

Por tanto, a medida que aumenta e l área de captación aumenta la fracción solar. reduciedose el consumo del apo-
yo, pero disminuye e l ap01te solar unitario. La selección del área de captación se ha de tomar en función del ob-
jetivo establecido (máxima reducción del consumo asociado al sistema de apoyo, maximización del aporte so-
lar unitario, etc.).

Habitualmente las instalaciones solares se calculan para una relación entre la carga de consumo diaria media
anual (M en lidia) y el área de captación solar (A en m 2) entre 70 y lOO llm1 .

Es de destacar la gran inOuencia que tiene el consumo de ACS en el rendimiento y prestaciones de la insta la-
ción, por lo que conviene examinar los efectos de la variación del consumo en los m ismos. En la Figura 5.7, re-
alizada para una relación Y/A constante de 75 llm2 de captador. se observa como al aumentar el consumo (M )
aumenta el rendimiento y la energía aportada por la instalación solar. S in bien, a partir de un determinado va-
lor, ambos factores evoluc ionan de manera asintótica, debido a que se está cercano a la máxima energía que pue-
de suministrar la instalación. También se comprueba cómo al aumentar el consumo disminuye la fracción solar,
es decir, al aumentar el consumo aumenta la cantidad de energía aportada pero también lo hace, y en mayor me-
dida, la demanda de energía térmica.

100

90

1000
80
o ~
·= g
"'
2
:::
800
70
.E"''-'
3~ 60
:0
§
~
o
·¡: >.
.~
~

600 50 ~
=
::J
.... A pone
o
....
Q

"'
o Unitario 40 oC/J
C/J (V/A=75) ,g
g 400 ·¡:¡
o 30
c.
<( ¿:'-'
20

10

Rendimiento
o o
S 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125 135 145 155 165 175
MIA(ll(m' ·día))

Figura 5.7: Eunitaria, FSolar y ?ESL frente a M/A.

95
D"llE 8.03 INSTALAC IOI\ES SOl.ARt::S TERMICAS rARA PRODUCCIÓN DE ACS
5.7.- ANÁLISIS DE SENSIBJUDAD.

En este apartado se analiza el comportamiento energético de una instalación cuando varía alguno de los parámetros
de funcionamiento: área de captación solar, factor de ganancia o coeficiente de pérdidas ténnicas del captador, volu-
men de acumulación, caudales de funcionamiento y efectividad del intercambiador.

En cada uno de los análisis presentados se considera solo la variación del parámetro indicado, es decir, el resto de pa-
rámetros mantienen valores constantes. En todos los casos se toma como variable de referencia del comportamiento
energético la energía anual aportada por la instalación completándose el análisis en algunos casos con otras variables
(rendimiento unitario de captación, tracción solar mensual, etc.).

El análisis mostrado se ha realizado fundamentalmente con el método f-chart. Estudios similares se pueden realizar
con métodos de simulación, los cuales permiten analizar la influencia de mayor cantidad de parámetros de funciona-
miento (situación de las tuberías de entrada y salida en los acumuladores, caudales de circulación, potencia de las
bombas, etc.) y sobre diversas variables de referencia que también permiten cuantificar el comportamiento energéti-
co de la instalación (temperatura a la salida de captadores, temperaturas en el interior del acumulador, cantidad de
energía consumida por las bombas, etc.).

Como punto de partida se considera que los captadores están orientados hacia el sur y con un ángulo de inclinación
de 45° sobre el plano horizontal. Por defecto se establece que la relación entre la carga de consumo diaria media anual
(M) y el área de captación solar (A) es de 75 11m2 . De igual fonna se considera que la relación entre la carga de con-
sumo y el volumen de acumulación V es la unidad (V/M= 1) por lo que en el estado de referencia Y/A = 75 11m 2 .

5.7.1.- Influencia del área de captación solar.

En la figura 5.8, realizada manteniendo constante la demanda de energía tém1ica y resto de parámetros y condicio-
nes de funcionamiento salvo el área de captadores solares, se observa que simultáneamente tienen lugar los siguien-
tes dos efectos contrapuestos a medida que aumenta el área de captación de una instalación solar térmica:

J400 ~-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------~
Aporte Unitario
100

~
90
o J200
·=
:::
80
~
~
E o
>::::""
..e e:
t.)
::;¡: JOOO 70 .E
~ Rendimiento 'O
.2 ~
.~ 800
60 0::
>.
5... e~

o"' 50 ~

...
{/)
o"'
~ 600 - ---- --- -- - ------------- - --~------ {/)

oo. 40 .¡s
·¡:¡
<(
u
400 30 ~"'

200 ___.frru:.kÁful.SWsu-••• __ ___ --------------------_____-------------------------------------------

---- 20

JO

o o
JO 20 30 40 50 60 70 80 90 JOO JIO 120 130 J40 J50 160
Área (m')

Figura 5.8 : Evolución Eunitaria, Fsolar y T}ESL frente al área de captación.

96
 l. Aumenta la fra cció n solar y por tanto la cantidad de ene rgía apo1tada por la instalación

2 . Disminu ye e l rendimie nto unitario de captación solar (cociente entre la energ ía térmica aportada por m2
de captador s olar y la energ ía solar incidente sobre el mismo).

Es decir cada m! adicional es me nos e ficiente, en términos energéticos, que e l anterior, la di sminución del
aporte solar uni tario es deb ida a que la temperatura de entrada al captador es más alta (ya qu e el resto de
parámetros como e l volumen de acumulación o la temperatura ambiente, se mantienen constantes) y, por
tanto el rendimiento de captación disminuye.

En la figura 5.8 también se muestra la evolución del rendimiento con el área. Se observa que en este caso
se a lcanza la fracció n solar del 70% con un rendimiento s uperior a l 40%.

5.7.2.- Influencia del factor de ganancia del captador solar.

Al aumentar el factor de ganancia, o rendimiento óptico, aumenta la energía aportada por la instalación so-
lar (figura 5.9) si bien el incremento va disminuyendo segú n aumenta e l factor óptico; así a l cambiar e l fac-
tor óptico de 0.50 a 0,55 se produce un aumento del aporte solar unitario en torno al 10%, mientras que a l
pasar de 0,85 a 0,90 e l aumento apenas su pera el 3%.

