-
PROYECTO DE FINAL DE CARRERA
TTULO:
AUTOR: CARLOS ROJO GALLARDO
TITULACIN: INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD ELECTRNICA
INSUTRIAL
DIRECTOR: IGNASI PERAT BENAVIDES
DEPARTAMENTO: DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELCTRICA
FECHA: 26/06/2009
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
TTULO:
APELLIDOS: ROJO GALLARDO NOMBRE: CARLOS
TITULACIN: INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL
ESPECIALIDAD: ELECTRNICA INDUSTRIAL PLAN: 95
DIRECTOR: IGNASI PERAT BENAVIDES
DEPARTAMENTO: DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELCTRICA
CALIFICACIN DEL PFC
TRIBUNAL
PRESIDENTE SECRETARIO VOCAL
JAUME MIRET TOMAS PAU MARTI COLOM PEDRO ANDRADA GASCON
FECHA DE LECTURA: 8 de Julio de 2009
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
Este Proyecto tiene en cuenta aspectos medioambientales: X S
No
PROYECTO FINAL DE CARRERA
RESUMEN (mximo 50 lneas)
El presente proyecto presenta el diseo y clculo de las
instalaciones de una vivienda unifamiliar con el fin de lograr un
ahorro de energa y de agua. Para hacerlo se han adoptado cinco
medidas: - La primera es instalar un sistema de captacin de energa
solar trmica; se han analizado las necesidades
energticas de ACS y calefaccin, y una vez realizado estos
anlisis se ha procedido a hacer el diseo de la instalacin.
- La segunda medida es instalar un sistema de energa solar
fotovoltaico con conexin a la Red Elctrica.
Esto nos permitir la venta del KWh a la Red Elctrica, que segn
el Real Decreto 809/2006, es del 575% de la Tarifa Media de
Referencia (TMR).
- La tercera medida que se ha tomado ha sido la de instalar un
sistema domtico para el ahorro de luz y
agua, mediante sensores y balastros electrnicos. - La cuarta
medida tomada ha sido instalar un sistema de reciclaje de aguas
grises, donde se ha evaluado la
cantidad de agua de la cual disponemos y se ha diseado el
sistema de captacin y suministro. El agua ser aprovechada para el
suministro a los inodoros, el riego del csped, la limpieza exterior
de la casa y los vehculos familiares.
- La quinta y ltima medida ha sido instalar un sistema de
aprovechamiento de aguas pluviales, donde se ha
realizado un estudio del agua de la que se dispone, y se ha
diseado el sistema de captacin y suministro. El agua pluvial se
utilizar para el riego del huerto y para la lavadora.
Con el uso de estas instalaciones conseguiremos nuestro
objetivo; un ahorro de energa y de agua. Como consecuencia de esto,
se tiene que tener en cuenta el impacto ambiental que suponen estas
cinco instalaciones; la reduccin de emisiones de CO2 en la atmsfera
y el ahorro de agua. El agua es un recurso natural que debemos
proteger para garantizar el funcionamiento de los ecosistemas y la
supervivencia de los seres vivos que lo forman. El clculo de las
instalaciones se llevar a cabo teniendo en cuenta las normativas y
legislaciones vigentes. Finalmente se calcular detalladamente el
capital utilizado en todo el proyecto y el tiempo de amortizacin de
ste. Tambin se buscarn las ayudas y subvenciones que se reciben por
llevar a cabo estas instalaciones. El gran objetivo del proyecto es
la construccin de una vivienda sostenible, ecolgica y rentable.
Palabras clave (mximo 10)
CALEFACCION AHORRO DOMOTICA FOTOVOLTAICA
ACS AGUAS PLUVIALES AGUAS GRISES RADIACION
TERMICA CO2
-
6
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
SUMARIO
Volumen 1: Memoria. Volumen 2: Anexos.
ANEXO A: NORMATIVA Y REGLAMENTOS.
o DOCUMENTO BSICO HE AHORRO DE ENERGA
CTE DB HE AHORRO DE ENERGA
o DOCUMENTO BSICO HE SALUBRIDAD
CTE DB HE SALUBRIDAD
o REGLAMENTO DE INSTALACIONES TRMICAS EN LOS EDIFICIOS
(RITE)
Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, donde se aprueba el
RITE. Correccin Real Decreto 1027/2007, de 20 de julio, donde se
aprueba el RITE.
o NBE CONDICIONES TRMICAS EN LOS EDIFICIOS (NBE CT 79)
Norma Bsica en la Edificacin: Condiciones Trmicas en los
Edificios
o PREVENCIN DE LA LEGIONELOSIS
Real Decreto 865/2003, de 4 de julio, por el que se establecen
los criterios higinico-
sanitarios para la prevencin y control de la legionelosis.
o REGLAMENTO ELECTROTCNICO DE BAJA TENSIN
REBT 2002
o DOMTICA.
ITC-BT-51: Instalaciones de sistemas de automatizacin, gestin
tcnica de la energa y seguridad para viviendas y edificios.
Normativa KNX. Estado en AENOR de la Normativa KNX. Certificacin
del cable bus TP de ZENNIO.
o ORDENANA TIPUS SOBRE LESTALVI DAIGUA
Publicacin de la Xarxa de ciutats i pobles cap a la
sostenibilitat
o REGLAMENTO DE APARATOS A PRESIN (RAP)
Real Decreto 1244/1979, de 4 de Abril de 1979, por el que se
aprueba el Reglamento de Aparatos a Presin. BOE nm. 128, de 29 de
mayo de 1979.
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
7
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
o SERVICIOS DE PREVENCIN / SEGURIDAD Y SALUD
Real Decreto 39/1997, de 17 de enero, por el que se aprueba el
Reglamento de los servicios de prevencin
Real Decreto 604/2006, de 19 de mayo, por el que se modifican el
Real Decreto 39/1997, de 17 de enero, por el que se aprueba el
Reglamento de los servicios de prevencin, y el Real Decreto
1627/1997, de 24 de octubre, por el que se establecen las
disposiciones mnimas de seguridad y salud en las obras de
construccin.
ANEXO B: PLIEGO DE CONDICIONES TCNICAS
ANEXO C: PRESUPUESTO
ANEXO D: PLANOS
o PFC 01: EMPLAZAMIENTO o PFC 02: PLANTA BAJA o PFC 03: PLANTA
PRIMERA o PFC 04: PLANTA BAJO CUBIERTA o PFC 05: PLANTA CUBIERTA Y
SECCIN o PFC 06: ESQUEMA DE ENERGA SOLAR TRMICA o PFC 07:
INSTALACIN SOLAR TRMICA Y SUELO RADIANTE o PFC 08: SUMINISTRO DE
AGUA FRIA Y ACS o PFC 09: ESQUEMA INSTALACION FOTOVOLTAICA o PFC
10: SISTEMA DE CAPTACIN DE AGUAS GRISES o PFC 11: SISTEMA DE
SUMINISTRO DE AGUAS GRISES o PFC 12: SISTEMA DE CAPTACIN DE AGUAS
PLUVIALES o PFC 13: SISTEMA DE SUMINISTRO DE AGUAS PLUVIALES o PFC
14: ALUMBRADO
ANEXO E: DOCUMENTOS DE SUBVENCIONES Y FINANCIAMIENTOS
o HOJA DE TRANSFERENCIA BANCARIA o LINEA DE FINANCIAMIENTO DE
PROYECTOS
ANEXO F: CATLOGOS Y HOJAS TCNICAS
o ENERGA SOLAR TRMICA.
BASICBATH Anticongelante DUNPHY - Captador Solar Wasko 2.0
DUNPHY - Catlogo FERROLI - Sistema de apoyo (Caldera) GRUNDFOS -
UPS 25-30 180 IBERSOLAR Acumulador IBERSOLAR Aerotermo IBERSOLAR -
Regulador Trmico TDC 3 Salvador Escoda - Catlogo 2009 Suelo
Radiante - Catlogo Barbi Suelo Radiante - Catlogo Uponor
o ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA
IBERSOLAR - Inversor Monofsico IBERSOLAR - Mdulo
Fotovoltaico
-
8
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
IBERSOLAR - Tarifa de precios
o ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS
AQUATECNIC WAVIN - Vlvulas de Ventilacin ISOVER - Lana de Roca
para Cubierta ISOVER - Lana de Roca para Fachada ISOVER -
Presupuesto de Instalacin Presupuesto de Instalacin Ventanas
Aluminio Doble Cristal
o DOMTICA.
Actuador Lingg & Janke Dimmer 2 Canales Actuador Lingg &
Janke Dimmer 4 Canales Actuador Zennio Actin Box Clasic Actuador
Zennio Actin Box Max 6 Catlogo ZENNIO 2009 Detector de presencia
Gira Entrada Gira 2 Canales Entrada Gira 4 Canales Fuente de
alimentacin Zennio Pantalla Zennio Z38 Catlogo Serie Simon 88 Riego
Automtico Gardena
o RECICLAJE DE AGUAS GRISES
SIMOP Planta Depuradora GRISIMOP-D1-SR-0,75
o APROVECHAMIENTO DE AGUAS PLUVIALES
GRAF - Catlogo CARAT GRAF - Sistema Modular CARAT
ANEXO G: TEORIA SOBRE LAS INSTALACIONES
o ENERGA SOLAR TRMICA
o ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA
o DOMTICA
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
9
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
VOLUMEN 1: MEMORIA
-
10
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
NDICE
Sumario e
ndice....................................................................................
6
1.
Introduccin.......................................................................................
16
2. Descripcin del proyecto
..................................................................
16
2.1. Objeto del
proyecto.......................................................................................
16
2.2. Emplazamiento
..............................................................................................
17
2.2.1. Localizacin
..................................................................................................................
17
2.3. Descripcin de la vivienda
...........................................................................
