Energía solar térmica y pasiva

COMPARACION DEL PORCENTAJE DE COBERTURA CON EL COLECTOR TERMICO DE
“MODULO SOLAR” ENTRE LAS INSTALACIONES DE TOLOSA (GUIPUZCOA) Y SANTIAGO
DE LA RIBERA (MURCIA)
Energía solar térmica y pasiva
JAVIER TRESPALACIOS INSIGNARES
29 de Mayo de 2011

Comparación del porcentaje de cobertura entre Tolosa (Guipuzcoa) y Santiago de la Ribera (Murcia) Javier TRESPALACIOS
IMF CEU - Máster Oficial Universitario en Energías Renovables Energía solar, térmica y pasiva- 2011

i

TABLA DE CONTENIDO
ENUNCIADO ..................................................................................................................................... vi
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. vii
1. OBJETIVO .................................................................................................................................. 8
2. MARCO CONCEPTUAL ............................................................................................................. 9
2.1. QUÉ ES EL PORCENTAJE DE COBERTURA SOLAR ? .................................................. 9
2.2. QUE ES UN COLECTOR TERMICO ? ............................................................................. 9
2.3. FRACCION SOLAR MENSUAL ? ..................................................................................... 9
2.4. QUE ES EL CTE DB HE4 ? .............................................................................................. 9
3. TOLOSA (GUIPUZCOA) .......................................................................................................... 10
3.1. ZONA CLIMATICA - TOLOSA (GUIPUZCOA) ............................................................. 10
3.2. DEMANDA DIARIA DE REFERENCIA DE ACS (Agua Caliente Sanitaria) – TOLOSA
11
3.3. ESTIMACION DE LA DEMANDA ENERGETICA ACS - Tolosa ................................... 12
3.4. CONTRIBUCION SOLAR MINIMA DE ACS - Tolosa .................................................. 14
3.5. RADIACION SOLAR INCIDENTE - Tolosa .................................................................. 14
3.6. CÁLCULO DE NÚMERO DE CAPTADORES Y VOLUMEN DE ACUMULACIÓN :
METODO DE F-CHART ............................................................................................................... 17
3.7. VERIFICACION DE LAS EXIGENCIAS CTE ................................................................. 22
3.7.1. Relación entre el volumen de acumulador y superficie de captadores -
exigencia CTE ......................................................................................................................... 22
3.7.2. Contribución solar anual: f ................................................................................. 23
3.7.3. Rendimiento medio anual : ηsistema,ano ................................................................ 23
4. SANTIAGO DE LA RIBERA (MURCIA) .................................................................................. 24
4.1. ZONA CLIMATICA - SANTIAGO DE LA RIBERA (MURCIA) ..................................... 24


ii

4.2. DEMANDA DIARIA DE REFERENCIA DE ACS – Santiago de la Ribera .................. 25
4.3. ESTIMACION DE LA DEMANDA ENERGETICA ACS – Santiago de la Ribera ........ 26
4.4. CONTRIBUCION SOLAR MINIMA DE ACS – Santiago de la Ribera ....................... 28
4.5. LA RADIACION SOLAR INCIDENTE SOBRE EL PLANO DE LOS CAPTORES –
Santiago de la Ribera ................................................................................................................ 29
4.6. CÁLCULO DE NÚMERO DE CAPTADORES Y VOLUMEN DE ACUMULACIÓN :
METODO DE F-CHART ............................................................................................................... 32
4.7. VERIFICACION DE LAS EXIGENCIAS CTE – Santiago de Ribera ........................... 37
4.7.1. Relación entre el volumen de acumulador y superficie de captadores -
exigencia CTE ......................................................................................................................... 37
4.7.2. Contribución solar anual: f ................................................................................. 37
4.7.3. Rendimiento medio anual : ηsistema,ano ................................................................ 38
5. ANALISIS DE RESULTADOS .................................................................................................. 39
5.1. COMPARACION RADIACION SOLAR INCIDENTE ENTRE Tolosa – Santiago de la
Ribera 39
5.2. COMPARACION CONTRIBUCION SOLAR MENSUAL fmes ENTRE Tolosa – Santiago
de la Ribera ................................................................................................................................. 40
5.3. COMPARACION DEMANDA VS CONTRIBUCION ENTRE Tolosa – Santiago de la
Ribera 41
6. CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 43
7. REFERENCIAS ......................................................................................................................... 44


iii

TABLA DE GRÁFICAS
Gráfica 1: Demanda energética – Tolosa.....................................................................13
Gráfica 2: Valores de la radiación solar mensual (EImes). ..........................................17
Gráfica 3: porcentaje mensual de la fracción solar mensual. ........................................21
Gráfica 4: comparación entre la demanda energética y la aportación solar mensual. .....22
Gráfica 5: Demanda energética – Santiago de la Ribera. ..............................................28
Gráfica 6: Valores de la radiación solar mensual a EImes. ............................................32
Gráfica 7: porcentaje mensual de la fracción solar mensual..........................................36
Gráfica 8: comparación entre la demanda energética y la aportación solar mensual. ......37
Gráfica 9: comparación grafica de la radiaron solar incidente........................................40
Gráfica 10: comparación grafica de los porcentajes de aportación solar entre las dos
regiones. ..................................................................................................................41
Gráfica 10: comparación grafica demanda vs contribucion entre las dos regiones. .........42


