2013 02-quiroga-pena
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El documento analiza la factibilidad técnica y económica de implementar un sistema de energía solar en una edificación de vivienda en altura en la Región Metropolitana de Chile. Incluye un marco teórico sobre eficiencia energética y sostenibilidad, así como un desarrollo específico del proyecto, contemplando estudios de consumo energético y dimensionamiento. Se concluye con un análisis de viabilidad económica que evalúa el ahorro en consumo y los costos de implementación del sistema solar térmico.
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3.2.7.- DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA F-CHART
Para el dimensionado de las instalaciones de energía solar térmica se sugiere el método de las
curvas f (F-Chart), que permite realizar el cálculo de la cobertura de un sistema solar, es decir, de su
contribución a la aportación de calor total necesario para cubrir las cargas térmicas, y de su rendimiento
medio en un largo período de tiempo. Ampliamente aceptado como un proceso de cálculo suficientemente
exacto para largas estimaciones (cálculo anual), no ha de aplicarse para estimaciones de tipo semanal o
diario.
Para desarrollarlo se utilizan datos mensuales medios meteorológicos, y es perfectamente válido
para determinar el rendimiento o factor de cobertura solar en instalaciones de calentamiento, en todo tipo
de edificios, mediante captadores solares planos. Su aplicación sistemática consiste en identificar las
variables a dimensionales del sistema de calentamiento solar y utilizar la simulación de funcionamiento
mediante una tabla, para dimensionar las correlaciones entre estas variables y el rendimiento medio del
sistema para un dilatado período de tiempo.
Se establecieron los siguientes criterios de datos para el correcto desarrollo del sistema:
1.- Cantidad de viviendas tipo (ver capitulo de dimensionamiento del proyecto 3.1.5, Pagina 78).
2.- Volumen de almacenamiento de los boilers establecidos por el especialista de acuerdo al consumo diario
por habitante de ACS y estanques de agua potable para el correcto funcionamiento.
- Dos estanques de agua en los subterráneos con una capacidad total de almacenamiento de agua potable
de 176.055 mᵌ.
- En la zona superior de instalaciones, se estableció la zona de calderas y boilers. Para el correcto
funcionamiento se estableció la instalación de cuatro boilers acumuladores de ACS de 4.000 lts. cada uno,
haciendo un total de 16.000 lts . (Ver capitulo de dimensionamiento del proyecto 3.1.3).
3.- Se estableció una superficie mínima por Panel solares de 2.34 [m²] cada uno, panel solar modelo K423.
4.- Se estableció la zona de mayor incidencia solar dentro del proyecto (ver capitulo de incidencia solar
3.2.1) y se dimensiono esta área nivel terraza del proyecto, estableciendo una capacidad máxima de 108
paneles con un total de 252.08 m².
5.- Se estableció la mejor inclinación del panel solar térmico, dejándolo a 30° con respecto al eje horizontal,
siento esta inclinación la que tiene mayor potencia captadora de rayos solares.
6.- Factor global de perdida establecido por las especificaciones técnicas del panel solar plano.
7.- Rendimiento del panel solar modelo K423 marca Anwo eficiencia óptica 78.1%.
8.- Perdidas por sombras. Actualmente la zona elegida (zona de terraza del proyecto) tiene una perdida por
sombra de cero, reafirmando que esta es la mejor opción de posicionamiento de los paneles solares.](https://image.slidesharecdn.com/2013-02-quiroga-pena-180325013127/85/2013-02-quiroga-pena-93-320.jpg)
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3.4.- LAS CUATRO PARTES DEL SISTEMA S.S.T. Y SU INSERCIÓN EN EL PROYECTO
3.4.1.- PANEL SOLAR
3.4.1.1.- CRITERIO DE SELECCIÓN DEL PANEL SOLAR TÉRMICO
El Panel solar térmico que se instalara en el edificio CAT 2 será el dispositivo que transforma la
radiación solar en energía calórica; esta se transfiere por medio de un fluido caloportador traspasando el
calor a la red de ACS. Este elemento es el principal componente del sistema de captación y el elemento más
representativo de las instalaciones solares térmicas. Además de captar el calor de manera eficiente, el panel
solar debe estar diseñado para soportar la continua exposición a condiciones exteriores tales como lluvia,
nieve, granizo, polvo, etc. y para resistir las altas y bajas temperaturas a las que va a estar sometido.
Para establecer la elección del panel solar térmico, elaboramos criterios de selección, estos son:
1. La disponibilidad de un certificado del colector.
2. Los resultados del ensayo: fundamentalmente los parámetros de rendimiento del colector y la pérdida de
calor y eficiencia del panel.
3. Los materiales que lo componen: espesor y calidad del vidrio, materiales del absorvedor, formas de
conexión exterior, características de aislación y materiales de la carcasa.
4. La facilidad para constituir baterías de colectores y los tipos de accesorios de conexión y de sujeción, así
como los procedimientos de trabajo a utilizar.
5. La capacidad de adaptación a la estructura de soporte, al edificio y a las condiciones generales de la
instalación.
7. La disponibilidad de un manual de instrucciones claro.
8. Las condiciones de mantención previstas en el manual.
9. Las formas de embalaje, transporte y almacenaje previstos.
10. Las condiciones y los plazos de la garantía del fabricante y del distribuidor.
11. Las referencias de instalaciones en los que se ha utilizado y los años de experiencia constatable.
3.4.1.2.- ELECCIÓN DEL PANEL SOLAR
De acuerdo a los criterios establecidos en el punto anterior, el panel elegido para el calentamiento
de agua sanitaria (CAS) dentro de tipo de edificación y las necesidades de esta, relacionado a su superficie,
ganancia térmica, costos de instalación y costos del panel será un panel solar plano multipropósito.
Especificaciones del panel solar:
Panel solares de 2.34 [m²] cada uno.
Tipo: Panel Solar Plano Multipropósito
Cuerpo: Aluminio
Aislante: Lana Mineral, 50 [mm]](https://image.slidesharecdn.com/2013-02-quiroga-pena-180325013127/85/2013-02-quiroga-pena-101-320.jpg)
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Vidrio: Templado, de 3.2 [mm] y bajo contenido de hierro
Equipo Ref. : KSB, Modelo K423MS (Comercializado por ANWO S A.)
Accesorio: Regulador térmico diferencial (3 sensores)
Tabla 21: Especificación técnica panel K423 ms industrial
.
Fuente: www.anwo.cl
1. La disponibilidad de un certificado del colector:
Este tipo de colector solar tiene certificación internacional europea con estándares de diseño y
eficiencia acorde a las necesidad del proyecto y aun mas importante tiene la certificación del estado para
estar dentro de la franquicia tributaria establecida en la ley 20.365.
2. Los resultados del ensayo:
Fundamentalmente los parámetros de rendimiento del colector y la pérdida de calor y eficiencia
del panel. De acuerdo a los parámetros que nos entrega las especificaciones técnicas con respecto al
tamaña en m2 del panel, coeficiente de rendimiento 78.1% por superficie de apertura y coeficiente de
pérdida de calor 3.83 W/(m²K), se establece en la formulación del F-chart que dicho modelo de panel nos
dará un aporte superior al 63% de rendimiento anual de ACS. (Ver cálculo de F-Chart).](https://image.slidesharecdn.com/2013-02-quiroga-pena-180325013127/85/2013-02-quiroga-pena-102-320.jpg)
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Los purgadores serán de ½”, cuerpo de bronce, flotador y palancas internas de acero inoxidable.
3.4.3.7.- Equipos de medida.
Además de los elementos de medida de tipo electrónico que las instalaciones puedan disponer
integrados en el sistema de control o de telemonitorización, la instalación solar térmica debería disponer de
los elementos de medida necesarios para visualizar directamente los principales parámetros funcionales:
temperaturas y presiones. Adicionalmente las medidas de caudal y energía proporcionarán la información
necesaria para evaluar las prestaciones de la misma.
Termómetros
Los termómetros bimetálicos proporcionan la temperatura de los circuitos y acumuladores con
precisión suficiente, siendo los de inmersión con vainas los más apropiados. Su instalación en lugares
próximos a la ubicación de los sensores de temperatura facilita la comparación de las medidas entre ambos.
En el circuito primario se recomienda emplear termómetros con escala de 0 a 200ºC; en el resto de circuitos
se pueden emplear escalas de 0 a 100ºC.
Los termómetros serán bimetalicos con bulbo inferior o posterior (según aplicación) para un rango de 0 a
120 [C]. Serán de acero inoxidable, diámetro del bulbo de ¼”, con conexión HE de ¼” (NPT) y diámetro de la
carátula de 100 [mm]. En las redes de acero, las vainas serán de acero inoxidable y en las redes de cobre las
vainas serán de bronce.
Manómetros
Los manómetros se utilizan para la medida de la presión manométrica de cada uno de los circuitos,
normalmente deben disponer de una esfera de 100mm y escala graduada de 0 a 10bar.
Imagen 76: Manómetros y termómetros
Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf
Los manómetros serán tipo bourdon con conexión inferior para un rango de 0 a 6 [bar]. Serán de
acero inoxidable, con conexión HE de ½” (BSP) y diámetro de la carátula de 100 [mm].](https://image.slidesharecdn.com/2013-02-quiroga-pena-180325013127/85/2013-02-quiroga-pena-122-320.jpg)
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- 1. 0 Universidad Central de Chile Facultad de Ingeniería Escuela de Obras Civiles y Construcción ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD TÉCNICA Y ECONÓMICA DE UN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR EN UNA EDIFICACIÓN DE VIVIENDA EN ALTURA EN LA REGIÓN METROPOLITANA MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO EN CONSTRUCCIÓN Profesor Guía: Sr. Jaime Arriagada Araya Profesor Informante: Sr. Hugo Tapia Naranjo SERGIO QUIROGA BACHUR JAVIER PEÑA TODESCAT Abril 2.014 Santiago – Chile.