17
2.4. Elementos
constructivos..............................................................................
18
2.4.1. Aislamiento
...................................................................................................................
18
2.4.1.1. Ventanas
............................................................................................................
19
2.4.1.2. Fachada y tejado
...............................................................................................
19
2.4.2. Ventilacin de las
redes................................................................................................
21
2.4.2.1. Introduccin
......................................................................................................
21
2.4.2.2. Aplicacin en el proyecto
..................................................................................
22
2.4.2.3. Vlvulas de aireacin utilizadas
.......................................................................
22
2.5.
Instalaciones..................................................................................................
23
2.5.1. Energa Solar
Trmica.................................................................................................
23
2.5.1.1. Consideraciones previas
...................................................................................
23
2.5.1.2. Estudio de la demanda de energa solar trmica
.............................................. 24
2.5.1.3. Demanda energtica de
ACS.............................................................................
24
2.5.1.3.1. Datos de partida
.............................................................................................24
2.5.1.3.2. Determinacin de consumos
energticos.......................................................25
2.5.1.4. Demanda energtica de
Calefaccin.................................................................
28
2.5.1.4.1. Demanda energtica de calefaccin
ideal......................................................28
2.5.1.4.2. Demanda energtica de calefaccin considerando prdidas
.........................31
2.5.1.5. Demanda energtica de ACS +
Calefaccin.....................................................
38
2.5.1.6. Determinacin de la energa solar disponible
.................................................. 39
2.5.1.7. Clculo de la energa aprovechada por el equipo solar.
.................................. 40
2.5.1.8. Diseo de la instalacin de energa solar
trmica............................................ 42
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
11
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
2.5.1.8.1. Sistema de captacin
.....................................................................................42
2.5.1.8.1.1. Radiacin que aprovecha el
captador........................................................42
2.5.1.8.1.2. Radiacin que aprovecha el sistema
..........................................................44
2.5.1.8.1.3. Eleccin del nmero de captadores a montar
.............................................46
2.5.1.8.1.4. Caractersticas del captador solar trmico
..................................................48
2.5.1.8.1.5. Tipo de conexin utilizada
..........................................................................49
2.5.1.8.2. Circuito primario
.............................................................................................50
2.5.1.8.2.1. Fluido termforo
.........................................................................................50
2.5.1.8.2.2.
Tubera.......................................................................................................52
2.5.1.8.2.3. Vaso de expansin
.....................................................................................54
2.5.1.8.2.4.
Bomba........................................................................................................55
2.5.1.8.2.5. Intercambiador de calor
..............................................................................56
2.5.1.8.2.6. Aerotermo o disipador
................................................................................56
2.5.1.8.3. Circuito
secundario.........................................................................................57
2.5.1.8.3.1. Acumulador
................................................................................................58
2.5.1.8.4. Sistema de
apoyo...........................................................................................58
2.5.1.8.5. Sistema de regulacin
...................................................................................59
2.5.1.9. Instalacin de
calefaccin.................................................................................
59
2.5.1.9.1.
Introduccin....................................................................................................59
2.5.1.9.2. Principales sistemas de emisin de calor para
calefaccin............................60
2.5.1.9.2.1. Por radiadores
............................................................................................60
2.5.1.9.2.2. Por suelo
radiante.......................................................................................61
2.5.1.9.2.2.1. Principio de funcionamiento
.................................................61
2.5.1.9.2.2.2.
Caractersticas.....................................................................61
2.5.1.9.2.2.3. Sistema de calefaccin por suelo radiante
tradicional ..........63
2.5.1.9.2.2.3.1. Elementos principales de la instalacin
.....63
2.5.1.9.2.2.3.2. Instalacin y requisitos bsicos
.................64
2.5.1.9.3. Eleccin del sistema de calefaccin ms
adecuado.......................................67
2.5.1.9.4. Dimensionado suelo radiante
.........................................................................69
2.5.1.9.4.1. Localizacin de los colectores
....................................................................69
2.5.1.9.4.2. Diseo de circuitos
.....................................................................................69
2.5.1.9.5. El sistema de
colectores.................................................................................70
2.5.1.9.5.1. Colectores de ida y
retorno.........................................................................70
2.5.1.9.5.2. Cajas para colectores
.................................................................................71
2.5.1.9.5.3. Soportes para colectores
............................................................................71
2.5.1.9.5.4. Vlvulas termostatilizables con cabezales
electrotrmicos..........................71
2.5.1.9.5.5. Medidores de caudal
..................................................................................71
-
12
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
2.5.1.9.5.6.
Detentores..................................................................................................71
2.5.1.9.5.7. Vlvulas de esfera con racor mvil
.............................................................71
2.5.1.9.5.8. Grupos de purgado y
vaciado.....................................................................72
2.5.1.9.5.9. Adaptadores para tubo de polietileno reticulado
.........................................72
2.5.1.9.6. Tuberas emisoras de calor
............................................................................72
2.5.1.9.6.1. Caractersticas
principales..........................................................................72
2.5.1.9.6.2. Instalacin de circuitos emisores
................................................................73
2.5.1.9.7. Sistema de regulacin
....................................................................................74
2.5.1.9.8. Puesta en marcha de la
instalacin................................................................74
2.5.1.9.9. Descripcin y esquema general de la instalacin de
suelo radiante ..............75
2.5.1.10. Esquema de la
instalacin...............................................................................
76
2.5.2. Energa Solar Fotovoltaica
..........................................................................................
76
2.5.2.1. Componentes de la instalacin
fotovoltaica......................................................
76
2.5.2.1.1. La clula solar
................................................................................................76
2.5.2.1.1.1. El silicio cristalino
.......................................................................................76
2.5.2.1.1.2. Otros materiales
.........................................................................................78
2.5.2.1.2. Los mdulos fotovoltaicos
..............................................................................79
2.5.2.1.2.1. Cubierta exterior
.........................................................................................80
2.5.2.1.2.2. Capas encapsulantes
.................................................................................81
2.5.2.1.2.3. Proteccin
posterior....................................................................................81
2.5.2.1.2.4. Marco de
apoyo..........................................................................................81
2.5.2.1.2.5. Parmetros de un mdulo
fotovoltaico........................................................82
2.5.2.1.2.5.1. Curva de intensidad
.............................................................82
2.5.2.1.2.5.2. Intensidad de cortocircuito
(Isc)............................................83
2.5.2.1.2.5.3. Tensin de circuito abierto
(Voc)..........................................83
2.5.2.1.2.5.4. Intensidad de mxima potencia
(Imax).................................83
2.5.2.1.3. Las conexiones de los mdulos
solares.........................................................85
2.5.2.1.3.1. Conexin en
serie.......................................................................................85
2.5.2.1.3.2. Conexin en
paralelo..................................................................................85
2.5.2.1.3.3. Conexin
mixta...........................................................................................86
2.5.2.1.3.4. Elegir la configuracin
correcta...................................................................86
2.5.2.1.4. Las estructuras de apoyo y elementos para fijar
mdulos fotovoltaicos.........87
2.5.2.1.4.1. Estudio de esfuerzos de los soportes para mdulos
solares fotovoltaicos ..89
2.5.2.1.4.2. Soluciones simples para las instalaciones
pequeas..................................89
2.5.2.1.5. El convertidor de energa elctrica
(DC/AC)...................................................90
2.5.2.2. Dimensionado de la instalacin
........................................................................
92
2.5.2.2.1. Necesidades a
cubrir......................................................................................93
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
13
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
2.5.2.2.2. Energa necesaria
..........................................................................................94
2.5.2.2.3. Radiacin incidente
........................................................................................94
2.5.2.2.4. Nmero de mdulos
necesarios.....................................................................95
2.5.2.2.5. Conexin de los mdulos fotovoltaicos
..........................................................96
2.5.2.2.6. Eleccin del soporte para los mdulos fotovoltaicos
......................................97 2.5.2.2.7. Clculo de la
seccin del cable de los mdulos fotovoltaicos al inversor
.......97
2.5.2.2.8. Eleccin del inversor
......................................................................................98
2.5.2.2.9. Clculo de la seccin del cable del inversor a la
red......................................99 2.5.2.2.10.
Protecciones.................................................................................................100
2.5.2.2.11. Conexin a red
.............................................................................................100
2.5.2.3. Esquema de la
instalacin.................................................................................
100
2.5.3. Sistema
domtico..........................................................................................................
101
2.5.3.1. Ahorro de luz
.....................................................................................................
101
2.5.3.1.1. Alumbrado de la vivienda
unifamiliar..............................................................101
2.5.3.1.2. Control de luces
.............................................................................................102
2.5.3.1.2.1. Luces ON-OFF
...........................................................................................102
2.5.3.1.2.2. Luces regulables
........................................................................................102
2.5.3.1.2.3. Relacin de
salidas.....................................................................................102
2.5.3.1.2.4. Relacin de entradas con pulsadores
.........................................................103
2.5.3.1.2.5. Material
utilizado.........................................................................................104
2.5.3.1.2.6. Otros elementos a utilizar
...........................................................................106
2.5.3.1.2.6.1.
Pulsadores...........................................................................106
2.5.3.1.2.6.2. Fuente de
alimentacin........................................................107
2.5.3.1.2.6.3. Cable
bus.............................................................................108
2.5.3.1.2.6.4. Pantalla tctil
.......................................................................108
2.5.3.1.2.6.5. Detector de presencia
..........................................................108
2.5.3.1.2.7. Programacin en ETS
3..............................................................................109
2.5.3.1.2.8. Instalaciones
complementarias...................................................................112
2.5.3.1.2.8.1. Instalacin
elctrica..............................................................112
2.5.3.1.2.8.2. Cajas de empalme y derivacin
...........................................112
2.5.3.2. Ahorro de
agua..................................................................................................