iv

TABLA DE FIGURAS
Figura 1: Ubicación geográfica de Tolosa (Guipúzcoa). .......................................................... 10
Figura 2: Zonas climáticas, ubicación Tolosa (GUIPUZCOA). ................................................. 11
Figura 3: Demanda diaria de referencia ACS a 60°C según el CTE DB HE4. ........................ 12
Figura 4: contribución solar mínima %. Caso general. ............................................................ 14
Figura 5: Radiación solar media, temperatura ambiente y temperatura red. ....................... 15
Figura 6: Inclinación optima – Tolosa. ....................................................................................... 15
Figura 7: Factor de corrección k para latitud 43°. .................................................................... 16
Figura 8: Captador solar – Maxol. ............................................................................................... 18
Figura 9: Ubicación geográfica de RIBERA (MURCIA). ........................................................... 24
Figura 10: Zonas climáticas, ubicación Santiago de la Ribera (MURCIA). ............................ 25
Figura 11: Demanda diaria de referencia ACS a 60°C según el CTE DB HE4. ...................... 26
Figura 12: contribución solar mínima %. Caso general. .......................................................... 28
Figura 13: Radiación solar media, temperatura ambiente y temperatura red. ..................... 29
Figura 14: Inclinación optima – Santiago de la Ribera. ........................................................... 30
Figura 15: Factor de corrección k para latitud 37°. .................................................................. 31
Figura 16: Captador solar – Maxol. ............................................................................................. 33


v

LISTA DE TABLAS
Tabla 1: Demanda energética mensual (DEmes) – Tolosa. ....................................................... 13
Tabla 2: Valores de la radiación solar mensual a Tolosa. ....................................................... 16
Tabla 3: Valores D1. ..................................................................................................................... 19
Tabla 4: Valores de factor de corrección FCacs y D2. ............................................................... 20
Tabla 5: Valores de la fracción solar mensual y la energía solar útil. .................................... 21
Tabla 6: Demanda energética mensual. ..................................................................................... 27
Tabla 7: Valores de la radiación solar mensual a Santiago de la Ribera. .............................. 31
Tabla 8: Valor D1. .......................................................................................................................... 34
Tabla 9: Valores de factor de corrección FCacs y D2. ............................................................... 35
Tabla 10: Valores de la fracción solar mensual y la energía solar útil. ................................. 36
Tabla 11: Radiación Solar Incidente entre Santiago de la Ribera y Tolosa. ......................... 39
Tabla 12: Fraccion solar entre Santiago de la Ribera y Tolosa. .............................................. 40
Tabla 13: Comparación demanad vs contribución entre Santiago de la Ribera y Tolosa. .. 42


vi

ENUNCIADO
Tenemos el caso de una nueva construcción de 2 viviendas unifamiliares situadas en
Tolosa (Guipúzcoa) y en Santiago de la Ribera (Murcia) en las que viven familias
compuestas de 5 personas. Comparar el porcentaje de cobertura de ambas instalaciones
con el siguiente colector térmico:
• MARCA: Módulo Solar
• MODELO: Maxol TW 2.1
• LONGITUD: 1988 mm.
• ANCHURA: 1041 mm.
• PESO: 37,2 Kg.
• ÁREA TOTAL: 2,07 m2
• ÁREA DE APERTURA: 1,92 m2
• ÁREA DEL ABSORBEDOR: 1,92 m2
• MATERIAL CUBIERTA: vidrio templado bajo en hierro, 4mm espesor.
• CAPACIDAD ABSORBEDOR: 1,07 l
• RENDIMIENTO: 0,725%
• K1: 3,461 W/m2K
• K2: 0,011 W/m2K


vii

INTRODUCCIÓN
En este trabajo se busca encontrar la diferencia que hay del porcentaje de cobertura
entre Tolosa (Guipúzcoa) ubicada al norte y Santiago de la Ribera (Murcia) ubicada al sur.
Por medios de graficas se podrá observar las características de cada uno de estos lugares
y mediante un analisis de los resultados se podran distinguir las diferencias entre cada
uno.


8

1. OBJETIVO
El objetivo principal de este trabajo es ver la diferencia de porcentaje de cobertura solar
que existe entre dos lugares ubicados en diferentes regiones geográficas.


9

2. MARCO CONCEPTUAL
2.1. QUÉ ES EL PORCENTAJE DE COBERTURA SOLAR ?
Es el porcentaje de las necesidades de energía de una casa, cubierto por el suministro de
la instalación solar.
2.2. QUE ES UN COLECTOR TERMICO ?
“Un captador solar, también llamado colector solar, es cualquier dispositivo diseñado para
recoger la energía irradiada por el sol y convertirla en energía térmica. Los colectores se
dividen en dos grandes grupos: los captadores de baja temperatura, utilizados
fundamentalmente en sistemas domésticos de calefacción y ACS, y los colectores de alta
temperatura, conformados mediante espejos, y utilizados generalmente para producir
energía eléctrica”.1
2.3. FRACCION SOLAR MENSUAL ?
Son los valores mensuales de contribución solar (fmes).
2.4. QUE ES EL CTE DB HE4 ?
El CTE es el código de la edificación y DB (Documento Básico) “tiene por objeto
establecer reglas y procedimientos que permiten cumplir las exigencias básicas de ahorro
de energía. Las secciones de este DB se corresponden con las exigencias básicas HE 1 a
HE 5. La correcta aplicación de cada sección supone el cumplimiento de la exigencia
básica correspondiente. La correcta aplicación del conjunto del DB supone que se
satisface el requisito básico "Ahorro de energía"”.2

