Parte 1 Arquitectura Solar_sabady, Pierre

Parte 1 Arquitectura solar  Pierre Robert Sabady

ÍNDICE

Prólogo .....................................................................................................................

1. Los componentes climáticos de la arquitectura solar  1.1 1.2 1.3

Los rayos solares y su intensidad ....................................................... Duración de la insolación .................................................................... Probabilidad de insolación ....................................................................

2. Elementos específicos básicos de la técnica de la edificación solar  2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.2 2.2.1 2.2.2

Colectores solares .............................................................................. Colectores concentradores de alta temperatura ............................... Colectores de temperatura media con protección de vidrio ............. Colectores de baja temperatura, sin protección de vidrio ................. La cubierta colectora de energía y sus problemas constructivos ..... La cubierta de teja como colector de absorción a baja temperatura Sistemas de acumulación de calor...................................................... Acumulación de calor sensible ............................................................ Acumulación del calor latente .............................................................

3. Principios fundamentales de la calefacción solar de locales 3.1 3.2 3.3 3.4

Sistemas pasivos de calefacción solar................................................ Sistemas activos de calefacción solar, sin bomba térmica ............... Sistemas activos de calefacción solar, con bomba térmica ............. Sistemas de calefacción biosolary otros ............................................

4. Bases de cálculo para los proyectos de edificación solar  4.1 4.2

4.3 4.4 4.5 4.6 4.7

Cálculo analítico y minoración de la demanda térmica para calefacción ............................................................................................. Bases de cálculo para la irradiación solar directa a través de las ventanas .............................................................................................. Cálculo de las cantidades de energía internas del edificio ............... Cómo puede calcularse la energía térmica absorbida por los colectores solares ............................................................................... Cálculo de la radiación solar técnicamente aprovechable ................ Bases de cálculo para el dimensionamiento de los acumuladores .. Cálculo analítico y balance total de una estrategia de calefacción energéticamente optimizada ...............................................................

5.

Materiales y arquit ectura solar 

6. Análisis detallado de los sistemas típicos de edificación solar 

6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6

6.7 6.8

Edificio solar pasivo sin colectores solares con calefacción por acumulador ............................................................................................. 67J Edificio solar con colectores de agua y bomba de calor ....................... Edificio solar con colectores de agua y de aire y con recuperación de calor......................................................................................................... 711 Edificio autónomo con colectores focales y acumulador de larga duración ..................................................................................................... Edificio autónomo con jardín de invierno en el atrio ............................ Edificio biosolar con colectores de aire, acumulador de grava y calefacción por chimenea de leña .......................................................... Edificio solar con colectores de baja temperatura como cubierta energética y bomba de calor accionada porgas .................................... Edificio solar con cubierta absorbente de teja por producción de calor y electricidad ..................................................................................

7. Principios fundamentales del urbanismo solar 

Unidades y tablas de conversión ............................................................................... Apéndice ......................................................................................................................

1( 1(

1. Los componentes climáticos de la arquitectura solar  «Debiéramos construir más alta la cara sur de las casas para captar el sol en el invierno» escribió hace miles de años el historiador griego J enofonte como consejo valioso para sus contemporáneos que ya entonces querían ahorrar energía de calefac ción por medio de las radiaciones solares. La arquitectura popular de muchos países nos demuestra que se sabe desde hace mucho tiempo que, teniendo en cuenta los componentes climáticos naturales, determinados esencialmente por el sol, se podían construir edificios capaces de dar a sus ocupantes las máximas condiciones de confort, tanto desde el punto de vista energético como de salubridad, con un mínimo de gastos técnicos. Esta verdad cayó muchas veces en el olvido a lo largo de la historia de la arquitectura, especialmente en los últimos decenios. La contaminación del medio ambiente y el derroche de energía causados por la «arquitectura moderna» nos obliga a redescubrir el sol como suprema ley natural de la arquitectura, no sólo en el campo de la técnica energética, sino también desde el punto de vista higiénico de la vivienda. El «portador» de la energía solar es la radiación, que está formada por los rayos de luz visible y por los rayos invisibles, ultravioletas e infrarrojos. En el límite exterior de la envoltura de aire que rodea la Tierra, el flujo de la radiación es aún de 1394 W/m2. Este valor se denomina «constante solar». Al penetrar en la atmósfera, una gran parte de esta radiación queda absorbida. ante solar

La duración de la insolación y la intensidad de la radiación dependen, en cada lugar de la estación del año, de las condiciones atmosféricas y de la posición geográfica. En la mayoría de los países se miden, desde hace muchos años, la duración de la insolación y la intensidad de la radiación. Para los cálculos de la técnica solar se dispone de datos medios de varios años. Se han calculado cifras para superficies horizontales y verticales con distintas orientaciones. Gracias a estos datos es posible calcular los valores correspondientes a la potencia de la radiación para cada hora del día.