112
2.5.3.2.1. Grifos
automticos..........................................................................................112
2.5.3.2.2. Mecanismos de doble
descarga.....................................................................113
2.5.3.2.3. Regulador termosttico
..................................................................................113
2.5.3.2.4. Riego
automtico............................................................................................114
2.5.3.2.4.1. Diseo y componentes del sistema de riego
automtico.............................114
-
14
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
2.5.3.2.4.2. Programacin de la automatizacin y control del riego
automtico .............115
2.5.3.2.4.3. Eleccin del material utilizado en la
instalacin...........................................115
2.5.4. Reciclaje de aguas
grises..............................................................................................
116
2.5.4.1. Consideraciones previas
...................................................................................
116
2.5.4.2. Estudio del volumen del agua recogida
............................................................
117
2.5.4.3. Demanda de
agua..............................................................................................
117
2.5.4.4. Dimensionado de la instalacin de
captacin................................................... 117
2.5.4.5. Dimensionado de la instalacin de
suministro..................................................
119
2.5.4.6. Estacin depuradora
.........................................................................................
121
2.5.5. Aprovechamiento de aguas
pluviales..........................................................................
121
2.5.5.1. Consideraciones previas
...................................................................................
121
2.5.5.2. Estudio del volumen del agua
captado..............................................................
122
2.5.5.3. Demanda de
agua..............................................................................................
122
2.5.5.4. Dimensionado de la instalacin de
captacin................................................... 123
2.5.5.5. Dimensionado de la instalacin de
suministro..................................................
125
2.5.5.6. Estacin de filtrado
...........................................................................................
127
3. Ahorro energtico y de CO2
..............................................................
128
3.1. Instalacin de energa solar
trmica............................................................
129
3.1.1. Clculo del ahorro energtico de la
instalacin.........................................................
129
3.1.2. Clculo de las emisiones de CO2
.................................................................................
130
3.2. Instalacin de energa solar fotovoltaica
.................................................... 131
3.2.1. Clculo de la energa generada por la
instalacin.....................................................
131
3.2.2. Tarifa de venta de la energa generada
......................................................................
131
3.2.3. Clculo del tiempo de
amortizacin............................................................................
132
3.2.4. Clculo de las emisiones de CO2
.................................................................................
132
3.3. Instalacin de un sistema
domtico............................................................
133
3.3.1. Clculo del ahorro de agua de la instalacin
.............................................................
133
3.3.2. Clculo del ahorro energtico de la
instalacin.........................................................
133
3.3.3. Clculo de las emisiones de CO2
.................................................................................
133
3.4. Instalacin de reciclaje de aguas grises
..................................................... 134
3.4.1. Clculo del ahorro de agua de la instalacin
.............................................................
134
3.4.2. Clculo del ahorro de
CO2...........................................................................................
134
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
15
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
3.5. Instalacin de aprovechamiento de aguas pluviales
................................. 135
3.5.1. Clculo del ahorro de agua de la instalacin
.............................................................
135
3.5.2. Clculo del ahorro de
CO2...........................................................................................
135
4. Subvenciones
disponibles................................................................
136
4.1. Energa solar trmica
....................................................................................
136
4.1.1. Subvencin estatal
........................................................................................................
136
4.1.2. Subvencin autonmica
...............................................................................................
136
4.1.3. Subvencin municipal
..................................................................................................
138
4.2. Energa solar
fotovoltaica.............................................................................
138
4.3. Reciclaje de aguas
........................................................................................
138
5. Condiciones medioambientales
....................................................... 138
5.1. Gestin de residuos
......................................................................................
138
5.2. Huella ecolgica
............................................................................................
140
5.2.1. Plan de energas renovables 2005-2010
......................................................................
140
5.2.2. Objetivos energticos
...................................................................................................
142
5.2.3. Medidas para el
cumplimiento....................................................................................
143
5.2.4. Efectos positivos
...........................................................................................................
144
6.
Bibliografa.........................................................................................
145
6.1. Recursos electrnicos
..................................................................................
145
6.2. Recursos
papel..............................................................................................
147
6.3. Aplicaciones informticas
............................................................................
147
7.
Agradecimientos................................................................................
148
-
16
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
1. Introduccin En los ltimos tiempos las diferentes crisis
econmicas de energa y los problemas de contaminacin ambiental
provocaron el crecimiento de toma de conciencia entre los
ciudadanos del mundo, de no utilizar las energas tradicionales
provenientes de los combustibles fsiles y tratar de generar energas
de fuentes alternativas. Ahorrar energa es el camino ms eficaz para
reducir las emisiones contaminantes de CO2 (dixido de carbono) a la
atmsfera, y por tanto detener el calentamiento global del planeta y
el cambio climtico. Es tambin el camino ms sencillo y rpido para
lograrlo. Por cada kilovatio-hora de electricidad que ahorremos,
evitaremos la emisin de aproximadamente un kilogramo de CO2 en la
central trmica donde se quema carbn o petrleo para producir esa
electricidad. Estos motivos son los que dan origen a este proyecto.
Lo que pretendemos es conseguir la construccin de una vivienda ms
sostenible y ecolgica. En el caso de la energa solar trmica, se
podr observar un estudio general sobre la energa solar trmica
aplicada a viviendas y edificios. Se dispone de un anexo (Anexo G)
en el que se podr consultar todo tipo de informacin sobre dicha
instalacin. Por otra parte, en la energa solar fotovoltaica se
realizar un estudio general de sta, sobretodo en la utilizacin en
viviendas unifamiliares. Se dispone de un anexo (Anexo G) en el que
se podr consultar todo tipo de informacin sobre dicha instalacin.
Referente a la domtica, se puede observar un estudio general sobre
ella haciendo un nfasis especial en el sistema que vamos a
utilizar: el sistema domtico EIB-KNX. Todo ello lo encontraremos en
el Anexo G. Sobre el reciclaje de aguas grises y aprovechamiento de
aguas pluviales se proceder a hacer el clculo sin anexo alguno, ya
que no creo oportuno una explicacin previa. Como autor de este
proyecto, espero que la forma de plantearlo haya sido la correcta
ya que para entender y asimilar este proyecto es necesario tener
nocin de muchos conceptos previos que espero se adquieran. 2.
Descripcin del proyecto 2.1. Objeto del proyecto
Los objetivos materiales de este proyecto se basan en la
instalacin de sistemas que aprovechen las energas renovables en una
vivienda unifamiliar. El primer objetivo es el diseo y dimensionado
de una instalacin de agua caliente sanitaria (ACS) y calefaccin,
para una vivienda unifamiliar ocupada por cuatro personas, durante
todo el ao, mediante la utilizacin de un sistema de energa solar
trmica. Otro objetivo a llevar a cabo es el diseo de una cubierta
solar fotovoltaica conectada a la red elctrica en una vivienda
unifamiliar. El fin perseguido es disear una cubierta solar
fotovoltaica que genere el mximo de energa elctrica posible con
objeto de volcarla a la Red Elctrica y obtener el consecuente
beneficio econmico por su venta tal y como establece el RD
436/2007, en el que se definen las condiciones de explotacin de
plantas de generacin de energa elctrica mediante placas
fotovoltaicas. Adems claro est, del correspondiente beneficio
ambiental y social que supone el ahorro de emisiones contaminantes
y la mejora en la imagen del edificio que la implantacin del
sistema solar fotovoltaico supone.
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
17
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
Tambin instalaremos un sistema domtico como otra alternativa al
ahorro energtico. Este sistema nos proporcionar, adems, un ahorro
de agua. Por ltimo, instalaremos un sistema de reciclaje de aguas
grises y un sistema de aprovechamiento de aguas pluviales. Estos
dos sistemas tendrn la finalidad de proporcionar un ahorro de agua.
Calcularemos el tiempo de amortizacin de las instalaciones debido
al ahorro obtenido. Otros objetivos al margen del proyecto, sern la
reduccin del impacto ecolgico del consumo normal de una familia e
intentar fomentar a toda la comunidad del pueblo la instalacin de
estos sistemas i as promover una cultura de sostenibilidad. 2.2.
Emplazamiento 2.2.1. Localizacin La vivienda unifamiliar objeto de
estudio, est situada en la Plaa Miquel Mart i Pol, n3-17195 de Sant
Gregori, provincia de Girona. Sus coordenadas geogrficas son 41 59
16.05 N 2 45 36.53 E, y est 99 metros por encima del mar.
Figura 01. Emplazamiento de la vivienda unifamiliar vista
satlite.
2.3. Descripcin de la vivienda
La vivienda como ya se ha dicho, est situada en el trmino
municipal de Sant Gregori, provincia de Girona, est a una altura
respecto al mar de 99 metros, y con respecto a su orientacin,
tomando como referencia la entrada a la vivienda, est orientada
hacia el norte. La entrada a la vivienda se efecta a travs de la C/
Plaa Miquel Mart i Pol. La orientacin de las cubiertas est tanto al
norte como al sur. Podemos encontrar en el Anexo D un plano de
situacin (PFC 01: Emplazamiento).
-
18
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
Dicha vivienda se distribuye en tres plantas. La planta baja es
por donde se accede a la vivienda. Mediante una escalera interior
se accede a la primera planta. Tambin dispone de una planta
bajo-cubierta, la cual se accede mediante unas escaleras de la
planta primera. En esta planta es donde se encuentra la maquinaria
de las instalaciones. Para acceder a la cubierta, donde se
instalarn las placas solares, se accede mediante una escalera
porttil situada en la planta bajo-cubierta. En la parte exterior de
la vivienda, encontramos un pequeo jardn antes de entrar a la
vivienda y por la parte de atrs hay un pequeo huerto. La planta
baja la podemos ver en el plano PFC02, la primera planta en el
plano PFC03, la planta bajo-cubierta en el plano PFC04. La planta
cubierta la podemos ver en el plano PFC05. La superficie de cada
una de las estancias o recintos se describe en la Tabla 01.
