Análisis paramétrico de las instalaciones de energía solar térmica para producción de agua caliente sanitaria

Abstract

Este trabajo se ha dividido en 4 capítulos. El primer capítulo titulado memoria descriptiva y comentará los aspectos más importantes de una instalación solar térmica. Este explicará la configuración de los sistemas, distinguiendo entre sistemas solares prefabricados y sistemas solares a medida. Además, diferenciará los tres distintos tamaños en los que se dividen las instalaciones y definirá los sistemas y circuitos que componen a estas. En este apartado se tratará de definir los criterios de clasificación de las pequeñas, las medianas y las grandes instalaciones, por último, para acabar el apartado de configuración se comentará las configuraciones de las instalaciones en edificios multiviviendas. En la memoria descriptiva se hablará acerca de los componentes, de cuál será la temperatura de trabajo y de su compatibilidad con los fluidos de trabajo. Seguidamente, se explicará de manera breve la función de un captador solar plano y se describirán sus partes, así como los diferentes tipos de captadores solares planos que existen. Otro punto para tratar en la memoria descriptiva será las condiciones de trabajo, siendo estas las necesarias para sacar el máximo rendimiento y evitar problemas en nuestra instalación además se añadirá un subapartado en el cual se aporta una serie de indicaciones a la hora de incorporar una instalación a un edificio, a continuación, se describirán los sistemas de captación, acumulación e intercambio que son los tres sistemas que componen la parte hidráulica y térmica de la instalación. Para acabar este capítulo se explicarán algunas pautas a seguir para realizar un adecuado montaje, puesta en marcha, mantenimiento y uso de la instalación. El segundo capítulo, titulado métodos de cálculo realizará un pequeño estudio de herramientas de simulación como son el método TRNSYS, el método f-CHART, ACSOL y CHEQ4. Prestando mayor atención en este último. La herramienta TRNSYS es un programa de simulación para sistemas energéticos en régimen dinámico. Se diseñó con la intención de resolver sistemas complejos donde cada uno de los componentes se describe mediante subrutinas más simples, llamadas TYPEs. El método f-CHART es un método simplificado, cuyo fundamento es un día representativo de cada mes. Cabe destacar que el método f-Chart es reconocido como uno de los mejores métodos simplificados para cuantificar la contribución solar en base anual de una instalación de energía solar para la producción de agua caliente sanitaria. El método ACSOL es un programa de simulación que utiliza como motor de cálculo a TRNSYS, este método es un software que calcula los parámetros de los sistemas solares térmicos de baja temperatura ayudando al usuario a no tener que programar ni verificar modelos. El método CHEQ4 utiliza un software que IDAE ofrece de forma gratuita al sector de la energía solar térmica. Es un software desarrollado en un entorno que resulta agradable para el usuario, fácil de utilizar y con una estructura clara y organizada. Como se ha mencionado anteriormente se explicará cada ventana de CHEQ4 detalladamente, incluyendo imágenes de las mismas ventanas del programa y se comentará las posibles alternativas que se deben aplicar cuando el programa muestre algún problema, bien sea producido por un error en la introducción de datos o por la falta de convergencias de estos mismos. Para acabar el capítulo se mostrarán las ventajas del método de CHEQ4 con respecto a los demás métodos. El tercer capítulo se titula análisis de casos. Este capítulo comenzará describiendo la estructura y funcionamiento de los sistemas de producción de ACS que aparecen en CHEQ4. Cabe destacar que de los sistemas incluidos en CHEQ4 se estudiarán todos a excepción de la instalación con intercambiador y piscina cubierta dentro de los sistemas de consumo único. Se continuará el capítulo definiendo el caso base, este caso, es uno que se ha elegido en concreto para aplicar a cada sistema. El caso base es muy importante ya que a este caso se le establece una serie de parámetros y será la variación de estos parámetros lo que nos definan los demás 360 casos que se van a analizar. Para acabar este capítulo se estudiarán los demás casos diferentes definidos, considerando en cada uno de los siete sistemas la variación de parámetros como son la localidad, el número de captadores, longitud del circuito primario, distribución, subestaciones y temperatura de impulsión. Por último, el cuarto capítulo será un resumen del trabajo y las conclusiones obtenidas acerca del estudio realizado.

This work has been divided into 4 chapters. The first chapter entitled descriptive memory and will comment on the most important aspects of a solar thermal installation. This will explain the configuration of the systems, distinguishing between prefabricated solar systems and custom solar systems. In addition, it will differentiate the three different sizes into which the facilities are divided and will define the systems and circuits that make up these. In this section we will try to define the classification criteria for small, medium and large facilities, finally, to finish the configuration section, we will comment on the configurations of the facilities in multidwelling buildings. In the specification we will talk about the components, what the working temperature will be and their compatibility with the working fluids. Next, the function of a flat solar collector will be briefly explained and its parts will be described, as well as the different types of flat solar collectors that exist. Another point to deal with in the descriptive memory will be the working conditions, these being the ones necessary to get the most performance and avoid problems in our installation, a subsection will also be added in which a series of indications is provided when incorporating an installation to a building, then the collection, accumulation and exchange systems will be described, which are the three systems that make up the hydraulic and thermal part of the installation. At the end of this chapter, some guidelines to follow will be explained to carry out a proper assembly, start-up, maintenance and use of the installation. The second chapter, entitled calculation methods, will carry out a small study of simulation tools such as the TRNSYS method, the f-CHART method, ACSOL and CHEQ4. Paying more attention to the latter. The TRNSYS tool is a simulation program for energy systems in dynamic regime. It was designed with the intention of solving complex systems where each of the components is described by simpler subroutines, called TYPEs. The f-CHART method is a simplified method, based on a representative day of each month. It should be noted that the f-Chart method is recognized as one of the best simplified methods to quantify the solar contribution on an annual basis of a solar energy installation for the production of domestic hot water. The ACSOL method is a simulation program that uses TRNSYS as a calculation engine. This method is a software that calculates the parameters of low-temperature solar thermal systems, helping the user not to have to program or verify models. The CHEQ4 method uses software that IDAE offers free of charge to the solar thermal energy sector. It is software developed in an environment that is pleasant for the user, easy to use and with a clear and organized structure. As mentioned above, each CHEQ4 window will be explained in detail, including images of the same program windows, and the possible alternatives that should be applied when the program shows a problem will be discussed, whether it is caused by an error in the data entry or due to the lack of convergences of these. To finish the chapter, the advantages of the CHEQ4 method over the other methods will be shown. The third chapter is titled Case Analysis. This chapter will begin by describing the structure and operation of the DHW production systems that appear in CHEQ4. It should be noted that all of the systems included in CHEQ4 will be studied except for the installation with exchanger and covered swimming pool within the single consumption systems. The chapter will continue defining the base case, this case is one that has been specifically chosen to apply to each system. The base case is very important since in this case a series of parameters is established and it will be the variation of these parameters that will define the other 360 cases that are going to be analyzed. To finish this chapter, the other different defined cases will be studied, considering in each one of the seven systems the variation of parameters such as the location, the number of collectors, length of the primary circuit, distribution, substations and discharge temperature. Finally, the fourth chapter will be a summary of the work and the conclusions obtained about the study carried out.