1 Colector Solar: http://es.wikipedia.org/wiki/Colector_solar. Consultado en 20.05.2011
2 CTE : http://www.codigotecnico.org/web/recursos/documentos/dbhe/ . Consultado en 20.05.2011


10

3. TOLOSA (GUIPUZCOA)
“Es una localidad del territorio histórico de Guipúzcoa en el País Vasco (España). Situada
en el valle del río Oria, tiene una población de 17.894 habitantes (2008). Cuenta con
empresas de amplio espectro industrial, pero con mayoría del sector de construcción de
máquinas de papel y complementos. También está dotada de servicios de salud,
bancarios, comerciales, oficiales y juzgados.” 3
.
Figura 1: Ubicación geográfica de Tolosa (Guipúzcoa).
4
La posición geográfica de Tolosa es: 43°8 Norte.
3.1. ZONA CLIMATICA - TOLOSA (GUIPUZCOA)
La distribución de zonas climáticas las establece en el propio CTE, a partir de los datos de
radiación solar global anual incidente sobre superficie horizontal.

3
Tolosa: http://es.wikipedia.org/wiki/Tolosa_(Guip%C3%BAzcoa). Consultado 20.05.2011
4
Figura 1 http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php . Consultado 20.05.2011


11

El CTE DB HE4 exige que toda vivienda sea capaz de suministrar, en diseño, una
contribución solar mínima, en función del agua caliente sanitaria de una vivienda, a una
temperatura de referencia de 60°C.
Para saber en qué zona climática esta Tolosa, utilizamos la ver figura 2.
Figura 2: Zonas climáticas, ubicación Tolosa (GUIPUZCOA).
5
Tolosa está en la zona climática 1, que corresponde a los lugares de menor radiación
incidente anual.
3.2. DEMANDA DIARIA DE REFERENCIA DE ACS (Agua
Caliente Sanitaria) – TOLOSA
Para calcular el consumo diario de la vivienda (Ddia) en Tolosa; tenemos en cuenta que es
una vivienda unifamiliar con 5 personas; luego miramos los datos de la figura 3.
Hacemos el cálculo de la demanda total por día, con la ecuación:
5 personas · 30 l/día = 150l/día = 0.15m3
/día

5
Figura 2: http://www.energiasrenovables.ciemat.es/especiales/solar_termica/3.htm . Consultado 20.05.2011


12

Figura 3: Demanda diaria de referencia ACS a 60°C según el CTE DB HE4.6
3.3. ESTIMACION DE LA DEMANDA ENERGETICA ACS - Tolosa
Para calcular la Demanda Energética mensual (DEmes), que nos indica cuanta energía
se necesita para calentar el agua desde la temperatura ambiente hasta la temperatura
asignada; para esto utilizamos la ecuación:
Ddia : volumen de agua diaria en m3
(0,15 m3
/día)
Ndia : numero de días del mes
Cp : calor especifico del agua (1 kcal/kg · °C)
ρ : densidad del agua (1000 kg/m3
)
TACS : temperatura final de calentamiento ACS (60°C)
Tred : temperatura media del agua de red en el mes
1,16 · 10-3
: factor de conversión
La temperatura de la red (Tred) en Tolosa la tomamos de la figura 4.
Ya tenemos todos los valores de la ecuación de DEmes; pasamos hacer los cálculos por
mes y obtener los valores por mes, que nos da el resultado anual:

6
Figura 3: http://ocw.upm.es/ingenieria-agroforestal/climatologia-aplicada-a-la-ingenieria-y-
medioambiente/contenidos/CTE_Ministerio_Vivienda/CTEHEzonasclimaticasradiacion.pdf/view. Consultado 10.05.2011


13

MES Ndia Tred (°C) DEmes(kWh/mes)
Enero 31 8 280
Febrero 28 9 248
Marzo 31 11 264
Abril 30 13 245
Mayo 31 14 248
Junio 30 15 235
Julio 31 16 237
Agosto 31 15 243
Septiembre 30 14 240
Octubre 31 13 254
Noviembre 30 11 256
Diciembre 31 8 280
Demanda Energética al ano 3'032
Tabla 1: Demanda energética mensual (DEmes) – Tolosa. 7
Los valores de la tabla 1, los utilizamos en la grafica 1, para ver mejor la tendencia de la
demanda mensual.
Gráfica 1: Demanda energética – Tolosa. 8

