Este documento describe diferentes métodos de cálculo para sistemas solares térmicos, incluyendo métodos paramétricos y de simulación dinámica como TRANSOL. Explica las ventajas e inconvenientes de cada método y realiza una comparativa entre el método F-Chart y la simulación dinámica para diferentes configuraciones de sistemas solares en edificios, mostrando las limitaciones del método F-Chart.

1. Diseño y optimización de sistemas solares térmicos con
TRANSOL 3.1
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2. guión
Contexto
Métodos de cálculo actuales
Paramétricos
Simulación Dinámica
Comparativa y análisis
TRANSOL3.1
Integración en certificación energética
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3. contexto
Evolución del mercado de los sistemas solares térmicos:
Gran crecimiento de la implantación de los sistemas solares, promocionado por
la obligatoriedad de la implantación de los mismos.
Desde que en 1999 apareció la primera versión de la OSM de Barcelona, hasta la aparición el año
2006 del nuevo CTE
Gran diversidad de tipologías de sistemas implantados.
Dependiendo de diversos factores, como la aplicación del edificio, situación geográfica, entre otros
se hace más conveniente un diseño de sistema u otro, con grandes diferencias en sus
comportamientos
Cierto vacío legal en el cálculo de los sistemas solares térmicos.
Pese a la obligatoriedad de las normativas de alcanzar una cierta producción solar, no existe una
definición clara del procedimiento de cálculo a seguir
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4. contexto
Objetivos del cálculo:
Diseñar el sistema
Cumplimiento normativas prestacionales
¿Certificación energética?
Dado que se trata de un mercado eminentemente “obligatorio”, el planteamiento
del diseñador se orienta hacia el cumplimiento normativo al menor coste
posible.
posible
A falta de un método de cálculo reconocido u oficial (a efectos normativos, no de
diseño) conduce a la elección del método menos exigente, por ser el que
permite las ofertas más competitivas
Es importante diferenciar métodos o programas de cálculo cuyo objetivo sea el
cumplimiento normativo de los aptos para diseñar
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Métodos de cálculo actuales
Paramétricos
Simulación Dinámica
Comparativa y análisis
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6. Métodos de cálculo actuales. Estado del arte
Dos grandes grupos de sistemas de cálculo para solar
térmica dominan el mercado actual:
1. Métodos basados en correlaciones : F-Chart, FSC,..
2. Pros: simplicidad de uso, rapidez de cálculo
3. Contras: aplicable solo a dos configuraciones de sistemas, no
válido para fracciones solares elevadas, escasez de información
para el proyectista.
Métodos basados en simulación dinámica: TRANSOL,
T-Sol, Polysun...
Pros: más información para el proyectista, mayor número de
sistemas disponibles, materiales incorporados a la aplicación...
Contras: motor de cálculo desconocido (excepto TRANSOL,
Escosol y AcSol), tiempo de cálculo elevado, utilización más
compleja
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Métodos de cálculo actuales
Paramétricos
Simulación Dinámica
Comparativa y análisis
El método CALCULASIT
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8. Métodos basados en correlaciones. F-CHART
F-CHART o Método de las Curvas-f
1974
Creado por los padres de un programa de simulación dinámica para sistemas solares
térmicos (TRNSYS)
MOTIVACIÓN:
Falta de potencia de cálculo de los ordenadores
Simulación de
•
•
•
•
SISTEMAS SOLARES DE ACS
SISTEMAS SOLARES DE AIRE
CONFIGURACIONES DETERMINADAS
LIMITACIÓN DE CONFIGURACIONES
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9. Métodos basados en correlaciones. F-CHART
Referencia:
PROYECTO DE SISTEMAS TERMICO-SOLARES por el método de las curvas-f, ATECYR,
Editorial Index, 1982, ISBN:84-7087-222-2
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES:
Cálculo en base MENSUAL
Basado en PARAMETROS ADIMENSIONALES del sistema
El resultado es el RENDIMIENTO MEDIO del sistema
Proporciona CORRELACIONES entre estos parámetros del sistema y el rendimiento
medio: CURVAS-F
Las correlaciones se han encontrado realizando la SIMULACIÓN DINÁMICA
DETALLADA de los sistemas (TRNSYS)
También se han comparado con datos experimentales
300 simulaciones para una única zona climática
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10. Métodos basados en correlaciones. F-CHART
Basado en variables adimensionales del sistema
Perdidas del captador a Temp. referencia
X=
Carga total mensual
Energia Solar absorbida en Captadores
Y=
Carga total mensual
Resultado: f – Fracción solar: Carga del calentamiento total mensual
suministrada por la energía solar
f = 1 . 029 Y − 0 . 065 X − 0 . 245 Y
para 0 < Y < 3
2
+ 0 . 0018 X
2
+ 0 . 021 Y
3
y 0 < X < 18
(Sistemas solares de calefacción con captadores de líquido)
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11. Métodos basados en correlaciones. F-CHART
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12. Métodos basados en correlaciones. F-CHART
Utilizar las correlaciones de métodos tipo F-Chart para otras
Fconfiguraciones distintas al modelo es equivalente a aplicar
indiscriminadamente el comportamiento singular de un sistema
concreto al resto de sistemas.