1000
...-..
,...... 900
o
IC:
...~ 800
E
...._,
.......
..S:: 700
~
...!:<:
'---' 600
o
.....
.-:::CI:S 500
e:
::::> 400
...
CI:S
o 300
r:/)

~
.....
o 200 --------------------------------------------------------------------------------------
c..
< 100 --------------------------------------------------------------------------------------
o
0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95
Factor de Ganancia

Figura 5.9 : Eunitana versus factor de ganancia.

5. 7.3.- Infl uencia del factor lineal de pérdidas del captador solar.

La figura 5. 1O mues tra de fo nna cuantitativa la dis m inuc ión del aporte solar unitario, que se o btiene en una
instalación solar, a medida que a umenta el factor linea l de pérdidas ténnicas de los captadores; en este caso
concreto al aumentar e l factor de pérdidas de 2 a 2,5 e l aporte solar uni tario dis mi nuye alrededor del 1%,
mientras que a l pasar el factor de pérdidas de 7,5 a 8 dism inuye en torno al 2%.

97
OTIE 8.03 INSTALACIONES SOLA RES TERMICAS PARA PRODUCC IÓN DE ACS
 ~1 000 ~----------------------------------------------------~
o
lC -
"' 900 -------------------
N

E
.._,
--:3:
....::

..::.:.
..__,
o
·;::::
800
700
-----------------------------------------------------------------------
-
600
~
·¡:::
:::> 500
....
o"'
\/)
400
C!)
t 300
o
0..
< 200
100
o 2 2,5 4 4 ,5 5 5,5 6,5 7 7,5 8 8,5 9
3 3,5 6
2
Factor Lineal de Pérdidas (W/(m ·K))

Figura 5.10: Eunrtaria versus factor lineal de pérdidas.

5.7.4.- Influencia del volumen de acumulación.

La figura 5.11 corresponde a diversos valores de la relación M/ A (50, 75 y 100 Vdía y m2 de captador); en todos es-
tos casos, al aumentar la relación V/A, aumenta el aporte solar unitario ya que disminuye la temperatura de entrada
al captador (debido a la menor temperatura alcanzada en el acumulador).

El comportamiento prácticamente asintótico se alcanza antes (valores inferiores de V/A) para los casos en los que la rela-
ción MIA es más baja. Es decir, a partir de que el volumen de acumulación es del orden de la carga de conswno (V/A
coincide con MIA), a medida que aumenta el volumen de acumulación (mayor VIA) el aumento del aporte solar unitario

~ 1000 ~--------------------------------------------------~
'O Aporte Solar Unitario (M/A= 100
IC:

N~ 900
Aporte Solar Un itario (M/A=75}
~
:3: 800
~
.g 700
.~
e
~ 600
...
o"'
C/) 500
Q)
t::
¿-o 400

300

200

100

o
5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125
V/A (1/m')

Figura 5.11 : Variación de Eunitaria con el volumen de acumulación.

98
 es cada vez meo01~ debido a que cuando V es superior a M el aumento adicional de energía es muy pequeño ya que a pe-
sar de aumentar la energía almacenada en el acumulador (aumenta el rendimiento de los captadores por trabajar a inferio-
res temperaturas) esta energía prácticamente no es aprovechada ya que el consumo de agua caliente es inferior al agua acu-
mulada y por tanto queda energía en el acumulador que no es llevada a los puntos de consumo. Como se comentó
anteriormente, a Jos efectos de la instalación solar la energía no distribuida al consumo no se considera energía útil.

Como también se muestra en la figura 5. 11, fijada una relación V1A a medida que aumenta el consumo M, y por tanto la
relación M/A, aumenta el aporte solar unitario. En cualquier caso se observa que este aumento es porcentualmente más
pequeño a medida que aumenta la relación MIAya que se está cada vez más cercano a la máxima cantidad de energía que
puede aportar la instalación solar.

Del análisis de las figuras 5.6 y 5.11 nonnalmente se recomienda seleccionar un volumen de acumulación de tamaño co-
mercial similar al consumo diario de ACS. El rango de valores utilizable para el volumen de acumulación solar corres-
ponde a valores estándar comprendidos entre el consumo diario mínimo y el máximo. En cada caso resultará más apro-
piado un determinado valor dependiendo de factores tan diversos como perfiles de consumo, espacio disponible,
reutilización de acumuladores existentes, etc.

H.E:4 3.3.3.1: 1 El sistema solar se debe concebir en función de la energía que aporta a lo largo del día y no
en función de la pot~ncia del generador (captadores solares), por tanto se debe prever una acu-
mulación acorde con la demanda al no ser ésta simultánea con la generación.

HE4 3.3.3.1: 2 Para la aplicación de ACS, el área total de los captadores tendrá tm valor tal que se cumpla la
condición:
50 < V A < 180
Siendo:
A suma de de las áreas de los captadores en m'.
V volumen de acumulación solar en l.

5.7.5.- Influencia del caudal de circulación.

En la figura 5.12 se observa que existe un caudal de circulación (- 20 V(h.m2)) para el que se alcanza el rendimiento má-
ximo de la instalación. Este caudal óptimo nom1almente se encuentra dentro del .rango de caudales denominado de bajo
Oujo (entre 1Oy 20 V(b.m2) ) . Al trabajar con caudales de circulación inferiores existe un riesgo elevado de que descienda
considerablemente el rendimiento de la instalación por lo que no se recomienda trabajar con caudales de circulación de-

-~
o........

S
50
45
oc::l 40
·a
:.a 35
e:: 30
o
~
25
20
15
10
5
o
o 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Figura 5.12: Variación del ?ESL con el caudal del circuito primario.

