ANÁLISIS COMPARATIVO DE EQUIPOS SOLARES ENSAYADOS DE ACUERDO A LAS NORMAS ISO 9459-2 E ISO 9459-5

1. ANTECEDENTES

Dentro de las energías renovables, la energía solar térmica de baja temperatura tiene un enorme potencial de aprovechamiento. Cuando se busca elevar la temperatura de un fluido, los captadores solares térmicos pueden proporcionar el total o una parte muy importante de la energía requerida, tanto para fines industriales como domésticos. Para conseguir un uso racional de la energía utilizada en edificios, reduciendo a límites sostenibles su consumo y conseguir que parte del consumo proceda de fuentes de energía renovables, España incluyó en el Código Técnico de la Edificación (CTE) la exigencia de que una parte de las necesidades energéticas derivadas de la demanda doméstica se cubran mediante la incorporación en los edificios de una contribución solar mínima. La implantación de sistemas de ACS en las viviendas se realiza principalmente mediante equipos prefabricados.

Me he apoyado en el proyecto fin de carrera “Caracterización de equipos solares prefabricados para agua caliente sanitaria” realzado por un alumno de esta escuela, en el cual ensaya con 23 sistemas solares térmicos de los cuales 1 ensayo es un sistema termosifónico con captador de tubos de vacío (Heat Pipe), 1 ensayo es un sistema con captador y depósito integrado y 21 ensayos son sistemas termosifónicos con captadores planos, en el que hay un equipo con captador plano pintura, así que nos quedaremos solo con los 20 equipos ensayados a sistemas termosifónicos con captadores planos. Con el fin de obtener una serie de resultados generales de los sistemas bajo estudio, se han agrupado los sistemas en familias o grupos de equipos. Dicha agrupación se ha realizado en función de dos parámetros constructivos característicos los sistemas; el tipo de intercambiador, diferenciándose entre intercambiadores de doble envolvente y tubular, y la capacidad volumétrica aproximada del acumulador, diferenciándose entre acumuladores de 300±20 litros, 200±15 litros y 150±5 litros (este último existe tan solo para equipos con intercambiador de doble envolvente).

También he consultado el proyecto fin de carrera “Análisis comparativo de equipos solares térmicos prefabricados de acuerdo a las normas ISO 9459-2 e ISO 9459-5” de otro compañero de la escuela, en el cual ensayan dos equipos termosifónicos con captadores selectivos e intercambiador de doble envolvente pero con distinto volumen en el acumulador por ambas normas y se comparan sobre todo los rendimientos térmicos entre las dos normas.

2. OBJETO

El objeto del presente proyecto es estudiar el comportamiento de una serie de Sistemas Solares Térmicos ensayados en los Laboratorios de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Sevilla, por el IAER (Instituto Andaluz de Energías Renovables) en colaboración con el CENER (Centro Nacional de Energías Renovables) de acuerdo a las normas UNE-EN 12976-1 y UNE-EN 12976-2 y ensayados por la norma ISO 9459-5 o también llamada DST y compararlos con los Sistemas Solares Térmicos ensayados por la norma ISO 9459-2 o también llamada CSTG.

Se ensayarán 30 sistemas solares térmicos de los cuales 1 ensayo es un sistema con captador y depósito integrado, 3 ensayos son sistemas termosifónicos con captador plano pintura, 3 ensayos son de circulación forzada con captador selectivo y 23 ensayos son sistemas termosifónicos con captador selectivo, así que solo nos quedaremos con los 26 equipos con captador selectivo haciendo una distinción entre los equipos termosifónicos y circulación forzada.

Se compararán los 14 equipos ensayados la norma ISO 9459-2 con los 23 equipos ensayados por la norma ISO 9459-5, en los cuales todos a termosifón con captador selectivo y intercambiador de doble envolvente. Para ello hemos elegido 9 de cada norma que tienen el mismo volumen en el acumulador comparando los resultados con los dos equipos ensayados por ambas normas.

