Dimensionamiento de instalación solar-térmica para vivienda unifamiliar en Liaño (Cantabria)

Abstract

En este proyecto, se ha llevado a cabo el dimensionamiento de una instalación solar térmica de baja temperatura en una casa unifamiliar ubicada en Liaño de Villaescusa, Cantabria (España). La vivienda tiene 3 habitaciones y aloja a 4 personas. El propósito de esta instalación es proporcionar energía renovable para satisfacer al menos el 60% de la demanda térmica anual de agua caliente sanitaria (ACS) requerida por el Código Técnico de la Edificación (CTE). En primer lugar, se estimó el consumo anual de ACS para determinar la cantidad de calor que la instalación debe suministrar. La determinación de la demanda térmica de la instalación a dimensionar, se realizó teniendo en cuenta las condiciones climáticas de la zona y la temperatura deseada para el ACS. Luego, se calculó el número mínimo de colectores solares necesarios para cumplir con los requisitos del CTE, considerando las características del edificio (orientación, inclinación del tejado) y las condiciones climáticas. Una vez determinada la superficie mínima de captación solar, se dimensionaron los demás componentes de la instalación, como el depósito de acumulación, el vaso de expansión, las bombas, los intercambiadores y el sistema de apoyo. El resultado del dimensionamiento indica que se necesitarán 2 captadores solares, un interacumulador de 300 litros con un serpentín de potencia mínima 2,45 kW, un vaso de expansión de 2,5 litros, una bomba de circulación de 7 W para el circuito primario y la actual bomba para la piscina, un intercambiador de 30 kW, 44 metros de tuberías y una mezcla de anticongelante en agua del 23%. Por otro lado, el intercambiador de la piscina estará conectado a la propia instalación ya instalada de la piscina, por lo que se emplea la misma bomba actualmente instalada. El sistema de apoyo será un termo eléctrico existente de 1,6 kW. Estos componentes permitirán cubrir el 84,4% de la demanda anual de ACS con energía solar térmica y el resto mediante el sistema de apoyo. Se requieren válvulas adicionales para el funcionamiento adecuado de la instalación. Además, se utilizará la piscina como medio para disipar el exceso de calor en los meses más cálidos mediante un intercambio de calor entre el agua de la piscina y el fluido caloportador. La instalación estará equipada con un sistema de control para monitorizar y gestionar todos los elementos. Este uso de la piscina permitirá aumentar los meses de utilización de la piscina pasando de los 4 meses actuales a 6 meses con la instalación aquí dimensionada. En los meses de marzo y abril la piscina no logrará una temperatura de confort, pero seguirá funcionando como disipador de energía térmica de la instalación solar. El presupuesto final de la instalación solar térmica para cobertura de demanda de ACS de la vivienda asciende a un total de 6.214,66 euros. Finalmente, se realizó un análisis de la viabilidad económica de la instalación aquí dimensionada en comparación con la instalación existente, la cual está basada únicamente en la utilización de un termo eléctrico para dar cobertura a la demanda térmica de ACS.

In this project, the dimensioning of a low-temperature solar thermal installation in a single-family home located in Liaño de Villaescusa, Cantabria, Spain, has been carried out. The house has 3 bedrooms and is inhabited by 4 people. The purpose of this installation is to provide renewable energy to meet at least 60% of the annual thermal demand for domestic hot water (DHW) as required by the Technical Building Code (CTE). First, the annual DHW consumption was estimated to determine the amount of heat that the installation should provide. The determination of the thermal demand for the installation to be dimensioned was made taking into account the climatic conditions of the area and the desired DHW temperature. Then, the minimum number of solar collectors necessary to meet the CTE requirements was calculated, considering the building's characteristics (orientation, roof inclination) and climatic conditions. Once the minimum solar collection area was determined, the other components of the installation were dimensioned, such as the accumulation tank, the expansion vessel, the pumps, the heat exchangers, and the backup system. The dimensioning result indicates that 2 solar collectors are needed, along with a 300 liter interaccumulator with a minimum power of 2,45 kW, a 2,5 liter expansion vessel, a 7 W circulation pump for the first circuit and the actual pump for the pool, a 30 kW heat exchanger, 44 meters of pipes, and a 23% antifreeze-water mixture. Moreover, the pool heat exchanger will be connected to the existing pool installation, utilizing the same pump already in place. The backup system will be an existing 1,6 kW electric water heater. These components will cover 84,4% of the annual DHW demand with solar thermal energy, with the remaining portion provided by the backup system. Additional valves are required for the proper operation of the installation. Furthermore, the pool will be used as a means to dissipate excess heat during the warmer months through heat exchange between the pool water and the heat transfer fluid. The installation will be equipped with a control system to monitor and manage all elements. This use of the pool will extend its usability from the current 4 months to 6 months with the installation described here. In March and April, the pool may not reach a comfortable temperature but will continue to function as a thermal energy dissipation component of the solar installation. The final budget for the solar thermal installation to cover the DHW demand of the home amounts to a total of 6.214,66 euros. Finally, an economic viability analysis was conducted for the installation described here in comparison to the existing installation, which relies solely on an electric water heater to meet the DHW thermal demand.