99
DTIE 8.03 11-.STALACIONES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
masiado bajos. Sin embargo, al awnentar el caudal por encima del valor óptimo el descenso de rendimiento es muy es-
caso. Por este motivo se recomienda trabajar con caudales de circulación algo superiores al óptimo y así, aunque el ren-
dimiento alcanzado no sea el máximo, se asegure un valor de rendimiento adecuado evitando situaciones de trabajo con
rendimientos inferiores al 20%.

5.7.6.- Influencia de la efectividad del intercambiador.

Se o bserva (figura 5.13) que al aumentar la efectividad del sistema de intercambio aumenta el rendi-
miento de la instalación s i bien el valor del aumento va ría depend iendo de los va lores de efectividad con-
siderados. Partiendo de va lores bajos de efectividad el aumento de rendimiento es, porcentualmente, ma-
yor o bservándose que a partir de valores de efectividad superiores a 0,4 el aumento de rendimiento es
muy inferior.

60 ~--------------------------------------------~

50 ---------------------------------------------------------------------------------------------

40

30 -------------------- -----------------------------------------------------------------------

20 -------------- ------------------------------------------------------------------------------

10 --------- ----------------------------------------------------------------------------------

00
~--~--~~~~~~--~--~~~~--~--~~~
O, 1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 O, 7 0,8 0,9
Efectividad

Figura 5.13 : Variación del11esL con la efectividad del intercambiador.

lOO
 6. DIMENSIONADO BASICO.

En este apartado se realiza un dimen sionado básico d e las in stalac iones de ene rgía sola r té rmica para
ACS, c um p liendo los requi sitos fij ados en el CTE; en e l mi smo se desarro llan unas ta blas de selec-
c ió n de e le mentos, para un pred iseño de las instalaciones, q ue permiten realizar una previsión de
equ ipos y espac io s para los proyec tos bás icos de la ed if icac ión; el d iseño f ina l de las m ismas exce-
d e al obj eto de la presente pub licación, requiriendo estudios mas detallados, para los mismos con-
sultar la DTIE.

6.1.- NUMERO DE CAPTADORES.

De los datos de temperaturas de l agua de la red , dados en la no rma U E 94.002 se tie ne como prome-
dio anual de refere nc ia una te mpera tura de l5°C valid a para todas las localidades; con lo que ten ie ndo
e n cuenta que la temperatu ra de referenc ia del CTE para ACS es de 60°C se p uede obtener e l consumo
de e nergía para ACS correspondiente a cada uso (tabla 6.1 ).

TIPO EDIFICIO Litros/día a 60°C Energía para T' Red = 15°C

Viviendas Unifamiliares 30 por persona 573 kWh/año persona
Viviendas Multifamiliares 22 por persona 420 kWh/año persona
Hospitales y Ctinicas 55 por cama 1.050 kWh/año cama
Hote14* 70 por cama 1.337 kWh/año cama
Hotel3* 55 por cama 1.050 kWh/año cama
Hotel/Hostal 2* 40 por cama 764 kWh/año cama
Hostal/Pensión 1*. 35 por cama 668 kWh/año cama
Camping 40 por emplazamiento 764 kWh/año emplazamiento
Residencias (ancianos, estudiantes, etc). 55 por cama 1.050 kWh/año cama
Vestuarios/Duchas Colectivas. 15 por servicio 286 kWh/año servicio
Escuela 3 por alumno 57 kWh/año alumno
Cuarteles 20 por persona 382 kWh/año persona
Fabricas y Talleres 15 por persona 286 kWh/año persona
¡Administrativos 3 por persona 57 kWh/año persona
Gimnasios 20 a 25 por usuario 477 kWh/año usuario
Lavanderías 3 a 5 por kg de ropa 95 kWb/año kg de ropa
Restaurantes 5 a 10 por comida 191 kWh/año comida
Cafeterías 1 por almuerzo 19 kWh/año almuerzo
Tabla 6.1 : Demanda de ACS a 60°C según tipos de edificio (HE4) y demanda de energía anual corres-
pondiente a una temperatura media de la red de 15°C.

Para fac ilitar el di mensionado previo en la tabla 6.2 se realiza la transfo rmación de 1/día a 60°C, de la
ta bla 5.5 , a personas o camas, según tipo de edific io, de manera que la entrada en tablas, para obtener
la contribuc ión so lar mínima f ijada en e l CTE, sea inmediata.

101
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
 CO\Sl \10 \(S Vh i\tultifnnuliares Campm~. HT 2• Ho~IIII:IJc,. Re m,. tf 1 3 • HOTELES 4•

lidia a Ml0 ( k\\'h/año 22 !/ usuario .¡o I/cama 55 1/cama 70 1/cama

so 5.000 955 95.494 2 227 1 125 1 91 1 71
5.000 6.000 95.494 114.593 227 273 125 150 91 109 71 86
6.000 7.000 114.593 133.692 273 318 150 175 109 127 86 100
7.000 8.000 133.692 152.791 3 18 364 175 200 127 145 100 114
8.000 9.000 152.791 171.890 364 409 200 225 145 164 114 129
9.000 10.000 171.890 190.988 409 455 225 250 164 182 129 143
10.000 12.500 190.988 238.735 455 568 250 313 182 227 143 179
12.500 15.000 238.735 286.483 568 682 313 375 227 273 179 214
15.000 17.500 286.483 334.230 682 795 375 438 273 318 214 250
17.500 20.000 334.230 381.977 795 909 438 500 318 364 250 286
Mas de 20.000 Mas de 381.977 Mas de 909 Mas de 500 Mas de 364 Mas de 286
Ta bla 2.1 (HE-') N" l lSUAIUOS N" C:\\IAS N" CAl\IAS \ "CA !\lAS

Tabla 6.2: Equivalencias según tipo de edificio a los consumos que delimitan la fracción solar
mínima del HE4, para combustible fósil.

Pa ra d ime nsionar la superficie de captación necesaria se aplica el método del rendi miento medio, des-
crito en el apartado 5.5. 1.

Co mo rendimiento de la instalación de energía solar se toma un valor conservado r: 35%, de modo que
la superfi cie prev ia no resulte inferior a la del proyecto fi nal.

Como radiaciones de referencia sobre superficie horizontal según zona geográf ica se tom an las de la
ta bl a 6.3.

