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Cálculo de sistemas solares térmicos: tamaño y diseño

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No hay nada mejor que una buena planificación, y esto es especialmente cierto a la hora de calcular un sistema de energía solar térmica. Es necesario aclarar una serie de aspectos de antemano. Es aconsejable aclarar algunos puntos básicos para que pueda calcular el tamaño y el diseño del sistema de energía solar térmica que se adapte a sus propias necesidades.

Cálculo del tamaño y diseño

Puede instalar un sistema solar térmico con colectores planos o de tubos. Los colectores de tubos de vacío suelen utilizarse cuando hay menos espacio disponible en el tejado. Son más eficientes que los colectores planos y tienen un aislamiento térmico especialmente bueno gracias al vacío.

Hay otro aspecto que debes tener en cuenta: ¿quieres calentar sólo el agua caliente sanitaria o aliviar también el sistema de calefacción? Decida lo que decida, el resto del sistema debe adaptarse en consecuencia. Si el sistema se va a utilizar únicamente para calentar agua caliente sanitaria, hay que pensar en un acumulador de ACS. Esto a su vez influye en la superficie de los colectores, así como en el tamaño del acumulador, que en última instancia depende del número de personas que vivan en el hogar. En cualquier caso, las condiciones marco individuales deben consultarse con un técnico de Viessmann e incluirse en el cálculo. Los puntos clave son

  • Número de personas en el hogar
  • Tamaño de la vivienda
  • Tipo de colectores
  • Condiciones de subvención
  • Cobertura requerida
  • ¿Agua caliente sanitaria o calefacción central de apoyo (vivienda unifamiliar)?
  • En una vivienda unifamiliar = estado energético del edificio + demanda de calor
  • Aislamiento

Dimensionado y diseño para el calentamiento de ACS

El siguiente esquema de dimensionamiento puede servir de guía para el calentamiento de ACS:

Ocupantes Demanda de ACS por día (60 °C) en l Volumen del depósito en l Colector, número de Vitosol-FM/-F Colector, zona Vitosol-TM
2 60 250/300 2 x SV / 2 x SH 1 x 3 m²
3 90 250/300 2 x SV / 2 x SH 1 x 3 m²
4 120 250/300 2 x SV / 2 x SH 1 x 3 m²
5 150 300/400 2 x SV / 2 x SH 1 x 3 m², 1 x 1,5 m²
6 180 400 3 x SV / 3 x SH 1 x 3 m², 1 x 1,5 m²
8 240 500 4 x SV / 4 x SH 2 x 3 m²
10 300 500 4 x SV / 4 x SH 2 x 3 m²
12 360 500 5 x SV / 5 x SH 2 x 3 m², 1 x 1,5 m²
15 450 500 6 x SV / 6 x SH 3 x 3 m²

Supuestos de diseño:
Consumo de 30 litros por persona a 60 °C. Si el consumo por persona es significativamente superior, la selección debe hacerse en función de los litros por día.

Valor estándar

Una familia de cuatro miembros necesita una superficie de colectores de unos cinco metros cuadrados (m²) y un acumulador de ACS con una capacidad de unos 300 litros para el calentamiento de agua caliente sanitaria.

Dimensionado y diseño de la calefacción central de apoyo

La siguiente tabla de dimensionamiento puede servir de guía para el apoyo a la calefacción central:

Ocupantes Demanda de ACS por día (60 °C) en l Capacidad del depósito de inercia en l Colector, número de Vitosol-FM/-F Colector, superficie Vitosol-TM
2 60 750 4 x SV / 4 x SH 2 x 3 m²
3 90 750 4 x SV / 4 x SH
2 x 3 m²
4 120 750/900 4 x SV / 4 x SH
2 x 3 m²
5 150 750/900
4 x SV / 4 x SH
2 x 3 m², 1 x 1,5 m²
6 180 750/900
4 x SV / 4 x SH
2 x 3 m², 1 x 1,5 m²
7 210 950 6 x SV / 6 x SH 3 x 3 m²
8 240 950 6 x SV / 6 x SH 3 x 3 m²

Valor estándar

Una familia de cuatro miembros suele necesitar una superficie de colectores de 10 a 12 metros cuadrados (m²) y una bombona con un volumen de 60 a 80 litros por m² como apoyo a la calefacción central.

FAQ - preguntas frecuentes sobre el cálculo de sistemas solares térmicos

¿Es una instalación solar térmica adecuada para todo el mundo? ¿Qué requisitos deben cumplirse? ¿Y requiere un sistema de energía solar térmica un mantenimiento anual? En esta sección, respondemos a las preguntas más importantes sobre los sistemas de energía solar térmica. Además, aclaramos algunos términos técnicos relacionados con los sistemas solares térmicos y que deben tenerse en cuenta de antemano a la hora de calcular un sistema.