PLANTA BAJA ESTANCIA SUPERFCIE (m2)
Saln-comedor 23.4 Distribucin 4.2 Cocina 11.2 Circulacin
distribucin y escaleras 17.6 Almacn 2.5 Aseo 2.4 Garaje 22.9
Estudio 30.7
PLANTA PRIMERA Terraza 19 Habitacin doble 1 16.3 Vestidor 8 Bao
1 7.8 Bao 2 6.5 Habitacin doble 2 16 Habitacin simple 9.7
Circulacin distribucin y escaleras 19.7
PLANTA BAJO CUBIERTA Instalaciones 13 Trastero 26
Escaleras 5.3
PLANTA CUBIERTA Cubierta 133
Tabla 01. Distribucin de superficies de la vivienda
unifamiliar.
2.4. Elementos constructivos
2.4.1. Aislamiento La necesidad de aislar trmicamente un
edificio est justificada por cuatro razones fundamentales:
a) Economizar energa, al reducir las prdidas trmicas por las
paredes. b) Mejorar el confort trmico, al reducir la diferencia de
temperatura de las superficies interiores de las paredes y ambiente
interior.
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
19
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
c) Suprimir los fenmenos de condensacin y con ello evitar
humedades en los cerramientos d) Mejorar el entorno medioambiental,
al reducir la emisin de contaminantes asociada a la generacin de
energa.
2.4.1.1. Ventanas Las ventanas de la vivienda objeto de este
proyecto sern de aluminio con cristal de doble aislamiento. Tambin
las diferentes puertas correderas de la casa sern con cristal de
doble aislamiento. El cristal simple tiene un aislamiento termo
acstico bajo, con el doble cristal se logra un alto aislamiento,
mejorando el confort del ambiente. La unidad consta de dos
cristales separados a lo largo de su permetro por un espaciador,
creando una cmara con propiedades aislantes trmicas y acsticas. El
perfil espaciador contiene un desecante para evitar la condensacin
de la humedad del aire dentro de la cmara. El sellador en el
permetro evita el ingreso de la misma a la cmara. La cmara del
doble cristal asla el ambiente interior de los cambios de
temperatura del ambiente exterior. El cristal en contacto con el
ambiente interior tiene una temperatura similar a la de ste. Con
estos cristales su habitacin es fresca en verano y clida en
invierno. Si se cuenta con un equipo de aire acondicionado, se
puede reducir el consumo de energa elctrica en un alto porcentaje.
En la Figura 02 se puede observar la seccin de una ventana con
doble cristal.
Figura 02. Seccin ventana doble cristal.
La empresa Persianas Sabadell se encargar de la instalacin de
este tipo de ventanas en toda la vivienda. En el Anexo F podemos
encontrar el presupuesto de dicha instalacin. 2.4.1.2. Fachada y
tejado
Para el aislamiento de fachada y tejado se ha elegido la lana de
roca, por sus grandes caractersticas. La lana mineral denominada
lana de roca, est elaborada a partir de rocas baslticas,
obtenindose un producto de propiedades complementarias a la lana de
vidrio. Es un producto especialmente indicado para los aislamientos
trmicos.
Tal y como se muestra en la Figura 03, la lana de roca es de
fcil y rpida colocacin.
-
20
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
Figura 03. Pasos en la colocacin de lana de roca.
Las caractersticas principales de la lana de roca son las
siguientes:
a) Aislamiento acstico:
Estos productos tienen excelente comportamiento acstico. Gracias
a su estructura consiguen conciliar masa volmica y absorcin
acstica, siendo indispensables en soluciones de aislamiento y
correccin acstica. b) Aislamiento trmico:
La lana de roca tiene muy buenas caractersticas aislantes
trmicas. Las temperaturas de utilizacin en servicio van desde -200C
hasta + 800C c) Comportamiento frente al fuego:
La lana de roca es incombustible. La inclusin de este producto
permite evitar la formacin y transmisin del fuego por el aislante,
y proteger las reas aisladas frente a la accin del fuego. d)
Resistencia al agua:
La lana de roca tiene capilaridad nula. No es hidrfila, es
decir, el agua no es atrada hacia el interior de la masa del
producto. e) Qumicamente neutra:
La lana de roca tiene una composicin qumica que es semejante a
la resultante de las rocas que la constituyen (basalto y calcreo).
Tiene PH neutro. Su estructura es estable y es inatacable por los
agentes qumicos. f) Protege el ambiente:
Estos productos son fabricados de acuerdo con todos los cuidados
de conservacin del medioambiente, no resultando substancias
agresivas ni contaminantes.
Para la vivienda unifamiliar objeto de este estudio, se
utilizarn paneles de lana de roca. Es el aislamiento ideal para que
una vivienda ofrezca un rendimiento acorde con su vida til y la
elevada inversin que representa. Protege tanto la economa del
usuario como al medioambiente. Para la fachada y el tejado
utilizaremos paneles de lana de roca de la marca ISOVER. En la
Figura 04 podemos ver los dos tipos de paneles de lana de roca.
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
21
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
Figura 04. Tipos de paneles de lana de roca.
Algunas de sus caractersticas necesarias a la hora de hacer el
dimensionado de la instalacin solar trmica para calefaccin son las
siguientes: - Panel para fachada (Panel ACH Fachada)
Conductividad trmica = 0.038 W/ mK Diferentes espesores = 40 50
60 80 100 120 150 200 mm (Elegimos 120 mm) Precio m2 = 54.42
- Panel para cubierta (Panel ACH Cubierta)
Conductividad trmica = 0.038 W/ mK Diferentes espesores = 40 50
60 80 100 120 150 200 mm (Elegimos 120 mm) Precio m2 = 54.77
En el Anexo F, podemos encontrar dos fichas tcnicas de paneles
de lana de roca para fachada y tejado de la empresa ISOVER. Por
defecto no aparece la referencia de espesor de 120mm, pero tambin
lo fabrican. Nos han facilitado el precio por m2 de lana de roca
para fachada y para tejado. Ellos mismos se encargarn de la
instalacin de la lana de roca en la vivienda unifamiliar. En el
Anexo F podemos encontrar el presupuesto de dicha instalacin.
2.4.2. Ventilacin de las redes En este apartado se buscarn
soluciones para asegurar la correcta ventilacin en las redes de
evacuacin de aguas pluviales y residuales. 2.4.2.1. Introduccin Las
aguas en su descenso por las bajantes, van precedidas por una
sobrepresin en la bajante seguidas de una depresin tras su paso.
Este hecho puede afectar a los cierres hidrulicos de la siguiente
manera:
- Las sobrepresiones mueven los cierres hidrulicos, impulsndolos
hacia el interior e introducen, como consecuencia de tal
desplazamiento, o mediante burbujas, gases mefticos en los
aparatos. - Las depresiones succionan el agua de los cierres
hidrulicos, destruyndolos.
Para conjurar tales indeseados efectos se dispone de una serie
de comunicaciones con el aire exterior que pasamos a describir.
-
22
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
- Ventilacin primaria. Todo bajante y/o desage de inodoro debe
prolongarse hasta la azotea, tanto para facilitar el buen descenso
del lquido como para evitar tras su paso, succiones sobre los
cierres hidrulicos de los aparatos que encuentre en su paso. -
Ventilacin secundaria. Los bajantes van acompaados, normalmente, de
un tubo paralelo con el que comunican, al menos, por su parte
inferior y por su parte superior formando circuito; tal tubo se
denomina ventilacin secundaria. - Ventilacin terciaria. Las
ventilaciones terciarias se interponen entre los pistones
hidrulicos y los cierres hidrulicos, liberando a estos ltimos de
las consiguientes sobrepresiones y depresiones. Tales ventilaciones
acometen a la ventilacin secundaria formndose en toda la altura del
edificio minicircuitos disipadores de las presiones ocasionadas por
las diversas descargas que descienden por los bajantes.
2.4.2.2. Aplicacin en el proyecto En el CTE DB HS5 se indica que
para edificios con menos de siete plantas se considera suficiente
la ventilacin primaria. En la vivienda unifamiliar objeto de
estudio se tendr en cuenta slo la ventilacin primaria. Se utilizar
como sistema de ventilacin una vlvula de aireacin. En el CTE DB HS5
nos indican que hay que instalar una nica vlvula de aireacin en
edificios de cinco plantas o menos. Para la vivienda unifamiliar
objeto de estudio, instalaremos una vlvula de aireacin para la
bajante de aguas grises situada en la planta bajo cubierta.
2.4.2.3. Vlvulas de aireacin utilizadas El diseo especial de las
vlvulas de aireacin STUDOR facilita la ventilacin de la red de
evacuacin, evitando el desifonado de los aparatos sanitarios sin
necesidad de costosas soluciones como atravesar la cubierta o tubos
paralelos de ventilacin. Las vlvulas Maxi-Vent y Mini-Vent han sido
diseadas para resolver la ventilacin primaria (de la bajante),
secundaria (de los desages) y terciaria (por aparato sanitario);
sin necesidad de atravesar cubiertas, ni espacio adicional para
tuberas de ventilacin. Las vlvulas de aireacin STUDOR tienen las
siguientes caractersticas:
- Sustituyen a las tuberas de ventilacin, ahorrando costes en
material y colocacin. - Reduce la necesidad de cortafuegos.
Previene el efecto chimenea de las tuberas, minimiza el riesgo de
propagacin de fuego hacia las plantas superiores. - Evitan la
entrada de insectos y roedores en la instalacin, objetos extraos y
otras partculas gracias a la proteccin que incorporan las vlvulas.