ZONAl ZONA 11 ZONAIII ZONA IV ZONA V

1.150 1.400 1.600 1.750 1.850
Tabla 6.3: Radiación anual de referencia {kWh/m2) sobre superficie horizontal,
según zona de radiación solar.

Con estos da tos se tienen las tablas de dimensionado rá pido que se mues tran en los sigu ientes puntos .
Ev identemente las tablas p ro puestas de ben ser tomadas ún icamente como referencia; sirven para un
pred iseño general; en la realidad la rad iació n en cada zona será superior ya que la posición fi nal de los
captado res ten drán una cierta inc linación; las superficies obtenidas deberán incrementarse en la p ro-
porció n equivalente a las pé rdidas por sombras.

La radi ación para las di ferentes orientaciones e inclinac iones se puede esti mar como se ha indi cado en
el apartado 5.2. 1. con las tablas adjuntas en el anexo .

HE4 2.1: 9 Se considera que existe integración arquitectónica cuando los módulos cumplen una
dob le función energética y arquitectónica y además sustituyen elementos constructi-
vos convencionales o son elementos constituyentes de la composición arquitectóni-
ca. Se considera que existe superposición arquitectónica cuando la colocación de los
captadores se realiza paralela a la envolvente del edificio, no aceptándose en este
concepto la disposición horizontal con el fin de favorecer la autolimpieza de los mó-
dulos. Una regla fundamental a seguir para conseguir la integración o superposición
de las instalaciones solares es la de mantener, dentro de lo posible, la alineación con
los ejes principales de la edificación.

102
 VIVIENDAS MULTIFAMILIARES

Demanda de energía para ACS: 420 kWh/ año por usuario

EDIFICIOS DE VIVIENDAS MULTIFAMILIARES

SUPERFICIE DE CAPTACION (m2/usuario)
No USUARIOS
EDIIIIIIDIDIEIIIDIIIEBIIIIIIEDIII
2 227 0,31 0,26 0,38 0,41 0,45
227 273 0,31 0,26 0,41 0,45 0,45
273 318 0,31 0,30 0,46 0,48 0,45
318 364 0,31 0,39 0,47 0,48 0,45
364 409 0,31 0,45 0,49 0,48 0,45
409 455 0,31 0,47 0,53 0,48 0,45
455 568 0,31 0,56 0,53 0,48 0,45
568 682 0,31 0,60 0,53 0,48 0,45
682 795 0,37 0,60 0,53 0,48 0,45
795 909 0,47 0,60 0,53 0,48 0,45
Mas de 909 0,54 0,60 0,53 0,48 0,45
Tabla 6.4: Superficie de captación por usuario en viviendas multifamiliares, en función de la zona de
radicación solar (HE4) y del consumo diario.

Ejemplo Vivienda 01:

Edificio de 100 viviendas, 40 de 2 dorm itorios y 60 de 3 dormitorios.

Localidad: Sevilla (Zona V).

Vivie ndas de 2 dormitorios: 3 usuarios por vivienda.

Vivie ndas de 3 dormitorios: 4 usuarios por vivienda.
Total usuarios: 40 x 3 + 60 x 4 = 360 usuarios.

Superficie de captación por usuario: 0,45 m 2 (Entrando con 360 y Zona V).
Superficie de captación total: 0,45 x 360 = 162 m 2 ( l ,62 m 2/ vivienda -1 captador/vivienda).

103
DTIE 8.03 INSTALAC IONES SOLARES TERMICAS I'ARA PRODUCCIÓN DE ACS
 CAMPINGS HOSTALES y HOTELES 2':

Demanda de e nerg ía para ACS: 764 kWh/año po r empla za miento, en e l caso de los campings, o camas
en hos ta les y hoteles.

CAMPING, HOSTAL/HOTELES DE 2*

---Emlll--
n" Emplazamientos '
SUPERFICIE DE CAPT ACION (m-/cama)
o CA,1AS

1 125 0,57 0,47 0,68 0,75 0,83

125 150 0,57 0,47 0,75 0,81 0,83
150 175 0,57 0,55 0,83 0,87 0,83
175 200 0,57 0,70 0,86 0,87 0,83
200 225 0,57 0,81 0,89 0,87 0,83
225 250 0,57 0,86 0,96 0,87 0,83
250 313 0,57 1,01 0,96 0,87 0,83
313 375 0,57 1,09 0,96 0,87 0,83
375 438 0,66 1,09 0,96 0,87 0,83
438 500 0,85 1,09 0,96 0,87 0,83
Mas de 500 0,99 1,09 0,96 0,87 0,83
Tabla 6.5: Superficie de captación por emplazamiento en campings, o cama en hoteles de 2*, en fun-
ción de la zona de radicación solar (HE4) y del consumo diario.

Ejemplo Ca m ping 01:

Cam ping de 750 emplazam iento.

Localidad: G ijón (Zona I) .

Superfi c ie de captación por e mp laz amie nto: 0 ,99 m 2 (Entrando con 750 y Zona I) .
Superficie de captación to ta l: 0,99 x 750 = 742,5 m 2 •

104
HOSPITALES RESIDENCIAS y HOTELES DE 3

Demanda de energía para ACS: 1.050 kW h/ año por cama .

HOSPITALES. RESIDENCIAS y HOTELES DE 3*

2
SUPERFICIE DE CAPT ACIO:'II (m /cama)
n" CAMAS
BIIIIIIBmlllllmlllliBIDIIIIZiBIII
1 91 0,78 0,64 0,94 1,03 1,14
91 109 0,78 0,64 1,03 1,11 1,14
109 127 0,78 0,75 1,14 1,20 1,14
127 145 0,78 0,96 1,18 1,20 1,14
145 164 0,78 1,11 1,22 1,20 1,14
164 182 0,78 1,18 1,31 1,20 1,14
182 227 0,78 1,39 1,31 1,20 1,14
227 273 0,78 1,50 1,31 1,20 1,14
273 318 0,91 1,50 1,31 1,20 1,14
318 364 1,17 1,50 1,31 1,20 1,14
Mas de 364 1,36 1,50 1,31 1,20 1,14
Tabla 6.6: Superficie de captación por cama en hospitales, residencias u hoteles de 3*, en función de
la zona de radicación solar (HE4) y del consumo diario.