3. CARACTERIZACIÓN Y RESULTADOS DE LOS EQUIPOS ENSAYADOS POR AMBAS NORMAS

• Norma ISO 9459-2(CSTG)

En el informe del que parte este proyecto, se realizan 21 ensayos a sistemas termosifónicos con captadores planos, 1 ensayo a un sistema termosifónico con captador de tubos de vacío (Heat Pipe) y 1 ensayo a un sistema con captador y depósito integrado. Las principales características de estos equipos se muestran a continuación.

Se va a realizar un análisis comparativo de los equipos termosifónicos con captador plano selectivo (CTS), comparando el tipo de intercambiador que puede ser de doble envolvente (CTSD) o tubular (CTST).

PARAMETROS CONSTRUCTIVOS DATOS EXPERIMENTALES RESULTADOS EXPERIMENTALES

Modelo intercambiador Volumen aproximado Nº equipo Área apertura Volumen V/A Área intercambio Presión 1º a1 (m2) a2 (MJ/K) a3 (MJ) b1 (m2K/MJ) b2 b3 (K) Us (W/K) a1/A (%)

Fsol (%)

Atenas Davos Wurzburgo Estocolmo

Doble envolvente 300±20 litros 7 3,60 280 77,78 1,57 3,5 1,7 0,61 -2 1,37 0,45 2,84 3,9 0,472

69,44 50,34 41,04 34,84

3 4,32 287 66,44 2,19 3 1,98 0,53 -1,97 1,55 0,34 2,52 4,72 0,458

75,3 58,26 46,23 39,84

21 4,36 295 67,66 1,11 3,5 1,94 0,77 -3,06 1,54 0,59 -0,17 5,02 0,445

70,72 51,62 41,16 34,66

11 3,84 300 78,13 1,67 2,5 1,86 0,75 -2,42 1,39 0,55 5,2 5,07 0,484

68,28 48,72 39,95 33,75

17 3,81 300 78,74 1,87 3 1,89 0,57 -2,11 1,32 0,42 1,47 4,6 0,496

71,39 52,94 42,83 36,51

18 3,76 300 79,79 2,1 2,5 1,81 0,47 -0,57 1,4 0,32 6,74 5,55 0,481

71,58 52,93 43,72 37,47

Doble envolvente 200±15 litros 4 2,30 192 83,48 1,16 3 1,21 0,45 -1,06 1,34 0,49 3,72 3,34 0,526

71,88 53,05 43,15 36,91

8 2,00 192 96,00 1,16 3,5 1,06 0,35 -2,63 1,21 0,44 1,84 3,43 0,530

62,58 42,37 33,98 28

20 2,20 195 88,64 0,7 3,5 0,98 0,45 -1,72 1,22 0,56 0,51 4,93 0,445

60,25 38,52 31,88 26,1

2 2,16 200 92,59 1,41 3 1,14 0,37 -1,06 1,05 0,38 5,86 4,21 0,528

68,61 48,76 40,31 34,13

12 1,92 200 104,17 0,9 2,5 1,01 0,36 -1,75 1,27 0,48 1,85 4,17 0,526

61,18 40,22 33,13 27,45

Doble envolvente 150±5 litros 9 1,80 145 80,56 0,98 3,5 0,77 0,29 -0,57 1,34 0,47 2,65 3,49 0,428

66,39 45,99 38,45 32,43

13 1,92 150 78,13 93,5 0,8 2,5 01 0,27 -0,61 1,52 0,42 2,62 3,23 0,521

68,37 48,92 40,79

19 2,20 155 70,45 0,65 3,5 0,98 0,29 -0,3 1,64 0,38 1,76 3,87 0,445

70,82 52 42,96 36,75

Tubular 300±20 litros 14 4,00 282 70,50 0,9 7 1,75 0,51 -0,21 1,53 0,35 0,57 4,3 0,438

73,05 54,8 38,96 45,19

10 4,00 282 70,50 0,9 7 1,75 0,51 -0,21 1,53 0,43 0,56 4,25 0,438

...