¿Cuáles son los conceptos climáticos más importantes para los proyectos de arquitectura solar?

1.1. Las radiaciones solares y su intensidad Los meteorólogos definen los diversos tipos de energía de radiación electromagnética emitidos por el Sol con una terminología cuyos conceptos más importantes para la práctica son los siguientes:

Radiación difusa: Radiación cenital:

Radiación solar directa: Radiación procedente del ángulo sólido del disco solar sobre una superficie perpendicular a la dirección de los rayos. Radiación recibida por una superficie plana procedente de un ángulo sólido n. (fuera del disco solar). Componente vertical de la radiación difusa (superficie receptora horizontal).

Radiación reflejada: Radiación, directa y difusa, reflejada por la superficie de la tierra que incide sobre una superficie receptora plana. Radiación global:

Suma de la radiación solar directa, la radiación difusa y la 9

Norte

solar para la latitud'geográfica48 " N

SI (solsticio de ir 120

Oeste

SV (solsticio de veraní 

radiación reflejada que incide sobre una superficie plan, desde un ángulo sólido 2r\. Radiación global sobre Componente vertical de la radiación global; en el caso ideal, superficies horizontales: suma de las componentes verticales de la radiación solar directa y de la radiación cenital, sin la radiación reflejada. 2

Valores medios de la radiación global en kWh/m día \

Según W. Diamant (Coeficiente de transmisión: 0,7) Grado

de

Meses

0°

10°

20°

30° 40°

50°

60° 70°

Enero

5,8

4,8

3,7

2,5

J,3

0,5

0

Febrero

6,?

5,3

Marzo

6,4 6,3 5,9 5,5 5,4 5,7 6,1 6,3 6,1 5,8

6,0 6,3 6,3 6,2 6,1 6,2 6,3 6,0 5,4 4,9

4,3 5,3 6,1 6,5 6,6 6,6 6,3 6,2 5,5 4,5 3,8

3,2 4,4 5,6 6,4 6,8 6,8 6,5 5,8 4,7 3,5 2,6

2,0 3,4 4,9 6,1 6,7 6,8 6,2 5,1 3,7 2,3 1,5

1,0 2,2 3,9 5,5 6,4 6,3 5,7 4,3 2,6 1,2 0,5

0,2 1,1 2,8 4,6 5,9 6,0 5,0 3,2 1,5 0,4 0

5,95

5,8

5,5

4,9

3,9

3,3

2,5

Abril Mayo  J unio  J ulio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

80°

90°

0 0,3 1,7 3,6 5,2 5,3 4,0 2,1 0,5 0

0 0,6 2,9 4,7 5,0 3,2 1,0 0

0,1 2,3 4,7 4,9 3,0 0,4

2,3

2,15

2,5

Valor medio kWh/m día

10

(1) En el Apéndice pueden verse las cartas solares correspondientes a España para las latitudes aproximarlas de Burgos, Madrid, Sevilla y media de las islas Canarias.

Distribución de la radiación directa del sol sobre una superficie normal a los royos solares según la hora del día y época del año

(47° N, valores numéricos en kcal/m2 hora), según P. Valko (2) Altura en m Hora II III IV V VI Vil VIII Mes I sobre el nivel del mar

IX

X

XI

XII

2000

6 18 453 578 619 594 520 677 764 817 827 822 823 813 810 9 15 805 779 699 638 850 882 900 891 878 870 868 871 873 12 866 838 820

4000

6 18 594 717 751 741 665 796 867 905 930 939 930 923 915 9 15 904 887 829 759 952 980 996 993 986 979 975 973 971 12 959 943 934