Ejemplo Residencia 01:

Residencia de 150 habitaciones, 100 de 2 camas y 50 de 1 cama.

Localidad: Madrid (Zona IV).

Total Camas: 100 x 2 + 50 x 1 = 250 camas.

Superfic ie de captación por cama: 1,20 m1 (Entrando con 250 y Zona IV).
Superficie de captación total: 1.20 x 250 = 300 m 1 (2,00 mlfhabitación).

Ejemplo HOTEL 01:

Hotel de 3* 200 hab itaciones, 150 de 2 camas y 50 de 1 cama.

Localidad: Lugo (Zona Ir).

Total Camas: 150 x 2 + 50 x 1 = 350 camas.

Superficie de captación por cama: 1,50 m 1 (Entrando con 350 y Zona II).
Superficie de captación total: 1,50 x 350 = 525 m 1 (2 ,63 m2fhabitación).

105
DTIE 8.03 ll\STAI.ACIONES SOLARES TERMICAS PAM PRODUCCIÓN DE ACS
 HOTELES DE 4

Demanda de energía para AC S: 1.337 kWh/ año por cama.

HOTELES DE 4*

-----
2
SUPERFICIE DE CAPTACION (m /cama)
n" CAMAS

1 71 1,00 0,82 1,19 1,31 1,45

71 86 1,00 0,82 1,31 1,42 1,45
86 100 1,00 0,96 1,46 1,53 1,45
100 114 1,00 1,23 1,50 1,53 1,45
114 129 1,00 1,42 1,55 1,53 1,45
129 143 1,00 1,50 1,67 1,53 1,45
143 179 1,00 1,77 1,67 1,53 1,45
179 214 1,00 1,91 1,67 1,53 1,45
214 250 1,16 1,91 1,67 1,53 1,45
250 286 1,49 1,91 1,67 1,53 1,45
Mas de 286 1,73 1,91 1,67 1,53 1,45
Tabla 6.7: Superficie de captación por cama en hoteles de 4*, en función de la zona de radicación so-
lar (HE4) y del consumo diario.

Ejemplo HOTE L 02:

Hotel de 4* 100 habitaciones, todas dobles .

Localidad : Salamanca (Zona III).

Total Camas: 100 x 2 = 200 camas.

Superficie de captación por cama : 1,4 5 m 2 (Entrando con 200 y Zona IJI).
Superficie de captación tota l: 1,45 x 200 = 290m2 (2,90 m2/habitación).

106
6.2.· TUBERIAS CONEXION CAPTADORES.

Teniendo en cuenta que en el campo de captadores se pueden alcanzar las temperaturas de estanca-
miento de los mismos, los mate riales a e mplear en esta parte de la instalación son los metálicos, sien-
do el más utilizado en cobre según no rma UNE EN 1.057.

En la tabla 6.8 se da el di mensionado de las tuberías de cobre del campo de captación por número de
captadores, como valores tipo se han tomado captadores de 2 m 2 y caudales de 50 1/h por m2 de capta-
dor; evidentemente si e l tamaño de Jos captadores es distinto, o si el fabricante propone otro caudal, e l
dimensionado de la tubería debe rea lizarse con la columna correspondiente (superficie o caudal).

SUP. CAUDAL T UBERIA P.CARGA VELOC. AG UA

No CAPTADORES 2
m Vh mm mmCA/m mis Vm
115 CAPTADORES 1
230 11.500 1
54 X 1,2 45,2 1,53 2,091
75CAPTADORES 1
150 7.500 54 X 1,2 21,4 1,00 2,091
70CAPTADORES 140 7.000 54 X 1,2 19,0 0,93 1
2,091
65CAPTADORES 130 6.500 54 X 1,2 16,7 0,86 2,091
60CAPTADORES 120 1
6.000 54 X 1,2 14,5 0,80 2,091
55 CAPTADORES 1
110 1
5.500 1
42 X 1 41,7 1,22 1,257
50 CAPTADORES 100 5.000 42 X 1 35,3 1' 11 1,257
45CAPTADORES 90 4.500 42 X 1 29,3 0,99 1,257
40 CAPTADORES 80 4.000 42 X 1 23,9 0,88 1,257
35 CAPTADORES 70 3.500 42 X 1 18,9 0,77 1,257
30CAPTADORES 60 3.000 42 X 1 14,4 0,66 1,257
25 CAPTADORES 50 2.500 42 X 1 10,5 0,55 1,257
20 CAPTADORES 1
40 2.000 35 X 1 17,7 0,65 0,855
15 CAPTADORES 1
30 1.500 35 X 1 10,7 0,49 0,855
12 CAPTADORES 1
24 1.200 28 X 1 22,5 0,63 1
0,531
10 CAPTADORES 20 1.000 28 X 1 16,3 0,52 0,531
6 CAPTADORES 12 600 1
28 X 1 6,7 0,31 0,531
5 CAPTADORES 10 500 1
22 X 1 16,9 0,44 1
0,314
4 CAPTADORES 1
8 400 22 X 1 11,4 0,35 0,314
3 CAPTADORES 1
6 300 1 22 X 1 1
6,9 0,27 0,314
2 CAPTADORES 1
4 200 1 18 X 1 9,8 0,28 0,201
1
1 CAPTADOR 2 100 1 15 X 1 16,7 0,21 0,133
Tabla 6.8: Dimensionado de tuberías de cobre para el campo de captadores, en función de su núme-
ro, superficie o caudal circulante.

La tabla anterior se ha obtenido para pérdidas de carga medias de 25 mmCA/ m, si bien por considera-
ciones económicas y te niendo en c uenta que e l número de horas de func io nam iento de la bomba es in-
ferior al correspondiente a insta lac iones de calefacción, con tuberías de 42xl mm y 54x 1,2mm, se ha n
adoptado va lores mas altos.