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14. Simulación dinámica
Con la simulación se intenta reproducir de forma teórica el funcionamiento de un
sistema, pudiéndose obtener información detallada del comportamiento de cada uno
de los componentes que conforman el sistema. Los errores de buenos programas
de simulación como TRNSYS respecto al comportamiento real de los sistemas
pueden ser menores al 1%.
VENTAJAS DE UN MÉTODO DE SIMULACIÓN FRENTE A EXPERIMENTACIÓN
• Es varios ordenes de magnitud más rápida que la experimentación
• Es varios ordenes de magnitud más económica que la experimentación
• Es más adecuada para sistemas que exhiben una dependencia no lineal de los datos
climáticos
• Permite estudiar de forma adecuada y simple la variación entre el comportamiento a corto y
largo termino de sistemas
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15. Simulación dinámica
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Simulación Dinámica
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17. Utilización de los métodos de cálculo
Como hemos visto, todos los sistemas de cálculo tienen una razón de ser, un desarrollo y
una forma de aplicación.
La utilización de cualquiera de ellos, tomando conciencia de su alcance y limitaciones es
correcta y aceptable, pero no lo es su utilización más allá de éstas
El mercado español, basado en gran parte en los sistemas para bloques de pisos ha
optado histórica y mayoritariamente por la utilización de F-Chart.
Como hemos visto en el desarrollo de la misma, ésta no es adecuada para este tipo de
sistemas, generando importantes desviaciones en los resultados. Cuantifiquemos esta
desviación.
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18. Comparativa simulación dinámica vs f-chart
Proponemos el ejemplo de una edificación de 40 viviendas, la mitad con una ocupación de
2 personas y la otra mitad con una ocupación de 3 personas.
El objeto del estudio es contrastar el comportamiento energético de 3 configuraciones
distintas de sistemas solares térmicos :
•
•
•
Sistema Descentralizado. Configuración descentralizada
Sistema Semicentralizado. Configuración acumulación solar centralizada y
precalentamiento mediante intercanviadores de calor individuales.
Sistema Centralizado. Configuración de producción solar y auxiliar centralizada
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19. Comparativa simulación dinámica vs f-chart
Sistema Descentralizado
Sistema Semicentralizado
Sistema Centralizado
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20. Comparativa simulación dinámica vs f-chart
Para llegar a una fracción solar objetivo de un 60% para la configuración descentralizada, se
propone el siguiente dimensionado equivalente para los tres sistemas:
36 captadores de 2,2 m2, es decir, un total de 79,2 m2 de superficie de absorvedor
y una acumulación descentralizada de 100 l (que equivale a un volumen total de 4000 l.).
Para la resta de configuraciones se propone una acumulación centralizada solar de 4000 l.
Tomando estos parámetros, vemos que F-Chart
no nos pide nada más.
Así pues todos los sistemas a ojos del F-Chart
son idénticos !