7
Tabla 1: elaboracion propia.
8
Grafica 1: elaboracion propia.


14

3.4. CONTRIBUCION SOLAR MINIMA DE ACS - Tolosa
El CTE DB HE4 exige un aporte solar mínimo anual, expresado en porcentaje; este valor
lo da la demanda total diaria (0.15m3
/día) y la zona climática (I); teniendo encuenta el
aporte auxiliar (caso general: gas, gasóleo, propano, …).
Figura 4: contribución solar mínima %. Caso general. 9
En la figura 5, obtenemos como contribución solar anual o fracción solar f = 30%.
Tenemos todo para calcular la Demanda Mínima a cubrir con nuestro sistema
solar, con la ecuación:
EUsolar,ano = 909.45kWh/ano
3.5. RADIACION SOLAR INCIDENTE - Tolosa
Para dimensionar la instalación, debemos conocer los datos de radiación solar
incidente para la orientación e inclinación de los captadores Gdi(β) (KW·h/m2
·dia):
Para utilizar esta ecuación, necesitamos:

9
Figura 4: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php . Consultado 10.05.2011.


15

- Los 12 valores medios mensuales de irradiación diaria global incidente Gdi(0) (sobre una
superficie horizontal, expresadas en MJ/m2 y que convertiremos a KWh/m2 (ver figura 5).
Figura 5: Radiación solar media, temperatura ambiente y temperatura red.10
El factor de corrección k; que nos permite relacionar los valores de radiación solar
sobre la superficie inclinada con el angulo de inclinación.
Tomamos 35° como inclinación optima; este valor lo tomamos teniendo en cuenta la
información dada por el ESTI (ver figura 13).
Figura 6: Inclinación optima – Tolosa.
11

10
Figura 5: http://www.fotovoltaica.com/cen_fchart/cen_fchart.htm . Consultado 10.05.2011.
11
Figura 6: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php . Consultado 20.05.2011.


16

Figura 7: Factor de corrección k para latitud 43°.12
Ahora tomamos los valores de k a una latitud de 43° norte, con 35° de inclinación optima
(ver figura 15).
Teniendo ya todos los valores, podemos encontrar Gdi(35°) tabla 2 y la energía solar
incidente EImes (KW·h/m2
·mes) mensual (ver tabla 2); la suma de todos los meses nos
da la valor anual; estos valores los encontramos con la ecuación:
MES
Gdi(0°)
(MJ/m2
·dia)
Gdi(0°)
(KW·h/m2
·dia)
k(35°)
Gdi(35)
(KW·h/m2
·dia)
EImes
(KW·h/m2
·mes)
Enero 5.5 1.53 1.41 2.15 67
Febrero 7.7 2.14 1.31 2.80 78
Marzo 11.3 3.14 1.2 3.77 117
Abril 11.7 3.25 1.09 3.54 106
Mayo 14.6 4.06 1.01 4.10 127
Junio 16.2 4.50 0.98 4.41 132
Julio 16.1 4.47 1.01 4.52 140
Agosto 13.6 3.78 1.1 4.16 129
Septiembre 12.7 3.53 1.25 4.41 132
Octubre 10.3 2.86 1.42 4.06 126
Noviembre 6.2 1.72 1.52 2.62 79
Diciembre 5 1.39 1.5 2.08 65
EIano 1'298
Tabla 2: Valores de la radiación solar mensual a Tolosa. 13

12
medioambiente/contenidos/CTE_Ministerio_Vivienda/CTEHEzonasclimaticasradiacion.pdf/view . Consultado 10.05.2011.
13


17

Con los valores obtenidos podemos hacer una grafica para apreciar mejor lo que ocurre
cada mes (ver grafica 2).
Gráfica 2: Valores de la radiación solar mensual (EImes). 14
3.6. CÁLCULO DE NÚMERO DE CAPTADORES Y VOLUMEN DE
ACUMULACIÓN : METODO DE F-CHART
Lo primero que hacemos es dar los datos de nuestro captador solar (ver figura 9):
Modelo captador: Maxol TW 2.1
Superficie apertura: Sc = 1.92m2
Eficiencia óptica : 0.725
Eficiencia K1: 3.461 W/m2 · k
Coeficiente global de perdidas: Kglobal = K1 + 30 · K2 = 3.79x10-3 (KW/m2
·°C)

14


18

Figura 8: Captador solar – Maxol. 15
Ahora buscamos definir los valores D1 y D2, relacionados con la energía absorbida por los
captadores y con la energía perdida respectivamente; estos valores nos llevan a la
fracción solar mensual fmes.
Rendimiento óptico del captador: ηo = 0.725
Modificación del anguilo de incidencia: MAI = 0.95

15
Figura 8: http://www.placas-energia-solar.com/catalogo.php?search=&cat&id_cat=0&id_page=2 Consultado : 20.05.11


19

Factor de corrección del conjunto captador-intercambiador. 16
: FCint = 0.95
Gdm : irradiación solar diaria en un mes, ver tabla 2 (Gdi(35°))
DEmes : ver la tabla 1
MES D1
Enero 0.299
Febrero 0.397
Marzo 0.555
Abril 0.544
Mayo 0.643
Junio 0.708
Julio 0.741
Agosto 0.667
Septiembre 0.692
Octubre 0.624
Noviembre 0.386
Diciembre 0.289
Tabla 3: Valores D1. 17
Seguimos con el cálculo de D2:
Antes de calcular D2, buscamos el factor de corrección del acumulador FCacum. (Donde
Vacum-solar = 150l):
FCacum = 0.989