107
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARCS TEIUvliCAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
Ejemplo Vivienda 01: Para este ejemplo en el apartado anterior se ha obtenido una superfi cie de 162
m'·

La solución propuesta es con 80 captadores, distribuidos en 16 baterías de 5 captadores en paralelo,

cada una.

1 Batería: 5 captadores, tubería 22x 1 mm.

2 Baterías: 1O captadores, tubería 28x 1 mm.
3 Baterías: 15 captadores, tubería 35x 1 mm .
4 Baterías: 20 captadores, tubería 35x 1 mm.
8 Baterías: 4 0 captadores, tubería 42x 1 mm .
Instalación conjunta : 80 captadores, tubería 54x 1,2 mm.

6.3.- SELECCION DE LA BOMBA.

Para la selección de la bomba se requiere n dos datos: caudal y pérdida de carga.

Ejemplo Vivienda O1:

El caudal de referencia ha sido 50 1/h por m 2 de captador: 50 x 160 = 8.000 1/h.

Para el cálculo de la pérdida de carga se requiere el trazado de las tuberías; si bien teniendo en cuenta
la pérdida de carga media en las tuberías y la correspondiente a intercambiador y captadores, se p uede
tomar una pérdida de carga de unos 5 o 6 mCA.

6.4.- VOLUMEN DE ACUMULACION.

Conforme a los requisitos del CTE el vol umen de los acumuladores de ACS estará comprend ido entre
50 y 180 11m 2 de captador.

Ejemplo Vivienda 01 :

Se ha seleccionado una superficie de 160m2 •

Volumen mínimo de acumu lación de ACS : 8.000 l.
Se seleccionan tres depósitos de 3.000 l cada uno, acumulación total: 9.000 l.

6.5.- INTERCAMBIADOR.

El cálculo de los intercambiadores también esta regulado en el CTE, para las posibilidades de ínter-
cambiador exterior (500 W/m 2 de captador) o interacumuladores (0, 15 m 2/m 2 de captador).

Ejemplo Vivienda 01 :

Intercamb iador exterior: 500 x 160 = 80.000 W; en este aspecto el CTE es incompleto ya que lapo-
tencia de un intercamb iador depende de varios factores (temperaturas y caudales de primario y secun-
dario), como m ínimo se debiera ha ber definido un salto térm ico entre las temperaturas medias de cada
lado del intercambiador; considerando los requisitos de la regulación diferencial el mismo podría es-
tablecerse en unos 5 o 7°C.

Interacumuladores: O, 15 x 160 = 24 m2 (8 m 2 cada interacumulador); esta es una superficie superior a

la hab itualmente empleada en este tipo de equipos, por ello la mayor parte de los fabricantes ofrecen
interacumuladores especiales para energía solar con mayor superficie de intercambio.

108
6.6.- VASO DE EXPANSION CERRADO.

En el CTE se indica que el mismo debe ser dimensionado para el volumen del campo de captación (captadores
y tuberías) mas un LO%.

Como volumen de agua habitual de los captadores de mercado se puede tomar 1 l/m2 ; considerando las tuberí-
as ese valor se puede duplicar.

Ejemplo Vivienda 01 :

Con el supuesto anterior el volumen de agua de l campo de captación puede estimarse en:
160 X 2 = 320 l.

Aplicando el suplemento del 10% (CTE): 320 x 1, 1 = 352 1

Suponiendo que la a ltura de los captadores sobre el inter cambiador es de 5 m, y que los captadores tienen una
presión de trabajo de 6 bar, se tendría e l siguiente volumen del vaso cerrado:

V vaso = 352 1 x 7 bar 1 (7 - 2,5) bar= 548 1; se toma un vaso de 600 1, con llenado inicial a 1,Sbar.

Para e l dimensionado del vaso se toman las presiones absolutas.

109
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARE.~ TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
 7. INSTALADORES AUTORIZADOS

Las instalaciones de energía solar térmica, además de en el CTE, se recogen en el Reglamento de Instalaciones
Térmicas en los Edificios (RITE), por lo que los instaladores habilitados para realizarlas son los definidos en el
RITE, es decir los instaladores de calefacción, climatización y ACS.

La comunidades autónomas con competencia en la materia, podrán establecer requisitos adicionales para los
instaladores, pero siempre sobre la base que deben ser autorizados según el RITE.

En cuanto a la tramitación de las instalaciones, el problema fundamental es el de definición de potencias, ya que

las mismas dependen de la radiación instantánea.

En el RlTE esta potencia se establece en 700 W1m2 •

Con este dato se tienen los siguientes requisitos en la tramitación de las instalaciones solares térmicas:

Proyecto: Se requiere proyecto de la instalación cuando la potencia de la energía de apoyo supere los 70 kW,
o cuando la superficie de captación supere los 100 m2 (70 kW).

Memoria Técnica: Instalaciones con energía de apoyo entre 5 y 70 kW, o para superficies de captación en-
tre 7,14 m2 (5 kW) y 100m2 (70 kW).

Sin Documentación: Equipos prefabricados o hasta 5 kW (7,14 m2).

110
 8. MANTENlMIENTO

Un aspecto básico tanto para la duración de las instalaciones, como para alcanzar las prestaciones energéticas a
lo largo del tiempo, es el mantenimiento; este es un aspecto que habitualmente ha sido muy descujdado, favo-
reciendo la imagen de la ineficacia de muchas de las instalaciones solares térmicas existentes.

En el punto 4 del documento HE4 se fijan las operaciones mínimas de mantenimiento periódico que deben re-
alizarse en las instalaciones solares térmicas; estableciendo el plan de vigilancia y el plan de mantenimiento.

8.1 .· PLAN DE VIGILANCIA.

Son las operaciones que permiten verificar que la instalación se mantiene dentro de los parámetros de funcio-
namiento previstos; es un plan de observación sencillo que puede ser realizado por el usuario.