- 2. 1 TABLA DE CONTENIDO. CAPÍTULO 1. PAG. 1.1.- Resumen. ___________________________________________________________________ 11 1.2.- Introducción. ________________________________________________________________ 13 1.3.- Motivación. _________________________________________________________________ 15 1.4.- Objetivo General. _____________________________________________________________ 16 1.5.- Objetivos Específicos. _________________________________________________________ 16 1.6.- Hipótesis. ___________________________________________________________________ 16 1.7.- Procedimiento. ______________________________________________________________ 16 CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO. 2.1.- Eficiencia Energética. __________________________________________________________ 18 2.2.- La sostenibilidad. _____________________________________________________________ 21 2.3.- La energía. __________________________________________________________________ 22 2.3.1.- Energía térmica. ____________________________________________________ 22 2.3.2.- Energía eléctrica. ___________________________________________________ 23 2.3.3.- Energía química. ____________________________________________________ 23 2.3.4.- Energía Nuclear. ____________________________________________________ 23 2.4.- Energía Sustentable – Renovable. ________________________________________________ 23 2.4.1.- Las energías primarias. _______________________________________________ 24 2.4.2.- Energía hidráulica. ___________________________________________________ 25 2.4.3.-Energía eólica. ______________________________________________________ 25 2.4.4.-Energía solar. _______________________________________________________ 25 2.4.5.- Energía mareomotriz. ________________________________________________ 26 2.4.6.- Energía de la biomasa. ________________________________________________ 26 2.4.7.- Energías secundarias. _________________________________________________ 27 2.5.- Energía Solar Fotovoltaica. ______________________________________________________ 29 2.5.1.- Sistemas aislados de la red eléctrica. ____________________________________ 29 2.5.2.- Sistemas conectados a la red eléctrica. __________________________________ 31 2.5.3.-Ventajas de la energía solar fotovoltaica. _________________________________ 34 2.5.4.-Tipos de paneles solares. ______________________________________________ 35 2.6.- Energía Solar Térmica. _________________________________________________________ 38 2.6.1.- Tipos de colectores solares. ___________________________________________ 38 2.6.2.- Elementos principales de un sistema solar térmico. ________________________ 42 2.6.3.- Usos y aplicaciones de las instalaciones solares térmicas. ___________________ 44 2.7.- Situación mundial. ____________________________________________________________ 45 2.7.1.- Energía solar fotovoltaica en el mundo. __________________________________ 46 2.7.2.- Energía solar térmica en el mundo. _____________________________________ 47 2.8.- Situación chilena. _____________________________________________________________ 48
- 3. 2 2.8.1- Energía solar térmica en Chile. _________________________________________ 49 2.8.2.- Ley N° 20.365 de franquicia tributaria a la viv. con sistemas solares térmicos. ___ 51 2.9.- Características climatológicas de la Región Metropolitana. ____________________________ 52 2.10.- Consumo energético en la vivienda. _____________________________________________ 55 2.11.- Energía sustentable en edificios de vivienda en altura en el contexto nacional. ___________ 56 2.12.- Selección del sistema de energía renovable no convencional a implementar en caso.______ 61 CAPITULO 3: DESARROLLO. 3.1.- Presentación del caso: Edificio Carmen – Argomedo. _________________________________ 63 3.1.1.- Ubicación. _________________________________________________________ 63 3.1.2.- Tipología de edificación. ______________________________________________ 66 3.1.3.- Dimensionamiento y capacidad del proyecto. _____________________________ 67 3.1.4.- Identificación de las zonas de consumo de agua caliente sanitaria en deptos. ____ 77 3.1.5.- Dimensionamiento según tipología de deptos. y capacidad total de habitantes. __ 78 3.1.6.- Consumo de agua caliente sanitaria (A.C.S.) promedio según tipología de departamento y dimensionamiento por cantidad de habitantes. ______________ 80 3.2.- Desarrollo de un sistema de energía renovable no convencional. _______________________ 82 3.2.1.- Incidencia solar. _____________________________________________________ 82 3.2.2.- Irradiación solar. _____________________________________________________ 86 3.2.3.- Temperatura (T) del agua en la red. ______________________________________ 87 3.2.4.- Calculo del salto térmico a cubrir. _______________________________________ 88 3.2.5.- Cálculo de la energía (E) necesaria para cubrir el salto térmico. _______________ 89 3.2.6.- Cálculo de las demandas energéticas mensuales. ___________________________ 91 3.2.7.- Dimensionamiento según F-Chart. _______________________________________ 92 3.3.- Propuesta técnica de instalación. _________________________________________________ 95 3.3.1.- Esquema general de funcionamiento del S.S.T. en el proyecto C.A.T.____________ 97 3.4.- Las cuatro partes del sistema S.S.T. y su inserción en el proyecto. ______________________ 100 3.4.1.- Panel solar. _________________________________________________________ 100 3.4.1.1.- Criterio de selección del panel solar térmico. _____________________ 100 3.4.1.2.- Elección del panel solar. ______________________________________ 100 3.4.1.3.- Ubicación del panel solar en el proyecto. ________________________ 103 3.4.1.4.- Sistema de agrupamiento de los paneles solares. __________________ 104 3.4.1.5.- Azimut, inclinación y separación entre los paneles solares. __________ 106 3.4.1.6.- Funcionamiento del panel solar y sist. de seguridad anticongelante. ___ 107 3.4.2.- Acumulador de A.C.S.__________________________________________________ 110 3.4.2.1.- Tipo de Acumulador de A.C.S. __________________________________ 110 3.4.3.- Red hidráulica. ________________________________________________________ 112 3. 4.3.1.- Intercambiador de calor. ______________________________________ 112 3. 4.3.2.- Bomba de circulación. ________________________________________ 113
- 4. 3 3. 4.3.3.- Cañerías. __________________________________________________ 114 3.4.3.4.- Estanque de expansión. ______________________________________ 117 3. 4.3.5.- Válvulas. __________________________________________________ 118 3. 4.3.6.- Purgador de aire automático. __________________________________ 120 3. 4.3.7.- Equipos de medida. __________________________________________ 121 3.4.4.- Propuesta de instalación técnica espacial del sistema de A.C.S. _________________ 123 3.5.-Factibilidad económica. __________________________________________________________ 126 3.5.1.- Cálculo del ahorro en consumo energético. _________________________________ 126 3.5.2.- Costo de implementación del sistema solar térmico. __________________________ 127 3.5.3.- Resumen estudio económico. ____________________________________________ 131 CAPITULO 4: CONCLUSIONES. _________________________________________________________ 134 CAPITULO 5: BIBLIOGRAFIA. __________________________________________________________ 137
- 5. 4 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES, TABLAS Y GRÁFICOS. ILUSTRACIONES PAG. Imagen 1: Escala de evaluación de la eficiencia energética._______________________________________ 19 Fuente: http://arqdis.es/servicios/certificado-de-eficiencia-energetica/ Imagen 2: Triangulo de sustentabilidad tres vértices del proyecto sustentable.______________________ 21 Fuente: Guía básica de la sostenibilidad segunda edición revisada y ampliada Brian Edwars GG. Imagen 3: Esquema de un sistema Fotovoltaico Aislado__________________________________________ 30 Fuente: http://www.impuls-solar.com/kits/informacion%20aisladas.htm Imagen 4 = Esquema de un sistema Fotovoltaico Conectado a la red _______________________________ 32 Fuente: http://www.impuls-solar.com/energiasolar/fotovoltaicared.htm Imagen 5: Panel solar Silicio Mono cristalino.__________________________________________________ 36 Fuente: http://www.archiexpo.es/prod/saint-gobain-solar/paneles-solares-fotovoltaicos-monocristalinos-66169- 882116.html Imagen 6: Panel Solar Silicio policristalino_____________________________________________________ 36 Fuente: http://www.sitiosolar.com/paneles%20fotovoltaicas.htm Imagen 7: Silicio amorfo__________________________________________________________________ 37 Fuente: http://ahmedificacion.com/es/tipos-de-modulos-solares-fotovoltaicos/ Imagen 8: Colectores de concentración.______________________________________________________ 39 Fuente: http://www.solounplaneta.com/2007/10/07/energias-renovables-i-energia-solar/ Imagen 9: colector solar protegido__________________________________________________________ 40 Fuente: http://www.solepanel.cl/sistemassolares_sst.html Imagen 10: Uso de energía solar para la generación de agua caliente y/o calefacción__________________ 44 Fuente: http://www.afuser.org Imagen 11: Capacidad instalada para generación de energía eléctrica en el mundo____________________ 45 Fuente: Renewable Energy Policy Network for the 21st Century Imagen 12: Capacidad instalada para generación de energía eléctrica a través de fuentes renovables en el mundo 45 Fuente: Renewable Energy Policy Network for the 21st Century Imagen 13: Edificio Al Ras_________________________________________________________________ 57 Fuente: http://al-ras.blogspot.com/ Imagen 14: Edificio ÑuñoaMigo____________________________________________________________ 58 Fuente: http://www.ralei.cl/edificio-nunoamigo/edificio-en-venta.html Imagen 15: Edificio ÑuñoaMigo____________________________________________________________ 58 Fuente: http://www.ralei.cl/edificio-nunoamigo/edificio-en-venta.html Imagen 16: Edificio Gen Portugal___________________________________________________________ 59 Fuente: http://www.plataformaarquitectura.cl/2010/12/15/edificio-gen-felipe-assadi-francisca-pulido/ Imagen 17: Edificio Gen Portugal___________________________________________________________ 60 Fuente: http://www.edificiogen.cl/portugal/
- 6. 5 Imagen 18: Imagen aérea Región Metropolitana, punto de emplazamiento del proyecto______________ 63 Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 19: imagen aérea comuna de Santiago, punto de emplazamiento del proyecto ______________ 63 Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 20: imagen aérea contexto del proyecto ______________________________________________ 63 Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 21: Vista norte del terreno___________________________________________________________ 64 Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 22: Vista poniente del terreno _______________________________________________________ 64 Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 23: Vista sur del terreno____________________________________________________________ 64 Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 24: Vista oriente del terreno________________________________________________________ 64 Fuente: de realización propia en base a Google Earth.. Imagen 25: Graficación de la distribución sola_________________________________________________ 65 Fuente: http://www.hunterdouglas.cl/ap/uploads/cl/guia_solar_sustantibilidad.pdf Imagen 26: Acimut en respecto del edificio colindante al proyecto_________________________________ 65 Fuente: de realización propia Imagen 27: Plano con las 2 etapas del proyecto _______________________________________________ 66 Fuente: de realización propia. Imagen 28: Esquema de plantas proyecto Carmen Argomedo_____________________________________ 67 Fuente: Oficina de Arquitectura ETR. Imagen 29: Planta Primer Piso Edificio Carmen- Argomedo; núcleos de accesos ______________________ 69 Fuente: de elaboración propia. Imagen 30: Planta 1° subterráneo Edificio Carmen- Argomedo zonas de estanques de agua potable _____ 70 Fuente: de elaboración propia. Imagen 31: Planta 2° subterráneo Edificio Carmen – Argomedo; __________________________________ 71 zonas de estanques de agua potable y sala de bombas Fuente: de elaboración propia. Imagen 32: Planta 2° al 3° Edificio Carmen- Argomedo; zonas comunes y privadas.____________________ 72 Fuente: de elaboración propia. Imagen 33: Planta tipo departamentos 4° al 22° Edificio Carmen- Argomedo; zonas comunes y privadas.__ 73 Fuente: de elaboración propia. Imagen 34: Planta tipo departamentos 23° al 25° Edificio Carmen- Argomedo; zonas comunes y privadas._ 74 Fuente: de elaboración propia. Imagen 35: Planta piso 26° Edificio Carmen- Argomedo; zonas comunes y salas de maquinas.___________ 75 Fuente: de elaboración propia. Imagen 36: Elevaciones Edificio Carmen- Argomedo____________________________________________ 76 Fuente: ETR Arquitectura Imagen 37: Zonas de consumo de agua caliente en departamentos._______________________________ 77 Fuente: de elaboración propia.
