UNE 94002:2005

norma española

UNE 94002

Junio 2005 TÍTULO

Instalaciones solares térmicas para producción de agua caliente sanitaria Cálculo de la demanda de energía térmica

Thermal solar systems for domestic hot water production. Calculation method for heat demand. Installations solaires thermiques pour la production d'eau chaude sanitaire. Calcul de la demande d'énergie thermique.

CORRESPONDENCIA

OBSERVACIONES

ANTECEDENTES

Esta norma ha sido elaborada por el comité técnico AEN/CTN 94 Energía Solar Térmica cuya Secretaría desempeña AENOR.

Editada e impresa por AENOR Depósito legal: M 27983:2005

LAS OBSERVACIONES A ESTE DOCUMENTO HAN DE DIRIGIRSE A:

 AENOR 2005 Reproducción prohibida

C Génova, 6 28004 MADRID-España

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91 432 60 00 91 310 40 32

Grupo 6

S

-3-

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ÍNDICE

Página 1

OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN ......................................................................

4

2

NORMAS PARA CONSULTA.......................................................................................

4

3

TÉRMINOS Y DEFINICIONES ....................................................................................

4

4

SÍMBOLOS Y UNIDADES.............................................................................................

5

5

BASE TEMPORAL .........................................................................................................

5

6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

PARÁMETROS DE CÁLCULO .................................................................................... Demanda de energía térmica........................................................................................... Consumo de agua caliente ............................................................................................... Temperatura de referencia.............................................................................................. Temperatura de agua fría ............................................................................................... Consumo de agua caliente a otras temperaturas...........................................................

6 6 6 7 7 10

ANEXO A (Informativo) CONSIDERACIONES ADICIONALES SOBRE LA TEMPERATURA DE REFERENCIA..........................

11

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-4-

1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN Esta norma tiene como objeto suministrar los valores de referencia de consumo de agua caliente sanitaria y temperaturas de diseño necesarios para el cálculo de la demanda de energía térmica en las instalaciones de producción de agua caliente sanitaria. Esta norma es aplicable al cálculo de instalaciones solares térmicas para producción de agua caliente sanitaria. 2 NORMAS DE CONSULTA UNE-EN ISO 9488:2000 − Energía solar. Vocabulario. UNE-EN 12976-2 − Sistemas solares térmicos y sus componentes. Sistemas prefabricados. Parte 2: Métodos de ensayo. UNE-EN 12977-2 − Sistemas solares térmicos y sus componentes. Instalaciones a medida. Parte 2: Métodos de ensayo 3 TÉRMINOS Y DEFINICIONES Para los fines de esta norma son de aplicación las definiciones dadas en la Norma UNE-EN ISO 9488, junto con las siguientes definiciones adicionales: agua fría: Agua potable de consumo público utilizada en las instalaciones de los edificios, que no ha sido sometida a ningún proceso de calentamiento, y que es suministrada a través de la red de distribución del sistema de abastecimiento. La red de distribución puede ser pública o privada. agua caliente sanitaria: Agua fría que ha sido sometida a un proceso de calentamiento y que se destina a usos sanitarios. consumo de agua caliente sanitaria: Cantidad de agua caliente sanitaria gastada en un determinado periodo de tiempo. Siempre está asociado a una temperatura de referencia. demanda de energía térmica: Energía térmica requerida por el consumo de agua caliente sanitaria. A efectos de esta norma, no están incluidas las pérdidas energéticas (por distribución y recirculación principalmente). calor específico a presión constante del agua: Cantidad de energía necesaria para elevar 1 ºC la temperatura de 1 kg de agua. A efectos de esta norma, para agua líquida, se considerará un valor constante de 4186 J/kg ºC densidad del agua: Relación entre la masa del agua y el volumen que ocupa. A efectos de esta norma, para agua líquida, se considerará un valor constante de 1 kg/l. temperatura de agua fría: Temperatura del agua de la red de distribución de los sistemas de abastecimiento de agua fría. temperatura de preparación: Temperatura de diseño en el sistema de apoyo de agua caliente sanitaria. temperatura de distribución: Temperatura de diseño en el sistema de distribución de agua caliente sanitaria a la que se acondiciona el agua caliente sanitaria del sistema de preparación para su reparto o distribución a los distintos puntos de consumo. temperatura de uso: Temperatura del agua caliente sanitaria en los puntos de consumo. temperatura de referencia: Temperatura a la que se considera o vincula el consumo de agua caliente sanitaria.