EQ (equinoccios) I 90 ——— Este I

La intensidad de la radiación se mide en W/m 2 o en kCal/m2hora. En las zonas climáticas centroeuropeas a alturas normales sobre el nivel del mar (unos 400 m.s.n.m.) (3) los valores máximos de la radiación solar directa no se tienen en junio, sino ya a primeros de abril o a finales de septiembre. Para las horas de la mañana o de la tarde, estos máximos se van desplazando cada vez más hacia el 21 de junio. A mayores alturas sobre el nivel del mar, la intensidad de la radiación aumenta.

ció de verano)

I de la

La intensidad de la radiación global y de la radiación difusa se mide por medio de diversos aparatos registradores que tienen superficies medidoras en posición horizontal o en posiciones verticales orientadas hacia el norte, sur, este y oeste. Las observaciones muestran las siguientes características climáticas: — en días muy buenos, las superficies verticales orientadas al este y al oeste reciben más intensidad de radiación que las orientadas al sur en verano y mucha menos en

invierno; — en condiciones atmosféricas medias (grado de frecuencia = 50 %), estas diferencias debidas a la orientación sólo se acusan en invierno; — en invierno, las superficies orientadas al este y al oeste casi no reciben más que radiación difusa por la mañana o por la tarde respectivamente; las curvas son simétricas con respecto al mediodía real; — en los días largos del verano, con buen tiempo, las superficies orientadas al norte reciben una intensa componente de radiación solar directa por la mañana tempra no y a última hora de la tarde. Totales medios anuales de la radiación global para distintos lugares: (4)

Hamburgo Berlín Braunschweig Würzburgo  Tréveris Zurich Montana Lugano

930kWh/m2

año

Sahara oriental

2550 kWh/m2- año

1000kWh/m2 936 kWh/m2 1081 kWh/m2 1010kWh/m2

año año año año

Marsella París Florida

1860 kWh/m2- año 1500kWh/m2-año 1800 kWh/m2- año

Graz Salzburgo Viena Kew (Inglaterra)

1198kWh/m2-año 1086kWh/m2-año 1120kWh/m2-año 927 kWh/m2 •año

2

1160kWh/m 1300kWh/m2 1500kWh/m2

año año año

(2) Para España, ver Tabla en el Apéndice. Se han tomado dos lugares de igual latitud (41 °N), uno al nivel del mar y otro a 1.000 m de altura. (3) De los datos para España se deduce que los valores máximos suelen obtenerse en los meses de julio o agosto. (4) En el Apéndice se dan los datos correspondientes a diversos lugares de España.

11

1.2. Duración de la inso lación

Depende de la posición geográfica y de las condiciones climáticas. Los valores máxí-l mos se alcanzan en las zonas desérticas (por ejemplo, en el Sahara 4000 horas al añoll o en alta montaña. La intensidad de la radiación y la duración anual de la insolación) determinan las cantidades de energía de que dispondremos para una posición geográfica determinada.

Los meterorólogos distinguen dos tipos de duración de la insolación; son los si-| guientes:

Definiciones meteorológicas

Duración de la insolación astronómicamente posible: Se obtiene a partir del númeroj de horas de sol suponiendo el cielo sin nubes; el punto de referencia se encuentra enf  un plano libre de obstáculos, con un horizonte perfectamente horizontal. Por lo tanto, esta duración de la insolación sólo depende de la latitud geográfica del lugar. Número medio posible de horas de sol en cada uno de los meses del año (5) Mes 47° 48° 49° 50° 51° 52° 53° Lat i t ud geogr áf i ca

Ener o

276 273 269 265 261 256 251

Febrero

286 367 406 464 473 478 439 376 337 281 264

Mar zo Abr i l

Mayo  J uni o

 J ul i o Agost o Se t i embr e Oct ubr e Novi embr e Di ci embr e

284 366 407 468 477 482 441 377 335 277 260

282 366 409 471 482 486 444 378 334 274 257

280 366 411 475 486 491 447 378 333 271 251

278 366 412 479 491 495 449 379 331 268 246

275 365 414 483 497 500 452 379 330 264 241

nort e

273 365 416 488 503 505 455 380 328 260 235

Horas de sol anuales en distintos lugares (6)

Horas

anuales

Horas anuales

Berlín

1705

Marsella

2654

Bremen

1657 1559

París

1840 1906

Hamburgo Munich Stuttgart

Basilea

1730

1712

1891

Brindis!