- Eliminan el riesgo de las filtraciones a travs del techo o
cubierta. - Evitan el escape de malos olores de la instalacin hacia
el edificio y los alrededores. - Facilitan la labor de diseo a
arquitectos, ingenieros y decoradores. - Son resistentes a las
condiciones atmosfricas adversas. - No necesitan mantenimiento,
porque las vlvulas estn diseadas para resistir las temperaturas
extremas y el deterioro. Adems, el uso continuado no afecta al
mecanismo de apertura y cierre. Tienen una vida til equivalente al
sistema de evacuacin en el que se colocan. - Evitan sacar a la
cubierta las molestas chimeneas de ventilacin.
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
23
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
Las vlvulas Maxi-Vent y Mini-Vent tienen que colocarse en
posicin vertical en un lugar ventilado, para facilitar la entrada
de aire en las mismas. Por ejemplo: bajo un lavabo, en un altillo,
buhardilla o bajo-cubierta, en la cmara de las instalaciones, en el
falso techo, detrs de una rejilla empotrada. En la vivienda
unifamiliar objeto de estudio, la vlvula de aireacin se colocar en
la planta bajo cubierta, en el cuarto de instalaciones. La vlvula
utilizada ha sido la Maxi-Vent, enfocada a la ventilacin de
bajantes (ventilacin primaria). En la Figura 05 se puede observar
informacin sobre dicha vlvula de aireacin.
Figura 05. Informacin sobre la vlvula de aireacin Maxi-Vent.
Se puede encontrar el catlogo de vlvulas de aireacin STUDOR de
la marca AQUATECNIC en el Anexo F. 2.5. Instalaciones
2.5.1. Energa Solar Trmica
2.5.1.1. Consideraciones previas. El aumento de la demanda de
energa en las viviendas obliga a una constante bsqueda de nuevos
recursos energticos que puedan satisfacer esta demanda. Existen
muchas alternativas energticas pero las ms empleadas todava
continan siendo los combustibles fsiles, como el petrleo y sus
derivados (gasolina, gasleo, queroseno, etc.), el gas natural y el
carbn. El nuevo CTE (Cdigo Tcnico de la Edificacin) limita dicha
demanda, y obliga a las nuevas construcciones a aportar un mnimo de
energa solar trmica para el calentamiento de agua caliente
sanitaria (ACS) y climatizacin de piscinas cubiertas, con la
finalidad de reducir el impacto ambiental que provocan los
combustibles fsiles. La energa solar trmica consiste en el
aprovechamiento de la energa del sol para producir calor. De forma
esquemtica la instalacin consta de un sistema de captacin,
encargado de recibir los rayos solares absorbiendo as, la energa en
forma de calor; un circuito primario, encargado de transportar el
calor; y un circuito secundario, donde se almacena y se distribuye
el calor. En nuestro caso aprovecharemos este calor para producir
ACS y para climatizar la vivienda. Para ms informacin se puede
consultar el Anexo G, donde encontraremos los fundamentos de las
instalaciones con energa solar trmica.
-
24
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
2.5.1.2. Estudio de la demanda de energa solar trmica. El primer
paso para dimensionar el sistema de energa solar trmica es el de
conocer las necesidades energticas de ACS y calefaccin en la
vivienda unifamiliar. Despus se tiene que analizar la radiacin
solar disponible en Gerona y aplicar los rendimientos
correspondientes. Para determinar la demanda energtica del ACS
basaremos los clculos en El documento bsico de ahorro de energa
HE4: Contribucin solar mnima de agua caliente sanitaria que
encontramos en el Anexo A y Energia Solar Trmica. El quadern prctic
per a linstalador editado por el Institut Catal dEnergia (ICAEN).
Para determinar la demanda energtica de la calefaccin basaremos los
clculos en el Documento Bsico de Ahorro de Energa HE1: Limitacin de
la demanda energtica y en la Norma Bsica de la Edificacin:
Condiciones Trmicas de los Edificios, que encontramos en el Anexo
A. 2.5.1.3. Demanda energtica de ACS. 2.5.1.3.1. DATOS DE PARTIDA
Los datos de partida son de gran importancia en el desarrollo de un
proyecto, ya que de ellos dependen los clculos realizados, y por lo
tanto los resultados del proyecto. De manera que estos datos sern
definidos, con la mayor exactitud posible para obtener unos
resultados satisfactorios en el desarrollo del proyecto. Siendo
estos datos los siguientes:
Datos referidos a la familia ocupante de la vivienda
- La familia est formada por cuatro miembros; dos adultos y dos
nios. Segn el documento HE-4 (Contribucin solar mnima de ACS), el
clculo del nmero de personas por vivienda deber hacerse utilizando
como valores mnimos los que se relacionan a continuacin:
Tabla 02. Clculo del nmero de personas por vivienda. Documento
Bsico HE-4.
- Los hbitos de consumo de agua caliente sanitaria de esta
familia son los habituales, por lo que se utilizar como consumo
diario 30 litros por persona y da a una temperatura de 60 C. - El
grado de ocupacin de la vivienda ser del 100 % durante todo el
ao.
Datos geogrficos
La vivienda unifamiliar objeto de estudio, est situada en la
Plaa Miquel Mart i Pol, n3-17195 de Sant Gregori, provincia de
Girona. - Las coordenadas geogrficas son 41 59 16.05 N 2 45 36.53 E
- Se encuentra a 99 metros por encima del mar.
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
25
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
- Segn el documento HE-4 (Contribucin solar mnima de ACS), la
vivienda unifamiliar se encuentra en la Zona Climtica III. Podemos
ver a continuacin en la Figura 06, un plano extrado de este
documento, en el que se sita a Girona en la Zona Climtica III.
Figura 06. Zonas Climticas. Documento Bsico HE Ahorro de Energa.
2.5.1.3.2. DETERMINACIN DE CONSUMOS ENERGTICOS El primer clculo
lgico en cualquier instalacin es evaluar el consumo necesario. En
el caso de agua caliente sanitaria, hay que conocer los litros de
agua que cada da consumen los usuarios de las viviendas. Para
valorar las demandas se tomarn los valores unitarios que aparecen
en la Tabla 03.
Tabla 03. Demanda de referencia a 60 C. Documento Bsico HE -
Ahorro de Energa.
Esta tabla se usar siempre y cuando supongamos que la
temperatura final en el acumulador es de 60 C. Segn la Tabla 03, en
la vivienda unifamiliar objeto de estudio, estableceremos que el
consumo de agua es de 30 l/persona, por lo tanto tendremos que el
consumo diario es:
V = npersonas Vusuario
Donde:
V = Volumen total de ACS en la vivienda (l) npersonas = Nmero de
personas en la vivienda Vusuario = Volumen diario de ACS por
usuario (l)
-
26
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
V = npersonas Vusuario = 30 l/persona 4 personas = 120 l Una vez
se ha establecido el volumen de agua que consumirn los usuarios de
la instalacin, hay que encontrar la energa que se tiene que aportar
para conseguir aumentar la temperatura del agua de red hasta los 60
C de servicio. Para hacer este clculo, primero calcularemos el
salto trmico entre el agua de red y el agua de servicio mediante la
siguiente expresin:
t = tservicio - tred
Donde:
t = Salto trmico (C) tservicio = Temperatura del agua de
consumo. Habitualmente usaremos los 60 C tred = Temperatura a la
que llega el agua fra de consumo de la red de distribucin. Este
valor lo puede suministrar la compaa local y, si no se dispone de
ningn dato local, se utiliza la siguiente tabla de temperaturas
medias mensuales provinciales.
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC MED
BARCELONA 8 9 11 13 14 15 16 15 14 13 11 8 12
GIRONA 6 7 9 11 12 13 14 13 12 11 9 6 10
LLEIDA 5 6 8 10 11 12 13 12 11 10 8 5 8
TARRAGONA 6 7 9 11 12 13 14 13 12 11 9 6 10
Tabla 04. Temperatura media mensual del agua fra de la red en
las provincias de Catalua (C).
Variacin de temperatura necesaria Temperatura de consumo:
60C
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC MED
BARCELONA 52 51 49 47 46 45 44 45 46 47 49 52 48
GIRONA 54 53 51 49 48 47 46 47 48 49 51 54 50
LLEIDA 55 54 52 50 49 48 47 48 49 50 52 55 52
TARRAGONA 54 53 51 49 48 47 46 47 48 49 51 54 50
Tabla 05. Salto trmico t (C).
Una vez conocemos el volumen diario de agua a calentar y el
salto trmico necesario, calcularemos la energa necesaria mediante
la siguiente expresin:
Q = V Ce t Donde:
Q = Cantidad de calor necesaria (Kcal) V = Volumen total de ACS
en la vivienda (l) = Densidad del agua (kg/l) Ce = Calor especfica
del agua (kcal/kg C) t = Salto trmico (C)
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
27
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
La cantidad de calor necesaria es muy importante en el clculo,
ya que se trata del dato de partida, es decir, del resultado que
queremos obtener en la instalacin. Clculo de la energa necesaria
(Kcal) Densidad del agua: 1 Kg/l Calor especfico del agua: 1 Kcal /
Kg C Volumen diario de consumo: 120 l As, a partir de estas frmulas
y datos obtenemos los siguientes valores.
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC MED
BARCELONA 6240 6120 5880 5640 5520 5400 5280 5400 5520 5640 5880
6240 5760
GIRONA 6480 6360 6120 5880 5760 5640 5520 5640 5760 5880 6120
6480 6000
LLEIDA 6600 6480 6240 6000 5880 5760 5640 5760 5880 6000 6240
6600 6240
TARRAGONA 6480 6360 6120 5880 5760 5640 5520 5640 5760 5880 6120
6480 6000
Tabla 06. Energa necesaria Q (Kcal /da). ENERGIA ENE FEB MAR ABR
MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC MED Kcal/da 6480 6360 6120 5880
5760 5640 5520 5640 5760 5880 6120 6480 6000 MJ/da 27.13 26.63
25.62 24.62 24.12 23.61 23.11 23.61 24.12 24.62 25.62 27.13 25.12
kWh/da 7.54 7.40 7.12 6.84 6.70 6.56 6.42 6.56 6.7 6.84 7.12 7.54
6.98
Tabla 07. Energa necesaria en MJ/da y kWh/da.