-5-

UNE 94002:2005

En la figura 1 se representan, de forma esquemática, las diferentes temperaturas del agua, en una de las posibles configuraciones de las instalaciones solares térmicas.

Fig. 1 − Temperatura de preparación, distribución y uso 4 SÍMBOLOS Y UNIDADES AF

Agua fría

ACS

Agua caliente sanitaria

QACS

Consumo de agua caliente sanitaria

l/día

DACS

Demanda de energía térmica para agua caliente sanitaria

J/día

cp

Calor específico a presión constante del agua

J/kg ºC

ρ

Densidad del agua

kg/l

TAF

Temperatura de agua fría

ºC

Tp

Temperatura de preparación

ºC

Td

Temperatura de distribución

ºC

Tu

Temperatura de uso

ºC

Tref

Temperatura de referencia

ºC

5 BASE TEMPORAL A efectos de esta norma, se consideran valores diarios medios mensuales. En caso de utilizar cualquier otra base temporal, debe justificarse la elección y procedencia de los datos.

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-6-

6 PARÁMETROS DE CÁLCULO 6.1 Demanda de energía térmica La demanda de energía térmica se calcula a partir de la expresión:

DACS = QACS (Tref ) ⋅ ρ ⋅ cP ⋅ (Tref − TAF )

(1)

donde

QACS (Tref ) es el consumo de agua caliente sanitaria a una temperatura de referencia Tref . 6.2 Consumo de agua caliente El consumo unitario diario medio de agua caliente sanitaria asociado a una temperatura de referencia de 45 ºC, se debe elegir de acuerdo con los valores de la tabla 1. Tabla 1 Consumo unitario diario medio Criterio de demanda

Consumo unitario (l/unidad.día)

Vivienda

40

por persona

Hospitales y clínicas

80

por persona

Ambulatorio y centro de salud

60

por persona

Hotel *****

100

por persona

Hotel ****

80

por persona

Hotel***

60

por persona

Hotel/Hostal **

50

por persona

Camping

30

por persona

Hostal/Pensión*

40

por persona

Residencia (ancianos, estudiantes, etc.)

60

por persona

Centro penitenciario

40

por persona

Albergue

35

por persona

Vestuarios/Duchas colectivas

30

por persona

Escuela sin duchas

6

por persona

Escuela con duchas

30

por persona

Cuarteles

40

por persona

Fábricas y talleres

30

por persona

Oficinas

3

por persona

Gimnasios

30

por persona

Restaurantes

12

por persona

Cafeterías

2

por persona

-7-

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El número de personas totales que ocupan un edificio y utilizan las instalaciones de agua caliente del mismo se obtiene según las indicaciones del correspondiente “programa funcional”. En viviendas el consumo total diario medio de agua caliente sanitaria se obtiene multiplicando el consumo unitario de la tabla 1 por el número de personas totales que ocupan la vivienda. En caso de que el programa funcional no lo concretase, se considerarán 1,5 personas por cada dormitorio que se indique en el proyecto de la vivienda. En edificios de viviendas que dispongan de instalaciones solares térmicas centralizadas, el cálculo del consumo total de agua caliente sanitaria considera un factor de centralización (FC) que depende del número de viviendas (N) alimentados por la misma instalación solar. El valor del factor de centralización se muestra en la tabla 2. El consumo total diario medio de agua caliente sanitaria del edificio, calculado según procedimiento indicado anteriormente, se multiplica por el factor de centralización de la tabla 2 según el número de viviendas. Tabla 2 Valor del factor de centralización Número de viviendas

N≤3

4 ≤ N ≤ 10

FC

1

0,95

11≤ N ≤ 20 21 ≤ N ≤ 50 51 ≤ N ≤ 75 76 ≤ N ≤ 100 0,90

0,85

0,80

0,75

N ≥ 101 0,70

En los demás casos, el consumo total diario medio de agua caliente sanitaria se obtiene a partir del consumo unitario, número máximo de plazas y porcentaje de utilización indicados en el proyecto, multiplicando el consumo unitario de la tabla 1 por el número de unidades de consumo que corresponda. En caso de no venir indicado en el proyecto el porcentaje de utilización, se ha de justificar el valor adoptado. 6.3 Temperatura de referencia A efectos de esta norma se considera como temperatura de referencia el valor de 45 ºC. 6.4 Temperatura de agua fría La temperatura diaria media mensual de agua fría de las capitales de provincia se toma de la tabla 3.

