1. Condiciones Generales del Proyecto de Instalación Solar Térmica

A. La Instalación Solar Térmica en la Edificación

Las instalaciones solares térmicas tienen un grado de implantación importante en zonas con elevada insolación. Partiendo de sistemas sencillos, han evolucionado con el tiempo. En la mayoría de los casos, la instalación solar térmica ha sido un añadido posterior a la construcción del edificio. Su pequeño tamaño permitía su disposición en terrenos colindantes, azoteas, etc. La necesidad de diversificar las fuentes de energía y reducir el consumo de recursos convencionales (gas o gasóleo) ha aumentado el número y tamaño de estas instalaciones. La aprobación del Código Técnico de la Edificación (CTE) en marzo de 2006 ha impulsado aún más el uso de sistemas térmicos en España y el desarrollo de mejores diseños. Este proyecto se basa en la aplicación del CTE, remarcando las posibles ampliaciones sobre los mínimos exigidos.

Ámbito de Aplicación del CTE

El Documento Básico HE4 del CTE, sobre contribución solar mínima de agua caliente sanitaria (ACS), se aplica a edificios de nueva construcción y rehabilitación, de cualquier uso, con demanda de ACS o climatización de piscina cubierta. No menciona el apoyo a la calefacción, pero no impide diseñar instalaciones con ese fin, ya que el CTE solo establece los mínimos.

Limitaciones y Exclusiones

Existen circunstancias que limitan o excluyen el uso de sistemas solares térmicos:

• Cuando se cubre el aporte energético de ACS con energías renovables, cogeneración o fuentes de energía residuales.
• Cuando el cumplimiento de la producción supere los criterios de cálculo de la legislación.
• Cuando el edificio no tenga suficiente acceso al sol por barreras externas.
• En rehabilitaciones, cuando existan limitaciones derivadas de la configuración previa del edificio o la normativa urbanística.
• En obra nueva, cuando la normativa urbanística impida la disposición de la superficie de captación necesaria.
• Cuando lo determine el órgano competente en materia de protección histórico-artística.

En los casos anteriores, salvo el primero, se debe justificar en el proyecto la inclusión de medidas alternativas que produzcan un ahorro energético o reducción de emisiones de CO2 equivalente a la instalación solar, mejorando el aislamiento térmico y el rendimiento energético de los equipos.

Verificación del Cumplimiento del CTE

El procedimiento incluye:

• Obtención de la contribución solar mínima.
• Cumplimiento de las condiciones de diseño y dimensionado.
• Cumplimiento de las condiciones de mantenimiento.

La contribución solar es la fracción entre la energía solar aportada anualmente y la demanda energética anual, calculadas a partir de valores mensuales. La memoria del proyecto debe definir el método de cálculo, especificando los valores medios diarios de demanda de energía y contribución solar (en base mensual). El método incluirá: demanda de energía térmica, energía solar aportada, fracciones solares mensuales y anuales, y rendimiento medio anual. Se debe conocer la demanda energética mensual del edificio y la energía solar que incide sobre la superficie de los captadores.

B. Contribución Solar Mínima en el CTE

El CTE exige una instalación solar térmica que aporte una contribución solar mínima, según la zona climática y la demanda de ACS, a 60ºC. Hay dos categorías:

• General: con apoyo de gasóleo, propano, gas natural u otras.
• Efecto Joule: con apoyo eléctrico.

La zona climática I (norte) tiene menor radiación, mientras que la V (sur) tiene la mayor. La exigencia de aporte solar es mayor con apoyo eléctrico. La electricidad se considera de mayor calidad, generada a partir del calor, por lo que es poco eficiente usarla para fines caloríficos, salvo si es de origen renovable. En zonas con mayor insolación, se exige mayor contribución solar. Los costes de construcción no varían mucho entre zonas, ya que se usan sistemas de tamaño similar. Sin embargo, el gasto anual del recurso auxiliar será mayor en zonas de baja insolación. La contribución solar mínima aumenta con el consumo de ACS (hasta el 70%). A mayor demanda, mayor debe ser la instalación. El CTE también indica la contribución mínima para climatización de piscinas.

C. Estimación de la Demanda de Energía Calorífica

Para calcular o dimensionar la instalación, se debe estimar la demanda térmica del edificio (ACS o climatización de piscinas). Se necesita:

• Demanda de ACS (litros/m³ por día).
• Temperatura final de calentamiento (60ºC).
• Temperatura fría del agua de red.

Se determina la demanda de agua y luego la energía para calentarla.

C.1. Estimación de la Demanda de ACS

Existen pocos datos sobre el consumo real de ACS. En edificios existentes, se puede estimar a partir del gasto de combustible en meses de verano (sin calefacción): D_i = (D_combs,i * PCI * η) / (T_uso – T_red,i)

En obra nueva, se usan tablas de organismos oficiales. Para obtener la demanda mensual, se multiplica la diaria por los días del mes. El CTE indica que si la demanda de ACS varía más del 50% entre días de la semana, se considera la del día medio y la capacidad de acumulación la del día de mayor demanda. En viviendas, si se desconoce la ocupación, se estima según el número de dormitorios. Para la contribución solar mínima, se considera la demanda a 60ºC. Si la temperatura de acumulación es distinta, se corrige la demanda: D_i(T) = D_i(60ºC) * (60 – T_red,i) / (T – T_red,i), D(T) = ΣD_i(T)

Una temperatura de acumulación inferior mejora el rendimiento, pero aumenta el volumen de acumulación y el riesgo de legionelosis. Una temperatura superior requiere más captadores, pero un acumulador menor. Para los cálculos, se usan tablas de temperaturas medias del agua de red o una media anual de 12ºC (según el CTE).

C.2. Cálculo de la Demanda Energética por Consumo de ACS

Se calcula la energía para calentar el agua desde la red hasta la temperatura final del acumulador. La demanda energética mensual (DE_mes,i) se obtiene con: DE_mes,i (kWh/mes) = 1,16 * 10^-3 * D_día * N_días,i * C_p * ρ * (T_ACS – T_red,i). Donde C_p es el calor específico del agua (1 kcal/kg.ºC), ρ es la densidad (1000 kg/m³), 1 kcal = 4,168 kJ, y 1 kWh = 3600 kJ.

La demanda energética es menor en verano, ya que el agua de red está más caliente y la radiación es máxima. El sistema debe cumplir la contribución mínima anual sin generar excesivos excedentes en verano, que se desperdiciarían y aumentarían el riesgo de estancamiento y degradación de componentes. El CTE limita el sobredimensionamiento en verano.