2591

Ginebra Lugano

2037 2100 1694 1903 1765

Innsbruck Salzburgo

Viena

2491

Essen  Tel-Aviv Niza Genova Perpiñán Ñapóles

1680

1756

Graz

Roma Sahara  Túnez

4000 3200 1680 1442 3500 2775 2288 2560 2396

1702

Berna

Zurich

Milán

Copenhague

(5) En la correspondiente Tabla del Apéndice se recogen los datos referentes a las latitudes de 28° 32' 30" (media de las islas Canarias), 37° 30' (latitud aproximada de Sevilla), 40° (latitud aproximada de Madrid) y 42° 30' (latitud aproximada de Burgos).

(6) En la Tabla del Apéndice se dan los valores correspondientes a diversos lugares de E spaña.

12

Número medio de horas de sol en distinto s

lugares (7)

Meses

1

II

III

IV

V

VI

Vil

VIII

IX

X

XI

XII

Basilea

2

3

5

6

7

7

7

7

5

4

2

2

Berlín Hamburgo Viena Zurich Linz

2 2 2 2 2

3 2 3 3 3

5 4 4 5 5

6 6 6 6 6

8 8 7 7 7

8 8 8 7 8

8 7 8 7 8

7 6 8 7 7

6 6 7 6 6

4 3 5 3 4

2 2 2 2 2

1 1 1 2 1

Número medio de horas del sol para los días más largo y más corlo (8)

Latitud geográfica norte

22 de diciembre

22 de junio

Diferencia

47°

8 h 26 m

1 5 h 50 m

7 h 24 m

48° 49° 50° 51° 52° 53°

8 h 18 m 8h 9m 8h 0m 7 h 50 m 7 h 40 m 7 h 29 m

15 h 59 m 16 h 8 m 16 h 18 m 16 h 29 m 16 h 40 m 16 h 52 m

7 h 41 m 7 h 59 m 8 h 18 m 8 h 39 m 8h 0m 9 h 23 m

Duración posible real de la insolación: Se determina a partir del número de horas de sol anuales en un cielo sin nubes y en terrenos cualesquiera. La diferencia con la duración astronómica se debe a la limitación del horizonte por diversas causas (mon tañas, vegetación, edificios, etc.). Duración efectiva de la insolación: Es igual al tiempo en que luce el sol. Además de las limitaciones del horizonte, depende del grado de nubosidad del cielo. Duración relativa de la insolación: Da la relación entre la insolación registrada realmente y la posible y se expresa en tantos por ciento. Independientemente de la latitud geográfica y de la limitación del horizonte, esta magnitud permite deducir el grado de beneficio solar que recibe un lugar y la comparación directa con otros puntos. 1.3. Probabilid ad de insolació n

Como la mayor parte de la energía de que se dispone se debe a una irradiación directa relativamente elevada, es importante saber qué magnitud tiene en un lugar la probabilidad mensual de insolación. Este valor, que se da en tantos por ciento, depende de numerosos factores, como son el grado de nubosidad, el coeficiente de enturbiamiento atmosférico, el contenido de vapor de agua y otros parámetros que suelen expresarse en distintas estadísticas de frecuencia, mensuales y horarias. intes

Para simplificar, se puede decir que una probabilidad mensual de insolación inferior al 20 % permite un aprovechamiento bastante desfavorable de la energía solar. Si está comprendida entre el 20 y el 50 %, podemos esperar ya una aportación apreciable de energía solar. Si el sol está cubierto por nubes o niebla durante menos del 50 % del tiempo, existe ya la posibilidad de alimentar al edificio casi totalmente por energía solar, según el nivel de temperaturas, adoptando disposiciones arquitectónicas y técnicas adecuadas. La observación meteorológica se ocupa particularmente del problema de la nubosidad. El grado de nubosidad se mide tres veces al día y se determina la media diaria. (7) En el Apéndice se dan los valores correspondientes a diversos lugares de España. (8) En el Apéndice se dan los datos aproximados para las latitudes de la N. del T. (5).