16
Valor recomendado por: CTE .
17


20

También procedemos a calcular FCacs, que es el factor de corrección para la temperatura
del agua (Tamb ver figura 5):
MES Tamb (°C) FCacs D2
Enero 10 1.001 1.635
Febrero 10 1.044 1.738
Marzo 13 1.089 1.824
Abril 14 1.164 2.010
Mayo 16 1.182 2.038
Junio 19 1.188 2.018
Julio 21 1.208 2.048
Agosto 21 1.159 1.921
Septiembre 20 1.126 1.848
Octubre 17 1.122 1.871
Noviembre 13 1.089 1.824
Diciembre 10 1.001 1.635
Tabla 4: Valores de factor de corrección FCacs y D2. 18
Teniendo D1 y D2, calculamos la fracción solar mensual fmes:
Teniendo los valores de fmes de cada mes podremos obtenerla la energía solar útil
mensual con la ecuación:

18


21

MES fmes EUsolar,mes (KWh)
Enero 18.50% 51.89
Febrero 26.34% 65.46
Marzo 38.68% 102.22
Abril 36.76% 90.17
Mayo 44.11% 109.43
Junio 48.92% 114.92
Julio 51.14% 121.36
Agosto 46.54% 112.95
Septiembre 48.81% 117.19
Octubre 43.68% 110.73
Noviembre 24.91% 63.73
Diciembre 17.62% 49.43
Aporte solar anual 1'109.48
Tabla 5: Valores de la fracción solar mensual y la energía solar útil. 19
Para ver mejor el porcentaje de las variaciones por mes de la fracción solar hacemos
una grafica con los valores de la tabla 5.
FRACCION SOLAR MENSUAL - Tolosa
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Mes
fmes
Gráfica 3: porcentaje mensual de la fracción solar mensual.
20

19
20


22

Ahora hacemos una relación comparativa entre la demanda energética (DEmes : ver tabla
1) y la aportación solar mensual (EUsolar,mes : ver tabla 5).
0
50
100
150
200
250
300
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
MES
KWh/mes
EUsolar,mes (KWh) DEmes(kWh/mes)

Gráfica 4: comparación entre la demanda energética y la aportación solar mensual. 21
3.7. VERIFICACION DE LAS EXIGENCIAS CTE
3.7.1.Relación entre el volumen de acumulador y superficie de
captadores - exigencia CTE
Antes de calcular el valor de FCacum, analizamos la relación entre el volumen de
acumulación y superficie de captadores que el CTE DB HE4 sitúa entre:
50l/m2
< 78.1 l/m2
< 180 l/m2

21


23

3.7.2.Contribución solar anual: f
Ahora verificamos si la fracción solar o contribución solar anual f es superior a la
exigida por el CTE :
f = 0.366 : 36.6% > 30% (exigida por el CTE)
Este valor nos muestra que el numero de captadores es el correcto : 1.
3.7.3.Rendimiento medio anual : ηsistema,ano
Y el rendimiento medio anual de la instalación:
ηsistema,ano = 0.445 : 44.5% > 40% (exigida por el CTE)


24

4. SANTIAGO DE LA RIBERA (MURCIA)
“Santiago de la Ribera es una pequeña pedanía perteneciente al municipio de San
Javier. Situada junto a las orillas del Mar Menor, en la Región de Murcia. De extensión de
costa amplia, recoge otros pequeños barrios, de entre los cuales se encuentran la Ciudad
del Aire, San Blas y el Barrio de los Pescadores. Limita al norte con Lo Pagán (San Pedro
del Pinatar); al este con el Mar Menor; al oeste con San Javier y al sur con Los
Narejos(Los Alcázares). Sede de la Academia General Del Aire.
Es una pedanía costera con una gran atracción turística debido al buen clima y a sus
playas.” 22
Figura 9: Ubicación geográfica de RIBERA (MURCIA).
23
La posición geográfica de Santiago de la Ribera es: 37°92 Norte.
4.1. ZONA CLIMATICA - SANTIAGO DE LA RIBERA (MURCIA)

22
Santiago de la Ribera: http://www.santiagodelaribera.org/ . Consultado 20.05.2011
23
Figura 9: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php . Consultado 20.05.2011


25

La distribución de zonas climáticas se establece en el propio CTE, a partir de los datos de
radiación solar global anual incidente sobre superficie horizontal.
El CTE DB HE4 exige que toda vivienda sea capaz de suministrar, en diseño, una
contribución solar mínima, en función del agua caliente sanitaria de una vivienda, a una
temperatura de referencia de 60°C.
Para saber en qué zona climática esta Santiago de la Ribera, utilizamos la ver figura 10.
Figura 10: Zonas climáticas, ubicación Santiago de la Ribera (MURCIA).
24
Santiago de la Ribera está en la zona climática IV.
4.2. DEMANDA DIARIA DE REFERENCIA DE ACS – Santiago de
la Ribera
Para calcular el consumo diario de la vivienda a (Ddia) en Santiago de la Ribera; tenemos
en cuenta que es una vivienda unifamiliar con 5 personas; luego miramos los datos de la
figura 11.