En principio, cualquier tejado es adecuado para un sistema de energía solar térmica. No obstante, la inclinación y la orientación del tejado deben ser correctas. Una superficie de tejado orientada al sur constituye una buena base, y debe estar libre de sombras. Se pueden tolerar pequeñas pérdidas por la mañana o por la tarde debidas a la posición baja del sol. Por lo demás, la instalación es posible tanto en tejados planos como inclinados. No obstante, una instalación solar térmica Viessmann también puede instalarse directamente en la fachada de un edificio.

Por regla general, estos sistemas no requieren permisos especiales. Las únicas excepciones son los edificios catalogados y los situados en zonas con normas de protección del medio ambiente. Si no está seguro, póngase en contacto con la oficina responsable antes de hacer nada.

Los colectores solares recogen la energía siempre que los rayos del sol inciden en su superficie. En invierno, lo único que hay que tener en cuenta es que el sol está más bajo en el horizonte. Además, el número de horas de sol también suele ser menor. Esto debe tenerse siempre en cuenta antes de instalar un sistema solar térmico. Los colectores solares Viessmann ofrecen varias opciones de instalación. Si la posición del tejado es desfavorable, el montaje en fachada puede ser una solución. En este caso, sin embargo, debe elegirse como lugar de instalación la sección de la fachada que esté más expuesta al sol durante el día. Básicamente, la inclinación de los colectores, así como el tamaño de las superficies de los mismos, pueden ajustarse de modo que también se obtenga un rendimiento comparativamente alto en invierno. 

El esfuerzo de mantenimiento que requiere un sistema solar térmico es bajo en comparación con otros sistemas de calefacción. No obstante, es aconsejable realizar una inspección anual. Durante una inspección, se comprueban aspectos como la presión del sistema y las bombas. Además, cada tres o cinco años debe realizarse una inspección visual de los componentes principales. Durante esta inspección, el contratista no sólo examinará los colectores, sino también el resto de tuberías, accesorios y otros componentes.

Cada vez que se llena un sistema de calefacción, se introduce aire en el circuito del colector. Este aire es desplazado en gran parte por el medio de transferencia de calor. Una pequeña parte permanece y también está en el propio medio, pero sólo se libera a temperaturas más altas. El aire en el circuito del colector produce ruido y puede afectar significativamente al flujo adecuado a través de los colectores solares. A diferencia de otros sistemas de calefacción, no es posible purgar el sistema en su punto más alto (es decir, en el colector) mientras está en funcionamiento. Se utilizan válvulas de purga de aire, que se abren o cierran manual o automáticamente. Lo ideal es que estén situadas en el flujo y aguas arriba de la entrada del cilindro.

En los meses más soleados del año, el cilindro tampón de la instalación solar térmica puede saturarse y dejar de ser capaz de absorber el calor de los colectores. La oferta es superior a la demanda. Sin embargo, siempre que la unidad de control lo reconozca, interrumpirá el circuito solar a tiempo. El estancamiento térmico es un proceso de funcionamiento normal en un sistema solar térmico: el fluido solar comienza a evaporarse a una temperatura de entre 140 y 150 grados centígrados. La presión en el sistema sigue aumentando debido al incremento del volumen y el fluido del colector es forzado a entrar en un vaso de expansión de membrana (DEV). En los colectores queda poco o ningún líquido. Éstos sólo vuelven a llenarse cuando bajan las temperaturas. Debido a la condensación del fluido solar, la presión en el sistema vuelve a caer y el fluido almacenado temporalmente en el DEV fluye de nuevo. Si se necesita calor, la instalación solar térmica vuelve a ponerse en marcha. Es importante que la instalación solar térmica esté diseñada para el estancamiento y se mantenga regularmente. Esto permite comprobar el estado del fluido del colector, que puede verse afectado por el proceso.

En lo que respecta a la energía solar, la cuestión interesante es saber cuál es, en términos reales, la proporción de radiación solar que puede utilizarse. De los 1367 W/m² de radiación absoluta (constante solar), un máximo de aproximadamente 1000 W/m² llega al suelo, debido a la atmósfera terrestre. La parte de la radiación que llega al suelo cuando el cielo está despejado se denomina radiación directa. Si la luz solar atraviesa las nubes, se dispersa y se denomina radiación difusa. La suma de la radiación difusa y directa se denomina radiación global.

La cobertura solar describe la relación entre la energía necesaria para generar calor y el calor solar utilizable. Cuanto mayor sea la cobertura solar, menor será la cantidad de energía que debe suministrar el sistema convencional. La base de cálculo de la cobertura solar es siempre la cantidad de calor proporcionada por los respectivos generadores de calor al año (y no su producción).

La eficiencia describe la relación entre la energía irradiada y el calor solar utilizable. Las altas temperaturas y los largos periodos de inactividad reducen la eficiencia. La eficiencia influye directamente en el rendimiento específico del sistema de colectores. Indica cuánto calor útil puede producir la instalación solar térmica al año por cada metro cuadrado de superficie de colector. Por regla general, cuanto mayor sea el rendimiento específico, mayor será la eficiencia de la instalación.