- 7. 6 Imagen 38: Redes de agua caliente sanitaria en piso tipo.________________________________________ 77 Fuente: de elaboración propia. Imagen 39: solsticios de invierno 21 de julio 9:00 hrs.___________________________________________ 82 Fuente: de elaboración propia. Imagen 40: Solsticios de invierno 21 de julio 12 hrs.____________________________________________ 82 Fuente: de elaboración propia. Imagen 41: Solsticios de invierno 21 de julio 15 hrs.____________________________________________ 82 Fuente: de elaboración propia. Imagen 42: Solsticios de invierno 21 de julio 18 hrs.____________________________________________ 82 Fuente: de elaboración propia. Imagen 43: Solsticios de verano 20 de diciembre 9:00 hrs.______________________________________ 83 Fuente: de elaboración propia. Imagen 44: Solsticios de verano 20 de diciembre 12:00 hrs.______________________________________ 83 Fuente: de elaboración propia. Imagen 45: Solsticios de verano 20 de diciembre 15:00 hrs.______________________________________ 83 Fuente: de elaboración propia. Imagen 46: Solsticios de verano 20 de diciembre 18:00 hrs.______________________________________ 83 Fuente: de elaboración propia. Imagen 47: Perspectiva sombra arrojada 21 de junio 16:00 hrs___________________________________ 84 Fuente: de elaboración propia. Imagen 48: Perspectiva sombra arrojada 21 de junio 7:00 hrs_____________________________________ 84 Fuente: de elaboración propia. Imagen 49: Perspectiva sombra arrojada 21 de diciembre 10:00 hrs.______________________________ 85 Fuente: de elaboración propia. Imagen 50: Perspectiva sombra arrojada 21 de diciembre 8:30 hrs._______________________________ 85 Fuente: de elaboración propia. Imagen 51: Esquema General de Funcionamiento del SST en el proyecto CAT .______________________ 95 Fuente: de elaboración propia. Imagen 52: Sistema eléctrico y de control.____________________________________________________ 96 Fuente: de elaboración propia. Imagen 53: Esquema 1 Alimentación A.P. a boilers_____________________________________________ 98 Fuente: de elaboración propia. Imagen 54: Esquema 2 Alimentación ACS a deptos. _____________________________________________ 98 Fuente: de elaboración propia. Imagen 55: Esquema 3 Alimentación A.P. a deptos._____________________________________________ 99 Fuente: de elaboración propia. Imagen 56: Ubicación de paneles en nivel terraza______________________________________________ 103 Fuente: de elaboración propia Imagen 57: Sistema de agrupamiento de los Paneles Solares. ____________________________________ 104 Fuente: de elaboración propia.
- 8. 7 Imagen 58: Flujo del liquido caloportador en los Paneles Solares.__________________________________ 104 Fuente: de elaboración propia. Imagen 59: Esquema de seguridad e independencia de cada sistema de seis paneles._________________ 105 Fuente: de elaboración propia. Imagen 60: Esquema de paneles solares, un sistema completo.___________________________________ 105 Fuente: de elaboración propia. Imagen 61: Acimut Panel Solar.____________________________________________________________ 106 Fuente: de elaboración propia. Imagen 62: Inclinación Panel Solar._________________________________________________________ 107 Fuente: de elaboración propia. Imagen 63: Circuito agua con anticongelante._________________________________________________ 107 Fuente: http://www.sunflower-solar.com/index_es.php?act=content&scheduler_id=2361 Imagen 64: Circuito liquido caloportador.____________________________________________________ 109 Fuente: de elaboración propia. Imagen 65: Acumulador A.C.S. ____________________________________________________________ 111 Fuente: http://www.natureduca.com/blog/luchando-contra-la-crisis-energetica-acumulacion-de-agua- caliente-sanitaria-un-diferencial-electronico-para-tu-sistema-de-acs/ Imagen 66: Intercambiador de calor________________________________________________________ 112 Fuente: http://spanish.alibaba.com/product-free/plate-heat-exchanger-11122067.html Imagen 67: Bomba de circulación___________________________________________________________ 113 Fuente: http://www.directindustry.es/prod/speroni/bombas-centrifugas-circulacion-agua-37897-1008125.html Imagen 68: Estanque de expansión__________________________________________________________ 117 Fuente: http://tecnihogar.es/527-accesorios-de-expansion-de-calefaccion_compras/1030-vaso-de-expansion-gavina- confort.html Imagen 69: Válvula de bola________________________________________________________________ 118 Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Imagen 70: Válvula de seguridad____________________________________________________________ 118 Fuente: http://www.sotermic.cl/valvulas-vapor-trampas/valvulas-reductoras-de-presion/valvula-de-seguridad/ Imagen 71: Válvula anti retorno_____________________________________________________________ 119 Fuente: http://www.praher-valves.com/pvc_u_armaturen.php?lang=es Imagen 72: Válvula de equilibrado__________________________________________________________ 119 Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Imagen 73: Válvula de llenado automático____________________________________________________ 119 Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Imagen 74: Válvula motorizada de 2 ó 3 vías___________________________________________________ 120 Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Imagen 75: Purgador de aire automático_____________________________________________________ 120 Fuente: https://products.ecc.emea.honeywell.com/spain/ecatdata/pg_e121.html
- 9. 8 Imagen 76: Manómetros y termómetros_____________________________________________________ 121 Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Imagen 77: Caudalímetro_________________________________________________________________ 122 Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Imagen 78: Terraza paneles solares, Nivel 27._________________________________________________ 123 Fuente: de elaboración propia. Imagen 79: Sala de equipos Sistema Solar Térmico, Nivel 26.____________________________________ 124 Fuente: de elaboración propia. Imagen 80: fachada del proyecto con la instalación de paneles solares en la terraza._________________ 125 Fuente: fachadas de la edificación ETR Arquitectura / Propuesta de Instalación de paneles Elaboración Propia. TABLAS Tabla 1: Energías Secundarias, Relación entre el energético secundario y su energético fuente._________ 28 Fuente: de realización propia en base a http://www.cne.cl/energias/fuentes-energeticas/energias-secundarias. Tabla 2: Países con mayor inversión en energías renovables._____________________________________ 45 Fuente: Renewable Energy Policy Network for the 21st Century Tabla 3: Capacidad Mundial de energía solar térmica existente, 2.007._____________________________ 47 Fuente: http://www.unep.fr/shared/docs/publications/RE_GSR_2009_Update.pdf Tabla 4: Capacidad energética 2.010._______________________________________________________ 49 Fuente: http://www.cne.cl/images/stories/estadisticas/raiz/antecedentes_matriz_energetica_010611.pdf Tabla 5: Registro Solarimétrico Santiago, Bandera.____________________________________________ 54 Fuente: http://descontamina.cl/blog/2009/12/irradiacion-solar-en-territorios-de-la-republica-de-chile-registro- solarimetrico/ Tabla 6: Cuadro comparativo entre sistema de energía solar fotovoltaica y energía solar térmica.______ 62 Fuente: De realización propia. Tabla 7: Tabla de indicadores generales del proyecto Carmen – Argomedo Etapa 2.__________________ 68 Fuente: Oficina de Arquitectura ETR. Tabla 8 : Distribución de Tipos de departamentos por Plantas.___________________________________ 79 Fuente: de elaboración propia. Tabla 9: Determinación de cantidad de dormitorios por tipología de departamentos._________________ 79 Fuente: de elaboración propia. Tabla 10: Determinación de cantidad personas por tipología de departamentos.____________________ 79 Fuente: de elaboración propia. Tabla 11: Determinación de cantidad de personas totales en el edificio.____________________________ 80 Fuente: de elaboración propia. Tabla 12: Determinación consumo promedio diario de ACS._____________________________________ 80 Fuente: Cámara Chilena de la Construcción.
