1. Ingeniería

MEMORIA INSTALACIÓN DE EQUIPOS CON PANELES
SOLARES TERMODINÁMICOS PARA PRODUCCIÓN DE
AGUA CALIENTE PARA PISCINA CLIMATIZADA.
Equipos solares termodinámicos para generación de ACS
1.
Introducción
En este dossier se detallan las características de equipos de paneles termodinámicos, equipos
compactos para producción de agua caliente desarrollados por Energy Panel y basados en una bomba de
calor con evaporador solar. Se han recopilado los datos técnicos de los equipos, así como su
funcionamiento, incluyendo datos recogidos en la monitorización del mismo.
2.
Sistemas solares termodinámicos
Los sistemas solares termodinámicos pueden definirse como bombas de calor de expansión
directa con ganancia solar. Concretamente, son equipos que trabajan según el ciclo de Carnot, en los
que el evaporador es un panel metálico que se encuentra expuesto directamente al sol y a las
condiciones climatológicas exteriores, captando la energía disponible. Esta energía es transmitida al agua
a calentar a través de un intercambiador de calor o condensador.
Como es bien sabido, las bombas de calor son capaces de retirar calor de un foco frío y verterlo a un
foco caliente, mediante aportación de trabajo externo. En este caso, el evaporador recogerá la energía
solar y ambiental, y la cederá al agua a calentar; siendo posible este proceso gracias a que el fluido que
circula por el panel solar se evapora a una temperatura bastante inferior a la del ambiente.
Los sistemas de bomba de calor son cada vez más utilizados para calentar agua, dada su
demostrada eficiencia, la cual se evalúa según el “coefficient of performace” o COP, cociente entre la
energía que entregan y la energía que consumen. Pues bien, los equipos comerciales basados en esta
técnica, suelen tener un COP entre 3 y 4; es decir, son capaces de generar una energía cuatro veces
superior a la energía que absorben. En estos sistemas, el evaporador suele ser un intercambiador gasaire, constituido principalmente por un serpentín, que puede ser de cobre o aluminio, aleteado o no, y que
cuentan con un ventilador que obliga el paso de aire a través del mismo para favorecer el intercambio
energético, por tanto la energía que captan es únicamente ambiental.
Sin embargo, al sustituir estos evaporadores por paneles solares, el rendimiento o COP
experimenta un notable aumento, proporcional a la intensidad de radiación solar. Numerosos estudios
científicos
(ver bibliografía)
avalan estas afirmaciones. Así mismo, diversas pruebas realizadas en nuestro
laboratorio lo corroboran.
Con los equipos de paneles termodinámicos se ha pretendido lograr un sistema energéticamente
eficiente, basado en la tecnología anteriormente descrita, pero que a su vez sea compacto, fácilmente
integrable en los edificios, y de instalación sencilla y rápida; tratando de poner a disposición del
consumidor un producto de ahorro energético atractivo y fiable.
3.
Principio de funcionamiento
Los equipos de paneles termodinámicos cuentan con un circuito frigorífico, en el que el
compresor aspira el gas procedente del evaporador, y lo impulsa a alta presión y temperatura hasta el
condensador. Éste consiste en un intercambiador de calor tubular que abraza a un depósito acumulador,
de modo que se produce una transmisión de calor latente desde el gas, que condensa, hacia el agua a
calentar. Una vez condensado, el fluido refrigerante alcanza la válvula o elemento de expansión, donde la
disminución de presión genera una disminución en la temperatura de ebullición del fluido, pasando al
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Equipos solares termodinámicos para generación de ACS
evaporador. En este caso, el evaporador consiste en uno o varios paneles metálicos situados en el
exterior, de modo que el fluido recogerá la energía solar incidente sobre el panel, así como la energía
ambiental, pasando de nuevo a estado gaseoso y cerrándose de esta forma, el ciclo frigorífico.
4.
Datos técnicos
Con los equipos de paneles termodinámicos, Energy Panel ha pretendido obtener equipos
que cumplan varios objetivos:
-
Generación de agua caliente de forma eficiente: ahorro energético frente a sistemas
convencionales.
-
Aprovechamiento de la energía solar.
-
Equipos compactos, fácilmente integrables en los edificios.
-
Instalación rápida y sencilla.
-
Funcionamiento fiable, larga vida útil.
-
Mínimo mantenimiento.
-
Coste económico moderado.
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Equipos solares termodinámicos para generación de ACS
El evaporador está constituido por uno o varios paneles de aluminio anodizado, lo que favorece la
absorción de radiación solar, y comprende un circuito interior para la circulación del gas. El evaporador
va conectado al equipo mediante dos tomas laterales.
Además, presenta un sistema patentado de intercambio térmico situado alrededor de la parte
superior del compresor, por el que se hace pasar el gas de la salida del evaporador, aumentándose su
recalentamiento, y refrigerando el compresor. Con este sistema se logra aumentar la eficiencia global del
ciclo, al sumar esa ganancia térmica; así como evitar que el compresor alcance altas temperaturas, lo que
también beneficia a su vida útil.
Las principales características técnicas del equipo propuesto son:
GTP 40
44,78 kW
Capacidad térmica media
6350 W
Potencia consumida media
400 / III / 50
Tensión
Rango de temperatura ambiente
-5ºC-45ºC
3-7
Rango COP
R407c
Fluido refrigerante
---
Volumen del acumulador
24-35ºC
Rango de temperatura ACS
1000 x 600 x 1000 mm
Dimensiones (HxAxF)
7 bar
Presión máxima de trabajo
GTP 32
Capacidad térmica media
Potencia consumida media
Tensión
Rango de temperatura ambiente
Rango COP
Fluido refrigerante
Volumen del acumulador
Rango de temperatura ACS
Dimensiones (HxAxF)
Presión máxima de trabajo
38,10 kW
5200 W
400 / III / 50
-5ºC-45ºC
3-7
R407c
--24-35ºC
1000 x 600 x 1000 mm
7 bar
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Equipos solares termodinámicos para generación de ACS
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Equipos solares termodinámicos para generación de ACS
GTC 24 HT
28,90 kW
Capacidad térmica media
Potencia consumida media
8950 W
400 / III / 50
Tensión
Rango de temperatura ambiente
-5ºC-45ºC
2-3
Rango COP
R134a
Fluido refrigerante
---
Volumen del acumulador
Rango de temperatura ACS
40-67ºC
847 x 708 x 630 mm
Dimensiones (HxAxF)
Presión máxima de trabajo
7 bar
GTC 32 HT
Capacidad térmica media
35,10 kW
Potencia consumida media
10800 W
400 / III / 50
Tensión
Rango de temperatura ambiente
Rango COP
Fluido refrigerante
Volumen del acumulador
Rango de temperatura ACS
Dimensiones (HxAxF)
Presión máxima de trabajo
-5ºC-45ºC
2-3
R134a
--40-67ºC
847 x 708 x 630 mm
7 bar
Características de los paneles termodinámicos:
Los paneles termodinámicos son paneles roll-bond, que constan de dos planchas de aluminio
electrosoldadas, sobre las que se produce un determinado circuito tras un proceso de inflado, y se les
aplica un revestimiento que favorezca la absorción de radiación solar.

