Método f Chart

Dimensionado de un sistema solar térmico: El método f-Chart

BIBLIOGRAFÍA

   

Energía solar térmica – Manual del proyectista. EREN - Junta de Castilla y León W. Beckman, S. Klein, J. Duffie. Proyecto de Sistemas Térmico Solares por el Método de las Curvas-f. Ed. Index, Madrid 1982 Pliego de Condiciones Técnicas en Instalaciones Solares de Baja Temperatura. ICO – IDAE, en http://www.idae.es/central.asp?a=p51&i=es Catálogo LÍNEA SOLAR en http://www.lineasolar.com/

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Objetivos 

Concepto de dimensionado de un SST 





Determinación de las características y parámetros de los elementos del SST, de modo que satisfagan las necesidades energéticas de la aplicación a que se destina, de acuerdo con criterios de eficiencia energética y con la normativa.

Parámetros que se desea determinar    

Área e inclinación de la superficie de captación Volumen del sistema de almacenamiento térmico Intercambiador (es) Elementos de impulsión, etc.

    

Producción de ACS ACS + Calefacción (suelo radiante) Calentamiento de piscina ACS + Piscina ACS + Calefacción + Piscina

Tipos de instalación que se contemplan

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El método f-Chart  

 



Es el método más difundido y fiable de dimensionado de SST Es adecuado para estimaciones a medio – largo plazo, aplicándose en cálculos de escala temporal mensual Permite determinar el grado de cobertura o fracción solar f de una instalación ST f: porcentaje de la demanda energética de la instalación que el aporte solar es capaz de cubrir f se calcula para cada mes del año y como promedio para el año completo

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Ejemplo de cálculo: Instalación de ACS para una vivienda unifamiliar en Burgos, con 5 ocupantes. mes de cálculo: mayo

Salida de ACS

Sistema de apoyo Depósito de acumulación Entrada de agua fría

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Fracción solar f - Variables X e Y 

La fracción solar f depende de dos variables adimensionales, X e Y, que se definen y calculan sobre una escala temporal mensual:  Y = Energía absorbida por los captadores / Carga térmica mensual  X = Energía perdida por los captadores / Carga térmica mensual

Rendimiento óptico

Modificador del ángulo de incidencia

Factor de corrección del conjunto captador - intercambiador



Irradiación inclinada diaria

Nº de días del mes

Carga térmica mensual

Área de captación

T. ambiente promedio diurno en el mes

Duración del mes (segundos) Coeficiente de pérdidas

Factor de corrección por sistema de sólo ACS

Factor de corrección por tamaño del depósito

La fracción solar f, en términos de X e Y vale:



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f = 1’029 Y - 0’065 X - 0’245 Y2 + 0’0018 X2 + 0’0215 Y3

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Datos de partida (I) Datos climatológicos    

Emplazamiento Datos de insolación Temperaturas diurnas promedio Temperaturas del agua fría de red

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Burgos MES

H0 ( MJ/(m2·día) )

Tmes (ºC)

Taf (ºC)

ENE

5,1

4,9

8

FEB

7,9

7,2

9

MAR

12,4

10,4

10

ABR

16,0

10,8

11

MAY

18,7

15,1

13

JUN

21,5

18,5

15

JUL

23,0

22,8

17

AGO

20,7

23,1

17

SEP

16,7

17,9

15

OCT

10,1

13,3

13

NOV

6,5

9,1

11

DIC

4,5

5,9

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Datos de partida (II) Elementos de la instalación  Captadores 

Curva de rendimiento  

 

Rendimiento óptico Coeficiente de pérdidas

Número de cubiertas nc Área de cada colector Ac

 Acumulador

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Colector ISONOX II FR()n = 0’76 FRUL = 4’5 W/(m2·ºC) nc = 1 Ac = 1’9 m2

Acumuladores GEISER

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3

Cálculo de las cargas térmicas (I) Cargas o demanda térmica: cantidad de energía que la instalación requiere. Se especifica sobre base mensual Caso de un sistema de ACS

 1.