24
Figura 10: http://www.energiasrenovables.ciemat.es/especiales/solar_termica/3.htm . Consultado 20.05.2011


26

/día.
Figura 11: Demanda diaria de referencia ACS a 60°C según el CTE DB HE4. 25
/día
4.3. ESTIMACION DE LA DEMANDA ENERGETICA ACS –
Santiago de la Ribera
El primer paso es conocer la estimación de las necesidades térmicas de la vivienda
unifamiliar en Santiago de la Ribera.
Para calcular la Demanda Energética mensual DEmes; que nos indica, cuanta energía se
necesita para calentar el agua a una temperatura ambiente, hasta la temperatura
asignada, utilizamos la ecuación:
Ddia : volumen de agua diaria en m3
(0,15 m3
/día)
Ndia : número de días del mes
Cp : calor especifico del agua (1 kcal/kg · °C)
ρ : densidad del agua (1000 kg/m3
)
TACS : temperatura final de calentamiento ACS (60°C)

25


27

Tred : temperatura media del agua de red en el mes (ver figura 14)
1,16 · 10-3
: factor de conversión
Ya tenemos todos los valores de la ecuación de DEmes, pasamos hacer los cálculos y
obtener los valores por mes, obteniendo el resultado del ano:
MES Ndia Tred (°C) DEmes(kWh/mes)
Enero 31 8 280
Febrero 28 9 248
Marzo 31 11 264
Abril 30 13 245
Mayo 31 14 248
Junio 30 15 235
Julio 31 16 237
Agosto 31 15 243
Septiembre 30 14 240
Octubre 31 13 254
Noviembre 30 11 256
Diciembre 31 8 280
Demanda Energética al ano 3'032
Tabla 6: Demanda energética mensual. 26
Los valores de la tabla 6, los utilizamos en la gráfica 1, para ver mejor la demanda
mensual; obteniendo una demanda anual de 3032 (kWh/ano).

26


28

DEMANDA ENERGETICA MENSUAL
210
220
230
240
250
260
270
280
290
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Mes
DEmes(kWh/mes)
DEmes(kWh/mes)

Gráfica 5: Demanda energética – Santiago de la Ribera.
27

4.4. CONTRIBUCION SOLAR MINIMA DE ACS – Santiago de la
Ribera
El CTE DB HE4 exige un aporte solar mínimo anual, expresado en porcentaje; este valor
lo da la demanda total diaria (0.15m3
/día) y la zona climática (IV); teniendo encuenta el
aporte auxiliar (caso general: gas, gasóleo, propano, …).
Figura 12: contribución solar mínima %. Caso general.28
Utilizamos la figura 12 y obtenemos como contribución solar anual o fracción solar f =
60%.

27
28


29

Tenemos todo para calcular la Demanda Mínima a cubrir con nuestro sistema solar, se
obtiene con la ecuación:
EUsolar,ano = 1818.9kWh/ano
4.5. LA RADIACION SOLAR INCIDENTE SOBRE EL PLANO DE
LOS CAPTORES – Santiago de la Ribera
Para dimensionar la instalación, debemos conocer los datos de radiación solar incidente
para la orientación e inclinación de los captadores Gdi(β) (KW·h/m2·dia):
Para utilizar esta ecuación, necesitamos los 12 valores medios mensuales de irradiación
diaria global incidente Gdi(0) (sobre una superficie horizontal, expresadas en MJ/m2
o en
KWh/m2
(ver figura 14).
Figura 13: Radiación solar media, temperatura ambiente y temperatura red. 29

29
Figura 13: http://www.fotovoltaica.com/cen_fchart/cen_fchart.htm . Consultado 10.05.2011.


30

El factor de corrección k; que nos permite relacionar los valores de radiación solar
sobre la superficie inclinada con el angulo de inclinación.
Tomamos 35° como inclinación optima; este valor lo tomamos teniendo en cuenta la
información dada por el ESTI (ver figura 14).
Figura 14: Inclinación optima – Santiago de la Ribera.
30
Ahora tomamos los valores de k a una latitud de 37° norte, con 35° de inclinación optima
(ver figura 15).

30
Figura 14: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php . Consultado 20.05.2011


31

Figura 15: Factor de corrección k para latitud 37°.31
Teniendo ya todos los valores, podemos encontrar Gdi(35°), y principalmente la energía
solar incidente EImes (KW·h/m2
·mes), por mes y por año (ver tabla 7).
MES
Gdi(0°)
(MJ/m2
·dia)
Gdi(0°)
(KW·h/m2
·dia)
k(35°)
Gdi(35)
(KW·h/m2
·dia)
EImes
(KW·h/m2
·mes)
Enero 10.1 2.81 1.33 3.73 116
Febrero 14.8 4.11 1.24 5.10 143
Marzo 16.6 4.61 1.14 5.26 163
Abril 20.4 5.67 1.03 5.84 175
Mayo 24.2 6.72 0.96 6.45 200
Junio 25.6 7.11 0.93 6.61 198
Julio 27.7 7.70 0.96 7.39 229
Agosto 23.5 6.53 1.04 6.79 210
Septiembre 18.6 5.17 1.17 6.05 181
Octubre 13.9 3.86 1.32 5.10 158
Noviembre 9.8 2.72 1.42 3.87 116
Diciembre 8.1 2.25 1.41 3.17 98
EIano 1988
Tabla 7: Valores de la radiación solar mensual a Santiago de la Ribera. 32

31
medioambiente/contenidos/CTE_Ministerio_Vivienda/CTEHEzonasclimaticasradiacion.pdf/view . Consultado 10.05.2011.
32