Dimensiones: 1560 x 800 x 0.5 mm

2
Superficie útil de captación: 2,50 m .

Peso en vacío: 5.07 kg.

Diámetro circuito impreso: 5/16”.
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Equipos solares termodinámicos para generación de ACS

Material panel: Aluminio pulido.
Características del equipo termodinámico
El equipo termodinámico cuenta con los siguientes elementos:
-
Compresor hermético de pistón
-
Válvula de expansión termostática
-
Filtro deshidratador
-
Depósito de líquido frigorífico
-
Presostato de alta
-
Termostato
5.
Descripción de la instalación
Los equipos con paneles termodinámicos se pretenden instalar como sistema de generación de agua
caliente en la Piscina Municipal Climatizada de la ciudad de Berja (Almería). La producción de agua
caliente se destinará al mantenimiento de la temperatura de los 2 vasos de piscina existentes, así como a
la producción de ACS.
El paneles que incorporan se situarán en la cubierta del edificio, mientras que los equipos se ubicarán
en la planta sótano del edificio junto a los colectores de recirculación y a los depósitos de acumulación
respectivamente.
6.
Sistema sustituido
El edificio cuenta actualmente con una caldera de gas propano de la marca BIASI, modelo BBBBDB de
300kW de capacidad calorífica. El quemador dispone de 2 velocidades de generación que son reguladas
por la temperatura de retorno del agua del circuito primario.
7
Equipos solares termodinámicos para generación de ACS
7.
Datos de rendimiento
Los datos de rendimiento del equipo se han obtenido como resultado de la monitorización del
equipo en nuestro laboratorio.
Las pruebas se han realizado para un calentamiento del agua desde 25ºC hasta 50ºC
aproximadamente, y bajo diversas circunstancias climáticas.
El equipo de medida de datos consiste en un cuadro de monitorización con 15 termómetros digitales, y 5
manómetros digitales. Además cuenta con un analizador de redes que mide el consumo del equipo, y con
un software que procesa los resultados, y los representa gráficamente.
A continuación se muestra el resumen de los datos obtenidos.
Como resultado de todas las pruebas realizadas, hemos obtenido valores aplicables a los distintos meses
del año, según la temperatura ambiente media y la radiación solar incidente, consiguiéndose un COP
medio anual de 4.6 (en Córdoba).
ene
feb
mar
abr
may
jun
jul
ago
sep
oct
nov
dic
H energía(MJ/m2 día)
7,2
10,1
15,1
18,5
21,8
25,9
28,5
25,1
19,9
12,6
8,6
6,9
Tagua red (ºC)
12
13
14
16
18
20
22
22
20
17
15
13
Tambiente* (ºC)
11
13
16
18
21
26
30
30
26
21
16
12
COP
2,7
3,3
3,8
4,1
5,3
6,2
6,9
6,5
5,6
4,4
3,5
2,8
* Temperatura ambiente media durante las horas de sol.
8.
Comparativa frente a otros sistemas.
Los sistemas de generación de agua caliente mediante paneles termodinámicos suponen un ahorro
energético de has el 40% respecto a sistemas solares térmicos y de has un 80% respecto a la generación
de agua caliente con tecnologías convencionales.
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Equipos solares termodinámicos para generación de ACS
9.
Bibliografía
-
“Performance evaluation method of solar-assisted heat pump water heater”. B.J. Huang, C.P.
Lee. Department of Mechanical Engineering, National Taiwan University.
-
“Experimental performance analysis and optimization of a direct expansion solar-assisted heat
pump water heater. Y.W. Li, R.Z. Wang, J.Y. Wu; Y.X. Xu. Institute of Refrigeration and
Cryogenics, Shangai Jiaotong University; Engineering Research Center of Solar Power and
Refrigeration, Shangai.
-
“A review on the energy and exergy analysis of solar assisted heat pump systems”. Onder
Ozgener, Arif Hepbasli. Solar Energy Institute, Ege University, Bornova, Izmir, Turkey.
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