En el cuadro adjunto se detallan estas operaciones, así como la frecuenc ia con la que deben ser realizadas:

ELE:\IENTO OPERACIÓN MESES DESCRIPCION

Limpieza Cristales (*) Con agua y productos adecuados.
Cristales 3 IV: Condensaciones horas centrales día
Juntas 3 IV: Agrietamiento y deformaciones.
CAPTADORES
Absorbedor 3 IV: Corrosión, deformación, fugas, etc.
Conexiones 3 IV: Fugas.
Estructura 3 IV: Degradación, inicios de corrosión.
Tuberías.
CIRCUITO Aislamiento. 6 IV: Ausencia de humedad y fugas.
PRIMARIO Sistema de llenado.
Purgador Manual. 3 Vaciar el aire del botellín.
Termometro. Diaria IV: Temperatura.
CIRCUITO Tuberías.
6 IV: Ausencia de humedad y fugas.
SECUNDARIO Aislamiento.
Acumulador Solar 3 Limpieza de lodos de la parte inferior.
(*): A determinar.
(IV): Inspección Visual.
Tabla 4.1 HE4: PLAN DE VIGILANCIA.

8.2.· PLAN DE MANTENIMIENTO.

Son las operaciones que correctamente aplicadas deben permitir mantener dentro de límites aceptables las con-
diciones de funcionamiento, prestaciones, protección y duración de las instalaciones solares térmicas.

Será realizado por personal técnico competente y las operaciones se registrarán en un libro de mantenimiento
en que se reflejen asimismo las acciones de mantenimiento correctivo llevadas a cabo. Debe incluir también la
sustitución de elementos fungibles o desgastados por el uso, necesarios para asegurar el correcto funcionamiento
y duración de la instalación.

11 1
DTIE 8.03 INSTALACIONES SOLARES TERMICAS PARA PRODUCCIÓN DE ACS
La periodicidad mínima será:

Instalaciones hasta 20m 2 de superfic ie de captación: ANUAL.

Instalaciones de superficie de captación superior a 20 m2 : CADA 6 MESES.

Las o peraciones mínimas a realizar se muestran en los siguientes cuadros:

ELE !\lENTO l\IESES DESCRIPCION

IV: Diferencia sobre el original
CAPTADORES 6
IV: Diferencia entre captadores
CRISTALES 6 IV: Condensaciones y suciedad.
JUNTAS 6 IV: Agrietamientos, deformaciones.
ABSORBEDOR 6 IV: Corrosión, deformaciones.
CARCASA 6 IV: Deformación, oscilaciones, ventanas de respiración.
CONEXIONES 6 IV: Aparición de fugas.
ESTRUCTURA 6 IV: Degradación, indicios de corrosión y apriete de tomillos.
Tapado parcial del campo de captadores.
Destapado parcial del campo de captadores.
CAPTADORES (*) 12
Vaciado parcial del campo de captadores.
LLenado parcial del campo de captadores.
(*): Según las medidas de protección contra sobrecalentamiento prescritas.
(IV): Inspección Visual.
Tabla 4.2 HE4: MANTENIMIENTO PREVENTIVO SISTEMA DE CAPTACIÓN.

ELEl\IENTO l\IESES DESCRIPCION

DEPOSITO 12 Presencia de lodos en el fondo.
ANODOS DE SACRIFICIO 12 Comprobación del desgaste.
ANODOS DE CORRIENTE IMPRESA 12 Comprobación del buen funcionamiento.
AISLAMIENTO 12 Comprobación ausencia humedades.
Tabla 4.3 HE4: MANTENIMIENTO PREVENTIVO SISTEMA DE ACUMULACIÓN.

ELEMENTO l\IESES DESCRIPCION

12 CF: Eficiencia y prestaciones.
INTERCAMBIADOR DE PLACAS
12 Limpieza.
12 CF: Eficiencia y prestaciones.
INTERCAMBIADOR DE SERPENTIN
12 Limpieza.
(CF): Control de funcionamiento.
Tabla 4.4 HE4: MANTENIMIENTO PREVENTIVO SISTEMA DE INTERCAMBIO.

11 2
 ELEMENTO MESES DESCRIPCION
FLULDO REFRIGERANTE 12 Comprobar su densidad y PH.
ESTANQUEIDAD 24 Efectuar una prueba de presión.
AISLAMIENTO AL EXTERIOR 6 fV: Degradación protección uniones y ausencia de humedad.
AISLAM IENTO AL INTERIOR 12 fV: Uniones y ausencia de humendad.
PURGADOR AUTOMATICO 12 CF y limpieza
PURGADOR MANUAL 6 Vaciar de aire el botellín.
BOMBA 12 Estanqueidad.
VASO DE EXPANSION CERRADO. 6 Comprobación de la presión de aire.
VASO DE EXPANSION ABIERTO. 6 Comprobación del nivel.
SISTEMA DE LLENADO. 6 CF: Actuación.
VALVULA DE CORTE. 12 CF: Actuación, abrir y cerrar para evitar agarrotamientos.
VALVULA DE SEGURIDAD. 12 CF: Actuación.
(IV): Inspección Visual.
(CF): Control de funcionamiento.
Tabla 4.5 HE4: MANTENIMIENTO PREVENTIVO CIRCUITO HIDRÁULICO.

ELEMENTO MESES I>ESCRIPCION

CUADRO ELECTRlCO 12 Comprobar cierre correcto y ausencia de entrada de polvo.
CO TROL DffERENC~ 12 CF: Actuación.
TERMOSTATO 12 CF: Actuación.
SISTEMA DE MEDIDA 12 CF: Actuación.
(CF): Control de funcionamiento.
Tabla 4.6 HE4: MANTENIMIENTO PREVENTIVO SISTEMA ELECTRICO Y DE CONTROL

ELEMENTO MESES I>ESCRIPCION

SISTEMA AUXILIAR 12 CF: Actuación.
SONDAS DE TEMPERATURA 12 CF: Actuación.
(CF): Control de funcionamiento.
Tabla 4.7 HE4: MANTENIMIENTO PREVENTIVO SISTEMA DE ENERGÍA AUXILIAR.