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Tabla 3 Altura de referencia (m) y Temperatura (ºC) diaria media mensual de agua fría para las capitales de provincia Altura de referencia

Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

A Coruña

5

10

10

11

12

13

14

16

16

15

14

12

11

Albacete

686

7

8

9

11

14

17

19

19

17

13

9

7

Alicante

3

11

12

13

14

16

18

20

20

19

16

13

12

Almería

16

12

12

13

14

16

18

20

21

19

17

14

12

Ávila

1128

6

6

7

9

11

14

17

16

14

11

8

6

Badajoz

186

9

10

11

13

15

18

20

20

18

15

12

9

Barcelona

18

9

10

11

12

14

17

19

19

17

15

12

10

Bilbao

19

9

10

10

11

13

15

17

17

16

14

11

10

Burgos

860

5

6

7

9

11

13

16

16

14

11

7

6

Cáceres

439

9

10

11

12

14

18

21

20

19

15

11

9

Cádiz

4

12

12

13

14

16

18

19

20

19

17

14

12

Castellón

30

10

11

12

13

15

18

19

20

18

16

12

11

Ceuta

0

11

11

12

13

14

16

18

18

17

15

13

12

Ciudad Real

635

7

8

10

11

14

17

20

20

17

13

10

7

Córdoba

123

10

11

12

14

16

19

21

21

19

16

12

10

Cuenca

1001

6

7

8

10

13

16

18

18

16

12

9

7

Girona

75

8

9

10

11

14

16

19

18

17

14

10

9

Granada

685

8

9

10

12

14

17

20

19

17

14

11

8

Guadalajara

679

7

8

9

11

14

17

19

19

16

13

9

7

Huelva

56

12

12

13

14

16

18

20

20

19

17

14

12

Huesca

488

7

8

10

11

14

16

19

18

17

13

9

7

Jaén

574

9

10

11

13

16

19

21

21

19

15

12

9

Las Palmas de Gran Canaria

8

15

15

16

16

17

18

19

19

19

18

17

16

León

838

6

6

8

9

12

14

16

16

15

11

8

6

Lleida

155

7

9

10

12

15

17

20

19

17

14

10

7

Logroño

384

7

8

10

11

13

16

18

18

16

13

10

8

Lugo

454

7

8

9

10

11

13

15

15

14

12

9

8

Madrid

655

8

8

10

12

14

17

20

19

17

13

10

8

Málaga

8

12

12

13

14

16

18

20

20

19

16

14

12

Melilla

2

12

13

13

14

16

18

20

20

19

17

14

13

Murcia

42

11

11

12

13

15

17

19

20

18

16

13

11

Ourense

139

8

10

11

12

14

16

18

18

17

13

11

9

Oviedo

232

9

9

10

10

12

14

15

16

15

13

10

9

(Continúa)

-9-

UNE 94002:2005

Tabla 3 (Fin) Altura de referencia (m) y Temperatura (ºC) diaria media mensual de agua fría para las capitales de provincia Altura de referencia

Ene

Feb

Mar

Abr

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

Nov

Dic

Palencia

740

6

7

8

10

12

15

17

17

15

12

9

6

Palma de Mallorca

34

11

11

12

13

15

18

20

20

19

17

14

12

Pamplona

449

7

8

9

10

12

15

17

17

16

13

9

7

Pontevedra

290

10

11

11

13

14

16

17

17

16

14

12

10

Salamanca

800

6

7

8

10

12

15

17

17

15

12

8

6

San Sebastián

40

9

9

10

11

12

14

16

16

15

14

11

9

Santa Cruz de Tenerife

4

15

15

16

16

17

18

20

20

20

18

17

16

Santander

15

10

10

11

11

13

15

16

16

16

14

12

10

Segovia

1001

6

7

8

10

12

15

18

18

15

12

8

6

Sevilla

12

11

11

13

14

16

19

21

21

20

16

13

11

Soria

1063

5

6

7

9

11

14

17

16

14

11

8

6

Tarragona

51

10

11

12

14

16

18

20

20

19

16

12

11

Teruel

915

6

7

8

10

12

15

18

17

15

12

8

6

Toledo

529

8

9

11

12

15

18

21

20

18

14

11

8

Valencia

13

10

11

12

13

15

17

19

20

18

16

13

11

Valladolid

691

6

8

9

10

12

15

18

18

16

12

9

7

Vitoria-Gasteiz

525

7

7

8

10

12

14

16

16

14

12

8

7

Zamora

649

6

8

9

10

13

16

18

18

16

12

9

7

Zaragoza

200

8

9

10

12

15

17

20

19

17

14

10

8

Corrección para localidades que no sean capitales de provincia Para cualquier localidad Y que no sea capital de provincia la temperatura de agua fría diaria media mensual (TAFY) se obtiene a partir de la temperatura de agua fría diaria media mensual de su capital de provincia (TAFCP) aplicando la expresión:

TAFY = TAFCP − B ⋅ ∆z

(2)

donde

∆z

la diferencia de altura, expresada en metros, entre la altura de la localidad Y y la altura de referencia de la capital de provincia de dicha localidad. El criterio de signos es tal que si Y está a mayor altura que su capital de provincia, ∆z es positiva. La altura de referencia para las capitales de provincia viene indicada en la tabla 3.

B

constante que toma los siguientes valores: B= 0,0066 para los meses de octubre a marzo B= 0,0033 para los meses de abril a septiembre

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- 10 -

6.5 Consumo de agua caliente a otras temperaturas El consumo de agua caliente sanitaria a una temperatura distinta de la de referencia se calcula de acuerdo con:

QACS (T ) = QACS ( Tref )

(Tref − TAF ) (T − TAF )

(3)

siendo QACS (T) el consumo de agua caliente sanitaria a la temperatura T considerada y QACS (Tref ) el consumo de agua caliente sanitaria a la temperatura de referencia Tref .

- 11 -

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ANEXO A (Informativo) CONSIDERACIONES ADICIONALES SOBRE LA TEMPERATURA DE REFERENCIA El valor asignado a la temperatura de referencia del consumo de agua caliente no afecta a la demanda de energía asociada a este consumo. El apartado 6.5 de esta norma establece cómo calcular el consumo de agua caliente a cualquier temperatura a partir del consumo de agua caliente a la temperatura de referencia (véase la tabla 1). La ecuación (3) propuesta, parte de la igualdad de la demanda de energía asociada al consumo de agua caliente a cada temperatura,

DACS = QACS ( Tref ) ⋅ ρ ⋅ cp ⋅ (Tref − TAF ) = QACS (T ) ⋅ ρ ⋅ cp ⋅ (T − TAF )

(4)

como en el rango de temperaturas considerado ρ · cp ≅ cte, QACS (Tref ) ⋅ (Tref − TAF ) = QACS (T ) ⋅ (T − TAF )

(5)

obteniéndose directamente la ecuación 3 del apartado 6.5. El concepto de temperatura de referencia se introduce exclusivamente para calcular la demanda de energía debido al agua caliente sanitaria y no influye en el diseño ni en el rendimiento de la instalación de energía solar. La temperatura de referencia puede tomar cualquier valor, aunque es razonable asignar un valor relacionado con la temperatura de preparación, distribución o uso de agua caliente sanitaria. La temperatura de preparación puede estar fijada por legislación específica, por un criterio de optimización del sistema de apoyo o simplemente por una decisión de diseño del proyectista. La temperatura de uso está impuesta por la naturaleza del consumo. Por último, la temperatura de distribución tiene un valor intermedio entre la temperatura de preparación y la de uso. La temperatura de preparación influye en el rendimiento de la instalación de energía solar. En una instalación como la representada en la figura 1, al aumentar el caudal de agua fría que entra en el acumulador solar, disminuye la temperatura media del acumulador, aumentando el rendimiento de captación. Este caudal es función de la mezcla, a la salida del sistema de apoyo y en el punto de consumo, del agua caliente con agua más fría, y en general es inferior al caudal de agua caliente en el punto de consumo. Para una determinada instalación solar, al aumentar la temperatura de preparación disminuye el rendimiento de la instalación de energía solar al aumentar la diferencia entre el caudal de agua fría en el acumulador solar y el caudal de agua caliente en el punto de consumo, disminuyendo el rendimiento de captación. Adicionalmente aumentan las pérdidas térmicas en el sistema de apoyo y en la red de transporte entre el sistema de apoyo y el consumo. La norma fija un valor de la temperatura de referencia (45 ºC) próximo a la temperatura de uso. El criterio adoptado por la norma es tomar como valor de la temperatura de referencia, la menor temperatura del agua caliente en la red preparación-distribución-consumo. Este criterio permite trabajar con un consumo de agua caliente próximo al consumo real, incidiendo al mismo tiempo en el concepto de que una disminución de la temperatura de preparación, compatible con la legislación en vigor, aumenta el rendimiento de la instalación.

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