MES Q (MJ/dia) Q (MJ/mes)
ENERO 27.13 841.03 FEBRERO 26.63 745.64 MARZO 25.62 794.22 ABRIL
24.62 738.6 MAYO 24.12 747.72 JUNIO 23.61 708.3 JULIO 23.11
716.41
AGOSTO 23.61 731.91 SEPTIEMBRE 24.12 723.6 OCTUBRE 24.62
763.22
NOVIEMBRE 25.62 768.6 DICIEMBRE 27.13 841.03 PROMEDIO 25.12
760
TOTAL 9120 MJ Tabla 08. Demanda energtica de ACS mensual.
En la Figura 07 se ha representado la demanda energtica en
MJ/mes en funcin del mes, as como la media anual.
-
28
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
600,00
650,00
700,00
750,00
800,00
850,00
900,00
ENER
O
FEBR
ERO
MARZ
OAB
RILMA
YOJU
NIOJU
LIO
AGOS
TO
SEPT
IEMBR
E
OCTU
BRE
NOVIE
MBRE
DICIEM
BRE
ANUA
L
Q (M
J/m
es
)
Figura 07. Demanda energtica de ACS mensual en MJ.
2.5.1.4. Demanda energtica de calefaccin. 2.5.1.4.1. DEMANDA
ENERGTICA DE CALEFACCIN IDEAL Para definir la demanda energtica
para la calefaccin de la vivienda unifamiliar, lo haremos en base a
la recomendacin y tablas aportadas por Los grados-da de calefaccin
y refrigeracin de Catalua entidad perteneciente al Instituto Cataln
de la Energa. Para saber la cantidad de energa que se necesita para
calentar y mantener caliente la vivienda, lo primero que se debe de
conocer es la cantidad de aire que se tiene que calentar. Para
obtener este dato utilizaremos la siguiente frmula:
TR
PMVPm
=
Donde:
m = masa de aire a calentar (kg) P = presin atmosfrica (1 atm) V
= volumen de aire a calentar (m3) PM = peso molecular del aire
(28,96 kg/Kmol) R = constante universal de los gases (0,0820562
atmm3/Kkmol) T = temperatura a la que se encuentra el aire a
calentar (K)
Como temperatura cogeremos la media mensual de varios aos. El
Servei Meteorolgic de Catalunya gestiona una estacin meteorolgica
en el trmino municipal de Girona. Esta estacin pertenece a la Xarxa
dEstacions Meteorolgiques Automtiques (XEMA), integrada en la Xarxa
dEquipaments Meteorolgics de la Generalitat de Catalunya (Xemec).
Se encuentra en las coordenadas (X-UTM: 484094m) y (Y-UTM: 4645571
m) y forma parte de una red de 165 EMAs (Estacions Meteorolgiques
Automtiques) que transmiten la informacin al SMC (Servei
Meteorolgic de Catalumya) a travs de radio digital, tecnologa GSM o
satlite.
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
29
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
En Tabla 09 podemos ver la temperatura ambiente en Girona para
todos los meses del ao en C y en K. Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun.
Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic.
T (C)
8.1 8.7 11.7 14.3 17.7 23.3 24.7 24.7 20.1 16.2 11.6 8.0
T (K)
281.1 281.7 284.7 287.3 290.7 296.3 297.7 297.7 293.1 289.2
284.6 281.0
Tabla 09. Temperatura ambiente en Girona en C y K (Fuente:
Servei Metereolgic de Catalunya). En la Tabla 10 se detallan las
superficies a calentar.
PLANTA BAJA TIPO DE HABITACIN SUPERFCIE (m2)
Saln - Comedor 23.4 Distribucin 4.2
Cocina 11.2 Circulacin distribucin y escaleras 17.6
Aseo 2.4 Estudio 30.7
PRIMERA PLANTA TIPO DE HABITACIN SUPERFCIE (m2)
Habitacin doble 1 16.3 Vestidor 8 Bao 1 7.8 Bao 2 6.5
Habitacin doble 2 16 Habitacin simple 9.7
Circulacin distribucin y escaleras 19.7
Tabla 10. Superficies a calentar ordenadas por pisos. Teniendo
en cuenta que la altura de las habitaciones es de 2.7 metros
podremos calcular con una simple multiplicacin el volumen de aire a
calentar. La superficie total a calentar la sabramos haciendo una
suma de las superficies de la tabla anterior. El valor de la
superficie total es de 173.5 m2. As, el volumen total a calentar
es:
V = Superficie (m2) x Altura (m) = 173.5 m2 x 2.7 m = 468.45 m3
V = 468.45 m3 A continuacin se muestra la tabla con el clculo de la
masa de aire a calentar distribuido por meses.
P (atm)
V (m3)
PM (Kg/Kmol)
R (atm m3 / k Kmol)
T (K)
m (kg)
ENERO 1 468.45 28.96 0.0820562 281.1 588.15
FEBRERO 1 468.45 28.96 0.0820562 281.7 586.90
MARZO 1 468.45 28.96 0.0820562 284.7 580.71
ABRIL 1 468.45 28.96 0.0820562 287.3 575.46
MAYO 1 468.45 28.96 0.0820562 290.7 568.73
JUNIO 1 468.45 28.96 0.0820562 296.3 557.98
JULIO 1 468.45 28.96 0.0820562 297.7 555.36
AGOSTO 1 468.45 28.96 0.0820562 297.7 555.36
SEPTIEMBRE 1 468.45 28.96 0.0820562 293.1 564.07
-
30
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
OCTUBRE 1 468.45 28.96 0.0820562 289.2 571.68
NOVIEMBRE 1 468.45 28.96 0.0820562 284.6 580.92
DICIEMBRE 1 468.45 28.96 0.0820562 281 588.36
Tabla 11. Clculo de la masa de aire a calentar. Debido a que
entre infiltraciones e interferencias del sistema el aire se
renueva un 50% cada da, el resultado lo dividiremos entre dos. En
la Tabla 12 se puede observar dicho clculo. Ene. Feb. Mar. Abr.
May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic.
m (Kg)
588.15 586.90 580.71 575.46 568.73 557.98 555.36 555.36 564.07
571.68 580.92 588.36
m 50 % (Kg)
294 293 290 288 284 279 278 278 282 286 290 294
Tabla 12. Clculo de la masa de aire a calentar renovado.
Una vez conocemos la masa de aire que debemos calentar,
necesitamos saber cuanta energa necesitamos para ello. Para
calcular la energa necesaria para calentar esta masa de aire
utilizaremos la siguiente expresin:
Q = m Ce t Donde:
Q = Cantidad de calor necesaria (kcal) m = Masa total de aire a
calentar (kg) Ce = Calor especfica del aire (0.24 kcal/kg K) t =
Salto trmico (K)
Para hallar el salto trmico, debemos empezar fijando la
temperatura del ambiente interior de la vivienda unifamiliar. Segn
el Artculo 9 del NBE-CT-79, debemos fijar esta temperatura segn la
Tabla 13.
Tabla 13. Temperaturas del ambiente interior (Artculo 9 del
NBE-CT-79).
Segn la Tabla 13, deberamos fijar 18 C. Debido a que existen
elementos que generan aportaciones de calor como es la iluminacin,
la captacin solar por parte de la vivienda e incluso las propias
personas ocupantes de sta, para el clculo del salto trmico
escogeremos una temperatura de 15C y no de 18C. Todos estos
elementos hacen aumentar la temperatura interior, por ello nuestra
temperatura base de clculo ser de 15 C. Si pasamos este valor a K
nos queda como valor 288 K. En la Tabla 14 se puede observar el
clculo de la energa necesaria para calentar la masa de aire.
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
31
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
Q m Kg
Ce Kcal/KgK
T media K
T clculo K
t K Kcal da MJ da MJ mes
Enero 294 0.24 281.1 288 6.9 486.864 2.03 63.09 Febrero 293 0.24
281.7 288 6.3 443.016 1.85 51.85 Marzo 290 0.24 284.7 288 3.3
229.68 0.96 29.76 Abril 288 0.24 287.3 288 0.7 48.384 0.20 6.07
Mayo 284 0.24 290.7 288 -2.7 -184.032 -0.77 -23.85 Junio 279 0.24
296.3 288 -8.3 -555.768 -2.32 -69.70 Julio 278 0.24 297.7 288 -9.7
-647.184 -2.70 -83.86 Agosto 278 0.24 297.7 288 -9.7 -647.184 -2.70
-83.86
Septiembre 282 0.24 293.1 288 -5.1 -345.168 -1.44 -43.28 Octubre
286 0.24 289.2 288 -1.2 -82.368 -0.34 -10.67
Noviembre 290 0.24 284.6 288 3.4 236.64 0.99 29.67 Diciembre 294
0.24 281 288 7 493.92 2.06 64.00
TOTAL 271 MJ Tabla 14. Clculo de la energa necesaria para
calentar la masa de aire.
Los meses marcados con letra roja son aquellos en los que hay
una demanda energtica negativa y concuerda precisamente con los
meses de verano y prximos a ste. Estos meses los podemos sustituir
por cero porque son los meses en los que el sistema no debe aportar
energa. En la Figura 08 se puede observar la demanda energtica de
calefaccin en los diferentes meses del ao.