32

Con los valores obtenidos podemos hacer una grafica para apreciar mejor lo que ocurre
cada mes (ver grafica 6).
ENERGIA SOLAR INCIDENTE
0
50
100
150
200
250
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Mes
EImes(KW•h/m2•mes)
EImes (KW·h/m2·mes)
Gráfica 6: Valores de la radiación solar mensual a EImes.33
4.6. CÁLCULO DE NÚMERO DE CAPTADORES Y VOLUMEN DE
ACUMULACIÓN : METODO DE F-CHART
Lo primero que hacemos es dar los datos de nuestro captador solar (ver figura 16):
Modelo captador: Maxol TW 2.1
Superficie apertura: Sc = 1.92m2
Eficiencia óptica : 0.725
Coeficiente global de perdidas: Kglobal = K1 + 30 · K2 = 3.79x10-3 (KW/m2
·°C)

33


33

Figura 16: Captador solar – Maxol.34
Ahora buscamos definir los valores D1 y D2, relacionados con la energía absorbida por los
captadores y con la energía perdida respectivamente; para que nos lleve a calcular la
fracción solar mensual fmes.
Rendimiento óptico del captador: ηo = 0.725
Modificación del anguilo de incidencia: MAI = 0.95
Factor de corrección del conjunto captador-intercambiador. 35
: FCint = 0.95
Gdm : irradiación solar diaria en un mes, ver tabla 2 (Gdi(35°))
DEmes : ver la tabla 1

34
Figura 16: http://www.placas-energia-solar.com/catalogo.php?search=&cat&id_cat=0&id_page=2 Consultado : 20.05.11
35
Valor recomendado por: CTE


34

MES D1
Enero 0.518
Febrero 0.722
Marzo 0.775
Abril 0.897
Mayo 1.013
Junio 1.061
Julio 1.212
Agosto 1.089
Septiembre 0.949
Octubre 0.783
Noviembre 0.570
Diciembre 0.441
Tabla 8: Valor D1. 36
Seguimos con el cálculo de D2:
Antes de calcular D2, buscamos el factor de corrección del acumulador FCacum. (Donde
Vacum-solar = 150l):
FCacum = 0.989
También procedemos a calcular FCacs, que es el factor de corrección para la temperatura
del agua (Tamb ver figura 13):

36


35

MES Tamb (°C) FCacs D2
Enero 12 0.971 1.551
Febrero 12 1.015 1.652
Marzo 15 1.060 1.735
Abril 17 1.122 1.871
Mayo 21 1.110 1.800
Junio 25 1.097 1.726
Julio 28 1.100 1.699
Agosto 28 1.046 1.580
Septiembre 25 1.046 1.610
Octubre 20 1.077 1.731
Noviembre 16 1.045 1.690
Diciembre 12 0.971 1.551
Tabla 9: Valores de factor de corrección FCacs y D2. 37
Teniendo D1 y D2, calculamos la fracción solar mensual fmes:
Teniendo los valores de fmes de cada mes podremos obtenerla la energía solar útil
mensual con la ecuación:
MES fmes EUsolar,mes (KWh)
Enero 37.39% 104.88

37


36

Febrero 52.06% 129.36
Marzo 55.27% 146.09
Abril 62.60% 153.56
Mayo 70.22% 174.21
Junio 73.49% 172.63
Julio 82.05% 194.70
Agosto 75.98% 184.41
Septiembre 67.43% 161.89
Octubre 55.88% 141.64
Noviembre 40.59% 103.82
Diciembre 31.11% 87.27
EUsolar,ano 1757.46
Tabla 10: Valores de la fracción solar mensual y la energía solar útil. 38
Para ver mejor el porcentaje de las variaciones por mes de la fracción solar hacemos una
grafica con los valores de la tabla 10.
FRACCION SOLAR MENSUAL
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Mes
fmes
Gráfica 7: porcentaje mensual de la fracción solar mensual. 39
Ahora hacemos una relación comparativa entre la demanda energética (DEmes : ver tabla
6) y la aportación solar mensual (EUsolar,mes : ver tabla 10).

38
39


37

0
50
100
150
200
250
300
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
MES
KWh/mes
EUsolar,mes (KWh) DEmes(kWh/mes)
Gráfica 8: comparación entre la demanda energética y la aportación solar mensual. 40
4.7. VERIFICACION DE LAS EXIGENCIAS CTE – Santiago de
Ribera
4.7.1.Relación entre el volumen de acumulador y superficie de
captadores - exigencia CTE
Antes de calcular el valor de FCacum, analizamos la relación entre el volumen de
acumulador y superficie de captadores que el CTE DB HE4 sitúa entre:
50l/m2
< 78.1 l/m2
< 180 l/m2
4.7.2.Contribución solar anual: f
Ahora verificamos si la fracción solar o contribución solar anual f es superior a la
exigida por el CTE :

40


38

f = 0.587 : 58.7% > 60% (no cumple lo exigido por el CTE, es menor de 60%)
4.7.3.Rendimiento medio anual : ηsistema,ano
Y el rendimiento medio anual de la instalación:
ηsistema,ano = 0.46 : 46% > 40% (exigida por el CTE)