- 10. 9 Tabla 13: Registro Solarimétrico Santiago, Bandera.____________________________________________ 86 Fuente: http://descontamina.cl/blog/2009/12/irradiacion-solar-en-territorios-de-la-republica-de-chile-registro- solarimetrico/ Tabla 14: Temperaturas medias mensuales del agua de red._____________________________________ 87 Fuente: Cámara Chilena de la Construcción Tabla 15: Salto térmico a cubrir.___________________________________________________________ 88 Fuente: de elaboración propia. Tabla 16: Cálculo de la energía (e) necesaria para cubrir el salto térmico.__________________________ 90 Fuente: de elaboración propia. Tabla 17: Cálculo de las demandas energéticas mensuales._____________________________________ 91 Fuente: de elaboración propia. Tabla 18: Algoritmo de verificación del cumplimiento de la contribución solar mínima (F-CHART)._____ 93 Fuente: de elaboración propia. Tabla 19: Contribución solar a la demanda mensual.__________________________________________ 94 Fuente: de elaboración propia. Tabla 20: Contribución solar a la demanda anual.____________________________________________ 94 Fuente: de elaboración propia. Tabla 21: Especificación técnica panel K423 ms industrial._____________________________________ 101 Fuente: www.anwo.cl Tabla 22: Especificaciones técnicas Intercambiador de Calor Calefacción ACS.______________________ 112 Fuente: http://www.cipriani.es/intercambiadores.php Tabla 23: Especificaciones técnicas Intercambiador de Calor Solar ACS.___________________________ 113 Fuente: http://www.cipriani.es/intercambiadores.php Tabla 24: Especificaciones técnicas bomba de circulación.______________________________________ 114 Fuente: http://www.anwo.cl/site_2/ficha_producto?category_id=e3d9b918da95397158fb2eb ed02778d4&product_id=6544 Tabla 25: Especificaciones técnicas bomba de circulación.______________________________________ 114 Fuente: http://www.anwo.cl/site_2/ficha_producto?category_id=e3d9b918da95397158fb2eb ed02778d4&product_id=6544 Tabla 26: Aislamiento de Cañerias.________________________________________________________ 116 Fuente: Http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_10540_Diseno_y_calculos_aislamiento_AISLAM _GT3_07_01ee3c15.pdf Tabla 27: Capacidad de estanques de Expansión._____________________________________________ 117 Fuente: Elaboración propia. Tabla 28: Aportes del S.S.T. y ahorro anual._________________________________________________ 127 Fuente: de elaboración propia. Tabla 29: Cotización sistema solar térmico al 9 de octubre de 2013._____________________________ 128 Fuente: de elaboración propia, cotización realizada por Wintersa. Tabla 30: Cotización sistema solar térmico al 19 de noviembre de 2013._________________________ 129 Fuente: de elaboración propia, cotización realizada por Cosmoplas S.A.
- 11. 10 Tabla 31: Cotización sistema solar térmico al 25 de noviembre de 2013.__________________________ 130 Fuente: de elaboración propia, cotización realizada por Hawaii Chile Ltda. Tabla 32: Resumen de evaluación económica._______________________________________________ 131 Fuente: de elaboración propia. Tabla 33: Resumen de evaluación económica._______________________________________________ 132 Fuente: de elaboración propia. GRAFICOS Grafico 1: Energías Secundarias en Chile.___________________________________________________ 27 Fuente: http://www.cne.cl/energias/fuentes-energeticas/energias-secundarias (año 2.012) Grafico 2: Capacidad Mundial de energía solar Fotovoltaica existente, 1.995 – 2.008._______________ 46 Fuente: http://www.unep.fr/shared/docs/publications/RE_GSR_2009_Update.pdf Grafico 3: Evolución anual de superficie instalada .__________________________________________ 50 Fuente: CNE y CDT 2.008* Grafico 4: Superficies de paneles solares térmicos según sector en 2.010.________________________ 50 Fuente: CNE y CDT 2.010.* Grafico 5: Uso de la energía en la vivienda.________________________________________________ 55 Fuente: de realización propia Grafico 6: Temperatura agua de red en Santiago.___________________________________________ 87 Fuente: de elaboración propia. Grafico 7: Comparativo Temperatura agua de red – Temperatura de acumulación.________________ 89 Fuente: de elaboración propia. Grafico 8: Salto térmico a cubrir.________________________________________________________ 89 Fuente: de elaboración propia. Grafico 9: Demanda energética diaria.____________________________________________________ 90 Fuente: de elaboración propia. Grafico 10: Demanda energética mensual.________________________________________________ 91 Fuente: de elaboración propia. Grafico 11: Inversión v/s Ahorro.________________________________________________________ 133 Fuente: de elaboración propia.
- 12. 11 1.1.- RESUMEN. Como proyecto de titulo nos planteamos la implementación de un sistema a base de energía solar enfocado a la vivienda, buscando el desarrollo energías sustentables que apoyen la búsqueda actual de la sociedad por el cuidado del medio ambiente, y a la vez generando un ahorro energético/económico al utilizar la energía solar. Para la realización de este proyecto de titulo desarrollamos los siguientes objetivos: Como objetivo general, implementar un sistema de energía renovable no convencional (paneles solares Fotovoltaicos o paneles Solares térmicos) que den soporte energético a los espacios comunes de una edificación en altura. Y como objetivos específicos: 1.- Realizar una comparación técnica económica entre los sistemas de paneles solares térmicos y paneles solares fotovoltaicos, identificando las ventajas y desventajas de los dos sistemas. 2.- Establecer un área específica del proyecto y evaluarla energéticamente, estableciendo sus necesidades eléctricas o térmicas para la incorporación de un sistema. 3.- Evaluar la factibilidad económica y técnica del sistema seleccionado. En cuanto a la metodología, se inicio el proyecto recopilando antecedentes sobre el tema a desarrollar, llamado “Factibilidad técnica y económica de un sistema de energía solar en una edificación de vivienda en altura en la región metropolitana”, tomando como base estos antecedentes llegamos a investigar sobre sistemas de energía sustentable que se usen actualmente en el mercado. Teniendo claro esto buscamos referentes nacionales sobre el tema para ver como se ah implementado esto en nuestra realidad. Luego de esto, para materializar esta búsqueda de un sistema que genere energía sustentable se utilizo como tema la edificación de vivienda en altura y en caso especifico el Edificio Carmen Argomedo, de Euro Inmobiliaria. Tomando esta edificación se realizo una investigación, dando cuenta de que sistemas existentes en el mercado actual son los más viables, tanto técnica como económicamente, para luego desarrollarlo, realizar el estudio técnico y económico para finalmente analizar su factibilidad de instalación, tomando en cuenta estos dos ámbitos. Buscamos con el resultado que obtendremos de este proyecto de titulo dar a conocer lo que se puede lograr actualmente con los avances tecnológicos y los beneficios que podemos obtener de estos, tanto para la economía en la vivienda como para el medio ambiente, logrando con esto incentivar y dar un mayor impulso a la utilización de energías sustentables que colaboren con el medioambiente y por ultimo generar una conciencia ecológica a nivel social.
- 13. 12 Finalmente gracias a la utilización de herramientas de financiamiento estatales como la Ley N° 20.365 de franquicia tributaria a la vivienda con sistemas solares térmicos, y la tecnología existente logramos generar un proyecto para el caso especifico “Edificio Carmen-Argomedo”, el cual es técnica y económicamente factible.
- 14. 13 1.2.- INTRODUCCIÓN. Los recursos naturales se agotan y debido a esto resulta prioritario desarrollar fuentes de energía renovable y posicionar el uso responsable de la energía como un tema prioritario a nivel nacional. La industria de la construcción en Chile en estos últimos años ha estado incorporando sistemas energéticos renovables en sus proyectos nuevos, lo cual, se ha visto impulsado por acciones del Estado tales como una ley para beneficiar tributariamente a quienes incorporen sistemas de energía renovable a sus proyectos. Es por esto que nos parece interesante desarrollar como nuestro proyecto de titulo la búsqueda del uso de energías sustentables que apoyen al medio ambiente, y a la vez colaboren con la búsqueda actual de la sociedad en cuanto al cuidado del medioambiente y la utilización de energías renovables no convencionales, siendo esto un aporte a la sociedad actual, tanto ecológica como económicamente. Para materializar esta búsqueda de un sistema que genere energía sustentable se utilizo como tema la edificación de vivienda en altura y en caso específico el Edificio Carmen Argomedo, de EuroInmobiliaria. Tomando esta edificación se realizo una investigación, dando cuenta de que sistemas existentes en el mercado actual son los más viables, tanto técnica como económicamente, para luego desarrollarlo, realizar el estudio técnico y económico para finalmente analizar su factibilidad de instalación, tomando en cuenta estos dos ámbitos. Buscamos con el resultado que obtendremos de este proyecto de titulo dar a conocer lo que se puede lograr actualmente con los avances tecnológicos y los beneficios que podemos obtener de estos, tanto para la economía en la vivienda como para el medio ambiente, logrando con esto incentivar y dar un mayor impulso a la utilización de energías sustentables que colaboren con el medioambiente y por ultimo generar una conciencia ecológica a nivel social.