0
10
20
30
40
50
60
70
Enero
Febrer
oMa
rzo Abril
Mayo Jun
io Julio
Agosto
Septiem
breOct
ubre
Noviem
bre
Diciem
bre
Figura 08. Demanda energtica de calefaccin mensual ideal en
MJ.
2.5.1.4.2. DEMANDA ENERGTICA DE CALEFACCIN CONSIDERANDO PRDIDAS
Esta grfica correspondera si la vivienda unifamiliar fuera ideal,
es decir, si no tuviesen prdida alguna de energa, pero sabemos que
dependiendo del material empleado en la construccin se experimenta
una prdida de energa.
-
32
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
Para calcular esta prdida lo haremos segn las indicaciones del
CTE DB HE que se basa en el mtodo de Grados-da. Con este mtodo
calcularemos la envolvente trmica que circula a travs de la
superficie de nuestros cerramientos que nos delimitan con el
exterior. La demanda energtica de los edificios se limita en funcin
del clima de la localidad en la que se ubican y segn la zonificacin
climtica establecida. En el NBE CT 79 se encuentra un mapa de
zonificacin por grados-da ao. En la Figura 09 se puede
observar.
Figura 09. Mapa de zonificacin por grados-da ao (Fuente:
NBE-CT-79)
En el Apndice D del CTE DB HE se ha encontrado una tabla con las
diferentes Zonas Climticas segn Provincia. En la Tabla 15 se puede
observar.
Tabla 15. Zonas climticas (Fuente: CTE_DB-HE Apndice D)
Como se puede observar, Girona se encuentra en la Zona Climtica
C2. Se tomar este valor ya que el municipio de Sant Gregori se
encuentra en Girona. Para esta zona climtica C2 estn tabuladas las
transmitancias trmicas lmites de las Tabla 16.
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
33
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
Tabla 16. Zonas climticas (Fuente: CTE_DB-HE)
Tabla 17. Transmitancia trmica mxima de cerramientos en W/m2 K
(Fuente: CTE_DB-HE)
Una vez conocidos estos datos para poder calcular la
transmitancia trmica que existe entre los cerramientos de nuestra
vivienda unifamiliar son tambin necesarios los coeficientes
globales de prdidas trmicas. En la Tabla 18 podemos ver estos
coeficientes:
CONDUCTIVIDAD TRMICA () AIRE 0.022 W/mK
CEMENTO 0.78 W/mK FIBRA DE VIDRIO 0.043 W/mK
HORMIGN 0.31 W/mK LADRILLO 0.33 W/mK
TELA ASFLTICA 0.4 W/mK YESO 0.38 W/mK VIDRIO 0.6 W/mK
LANA MINERAL (LANA DE ROCA) 0.038 W/mK
Tabla 18. Coeficientes globales de prdidas trmicas (Fuente:
Prontuario de tcnica mecnica) Para el clculo de los coeficientes
del espacio habitable en contacto en el exterior nos basaremos en
el Documento Bsico de Ahorro de Energa HE1 (Apndice E) donde estn
tabuladas en tablas las resistencias trmicas superficiales de los
cerramientos dependiendo del sentido del flujo de calor. Se pueden
observar en la Tabla 19.
-
34
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
Tabla 19. Resistencias trmicas superficiales de cerramientos en
contacto con el aire exterior en m2K/W
(Fuente CTE_DB-HE: HE1 Apndice E) Los cerramientos
corresponderan al primer caso, con lo cual la resistencia Rse ser
de 0.04 m2 K/ W y Rsi = 0.13 m2 K/ W para los cerramientos en
contacto con el aire exterior. Una vez conocidas las resistencias
se procede al clculo de los coeficientes de prdidas del espacio
habitable, tanto del exterior como del interior, con las siguientes
expresiones:
Donde:
Rse: Resistencia trmica superficial correspondiente al aire
exterior (0.04 m2 K/W) Ue: Coeficiente de conduccin trmica para el
aire exterior (W/ m2 K ) Rsi: Resistencia trmica superficial
correspondiente al aire interior (0.13 m2 K/W) Ui: Coeficiente de
conduccin trmica para el aire interior (W/ m2 K )
Como resultado obtenemos:
Ue = 25.00 W/ m2 K
Ui = 7.692 W/ m2 K
No obstante, para conocer el coeficiente global de transmisin U
de cada cerramiento se debe emplear la siguiente expresin:
Donde:
e: espesor del cerramiento (m) : Conductividad trmica del
material del cerramiento (W/m K) Ue: Coeficiente de conduccin
trmica para el aire exterior (W/m2K)
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
35
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
Ui: Coeficiente de conduccin trmica para el aire interior
(W/m2K) En la Tabla 20 se resumen las dimensiones a tener en cuenta
para cada tipo de cerramiento, as como los coeficientes globales de
cada transmisin U de cada cerramiento. Se tiene en cuenta en esta
tabla que las ventanas sern de doble vidrio, ya que son ventanas
con aislamiento. El coeficiente global del suelo lo sacamos de la
Tabla 17, mirando la zona climtica correspondiente (ZONA C).
COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSMISIN (U) eCEMENTO 0.14 m eLADRILLO
0.14 m
eFIBRA DE VIDRIO 0.08 m eLANA DE ROCA 0.12 m
Ue 25.00 W/m2K Ui 7.692 W/m2K
MUROS UMUROS
UMUROS 0.173 W/m2K
eVIDRIO (x2) 0.004 m eAIRE 0.006 m Ue 25.00 W/m2K Ui 7.692
W/m2K
VENTANAS UVENTANAS
UVENTANAS 2.193 W/m2K
eHORMIGN 0.4 m eTELA ASFLTICA 0.02 m
eLADRILLO 0.04 m eFIBRA DE VIDRE 0.05 m eLANA DE ROCA 0.12 m
Ue 25.00 W/m2K Ui 7.692 W/m2K
TECHO UTECHO
UTECHO 0.168 W/m2K
SUELO USUELO USUELO 0.65 W/m2K
Tabla 20. Clculo de coeficientes globales de transmisin. Una vez
obtenido los coeficientes globales de transmisin de los
cerramientos, se procede a calcular la UA. Para ello se necesita
calcular la superficie de muros, ventanas, techos y suelos. En la
Tabla 21 se calculan dichas superficies.
PLANTA BAJA ESTANCIA AMUROS AVENTANA ATECHO ASUELO
Saln-Comedor-Distribucin 41.59 m2 22.94 m2 27.6 m2 27.6 m2
Cocina 26.46 m2 2.16 m2 11.2 m2 11.2 m2
Circulacin-Distribucin y Escaleras 26.325 m2 - 17.6 m2 17.6 m2
Aseo 15.8 m2 - 2.4 m2 2.4 m2 Estudio 55.755 m2 14.715 m2 30.7 m2
30.7 m2
PLANTA PRIMERA ESTANCIA AMUROS AVENTANA ATECHO ASUELO
Habitacin Doble 1 y Vestidor 49.44 m2 3.2 m2 24.3 m2 24.3 m2 Bao
1 27.48 m2 0.6 m2 7.8 m2 7.8 m2 Bao 2 27.05 m2 0.6 m2 6.5 m2 6.5
m2
Habitacin Doble 2 34.16 m2 1.26 m2 16 m2 16 m2 Habitacin Simple
30.92 m2 1.26 m2 9.7 m2 9.7 m2
Circulacin-Distribucin y Escaleras 38.72 m2 8.77 m2 19.7 m2 19.7
m2
TOTAL 373.7 m2 55.5 m2 173.5 m2 173.5 m2
Tabla 21. Clculo de las diferentes superficies de la vivienda
unifamiliar.
-
36
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
En la Tabla 22, se puede observar el clculo de la UA.
U (Coeficiente Global de Transmisin) * A (Superficie) [W/K]
AMUROS 373.7 m
2 UMUROS 0.173 W/m
2K MUROS UMUROS * AMUROS 64.65 W/K
AVENTANAS 55.5 m2
UVENTANAS 2.193 W/m2K VENTANAS
UVENTANAS * AVENTANAS 121.71 W/K ATECHO 173.5 m
2 UTECHO 0.168 W/m
2K TECHO UTECHO * ATECHO 29.15 W/K
ASUELO 173.5 m2
USUELO 0.65 W/m2K SUELO
USUELO * ASUELO 112.77 W/K TOTAL 328.3 W/K
Tabla 22. Clculo de coeficientes globales de transmisin y las
diferentes reas. Una vez obtenido los coeficientes globales de los
cerramientos de transmisin de las diferentes particiones de la
vivienda unifamiliar ya podemos calcular el flujo de calor mediante
la expresin siguiente para cada mes:
Q = 86400 UA GDM
Donde:
Q = flujo de calor (J) UA = Coeficiente de transmisin de calor
multiplicado por el rea (W/K) GDM = Grados-da mensuales (K)
Los grados-da con temperatura base 15/15 de la provincia de
Girona se pueden observar en la Tabla 23 facilitada por ISOVER en
su manual de aislamiento en la edificacin.
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
GIRONA 238.7 176.4 133.3 66.0 0 0 0 0 0 0 111.0 213.9
Tabla 23. Grados da con temperaturas base 15/15 segn la norma
UNE 24026. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 24.
86400 UA TOTAL (W/K)
GDM (K)
Q (MJ/mes)
ENERO 86400 328.3 238.7 6770.7
FEBRERO 86400 328.3 176.4 5003.6
MARZO 86400 328.3 133.3 3781.1
ABRIL 86400 328.3 66.0 1872.1
MAYO 86400 328.3 0 0
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
37
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
JUNIO 86400 328.3 0 0
JULIO 86400 328.3 0 0
AGOSTO 86400 328.3 0 0
SEPTIEMBRE 86400 328.3 0 0
OCTUBRE 86400 328.3 0 0
NOVIEMBRE 86400 328.3 111.0 3148.5
DICIEMBRE 86400 328.3 213.9 6067.3
TOTAL 26643.3 MJ
Tabla 24. Prdidas energticas mensuales y total de la vivienda
unifamiliar. Una vez se han obtenido las prdidas energticas
mensuales, si las sumamos a la demanda energtica para calefaccin
mensual se obtiene la demanda energtica por calefaccin mensual
total. Es decir, la demanda total es la suma de las dos demandas:
la energtica y la de prdidas. En la Tabla 25 se procede al clculo
de la demanda total de calefaccin.
