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

ComparacióndelporcentajedecoberturaentreTolosa(Guipuzcoa)ySantiagodelaRibera(Murcia) JavierTRESPALACIOSIMFCEU-MásterOficialUniversitarioenEnergíasRenovables Energíasolar,térmicaypasiva-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

1ColectorSolar:http://es.wikipedia.org/wiki/Colector_solar.Consultadoen20.05.20112CTE:http://www.codigotecnico.org/web/recursos/documentos/dbhe/.Consultadoen20.05.2011


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.

3Tolosa:http://es.wikipedia.org/wiki/Tolosa_(Guip%C3%BAzcoa).Consultado20.05.20114Figura1http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php.Consultado20.05.2011


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

5Figura2:http://www.energiasrenovables.ciemat.es/especiales/solar_termica/3.htm.Consultado20.05.2011


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:

6Figura 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

7Tabla 1: elaboracion propia. 8Grafica 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:

9Figura 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

10Figura 5: http://www.fotovoltaica.com/cen_fchart/cen_fchart.htm . Consultado 10.05.2011. 11Figura 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

12Figura 7: http://ocw.upm.es/ingenieria-agroforestal/climatologia-aplicada-a-la-ingenieria-y-medioambiente/contenidos/CTE_Ministerio_Vivienda/CTEHEzonasclimaticasradiacion.pdf/view . Consultado 10.05.2011. 13Tabla 2: elaboracion propia.


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)

14Grafica 2: elaboracion propia.


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

15Figura8:http://www.placas-energia-solar.com/catalogo.php?search=&cat&id_cat=0&id_page=2Consultado: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

16Valorrecomendadopor:CTE.

17Tabla 3: elaboracion propia.


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:



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



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

Ene

ro

Febr

ero

Mar

zo

Abr

il

May

o

Juni

o

Julio

Ago

sto

Sep

tiem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

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



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)

22SantiagodelaRibera:http://www.santiagodelaribera.org/.Consultado20.05.201123Figura9:http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php.Consultado20.05.2011


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.


24Figura10:http://www.energiasrenovables.ciemat.es/especiales/solar_termica/3.htm.Consultado20.05.2011


26

5 personas · 30 l/día = 150l/día = 0.15m3/día.

Figura 11: Demanda diaria de referencia ACS a 60°C según el CTE DB HE4. 25


5 personas · 30 l/día = 150l/día = 0.15m3/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)

25Figura 11: http://ocw.upm.es/ingenieria-agroforestal/climatologia-aplicada-a-la-ingenieria-y-medioambiente/contenidos/CTE_Ministerio_Vivienda/CTEHEzonasclimaticasradiacion.pdf/view. Consultado 10.05.2011


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).



28

DEMANDA ENERGETICA MENSUAL

210

220

230

240

250

260

270

280

290

Ene

ro

Febr

ero

Mar

zo

Abr

il

May

o

Juni

o

Julio

Ago

sto

Sep

tiem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

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%.

27Grafica 5: elaboracion propia. 28Figura12:http://ocw.upm.es/ingenieria-agroforestal/climatologia-aplicada-a-la-ingenieria-y-medioambiente/contenidos/CTE_Ministerio_Vivienda/CTEHEzonasclimaticasradiacion.pdf/view. Consultado 10.05.11


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

29Figura 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).

30Figura14:http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php.Consultado20.05.2011


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

31Figura 15: http://ocw.upm.es/ingenieria-agroforestal/climatologia-aplicada-a-la-ingenieria-y-medioambiente/contenidos/CTE_Ministerio_Vivienda/CTEHEzonasclimaticasradiacion.pdf/view . Consultado 10.05.2011. 32Tabla 7: elaboracion propia.


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

Ene

ro

Febr

ero

Mar

zo

Abr

il

May

o

Juni

o

Julio

Ago

sto

Sep

tiem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

Mes

EIm

es (K

W•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

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

34Figura16:http://www.placas-energia-solar.com/catalogo.php?search=&cat&id_cat=0&id_page=2Consultado:20.05.1135Valorrecomendadopor: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):



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



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).



37

0

50

100

150

200

250

300

Ene

ro

Febr

ero

Mar

zo

Abr

il

May

o

Juni

o

Julio

Ago

sto

Sep

tiem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

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 :



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.



40

ENERGIA SOLAR INCIDENTE

0

50

100

150

200

250

Ener

o

Febr

ero

Mar

zo

Abril

May

o

Juni

o

Julio

Agos

to

Sept

iem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

Mes

EIm

es (K

W•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

42Grafica 9: elaboracion propia. 43Tabla 12: elaboracion propia.


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%

Ene

ro

Febr

ero

Mar

zo

Abr

il

May

o

Juni

o

Julio

Ago

sto

Sep

tiem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

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.



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

Ener

o

Febr

ero

Mar

zo

Abril

May

o

Juni

o

Julio

Agos

to

Sept

iem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

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



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

Engineering

Energía solar térmica y pasiva