13

Valores meteorológicos medios

Con las medias diarias se forman las medias mensuales y de éstas se deduce la m anual. Los valores correspondientes a 10, 20 ó 30 años dan los valores medios pk nuales. Las medias diarias de nubosidad sirven también para determinar los < «claros» y «cubiertos»; en las estadísticas, los días con menos de un 20 % (=octavos) de nubosidad se califican de días «claros» y los que tienen más del 8( (=6,4 octavos) de nubosidad son días «cubiertos». Aunque la evaluación se haga octavos, la mayoría de las tablas y cartas dan la nubosidad en tantos por ciento de superficie visible del cielo, que es mucho más inteligible. La estructura de la nubosidad, necesaria para los cálculos de energía solar la analiz, los institutos meteorológicos en un gran número de tablas y cuadros estadísticos. Li más importantes son los siguientes:

— Medias mensuales y anuales de nubosidad en tantos por ciento. — Promedio de las nubosidades medias mensual y anual en %. — Promedio de las medias diarias de nubosidad en %. — Medias mensuales y anuales de nubosidad en % a las 14 horas TLM. — Promedio de las nubosidades medias mensual y anual en % a las 14 horas TLM. — Número de días claros. — Número medio de días claros. — Número de días cubiertos. — Número medio de días cubiertos. A pesar de disponer de numerosos documentos meteorológicos muy detallados, no es posible expresar numéricamente con seguridad plena las condiciones futuras de la radiación referidas a un edificio solar. La Naturaleza no puede reducirse a tablas y este hecho exige del proyectista un poco más de intuición y de sensibilidad que para una Arquitectura puramente tecnocrática. Debiera establecerse una relación de trabajo entre los meteorólogos y los proyectistas que permitiese a ambas partes mejor comprensión de las necesidades totales y clima tológicas de la práctica de la Arquitectura solar. Sólo con esta condición podrá lograrse la difusión general de un sistema constructivo que, por medio de una tecnología adaptada al hombre armonice siempre con las condiciones climatológicas naturales de su emplazamiento.

i 14

2. Elementos específicos básicos de la técnica de la edificación solar 

- =? ar como ;;-

El aprovechamiento de la energía solar por parte de la ingeniería, sea para calefacción o para producción de energía eléctrica, suele requerir el empleo de elementos constructivos específicos. Los más importantes son los colectores solares y los sistemas acumuladores de calor, así  como las distintas estructuras de cubierta energética que, en principio, constituyen un caso particular de construcción con colectores solares.

2.1. Los colectores solares Se denomina colector solar a cualquier forma de superficie que sirva para aprovechar la energía de las radiaciones solares con fines térmicos o eléctricos. Según las posibili dades de aprovechamiento, hay que distinguir entre colectores heliotérmicos, que producen calor, y colectores heliovoltaicos, que sirven para la producción de. corriente eléctrica. Hay también colectores híbridos capaces de producir al mismo tiempo calor y energía eléctrica. los reres solares

Los colectores heliotérmicos, que es a los que nos limitaremos, pueden tener formas muy distintas según su construcción y sus aplicaciones. Hay que distinguir entre colectores concentradores de alta temperatura, colectores planos de temperatura media con protección de vidrio y colectores de baja temperatura sin protección de vidrio. Como medio de transporte del calor suele elegirse entre el agua, el aceite, un líquido especial o el aire.

2.1.1. Colectores concentr adores de alta temperatura

Estos colectores tienen la superficie curvada formando concavidad. Por medio de un efecto especular o de lente pueden concentrar los rayos solares. Con una concentración débil (1:10) se pueden alcanzar de 200 a 500 °C. Con mayor concentración se llega a 4000 °C. Los colectores concentradores, o en espejo, tienen que ser, en general, onentables y les afecta mucho la suciedad. Es posible proteger el espejo contra la acción de la intemperie por medio de un vidrio plano, pero el vidrio tiene que limpiarse con mucha frecuencia, cosa que no ocurre con los colectores planos, para no reducir la intensidad de la radiación directa por la dispersión que se produciría. Los concentradores de rayos sólo pueden aprovechar, en general, la radiación directa, pero las últimas investigaciones han demostrado que, a pesar de este inconveniente, pueden también utili zarse para las condiciones climáticas centroeuropeas y para las viviendas. Condiciones meteorológicas

Radiación global

Rendimiento en %

W/m Cielo sin nubes, despejado

800

61

Ligeramente nuboso Cielo ligeramente cubierto Cielo nublado

600 300 150

58 45 20 15

Colectores de alto rendimiento

El colector solar construido por el laboratorio de investigación de Philips lleva un de reflexión de calor de óxido de indio (In 203) cuya transmisión para la luz solar e 85 % y tiene una reflexión de R =90 % para las radiaciones caloríficas. La | absorbente tiene un factor de absorción a =95 % para la luz solar. En la tabla se algunos valores del rendimiento; para el colector Philips se dan con vidrio de pr