L = M · nmes · cag · (TACS – Taf)· (Pu/100)



M: consumo diario

5 usuarios · 40 kg / (usuario · día) = 200 kg / día



nmes : número de días del mes

31 día



cag: calor específico del agua

4186 J/(kg·ºC)



TACS : temperatura del agua caliente

50 ºC



Taf : temperatura del agua fría

13 ºC



Pu : porcentaje mensual de utilización

100% L = 960 MJ

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Dimensionado del sistema de acumulación 

Aplicaciones de ACS 

Volumen de acumulación: 





Valor recomendado: V=M

Climatización 

M = 200 kg 160 < V ≤ 200 L

Acumuladores GEISER

Elección: GX-200-M1, con V = 195 L

Volumen de acumulación: 



0,8 < V/M ≤ 1 L/kg

25 < V/A ≤ 50 L/m2

Piscinas 

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Sin depósito de acumulación, a menos que sean instalaciones mixtas

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Dimensionado del sistema de captación  

Colector elegido Orientación 



Sur

Sur ± 30º

Inclinación    

 

ISONOX II

Aplicación anual:  ± 20º Aplicación estival:  — -20º Aplicación invernal:  — +20º

Número de captadores Área de captación

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 = 50º (tentativo)

Nc = 2 (tentativo) A = 3,8m2

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Energía disponible – Irradiación inclinada diaria 



Se debe calcular sobre el plano del sistema de captación Es función de    



H0º = 18,7 MJ/(m2·día) k = 0,89 H50º = 16,6 MJ/(m2·día)

la irradiación horizontal diaria H0 la latitud la inclinación la orientación

Cálculo  

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H = k · H0º k se tabula para diversas latitudes y orientaciones

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Variable X  

Términos  

    

FRUL: Coeficiente de pérdidas del captador F’R/FR: factor de corrección del captadorintercambiador. Representa la reducción de rendimiento del sistema debido a la inclusión del intercambiador. Valor recomendado: 0,95 Tmes: temperatura ambiente mensual promedio t: nº de segundos en el mes de cálculo A: Área total del sistema de captadores L: carga térmica mensual del sistema de ACS Kx(dep): factor de corrección por capacidad del depósito. Permite hacer los cálculos para sistemas con un almacenamiento diferente a 75 L/m2

4,5 W/(m2·ºC) 0,95 15,1 ºC 2.678.400 s 3,8 m2 960 MJ

1,10 

Kx(ACS): factor de corrección por sistema ACS sin calefacción. Permite aplicar el método para sistemas destinados sólo a ACS 1,01 X = 4,27

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Variable Y  

Términos   

FR·()n: Rendimiento óptico del captador F’R/FR ()/()n : Modificador del ángulo de incidencia. Evalúa el efecto de la variación, a lo largo del mes, del ángulo de incidencia de los rayos solares  

   

0,76 0,95

Para meses de primavera y verano  

Captadores con una cubierta  0’92 Captadores con dos cubiertas  0’90

 

Captadores con una cubierta  0’96 Captadores con dos cubiertas  0’94

0,92

Para meses de otoño e invierno

H: Irradiación promedio diaria sobre el plano de captación. nmes: nº de días del mes de cálculo A: Área total del sistema de captadores L: carga térmica mensual del sistema de ACS

16,6 MJ/(m2·día) 31 3,8 m2 960 MJ

Y = 1,36

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Fracción solar f    

Variable X Variable Y Fracción solar f Conclusiones   

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X=4,27 Y=1’36

f=0’75 (75%)

Demanda mensual del sistema, L Parte cubierta con aporte solar, L·f Parte cubierta con sistema de apoyo, L·(1-f)

960 MJ 720 MJ 240 MJ

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Colector ISONOX II • MATERIALES RESISTENTES A LA CORROSIÓN (ACERO INOXIDABLE, ALUMINIO, COBRE, VIDRIO SOLAR ESPECIAL) • ELEVADO RENDIMIENTO GRACIAS AL RECUBRIMIENTO DE TITANIO DEL ABSORBEDOR • PARRILLAS DE TUBOS DE 20/22 Y 8/10 Ó 13/15mm • FACIL UNIÓN DE BATERIAS DE COLECTORES MEDIANTE UN EFICAZ SISTEMA DE EMPALME • PARA MONTAJE EN CUBIERTA Y EN SUPERFICIE DE APOYO

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Depósitos serie GEISER

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