- 15. 14 1.2.- ABSTRACT. (English) Natural resources are running out, therefore it is highly necessary to develop renewable resources of energy and to position the responsible use of energy as a priority issue at a national level. In the last few years, the construction industry in Chile has been incorporating renewable energy systems in their new projects, which has been driven by actions of the state such as a law, granting tax benefits to anyone who incorporates renewable energy systems to the projects. This is the reason why it seems interesting to us to develop our project about the search for the use of sustainable energy sources that contribute to the environment, and at the same time help with the current search of society for caring the environment and using non-conventional sources of renewable energy, as a contribution to today's society, both ecologically and economically speaking. To carry out this search for a system to generate sustainable energy, it was used as a topic, the high rise house-building, specifically the Euroinmobiliaria’s Carmen Argomedo Building. Taking this building as a referent, an investigation was conducted to demonstrate that existing systems in the market today are the most viable, both technically and economically. Thus, to be developed, then to do the technical and economic study, and finally to analyze the feasibility of installation, by taking into account these two areas. From the project’s result, we intend to make public what can be achieved nowadays with technological advances and the benefits that can be obtained from these, both for the housing economy and the environment, In this way, the use of sustainable energy that collaborate with the environment can be promoted and highly propelled to finally generate an ecological conscience in social terms.
- 16. 15 1.3.- MOTIVACIÓN. Eficiencia energética en edificios, las últimas tendencias en la construcción de nuevas viviendas y edificaciones en altura, es la búsqueda de la eficiencia energética, que reduzca el consumo energético y genere energía, de los mismos. Esta tendencia, se debe a la creciente preocupación por nuestro medio ambiente y la cada vez más difícil tarea de conseguir energía, de forma barata. Pudiendo aportar en la recolección de energía como en el consumir de ella. Hoy en día asociación nacional de eficiencia energética (AChEE) junto con las nuevas políticas públicas impulsa diferentes programas de manera conjunta con diversos actores, tales como Ministerios, Universidades, asociaciones gremiales y otras instituciones de la esfera privada que se involucran en el ámbito de acción de este sector, con el objetivo de promover, fortalecer y consolidar el uso eficiente de la energía. En el área de la edificación los nuevos proyectos de vivienda, se están desarrollando con una propuesta más consciente y ecológica por el uso de la energía en todas sus instalaciones tanto privadas como públicas. Estas áreas se clasifican como Publicas (piscinas, quinchos, pasillos, estacionamientos etc.) Áreas privadas (departamentos). La conciencia por una propuesta más sustentable en la edificación nos promueve a incorporar la tecnología solar en la edificación, estableciendo dos puntos de acción. Incorporación de energía solar termina e incorporación de energía solar fotovoltaica. Promover estos dos tipos de sistemas puede ayudar a bajar los costos en los gastos comunes o privados de los propietarios y promover el ahorro y generación de energía.
- 17. 16 1.4.- OBJETIVO GENERAL. Realizar un estudio técnico económico sobre la factibilidad de implementación de un sistema de energía renovable no convencional (paneles solares Fotovoltaicos o paneles Solares térmicos) que den soporte energético al caso de edificación de vivienda en altura, Edificio “Carmen – Argomedo”, ubicado en la ciudad de Santiago de Chile. 1.5.- OBJETIVOS ESPECIFICOS. 1.- Realizar una comparación técnica económica entre los sistemas de paneles solares térmicos y paneles solares fotovoltaicos, identificando las ventajas y desventajas de ambos. 2.- Establecer un área específica del proyecto y evaluarla energéticamente, estudiando sus necesidades eléctricas o térmicas para la incorporación de un sistema. 3.- Evaluar la factibilidad económica y técnica del sistema seleccionado. 1.6.- HIPÓTESIS. Para nuestra hipótesis, creemos que es factible tener un sistema de energía renovable el cual se pueda incorporar focalizado en la edificación en altura y que sea económicamente rentable. Como base de esta hipótesis es importante dejar en claro que deberá identificar una área del proyecto que pueda tener mayor interés y que tenga un gasto de energía considerable en donde se pueda incorporar los sistemas de ganancia energética. 1.7.- PROCEDIMIENTO. PROCEDIMIENTO GENERAL DEL TRABAJO: 1.- Recopilación de antecedentes sobre el tema a investigar: Se recopilara información sobre sistemas de energía solar que se puedan aplicar al caso de una vivienda en altura de diferentes fuentes, como Internet, Biblioteca e información que nos puedan proporcionar las diferentes empresas que se dediquen al tema. 2.- Investigación sobre sistemas de energía sustentable que se usen actualmente en el mercado: Se investigara que sistemas disponibles tenemos en el mercado actual de chile, que empresas son las que importan e instalan, y sus costos. 3.- Estudio de referentes sobre el tema: Se realizara un estudio de los edificios de vivienda en altura que utilicen sistemas de energía solar, para ver como es el funcionamiento de estos, ver sus fortalezas y debilidades.
- 18. 17 4.- Estudio del caso (Edificio Carmen - Argomedo): Debido a que Sergio Quiroga trabaja en la inmobiliaria-constructora del Edificio Carmen – Argomedo (EuroCorp), tenemos acceso a toda la información técnica del edificio (como planimetrías y E.E.T.T.). También tendremos contacto con el área técnica por si necesitamos apoyo sobre algún tema en específico. 6.- Desarrollo de un sistema de energía sustentable en caso estudiado (Edificio Carmen-Argomedo) Una vez estudiado el tema y caso se deberá realizar una propuesta de un sistema de energía sustentable para el edificio, que cumpla con los requerimientos técnicos necesarios para el correcto funcionamiento y abastecimiento energético necesario para la propuesta realizada. Se realizara un proyecto donde se cubicara y dimensionara la cantidad de paneles y equipos a instalar, según los requerimientos energéticos y las posibilidades de instalación dada por la arquitectura del proyecto. Tomando estos dos factores se realizara la propuesta que buscara cumplir con las necesidades energéticas para que sea factible su materialización tomando en cuenta el sistema de energía sustentable seleccionado anteriormente, generando un proyecto detallado de este. 7.- Factibilidad Energética y Económica del caso desarrollado. A modo de conclusión, se hará un estudio de factibilidad energética con la propuesta realizada, para ver si cumple con los requerimientos mínimos propuestos en el proyecto. También se estudiara la factibilidad económica del proyecto, donde se hará énfasis al VAN y TIR.
- 19. 18 CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO 2.1.- EFICIENCIA ENERGÉTICA. La eficiencia energética es un concepto amplio que abarca el uso eficiente de la energía en los distintos usos o elementos que ocupamos en nuestra vida diaria. Existen varias categorías en donde la eficiencia energética hoy actúa, encontrando temas como eficiencia energética en electrodomésticos, automóviles, tecnologías industriales, minería, explotación de recursos naturales y en la Edificación de Viviendas u Oficinas, es por esto que se hace primordial definir que es eficiencia Energética y cuáles son sus campos de Acción. Actualmente el Word Energy Council establece este concepto para la eficiencia energética: Definición y ámbito de la eficiencia energética “Las mejoras en la eficiencia energética se refieren a la reducción de la energía utilizada para un determinado servicio (calefacción, iluminación, etc.) o nivel de actividad. La reducción en el consumo de energía se asocia generalmente a cambios tecnológicos, pero no siempre, ya que también puede resultar de una mejor organización y gestión o de cambios de comportamiento ("factores no técnicos"). Por ejemplo, en el sector de transporte se puede mejorar la eficiencia energética a través de la difusión de vehículos más eficientes, desplazamiento de pasajeros y carga de automóviles y camiones al transporte ferroviario, mejor organización de la logística del transporte (aumento de los factores de carga y educción del desplazamiento de camiones vacíos) y eco conducción de vehículos.” (worldenergy.org, Eficiencia Energética: Una Receta para el Éxito Consejo Mundial de la Energía Por una energía sustentable pág. 8) Esta concepción de eficiencia energética nos muestra dos puntos de acción, A.- Tecnología, B.- Factores no Técnicos. Estos dos puntos tienen una igual importancia dentro del marco de la eficiencia energética. En la actualidad Chile forma parte importante de los países que establecen un criterio para la eficiencia energética creando una agencia Chilena de eficiencia energética (ACHEE), fundada por dos actores de suma relevancia, el Estado de Chile y la Confederación de la Producción del Comercio CPC esta es el organismo gremial cupular del empresariado chileno. Fue fundada en 1.935. Reúne a los principales sectores productivos del país y está integrada por las siguientes seis Ramas, enumeradas de acuerdo al orden de incorporación a la CPC: 1.- Sociedad Nacional de Agricultura (SNA). 2.- Cámara Nacional de Comercio, Servicios y Turismo (CNC).