17

— Pérdidas de radiación térmica. (Aparece como pérdida la diferencia entre la energía transmitida por el colector y la recibida de su entorno). — Pérdidas de transmisión térmica del cuerpo absorbente al agua de refrigeración.) — Las corrientes térmicas de convección dentro de la capa de aire que se encuentra entre la superficie del colector y el vidrio de protección. — La conducción de calor a lo largo de los apoyos del vidrio protector o de las juntas •. dentro de la capa de aire situada entre el colector y el vidrio protector. — La radiación de calor entre el colector y el vidrio protector. Rendimiento del colector

La relación entre la energía de radiación incidente y la energía térmica aprovechada de el rendimiento del colector. La máxima temperatura que puede alcanzarse con ur colector se consigue cuando no se escapa ninguna cantidad de calor útil a través de medio portador del calor. Se le denomina temperatura de funcionamiento en vacío Según sea la concepción o la calidad del colector solar y según la intensidad de radiación se alcanzará una temperatura de funcionamiento en vacío u otra. En e Centro de Europa, por ejemplo, cuando hace sol, se puede considerar un valor norma de 800 kCal/h. Con esta incidencia de radiación, un colector plano protegido con un vidrio puede alcanzar una temperatura de funcionamiento en vacío de unos 100 °C, el mismo colector, con vidrio de protección triple, alcanzaría los 190 °C. El número de vidrios aumenta la cantidad de energía capturada pero, si se colocan más de tres vidrios, las pérdidas por reflexión y absorción son demasiado grandes y no resulta económico.

El rendimiento de un colector puede aumentarse por medio de un tratamiento especia! de los vidrios y de las superficies de absorción. Las dimensiones necesarias para la superficie colectora dependen de la cantidad de calor que se necesita, de cómo se han concebido los colectores y el edificio y de dónde estará situada la instalación, geográfi ca y climáticamente. Para la preparación de agua caliente sanitaria en la Europa Central bastan de 6 a 10 m2 de colector solar por vivienda. Para la calefacción se necesita una superficie entre 30 y 150 m2 según el valor del aislamiento y la situación climática. Orientación de los colectores solares

La inclinación de los colectores se calcula, en general, para las condiciones invernales. Pueden tomarse como valores experimentales lo siguientes: Inclinación =latitud geográfica +10 a 15°. Si los colectores sólo se utilizan en verano, se tiene: Inclinación =latitud geográfica -15°.

Colectores de agua

colectores de aira

18

Los primeros colectores solares modernos fueron instalados ya en 1929 por Alexander McNeilledge en California. Se trataba de colectores solares con doble vidrio y tubos de cobre de 3/4" que utilizaban el agua como medio portador del calor. Desde entonces se han construido los tipos más distintos de colectores de agua aunque todos ellos responden al mismo principio de funcionamiento, incluso los tipos más modernos. Como medio portador del calor se utilizan también distintas mezclas de agua y de aceite. Los colectores de aire, que utilizan el aire como medio portador  del calor, los utilizó por  primera vez Georg Lóf, ya en 1945. Los colectores de aire están menos expuestos a los peligros de corrosión, falta de estanquidad, sobrecalentamiento y congelación, pero necesitan mayores secciones de los conductos e instalaciones de ventilación relativamente complicadas para transportar la misma cantidad de energía que los colectores de agua. Los colectores de aire se utilizan preferentemente en combinación con acumuladores de calor de grava. Sin embargo, es posible también conseguir el aprovechamiento directo de la energía por medio de métodos naturales de ventila-

I

ción. En estos dos principios básicos para colectores de temperatura media con protección de vidrio utilizando el aire como fluido transportador del calor se basan numerosos modelos de distintos tipos pero análogos en su fundamento. En mi libro «Wie kann ich mit Sonnenenergie heixen?» («¿Cómo puedo calentar con energía solar?») se describe un gran número de ellos. Resultados típicos de los ensayos de colectores de temperatura medía para producción bruta de calor (según EIR)