39

5. ANALISIS DE RESULTADOS
En esta sección se busca comparar los resultados obtenidos después de haber efectuado
los dos análisis.
5.1. COMPARACION RADIACION SOLAR INCIDENTE ENTRE
Tolosa – Santiago de la Ribera
Vemos en la tabla 11 que hay una mejor cobertura (Radiación solar incidente) en
Santiago de la Ribera (37° Latitud - Norte) que Tolosa (43° Latitud - Norte).
MES EImes (KW·h/m2
·mes)
Tolosa
EImes (KW·h/m2
·mes)
Santiago de la Ribera
Enero 67 116
Febrero 78 143
Marzo 117 163
Abril 106 175
Mayo 127 200
Junio 132 198
Julio 140 229
Agosto 129 210
Septiembre 132 181
Octubre 126 158
Noviembre 79 116
Diciembre 65 98
Totalanual
1'298 1'988
Tabla 11: Radiación Solar Incidente entre Santiago de la Ribera y Tolosa.41
En la grafica 9, podemos apreciar mejor la diferencia mes por mes entre estas dos
regiones.

41


40

ENERGIA SOLAR INCIDENTE
0
50
100
150
200
250
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Mes
EImes(KW•h/m2•mes)
EImes (KW·h/m2·mes) - Tolosa EImes (KW·h/m2·mes) - Santiago de la Ribera
Gráfica 9: comparación grafica de la radiaron solar incidente. 42
5.2. COMPARACION CONTRIBUCION SOLAR MENSUAL fmes
ENTRE Tolosa – Santiago de la Ribera
La tabla 12 de los fmes de nuestras dos regiones, nos muestra nuevamente las diferencia
en el aporte solar que tiene cada una; los valores en porcentaje nos dan una mejor vision.
MES fmes - Tolosa fmes - Santiago de la Ribera
Enero 18.50% 37.39%
Febrero 26.34% 52.06%
Marzo 38.68% 55.27%
Abril 36.76% 62.60%
Mayo 44.11% 70.22%
Junio 48.92% 73.49%
Julio 51.14% 82.05%
Agosto 46.54% 75.98%
Septiembre 48.81% 67.43%
Octubre 43.68% 55.88%
Noviembre 24.91% 40.59%
Diciembre 17.62% 31.11%
Tabla 12: Fraccion solar entre Santiago de la Ribera y Tolosa.43

42
43


41

En esta grafica apreciamos mejor la tendencia, de las dos regiones.
FRACCION SOLAR MENSUAL
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
Mes
fmes - Tolosa fmes - Santiago de la Ribera
Gráfica 10: comparación grafica de los porcentajes de aportación solar entre las dos
regiones. 44
5.3. COMPARACION DEMANDA VS CONTRIBUCION ENTRE
Tolosa – Santiago de la Ribera
Demanda contra contribución; ver las diferencias de aportes.

44


42

MES DEmes(kWh/mes)
EUsolar,mes
(KWh) -
Tolosa
EUsolar,mes
(KWh) -
Santiago de
la Ribera
Enero 280.5 51.89 104.88
Febrero 248.5 65.46 129.36
Marzo 264.3 102.22 146.09
Abril 245.3 90.17 153.56
Mayo 248.1 109.43 174.21
Junio 234.9 114.92 172.63
Julio 237.3 121.36 194.70
Agosto 242.7 112.95 184.41
Septiembre 240.1 117.19 161.89
Octubre 253.5 110.73 141.64
Noviembre 255.8 63.73 103.82
Diciembre 280.5 49.43 87.27
Totalanual 3'032 1109.48 1754.46
Tabla 13: Comparación demanad vs contribución entre Santiago de la Ribera y
Tolosa.45
En esta grafica apreciamos mejor la tendencia, de las dos regiones
0
50
100
150
200
250
300
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
Septiembre
Octubre
Noviembre
Diciembre
MES
KWh/mes
DEmes(kWh/mes) EUsolar,mes (KWh) - Tolosa EUsolar,mes (KWh) - Santiago de la Ribera
Gráfica 11: comparación grafica demanda vs contribucion entre las dos regiones. 46

45
46


43

6. CONCLUSIONES
Interesante comparación, de cómo una region a otra cmania los costo de una obra.


44

7. REFERENCIAS
Documentos
En esta grafica apreciamos mejor la tendencia, de las dos regiones
Vínculos
Agroforestal: http://ocw.upm.es/ingenieria-agroforestal/climatologia-aplicada-a-la-
ingenieriamedioambiente/contenidos/CTE_Ministerio_Vivienda/CTEHEzonasclimaticasradia
cion.pdf/view. Consultado 10.05.2011
Catalogo: http://www.placas-
energiasolar.com/catalogo.php?search=&cat&id_cat=0&id_page=2. Consultado: 20.05.11
Colector Solar : http://es.wikipedia.org/wiki/Colector_solar. Consultado en 20.05.2011
CTE : http://www.codigotecnico.org/web/recursos/documentos/dbhe/ . Consultado en
20.05.2011
Santiago de la Ribera: http://www.santiagodelaribera.org/- Consultado 20.05.2011
ESTI: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php?lang=es&map=europe .
Consultado: 10.05.2011
Tolosa: http://es.wikipedia.org/wiki/Tolosa_(Guip%C3%BAzcoa). Consultado 20.05.2011

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