- 20. 19 3.-Sociedad Nacional de Minera (SONAMI). 4.- Sociedad de Fomento Fabril (SFF). 5.- Cámara Chilena de la Construcción (CChC). 6.- Asociación de Bancos (ABIF). Esta agencia ACHEE define de forma exacta el concepto de eficiencia energética que el estado hoy en día adopto en los lineamientos estratégicos de consumo energético. “La Eficiencia Energética (EE) es el conjunto de acciones que permiten optimizar la relación entre la cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos. Por eso, ser eficientes con el uso de la energía significa “hacer más con menos”. Ahorrar energía, en cambio, es dejar de utilizar o consumir menos energía. Esto puede significar reducir o dejar de realizar determinadas actividades, para evitar el consumo de energía. Usar la energía de manera eficiente nos permite realizar todas nuestras actividades y ahorrar dinero. En Beneficios se presentan las ventajas en términos económicos y medioambientales que las medidas de EE generan, sumadas a los beneficios a nivel país.” (Agencia Chilena de Eficiencia Energetica. (s.f.). Recuperado el 01 de Agosto de 2.013, de http://www.acee.cl/eficiencia-energetica/ee) Imagen 1: Escala de evaluación de la eficiencia energética. Fuente: http://arqdis.es/servicios/certificado-de-eficiencia-energetica/ En la concepción del plan estratégico la agencia establece tres áreas de mayor importancia: A.-Permite Ahorrar Dinero Reduce los gastos de energía en los hogares, lo que es especialmente relevante para las familias de más bajos ingresos, porque ellas gastan un porcentaje mayor de sus ingresos en energía que las demás familias. Reduce el consumo de combustible en el transporte en general, tanto privado como público. Reduce los costos de producción u operación de las empresas, mejorando la competitividad de las empresas. B.-Ayuda al Medio Ambiente Disminuye el consumo de recursos naturales. Disminuye la emisión de gases contaminantes.
- 21. 20 Reduce el deterioro al medio ambiente asociado a la explotación de recursos. Reduce el impacto de los Gases de Efecto Invernadero (GEI), lo que significa menores daños a la salud. Reduce el daño ambiental y la contaminación, disminuyendo el aporte a los cambios climáticos. C.-Beneficia al País Disminuye la vulnerabilidad del país por dependencia de fuentes energéticas externas. Aumenta la seguridad del abastecimiento de energía. Genera empleo y oportunidades de aprendizaje tecnológico, en los nuevos mercados de bienes y servicios que se crearán para los diferentes sectores usuarios. Mejora la imagen del país en el exterior, lo que podría disminuir las barreras de exportación y fomentar el turismo ecológico. En la conformación de un definición por la eficiencia energética el estado crea una entidad llamada se SELLOEE estableciendo una nueva definición de eficiencia energética. “La eficiencia energética se puede entender de diversas formas: es usar bien la energía, es ahorrar energía sin perder en calidad de vida o en calidad de producción y también es la optimización de la relación entre la cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos. Este Plan de Acción es una propuesta para que los diferentes sectores del país integren la eficiencia energética en sus decisiones y es el primer paso para lograr desarrollar una cultura en torno a este concepto. Es un llamado a la acción y un compromiso para hacer de Chile un país con mejor energía y más sustentable.” (Agencia Chilena de Eficiencia Energetica. (s.f.). Recuperado el 01 de Agosto de 2.013, de http://www.acee.cl/eficiencia-energetica/ee) La concepción de un solo concepto de eficiencia energética parece casi imposible, debido a que el concepto puede engloba todo los ámbitos de la vida humana ( vivienda , transporte , Industria, minería, educación, producción agrícola ) pero aun así vemos he identificamos conceptos que establecen las raíces del problema , ahorra energético , eficiencia, ahorra en el consumo , tecnología, son algunos de los cuales establecerán la ideas principales de nuestro proyecto de tesis el cual se abocara al desarrollo sustentable y sostenible de la energía en la edificaciones altura.
- 22. 21 2.2.- LA SOSTENIBILIDAD. Los indicios de que el calentamiento global es un hecho parecen ser cada vez más claros. Los estudios climatológicos han establecido una probable correlación entre el uso de los combustibles fósiles, con el calentamiento del planeta y la inestabilidad climática. Sin embargo otras actividades humanas están acelerando la el proceso del calentamiento global. El uso indiscriminado de materiales en la construcción altamente nocivos en la producción de los mismo como por ejemplo el aluminio y el desecho de otros a generado un abuso de recursos que está relacionado directamente con dos factores. El Primero es el constante abuso de los recursos naturales empleados para la creación de nuevas viviendas y el segundo el requerimiento energético para la elaboración de dichos materiales y la puesta en marcha de las viviendas y el consumo poco eficiente que estas actualmente están siendo diseñadas. Las constantes negaciones por parte de los estados con mayores emisiones de CO2, producto de una creciente industrialización, a generado un debate en la información y negación entregada por dichos actores “El Calentamiento global es un hecho incomodo para los políticos (algunos de los cuales se empeñan en negarlo, para los arquitectos, para la industria de la construcción”. (Guía básica de la sostenibilidad segunda edición revisada y ampliada Brian Edwars GG) Hoy el escenario a cambiado, los estados reconocen el problema y están generando políticas concretas para mitigar este calentamiento global estableciendo como ejes básicos un proyecto a largo plazo de sostenibilidad ambiental que abarcara todos los estratos de nuestra sociedad TRIÁNGULO DE SOSTENIBILIDAD TRES VERTICES DEL PROYECTO SUSTENTABLE Imagen 2: Triangulo de sustentabilidad tres vértices del proyecto sustentable. Fuente: Guía básica de la sostenibilidad segunda edición revisada y ampliada Brian Edwars GG. Social Proyecto sustentableTecnológico Medio Ambiental PROYECTO SUSTENTABLE DE CONSTRUCCION
- 23. 22 La concepción del proyecto sustentable estableces estas tres áreas de acción las cuales tiene sub áreas para el desarrollo sustentable. Social Economía. Formación. Comunidad. Equidad. Capital cultural. Tecnología Tecnología energética. Oficios. Diseño. Nuevas tecnologías. Capital de conocimientos. Medio Ambiente Salud. Energía. Agua. Energía solar fotovoltaica. Capital de recursos. 2.3.- LA ENERGÍA. La energía puede manifestarse de diferentes maneras, algunas de estas puede ser de forma cinética, del calor, electricidad, radiaciones electromagnéticas, según los diferentes procesos se puedes clasificar diferentes tipos de energía, estas son: 2.3.1.- ENERGÍA TÉRMICA. “El calor representa la cantidad de energía que un cuerpo transfiere a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura entre ambos. El tipo de energía que se pone en juego en los fenómenos caloríficos se denomina energía térmica. El carácter energético del calor lleva consigo a la posibilidad de transformarlo en trabajo mecánico o simplemente una fuente de calor. Sin embargo, la naturaleza impone ciertas limitaciones a este tipo de conversión, lo cual hace que solo una fracción del calor disponible sea aprovechable en forma de trabajo útil” (Fuentes de energía, Maria Florencia Manrtinete, Argentina 2.003). Como punto a destacar nuestro proyecto de titulo se deberá enmarcar en el área de la tecnología, vértice que contempla el desarrollo de nuevas tecnologías energéticas sustentables y aprovechamiento de las mismas. Tecnologías energéticas, juntos a las nuevas tecnologías, capital de conocimientos y la implementación en el diseño serán fundamentales a la hora de establecer los criterios de selección del sistema. Para establecer un proyecto de ingeniería, se hace fundamental en etapas anteriores a la concretización de dicho proyecto, con la ingeniería básica o análisis de costo, reconocer estos 5 puntos que serán las directrices para la conformación de dicho proyecto
- 24. 23 2.3.2.- ENERGÍA ELÉCTRICA. Este tipo de energía es la más utilizada en la sociedad industrializada y en la población, debido a las siguientes características: 1.- Capacidad de transformarse con facilidad en otras formas de energía (Lumínica, Calórica, mecánica). 2.- Es una energía limpia que no genera contaminación al medio ambiente. 3.- Es de un fácil acceso para las áreas industriales como para la generación propia en la población. 2.3.3.- ENERGÍA QUÍMICA. Es una energía que se desarrolla de un producto combustible (cualquier sustancia que arde o se queme) reacción en la cual se combina el oxigeno del aire con la materia del cuerpo que arde. Durante la combustión se producen luz y calor. Cuando las moléculas se rompen se libera energía. 1. Energía y desarrollo sostenible, Hugo Contreras navarro, España 2.007. 2.3.4.- ENERGÍA NUCLEAR. La energía nuclear es aquella que resulta del aprovechamiento de la capacidad que tuene algunos isotopos de ciertos elementos químicos para experimentar reacciones nucleares y emitir energía en la transformación. Una reacción nuclear consiste en la modificación de la composición del núcleo atómico de un elemento, que muta y pasa a ser otro elemento como consecuencia del proceso. Este proceso se da espontáneamente en ciertos componentes químicos. 2.4.- ENERGIA SUSTENTABLE – RENOVABLE. “Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables y limpias, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Estas energías pueden sustituir a los combustibles fósiles en la calefacción, refrigeración o ventilación de los edificios .Entre las energías renovables se cuentan la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, mareomotriz, solar, eólica, undimotriz, biomasa, biocombustibles. La implementación y creación de las energías renovables limpias se ha desarrollado con extremadamente lentitud a lo largo del planeta, salvo en países que han tomado estrategias para diversificar su matriz energética, elaborando planes estratégicos para la creación e implementación de nuevas formas de captar energía limpia. El fácil acceso a los combustibles fósiles ha desincentivado un mayor desarrollo de la energía renovables limpias.” (Guía básica de la sostenibilidad; segunda edición revisada y ampliada Brian Edwars GG)