Q Calefaccin
Q Prdidas
Q TOTAL
ENERO 63.09 6770.7 6833.79
FEBRERO 51.85 5003.6 5055.45
MARZO 29.76 3781.1 3810.86
ABRIL 6.07 1872.1 1878.17
MAYO 0 0 0
JUNIO 0 0 0
JULIO 0 0 0
AGOSTO 0 0 0
SEPTIEMBRE 0 0 0
OCTUBRE 0 0 0
NOVIEMBRE 29.67 3148.5 3178.17
DICIEMBRE 64.00 6067.3 6131.3
TOTAL 26888 MJ Tabla 25. Clculo demanda energtica total para
calefaccin en MJ.
Podemos ver en la Figura 10 la demanda energtica total de
calefaccin mensual en MJ.
-
38
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Enero
Febrer
oMar
zo Abril
Mayo
Junio Julio Ago
sto
Septiem
breOct
ubre
Noviem
bre
Diciem
bre
Figura 10. Demanda energtica de calefaccin considerando prdidas
en MJ.
2.5.1.5. Demanda energtica de ACS + Calefaccin. La demanda
energtica de toda la instalacin solar ser la suma de la demanda
energtica de ACS y la demanda energtica de calefaccin. Ambas
demandas estn ya calculadas. Se procede al clculo de la demanda
energtica total en la Tabla 26.
QACS MJ/mes
QCALEFACCIN MJ/mes
QTOTAL MJ/mes
ENERO 841.03 6833.79 7674.82
FEBRERO 745.64 5055.45 5801.09
MARZO 794.22 3810.86 4605.08
ABRIL 738.6 1878.17 2616.77
MAYO 747.72 0 747.72
JUNIO 708.3 0 708.3
JULIO 716.41 0 716.41
AGOSTO 731.91 0 731.91
SEPTIEMBRE 723.6 0 723.6
OCTUBRE 763.22 0 763.22
NOVIEMBRE 768.6 3178.17 3946.77
DICIEMBRE 841.03 6131.3 6972.33
TOTAL 36008 MJ Tabla 26. Clculo demanda energtica total en
MJ.
Se pude observar la demanda energtica de energa solar trmica
separada en demanda de ACS y demanda de CALEFACCIN en la Figura
11.
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
39
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
010002000300040005000600070008000
Ener
o
Febre
ro
Marz
oAb
rilMa
yoJu
nio Julio
Agos
to
Septi
embre
Octub
re
Novie
mbre
Diciem
bre
ACS CALEFACCIN Figura 11. Demanda energtica total de ACS (color
azul) y de calefaccin (color naranja) en MJ.
2.5.1.6. Determinacin de la energa solar disponible Una vez
evaluada la necesidad energtica es necesario conocer la cantidad de
energa solar que nos aportar el Sol, para poder conocer la
cobertura solar generada frente a nuestra demanda. La energa que
hay disponible en un lugar determinado, se puede evaluar de
diferentes maneras: tomando medidas en el emplazamiento de la
instalacin, evaluando la radiacin a partir de otras instalaciones
prximas, haciendo estimaciones de la poblacin local, etc. Los datos
que utilizaremos en los clculos sern los que corresponden a las
tablas de radiacin solar emitidas par los departamentos competentes
de la administracin: ICAEN en Catalua y el Instituto Nacional de
Meteorologa para el resto del Estado.
Tabla 27. Radiacin solar en Girona para Azimut 0 [MJ/m2dia]
(Fuente: Atlas de Radiaci a Catalunya).
-
40
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
A parte del ngulo Azimut (Desviacin del Sur), se observan dos
datos que hay que tener en cuenta a la hora de escoger el valor de
radiacin correcto. Estos son la inclinacin de los captadores y el
mes del ao.
Inclinacin de los captadores Seguiremos los siguientes criterios
en funcin de la estacin del ao, en la cual se utilice ms la
instalacin: VERANO: (Latitud del lugar 10). Para Catalua esto
supone 30-35 INVIERNO: (Latitud del lugar + 10). Para Catalua esto
supone 50-55 USO CONTINUADO: La inclinacin del montaje ser igual
que la del invierno, porque es la poca ms desfavorable. La latitud
de la vivienda objeto de estudio es de 42, y como la instalacin ser
de uso continuado se sumar 10. Por lo tanto:
INCLINACIN CAPTADORES = 42 + 10 50
El mes del ao En las tablas aparecen datos de radiacin del da
medio de cada uno de los 12 meses del ao. Por lo tanto, la mejor
opcin es hacer un clculo de necesidades y de superficie de
captadores para cada uno de los meses y despus elegir la superficie
ms interesante a efectos tcnicos y econmicos.
Correccin de la radiacin solar media La utilizacin de un factor
de correccin (K) en la radiacin solar es en funcin de la calidad
del aire. La calidad del aire se evala mediante datos aportados por
el Instituto Nacional de Meteorologa.
0,95
-
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
41
PROYECTO DE INSTALACIONES PARA EL AHORRO DE ENERGA Y AGUA EN UNA
VIVIENDA UNIFAMILIAR SITUADA EN SANT GREGORI (GIRONA)
Este efecto hace que la radiacin solar de primeras y ltimas
horas del da sea reflejada casi totalmente. La mayora de los
procesos de clculo han establecido en un 6% el valor medio de
radiacin no aprovechable por los captadores solares a causa de este
efecto. Hay una parte de radiacin solar que pertenece a las franjas
horarias de comienzo y final del da en que la intensidad de
radiacin es muy baja (inferior a los 200 W/m), de manera que no
produce ningn efecto prctico sobre el captador. A partir de los
datos de radiacin horaria, se establece que el valor total de la
radiacin solar que llega en estas horas (no tiles) es del 6%
respecto del total de radiacin diaria. Por lo tanto, a la hora de
encontrar la radiacin solar efectiva se hace el siguiente
clculo:
RADIACIN EFECTIVA = 0.94 RADIACIN GLOBAL DIARIA
Donde:
0.94: es el factor de conversin para eliminar el 6% residual. La
Tabla 28 muestra la radiacin global diaria sobre superficies
inclinadas en Girona. Estos datos son extrados de la Tabla 27 del
Atlas de Radiaci solar a Catalunya.
Orientacin 0 Inclinacin Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago.
Sep. Oct. Nov. Dic.
50 13.42 15.30 17.43 18.72 18.98 18.91 18.92 18.76 17.78 15.70
13.62 12.63
Tabla 28. Radiacin global diaria sobre superficies inclinadas de
Girona en MJ/m2dia. Una vez se dispone de todos los datos, se
procede a calcular la radiacin efectiva o energa solar til. En la
Tabla 29 se observa el clculo.
Energa Solar Incidente til Reduccin 6%
Radiacin Global Diaria (MJ/m2dia) (MJ/m
2dia) (kWh/ m2dia)
ENERO 0.940 13.42 12.615 3.510 FEBRERO 0.940 15.30 14.382 4.001
MARZO 0.940 17.43 16.384 4.558 ABRIL 0.940 18.72 17.597 4.896 MAYO
0.940 18.98 17.841 4.964 JUNIO 0.940 18.91 17.775 4.945 JULIO 0.940
18.92 17.785 4.948
AGOSTO 0.940 18.76 17.634 4.906 SETIEMBRE 0.940 17.78 16.713
4.650 OCTUBRE 0.940 15.70 14.758 4.106
NOVIEMBRE 0.940 13.62 12.803 3.562 DICIEMBRE 0.940 12.63 11.872
3.303
Tabla 29. Energa Incidente til.
A continuacin, en la Figura 12, se puede observar un grfico con
la radiacin solar aprovechada en los diferentes meses del ao.
-
42
CARLOS ROJO GALLARDO INGENIERA TCNICA INDUSTRIAL ESPECIALIDAD
ELECTRNICA INDUSTRIAL PROYECTO FINAL DE CARRERA
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Ener
o
Febre
ro
Marz
oAb
rilMa
yoJu
nio Julio
Agos
to
Septie
mbre
Octub
re
Novie
mbre
Diciem
bre
MJ/
m2d
ia
Radiacin Solar Radiacin Efectiva
Figura 12. Radiacin Solar Aprovechada.
2.5.1.8. Diseo de la instalacin de energa solar trmica
2.5.1.8.1. SISTEMA DE CAPTACIN 2.5.1.8.1.1. RADIACIN QUE
APROVECHA EL CAPTADOR
Del total de radiacin que llega al captador en intensidad
suficiente como para producir un calentamiento efectivo, una parte
es rechazada por reflexin en el vidrio, otra es captada y,
finalmente, una parte de esta ltima, es reemitida hacia el medio
ambiente.
La proporcin de radiacin que aprovecha el captador respecto la
radiacin efectiva que llega al captador, la define el rendimiento
del captador.
El rendimiento del captador no es un valor fijo, ya que depende
de factores que varan durante el funcionamiento del captador
(temperatura media del captador, temperatura ambiente, intensidad
de radiacin solar). Por lo tanto, se usar una expresin que permite
acercarnos al rendimiento medio diario del captador para cada uno
de los meses del ao. Los captadores elegidos para captar la energa
solar son del modelo WASKO 2.0 del fabricante DUNPHY. Se ha elegido
estos captadores ya que son aptos para instalaciones destinadas a
calefaccin.