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21. Comparativa simulación dinámica vs f-chart
Sistema descentralizado
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22. Comparativa simulación dinámica vs f-chart
Sistema semicentralizado
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23. Comparativa simulación dinámica vs f-chart
Sistema centralizado
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24. Comparativa simulación dinámica vs f-chart
Descentralitzat Semicentralitzat
Centralitzat
F-Chart
Demanda neta
kW h
49 059
49 059
49 059
49 059
Demanda bruta
kW h
49 059
49 059
64 594
49 059
Producció camp
kW h
55 344
50 503
49 824
-
Aportació Solar
kW h
30 786
33 322
41 962
42 019
Aportació Auxiliar
kW h
18 273
15 737
22 954
7 045
Consum Auxiliar
kW h
26 104
22 481
24 682
-
%
62,8
67,9
65,0
85,6 -> 73,6
Fracció Solar
1
100,0
90,0
80,0
f-chart
Valor f-chart
x 0,86
f-chart
corregit
70,0
60,0
50,0
40,0
Descentralitzat
Semicentralitzat
Centralitzat
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25. Comparativa simulación dinámica vs f-chart
Dependencia de la FS respecto a la superficie de captación en función
del DTLM de los intercambiadores individuales en sistema
semicentralizado
100,00
Fracció Solar (%)
90,00
80,00
10
70,00
30
20
40
60,00
50
50,00
40,00
0
50
100
150
200
250
Superfície de captació (m2)
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26. guión
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Comparativa y análisis
TRANSOL3.1
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27. What is TRANSOL?
But … What is TRANSOL ?
TRANSOL is a dynamic simulation tool for the design,
calculation and optimization of Solar Thermal Systems,
based on detailed models programmed with TRNSYS.
TRANSOL
F8
TRNSYS
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28. TRANSOL history
TRANSOL history
.. 2002 – Development of internal decks
2003 – TRANSOL 1.0 – 5 schemes
2006 – TRANSOL 2.0 – 22 schemes
!!
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29. TRANSOL history
2009 (Nov!) – TRANSOL 3.0 – 37 sch!
Including S.A.C. & Industry
Also with
!!
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30. TRNSYS development’s strategy
Huge number of systems…
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31. TRANSOL and Solar Air-Conditioning
The first Solar Air Conditioning System included in
TRANSOL :
heating, cooling and DHW
absorption - adsorption heat driven chillers
boiler for heating backup
compression chiller for cooling back up
and all general features
of TRANSOL
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32. TRANSOL features
General features of TRANSOL 3.0:
DHW, heating and cooling demand generation
• Possibility of calculation of heating & cooling loads or user
input (external file)
• Basic geometrical parameters (4 front ways)
• Front windows percentage
• 15 kinds of construction
• Natural / mechanical ventilation
• Day / night heating profiles. Set temperature variation
• Consideration of internal gains and targeted by persons
• Consideration of artificial illumination internal gains.
Natural light possibility
• Fixed – mobile solar protections (overhangs, etc ...)
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33. TRANSOL features
…General features of TRANSOL 3.0:
Worldwide meteorological data from Meteonorm 6
•TMY2 generated from user data also possible, or
introducing up to 6 different file formats by users
Extended materials data base:
• collectors,
• boilers,
• heat exchangers,
• pipes, isolation, …
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34. TRANSOL features
…General features of TRANSOL 3.0:
Several options for primary loop
control: radiation, temperature,
matchflow, fancoil dissipater, …
Shadow calculation: horizon
and between rows.
Bi-dimensional IAM definition
(CPC, ETC)
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35. TRANSOL features
…General features of TRANSOL 3.0:
Customized reports
•
•
•
•
Most significant temperatures monitoring graphs
Energy balances (screen charts and graphs)
Environmental balances (screen charts and graphs)
Bombs operational time details (screen charts and graphs)
Economic analysis
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36. TRANSOL features
…General features of TRANSOL 3.0:
Correlations between parameters
Easiest way to introduce the possible great amount
of parameters.
Parametric runs: up to 25 simulations defined and
results compared graphically
Simulation time reduced
More than 150 outputs in hourly and monthly basis
for each simulation
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37. TRANSOL features
…New features of TRANSOL 3.1:
Multi language
• Catalan
• Spanish
• English
• French
• German
• Italian
Sponsorized manufacturer products in DB
•Absorption Chillers
•Solar kits for MH
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Paramétricos
Simulación Dinámica
Comparativa y análisis
TRANSOL3.1
Integración en certificación energética
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39. Certificación energética de edificios
Las actuales herramientas de certificación
energética no contemplan más aportación solar
que la de ACS
TRANSOL permitirá, a través de su conexion con
CALENER VyP a través de PostCALENER la
certificación de edificios con:
SST para ACS y Calefacción
SST para refrigeración
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40. E-mail:
dani.gonzalez@aiguasol.coop
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@
Dirección postal:
AIGUASOL ENGINYERIA
C/ Roger de Llúria 29, 3º 2ª
E-08009 BARCELONA
Tel: + 34 93 342 47 55
Fax: + 34 93 342 47 56
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