- 25. 24 Hasta hace poco la existencia de reservas hasta cierto punto aseguradas a largo plazo entre 40 y 200 años dependiendo del combustible fósil. Los impuestos bajos y los costos asequibles habían sembrado la complacencia ente los clientes y promotores. La amenaza del calentamiento global ha desplazado ahora la atención hacia las fuentes de energía renovable, baratas, infra- exploradas y accesibles. En teoría la energía renovable podría satisfacer las necesidades energéticas de la humanidad. El sol proporciona un flujo de energía muy superior al consumo humano. Hoy en día las energías se clasifican en energías Primarias y Secundarias 2.4.1.- LAS ENERGÍAS PRIMARIAS. Se denomina energía primaria a los recursos naturales disponibles en forma directa (como la energía hidráulica, biomasa, leña, eólica y solar) o indirecta (después de atravesar por un proceso minero, como por ejemplo la extracción de petróleo crudo, gas natural, carbón mineral, etc.) para su uso energético, sin necesidad de someterlos a un proceso de transformación. Se refiere al proceso de extracción, captación o producción (siempre que no conlleve transformaciones energéticas) de portadores energéticos naturales, independientemente de sus características. Clasificación de las energías primarias Las energías primarias se clasifican primeramente en renovables, si es que son fuentes energéticas de uso sustentable en el tiempo, y en no renovables, si es que son fuentes energéticas de uso limitado en el tiempo. Dentro de fuentes energéticas primarias no renovables están: Petróleo crudo. Gas Natural. Carbón mineral. Nuclear. Dentro de fuentes energéticas primarias renovables están: Hidroenergía. Geotermia. Eólica. Solar. Biomasa. Geotermia. Como parte de los objetivos que se deben alcanzar en este proyecto siempre será reconocer e identificar nuestra forma de generación de energía de forma sustentable a través de las llamadas energías primarias renovables. Esta tipo de energía nos muestran un camino alternativo técnicamente y económicamente efectivos que pueden cumplir con los estándares y necesidades de los distintos proyecto que puede ser ocupados
- 26. 25 2.4.2.-ENERGÍA HIDRÁULICA. Desde la antigüedad se reconoció que el agua que fluye desde el nivel superior a otro inferior posee una determinada energía cinética susceptible de ser convertida en energía, como demuestran los miles de molinos que a lo largo de la historia fueron construyéndose a la orillas de los ríos. Más recientemente hace más de un siglo se aprovecho la energía hidráulica para generar electricidad y de hecho fue una de las primeras formas que se emplearon para producirla. El aprovechamiento de la energía potencial del agua para producir electricidad utilizable, constituye en esencia la energía hidroeléctrica. El conjunto de instalaciones e infraestructuras para aprovechar este potencial se denomina hidroeléctrico. 2.4.3.-ENERGÍA EÓLICA. La energía eólica es la energía obtenida de la fuerza del viento, es decir mediante la utilización de la energía cinética generada por las corrientes de aire. En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. A finales de 2.011, la capacidad mundial de los generadores eólicos fue de 238 gigavatios. En 2.011 la eólica generó alrededor del 3% del consumo de electricidad mundial. La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. Su principal inconveniente es la intermitencia del viento. 2.4.4.-ENERGÍA SOLAR. La energía solar es la energía obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando con el tiempo desde su concepción. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, que pueden transformarla en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, que puede hacer considerables contribuciones a resolver algunos de los más urgentes problemas que afronta la Humanidad. Las diferentes tecnologías solares se clasifican en pasivas o activas en función de la forma en que capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las tecnologías activas incluyen el uso de paneles fotovoltaicos y colectores térmicos para recolectar la energía. Entre las técnicas pasivas, se encuentran diferentes técnicas enmarcadas en la arquitectura bioclimática: la orientación de los edificios al Sol, la
- 27. 26 selección de materiales con una masa térmica favorable o que tengan propiedades para la dispersión de luz, así como el diseño de espacios mediante ventilación natural. En 2.011, la Agencia Internacional de la Energía se expresó en los siguientes términos: "el desarrollo de tecnologías solares limpias, baratas e inagotables supondrá un enorme beneficio a largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países mediante el uso de una fuente de energía local, inagotable y, aun más importante, independiente de importaciones, aumentará la sostenibilidad, reducirá la contaminación, disminuirá los costes de la mitigación del cambio climático, y evitará la subida excesiva de los precios de los combustibles fósiles. Estas ventajas son globales. De esta manera, los costes para su incentivo y desarrollo deben ser considerados inversiones; deben ser realizadas de forma sabia y deben ser ampliamente difundidas. La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la energía solar fotovoltaica. Según informes de la organización ecologista Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2.030. Actualmente, y gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el costo de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales, aumentando a su vez la eficiencia, y su coste medio de generación eléctrica. Hoy en día la implementación de este sistema sigue siendo elevada para algunos casos y la competitividad con energías convencionales se hace estrecha. Factores como mantención y garantía de los paneles se hace fundamental para establecer la rentabilidad y económia de comparación para la implementación de este sistema alternativo. Otras tecnologías solares, como la energía solar termoeléctrica está reduciendo sus costes también de forma considerable. 2.4.5.- ENERGÍA MAREOMOTRIZ. La energía mareomotriz se debe a las fuerzas gravitacionales entre la luna, tierra y sol, que originan las mareas, los mares y los océanos son inmensos colectores solares, de los cuales se puede extraer energía de orígenes diversos. Turbinas hidráulicas que se interponen al movimiento natural de las aguas, junto con mecanismos de canalización, depósitos, que pueden ser utilizados para la generación de electricidad, transformándolo así en energía mareomotriz en la energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable. 2.4.6.- ENERGÍA DE LA BIOMASA. La biomasa tal como su nombre indica, corresponde a la energía que desarrolla o contiene toda la masa orgánica biológica del planeta tierra, básicamente son reacciones de captura y emisiones y oxidación de hidrogeno. Este tipo de material orgánico puede ser convertido a otras formas de energía utilizable y es una atractiva alternativa de petróleo por varias razones. En primer lugar, es un recurso renovable que está
- 28. 27 más uniformemente distribuido sobre la superficie de la Tierra y son fuentes de energía, y que podrían ser explotados usando tecnologías más favorables al medio ambiente. Residuos de la agricultura y la silvicultura, y, en particular, los residuos de fábricas de papel, son los recursos más comunes utilizados como la biomasa para la generación de electricidad y de energía, incluidos en los procesos industriales de calor y de vapor, así como para una variedad de productos de base biológica. El uso de los combustibles líquidos como el etanol y el biodiesel, que está actualmente en derivados principalmente de cultivos agrícolas, está aumentando de forma espectacular 2.4.7.- ENERGÍAS SECUNDARIAS. Se denomina energía secundaria a los productos resultantes de las transformaciones o elaboración de recursos energéticos naturales (primarios) o en determinados casos a partir de otra fuente energética ya elaborada (por ej. Alquitrán). El único origen posible de toda energía secundaria es un centro de transformación y, el único destino posible un centro de consumo. Este proceso de transformación puede ser físico, químico o bioquímico modificándose así sus características iniciales. Son fuentes energéticas secundarias la electricidad, toda la amplia gama de derivados del petróleo, el carbón mineral, y el gas manufacturado (o gas de ciudad). El grupo de los derivados del petróleo incluye una amplia variedad de productos energéticos útiles que se obtienen a partir del procesamiento del petróleo en las refinerías, entre los cuales se encuentran las gasolinas, los combustibles diesel (gasóleos) y otros. Grafico 1: Energías Secundarias en Chile Fuente: http://www.cne.cl/energias/fuentes-energeticas/energias-secundarias (año 2.012)
- 29. 28 Clasificación de las energías secundarias Dentro de los energéticos secundarios se distinguen los grupos de derivados de Petróleo, Gas Natural, y del Carbón. En los derivados de petróleo están el Petróleo Combustible, Diesel, Gasolinas de motor, Gasolina de Aviación, Kerosene de Aviación, Kerosene, Nafta, Gas Licuado (GLP), Gas de Refinería, Coque de Petróleo. En los derivados de gas natural están el Metanol y Gas Licuado (GNL). En los derivados de carbón están el Coque, el Gas Coque, el Gas de Altos Hornos y el Alquitrán. Además son también energéticos secundarios la Electricidad, el Gas de ciudad y el Biogás. A continuación se muestra en forma gráfica la relación entre el energético secundario, y su energético fuente: Tabla 1: Energías Secundarias, Relación entre el energético secundario y su energético fuente. Energético Fuente Energético Secundario Petróleo Crudo Petróleos Combustibles, Alquitrán, Diesel, Gasolina 93, 95 y 97, Gasolina de Aviación, Kerosene de Aviación, Kerosene, Nafta, Gas licuado (GLP), Gas de refinería, Coque de petróleo (Petcoke) Carbón mineral Coque mineral, Gas Coque, Gas de Altos Hornos, Alquitrán Gas natural Metanol, Gas Licuado (GNL) Petróleo Combustible, Diesel, Gas Natural, Carbón, Biomasa, Hídrico, Biogás, Eólica, Solar Electricidad Gas Licuado, Gas Natural Gas de cuidad Biomasa Biogás Fuente: de realización propia en base a http://www.cne.cl/energias/fuentes-energeticas/energias-secundarias. Finalmente hay que aclarar que el objetivo que busca el Balance Energético Secundario que publica la CNE, es determinar el Consumo Final del país, es decir el consumo del cual se obtiene el trabajo útil o aprovechado. En este sentido, los energéticos: carbón, gas natural y biomasa, también son incluidos dentro del balance secundario, ya que estos energéticos que además de ser fuente para otro energético secundario dentro de un centro de transformación, también son consumidos a nivel final.