Radiación global sobre Radiación global en el Prnrliirrirm P rnrliirriñn de ualur TK  = de calor plano del colector una superficie 2 60 °C,  Tk =40 °C, orientado al sur a 45°, horizontal kWh/m 2 2 2 kWh/m

kWh/m

kWh/m

Enero

23,5

33,2

6,3

4,0

Febrero Marzo

45,3

66,3 101,5 126,7 150,9

23,0

15,9

44,1

31,4

65,3

48,2

81,6

63,1

157,1

174,2

91,7 109,3

146,1

84,4

132,0 87,2 40,6

75,1 41,7 11,5

69,5 82,3 65,4 57,6 30,6

24,9

3,7

7,7 2,2

1240,7

633,7

477,9

Abril

Mayo

 J unio  J ulio Agosto Septiembre Octubre

Noviembre Diciembre

 Total

80,3

113,9 151,2 165,2 179,4 137,4 105,1 60,4 26,7 16,9 1105,3

51,4%

Rendimiento medio anual.

38,5 %

Influencia del ángulo de situación del colector sobre la producción de energía para modelos de temperatura media (según Stohler)

Energía aprovechable media en el plano del colector G k (kWh/m • mes) Mes

Ángulo de

Ángulo de

Ángulo de

inclinación 30°

inclinación 45°

inclinación 60°

Enero

30,9

33,2

34,4

Febrero Marzo

61,6

68,4

Abril

127,1

Mayo

156,3 165,2 182,5 148,6 128,3

66,3 101,5 126,7 150,9

 J unio  J ulio Agosto Septiembre Octubre

Noviembre Diciembre

98,0

174,2

100,9 121,5 140,2 143,4 159,4

146,1

138,1

130,0 89,1

23,0

132,0 87,2 40,7 24,9

1 240,2

1240,8

1193,8

81,4 37,3

157,1

42,4

26,0

19

Los colectores solares, que trabajan en las más difíciles condiciones climáticas y térm-cas tanto en verano como en invierno, están sometidos a numerosos peligros q deben tenerse en cuenta en.su concepción. Los problemas más importantes q pueden presentarse en los colectores solares son los siguientes:

Sobrecalentamiento Peligro de heladas Corrosión Suciedad

— Rotura — Movimientos térmicos — Fugas

Estos peligros pueden ser mayores o menores según las condiciones climatológicas las soluciones preventivas difieren de unos modelos a otros. Colector solar y pequeña tecnología

El futuro de los colectores de temperatura media protegidos con vidrio como elemer-1 to constructivo de la arquitectura solar dependerá, indudablemente, de la rapidez co que se puedan resolver los problemas inherentes a su aplicación. El empleo de estos tipos de colectores debiera efectuarse, sin embargo, ligado en lo posible a la pequeñr tecnología, porque sólo de esta manera puede desarrollarse el aprovechamiento se cillo de la energía concordante con la simplicidad de las radiaciones solares. Límites de reacción de distintos tipos de colectores

(según MBB) (Temperatura ambiente: 10 °C, temperatura de funcionamiento: 50 °C)

 Tipo de colector

Colector sencillo

Número de Superficie Potencia de absorbente radiación vidrios

Situación climatológica

12

340 W 230 W

Cielo claro, despejado Ligeramente nuboso

Selectiva

195 W 143 W

Nubosidad ligera a media Nubosidad media

Selectiva

75 W

Muy nuboso, lluvioso

Colector «standard»

Negra Negra

Colector con 1 solo vidrio, selectivo Colector 1 2 «standard» selectivo 1 Colector de alta temperatura

Influencia de la construcción del c olector sobre la obtención relativa de energía

(según MBB) Colector sencillo Superficie absorbente negra

Colector de 1 solo vidrio Superficie absorbente

Rendimiento medio (%)

Obtención relativa de energía  Temperatura en vacío (°C)

Colector de 1 solo vidrio Superficie absorbente selectiva

Colector de doble vidrio Superficie absorbente selectiva

Colector de |

negra

Colector de doble vidrio Superficie absorbente negra

19

23

27,2

35,6

40,6

62,8

0,83

1

1,18

1,55

1,76

2,73

100

130

180

180

200

250

alta

temperatura

2.1.3. Colectores de baja temperatura sin protección de vidrio

Utilizando diversas instalaciones técnicas de alta calidad, como bombas de calor, per ejemplo, resulta posible concebir un tipo especial de colectores solares cuyo funcione miento no se basa ya en el efecto de invernadero. Estos colectores que, en genera deben tener gran superficie, no necesitan llevar una cubierta transparente porque 20

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