113
DTIE 8.03 1:-:STALACIOJ\'ES SOl-ARES TERMIC\S P1\RA I'KODliCCIÓ'I DE ACS
 9. REGLAMENTACION

La reglamentación de obligado cumplimiento aplicable a las instalaciones solares térmicas es:

Código Técnico de la Edificación.

Real Decreto 314/2006 de 17 de marzo.
BOE de 28 de marzo de 2006.
- Documento Básico HE4: Contribución Solar mínima de agua caliente sanitaria.
- Documento Básico HS4: Suministro de Agua.

Reglamento de Instalaciones térmicas en los Edificios (RJTE)

Real Decreto 1.027/2007 de 20 de julio
BOE de 29 de agosto de 2007

Normas sobre homologación de prototipos y modelos de paneles solares.

Real Decreto 891/1980 de 14 de abril.
BOE de 12 de mayo de 1980.
- Modificación.
Orden ITC/71/2007 de 22 de enero.
BOE de 26 de enero de 2007.

Criterios Higiénico-Sanitarios para la prevención y control de la Legionelosis.

Real Decreto 865/2003 de 4 de julio.
BOE de 18 de julio de 2003.

Asimismo por estar recogidas en las reglamentaciones anteriores, son de aplicación las siguientes normas:

UNE EN ISO 9.488/00

Energía Solar. Vocabulario.

UNE EN 12.975/01
Sistemas solares térmicos y sus componentes.
Captadores solares.
- Parte 1: requisitos generales. (O 1)
- Parte 2: métodos de ensayo. (02)
erratum 02.

UNE EN 12.976/01.
Sistemas solares térmicos y sus componentes.
Sistemas prefabricados.
- Parte 1: Requisitos generales.
- Parte 2: Métodos de ensayo.

UNE EN 12.977/02
Sistemas solares térmicos y sus componentes.
Instalaciones a medida.
- Parte 1: Requisitos generales.
- Parte 2: Métodos de ensayo.
- Parte 3: Características del funcionamiento de acumuladores para las instalaciones de calefacción solares.

114
 UNE 94.002/05
Instalaciones solares térmicas para producción de ACS.
Calculo de la demanda de energía tém1ica.

UNE 100.030/05 IN
Guía para la prevención y control de la proliferación y diseminación de la legionela en instalaciones.

UNE 100.1 55/04

Climatización: Cálculo de vasos de expansión.

115
DTIE 8.03 INSTALA{'IONF.S SOLARES ·¡ I:R~·lll'AS PARA l'lW!JL'CC!Ót\ DE ACS
 10. BffiLIOGRAFIA

LIBROS

- Sistemas solares térmicos: Diseño e instalación.

F. A. Peuser, K.H. Remmers, M. Shnauss.
SOLARPRAXIS, PROGENSA. 2005.

- Energía Solar en la Edificación.

Varios Autores.
CIEMAT 2005.

- Energía solar térmica en la edificación,

J. M. fernández Salgado y Y. Gallardo Rodríguez.
AMV Ediciones. 2004.

- Proyecto de Sistemas Térmico-Solares por el método de las curvas F.

W.A. Bekman, S.A. Klein, J .A. Duffie.
EditoriallNDEX 1982.

ARTICULOS

- Diseño de instalaciones solares térmicas en vi viendas multifamiliares para producción de ACS.

J.M. Cejudo López, M.A. Aguilera Montenegro, F. Domínguez Muñoz, A. Carrillo Andrés.
Grupo Energética, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Malaga.
EL INSTALADOR. Abril 2005.

- Evaluación del funcionamiento de una instalación solar térmica con acumulación distribuida.
G. López Lara.

- Integración de calderas y calentadores individuales en las instalaciones de ACS con energía solar
J. Y. Martín Zorraquino, R. García, R. Lopez de Subijana, J.M . Casado de Pradas.
XII CONGRESO IBERICO y VII IBEROAMERICANO DE ENERGLA SOLAR.
VIGO 14 a 18 de septiembre de 2004.

- Integración arquitectonica de instalaciones de energía solar térmica.

G. López, J. Martínez.
XII CONGRESO IBERICO y VII IBEROAMERICANO DE ENERGIA SOLAR.
VIGO 14 a 18 de septiembre de 2004.

116
 1,02 1,04 1,07 1,07 1,07
1,02 1,02 1,05 1,05 1,05
1,05 1,00 0,99 1,02 1,02 1,02 1,01
1,03 0,96 0,95 0,97 0,98 0,97 0,97 0,95
1,00 0,92 0,90 0,92 0,92 0,92 0,91 0,90
0,86 0,84 0,86 0.86 0,86 0,84
0,80 0,77 0,79
0,72 0,70 0,71
0,64 0,62 0,64
1,00 1,00

0,97 0,97 0,97

0,92 0,91 0,90 0,93
0,86 0,85 0,84 0,88
0,79 0,78 0,77 0,81

11 7
OTIE 8 03 I~ST~LACIO:"'ES St>L•\RFS TER\11C \S P\RA I' RODLCCIÚ:-- DL 1\CS
 10 1,05 1,0 1 1,04
20 1,09 1,00 1,07

30 1,10 0,98 1.07

40 1,10 0,95 1,06
50 1,08 0,93 0,89 0,90 0,92 0,92 0,92
60 1,04 0,87 0,83 0,83 0,86 0,86 0,86
70 0,98 0,8 1 0,76 0,77 0,79 0,79 0,79
80 0,91 0,74 0,69 0,69 0,71 0,72 0,71
90 0,82 0,66 0,61 0,62 0,64 0,64 0,64
o 1,00 1,00 1,00 1,00

0,97
0,94 0,95
0,90 0,92
0,88
0,86 0,83
0,79 0,79
0,72 0,7 1

40 0,62 0,75
50 0,59 0,71
60 0,56 0,67

118
 119
DriL 8.!13 NST\LACIONLS SOI.ARFS TERMICAS PARA i'R( llllTCIÚ' DE ~t\
120
 121
rrru K.031'1STALACIONLS SOI.ARI'\ 11 R'l-lllAS 1' \R.\ PIWI>Ul'liO~ lll \l'S