- 30. 29 Conceptualmente se puede establecer que de todas formas estos 3 energéticos, son preparados o transformados físicamente para facilitar su consumo final, de esta forma el gas natural es extraído y odorizado, el carbón es lavado y secado, y la biomasa es extraída (cortada en caso de la leña) y secada. 2.5.- ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA. Hay dos formas de utilizar la energía eléctrica generada a partir del efecto fotovoltaico: - En instalaciones aisladas de la red eléctrica. - En instalaciones conectadas a la red eléctrica convencional. Mientras que en las primeras la energía generada se almacena en baterías para así disponer de su uso cuando sea preciso, en las segundas toda la energía generada se envía a la red eléctrica convencional para su distribución donde sea demandada. 2.5.1.- SISTEMAS AISLADOS DE LA RED ELÉCTRICA. Estos sistemas se emplean sobre todo en aquellos lugares en los que no se tiene acceso a la red eléctrica y resulta más económico instalar un sistema fotovoltaico que tender una línea entre la red y el punto de consumo. Como los paneles solo producen energía en las horas de sol y la energía se puede necesitar durante las 24 horas del día, es necesario un sistema de acumulación. Durante las horas de luz solar hay que producir más energía de la que se consume para acumular el exceso y posteriormente poder utilizarlo cuando no se esté generando. La cantidad de energía que se necesita acumular se calcula en función de las condiciones climáticas de la zona y el consumo de electricidad. De tal manera que en una zona donde haya muchos días soleados al año habrá que acumular poca energía. Si el periodo sin luz es muy largo, hay que acumular más energía. El numero de paneles a instalar debe calcularse teniendo en cuenta: - La demanda energética en los meses más desfavorables - Las condiciones técnicas optimas de orientación e inclinación, dependiendo del lugar de la instalación. Para optimizar el sistema es necesario calcular correctamente la demanda con el fin de no sobredimensionar la instalación. Conviene utilizar electrodomésticos e iluminación de bajo consumo, para que de esta manera el sistema sea más económico. Actualmente existe una gran variedad de estos productos de bajo consumo.
- 31. 30 Imagen 3: Esquema de un sistema Fotovoltaico Aislado Fuente: http://www.impuls-solar.com/kits/informacion%20aisladas.htm Aplicaciones. “Las principales aplicaciones de los sistemas aislados de la red eléctrica son: Aplicaciones espaciales: Desde los orígenes de la carrera espacial, los satélites y naves espaciales han utilizado paneles solares fotovoltaicos para alimentar sus equipos electrónicos. Telecomunicaciones: Existen una multitud de equipos de telecomunicaciones situados en zonas de difícil acceso, alejados de la red eléctrica, alimentados por energía solar fotovoltaica. En estos casos, normalmente, la solución solar es la más economía y fiable, son ejemplos característicos: Repetidores de televisión, equipos de radio, antenas de telefonía móvil, etc. Señalización: La señalización marítima y terrestre es una de las grandes aplicaciones de los sistemas fotovoltaicos. Así son numerosos los ejemplos en balizamiento de aeropuertos, señalización de carreteras y puertos, etc. Bombeo: Al estar los pozos alejados de la red eléctrica, el bombeo con energía solar fotovoltaica es una solución muy adecuada. Estas instalaciones se adaptan muy bien a las necesidades ya que en los meses más soleados, que es normalmente cuando más agua se necesita, es cuando más energía se produce. En estos sistemas el almacenamiento de energía suele ser en forma de energía potencial, bombeando el agua a depósitos elevados.
- 32. 31 Zonas protegidas: En parajes naturales, donde por motivos de protección ambiental se recomienda no instalar tendidos eléctricos aéreos, en ocasiones resulta más rentable utilizar sistemas fotovoltaicos en lugar de tendidos subterráneos o grupos electrógenos que utilizan combustibles fósiles. Electrificación de viviendas aisladas: La distancia del punto de consumo a la red eléctrica puede hacer, en muchos casos, más rentable esta aplicación debido no solo al costo de instalar el tendido eléctrico sino también a la calidad del suministro eléctrico al evitarse cortes de electricidad, muy frecuentes en lugares aislados. Alumbrado de calles y carreteras: La posibilidad de utilizar sistemas de iluminación autónomos de fácil instalación y mínima obra civil hace que sea una solución adecuada en muchas ocasiones. Sistemas centralizados para poblaciones rurales aisladas: Cuando hay que electrificar una pequeña población rural aislada, la solución más idónea es instalar un sistema centralizado que gestione y distribuya la energía de los habitantes de la pequeña población.” (La energía solar fotovoltaica, Universidad Politécnica de Cataluña, Escuela técnica superior de ingeniería (Febrero de 2.010), Fuente: http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/7538/3/Anexo%20II%20- %20La%20energ%C3%ADa%20solar%20fotovoltaica.pdf) 2.5.2.- SISTEMAS CONECTADOS A LA RED ELÉCTRICA. En los lugares que disponen de electricidad, la conexión a la red de los sistemas fotovoltaicos contribuye a la reducción de emisiones de dióxido de carbono (CO2) a la atmosfera. Esta aplicación se ajusta muy bien a la curva de demanda de la electricidad, ya que el momento en que más energía genera los paneles, cuando hay luz solar, es cuando más electricidad se demanda. Al instalar un sistema fotovoltaico conectado a la red, se dispone de una mini central eléctrica que inyecta Kwh. Verdes a la red para que se consuman allí donde sean demandados lo que elimina las perdidas en transporte de electricidad. Para que estas instalaciones sean técnicamente viables es necesario: - La existencia de una línea de distribución eléctrica cercana con capacidad para admitir la energía producida por la instalación fotovoltaica. - La determinación, con la compañía distribuidora, del punto de conexión. - Proyectar un sistema que incluya equipos de generación y transformación de primera calidad, con las protecciones establecidas y debidamente verificados y garantizados por los fabricantes, de acuerdo a la legislación vigente. - Una instalación eléctrica realizada por un instalador autorizado. En las instalaciones conectadas a la red, el tamaño de la instalación no depende del consumo de electricidad de la vivienda o edificio, lo que simplifica enormemente su diseño. Para dimensionar la
- 33. 32 instalación es necesario conocer el espacio disponible y la inversión inicial. Es importante recordar que el consumo de electricidad es independiente de la energía generada por los paneles fotovoltaicos. El usuario sigue comprando la electricidad que consume a la distribuidora al precio establecido y además es propietario de una instalación generadora de electricidad que puede facturar los kWh producidos a un precio superior. Por cierto en chile este tipo de instalaciones aun no es posible de realizar, pero ya existen algunas iniciativas que indican que en el futuro también será una alternativa a considerar. Imagen 4: Esquema de un sistema Fotovoltaico Conectado a la Red. Fuente: http://www.impuls-solar.com/energiasolar/fotovoltaicared.htm “Aplicaciones. Las principales aplicaciones de los sistemas conectados a la red eléctrica son: Tejados de vivienda: Son sistemas modulares de fácil instalación donde se aprovecha la superficie del tejado existente para sobreponer los módulos fotovoltaicos. El peso de los paneles sobre el tejado no supone una sobrecarga sobre la mayoría de los tejados existentes. Plantas de producción: Las plantas de producción de electricidad son aplicaciones de carácter industrial que pueden instalarse en zonas rurales no urbanas (estacionamientos, zonas comerciales, áreas deportivas, etc.). Para aumentar la capacidad de producción de una planta fotovoltaica de producción eléctrica hasta en un 25% se suelen utilizar sistemas de seguimiento del sol. Integración en edificios: En esta aplicación es prioritario el nivel de integración del elemento fotovoltaico en la estructura del edificio. Por integración fotovoltaica debemos entender la sustitución de elementos arquitectónicos convencionales por nuevos elementos que incluyan paneles fotovoltaicos, y por lo tanto que generen energía.
- 34. 33 Las aplicaciones de integración de edificios más frecuentes son: - Recubrimiento de fachadas. - Muros cortina. - Parasoles en fachadas. - Pérgolas. - Cubiertas planas acristaladas. - Tejas. Componentes para el desarrollo de una planta solar fotovoltaica. Para el desarrollo de un sistema de energía fotovoltaica se debe considerar los siguientes elementos para su desarrollo. Celular Fotovoltaicas. Inversor.” (La energía solar fotovoltaica, Universidad Politécnica de Cataluña, Escuela técnica superior de ingeniería (Febrero de 2.010), Fuente: http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/7538/3/Anexo%20II%20- %20La%20energ%C3%ADa%20solar%20fotovoltaica.pdf) Células fotovoltaicas “La conversión fotovoltaica se basa en el efecto fotoeléctrico, es decir, en la conversión de la energía lumínica proveniente del sol en energía eléctrica. Para llevar a cabo esta conversión se utilizan unos dispositivos denominados células solares, constituidos por materiales semiconductores en los que artificialmente se ha creado un campo eléctrico constante (mediante una unión p-n). Cuando sobre un semiconductor incide una radiación luminosa con energía suficiente para romper los enlaces de los electrones de valencia y generar pares electrón-hueco, la existencia de una unión p-n separa dichos pares, afluyendo electrones a la zona n y huecos a la zona p, creando en resumen una corriente eléctrica que atraviesa la unión desde la zona n a la p, y que puede ser entregada a un circuito exterior (saliendo por la zona p y entrando por la n). De esta manera, cuando se expone una célula solar a la luz del sol se hace posible la circulación de electrones y la aparición de corriente eléctrica entre las dos caras de la célula. Fabricación A partir de las rocas ricas en cuarzo, por ejemplo cuarcita se obtiene silicio de alta pureza (de alrededor del 99%) y se funde. Una vez fundido se inicia la cristalización, resultando, si el tiempo es suficiente, lingotes de silicio cristalino. El proceso de corte es muy importante ya que puede suponer pérdidas
- 35. 34 de hasta el 50% de material. Tras el proceso de corte se procede al decapado, que consiste en eliminar las irregularidades y defectos debidos al corte, así como los restos de polvo o virutas que pudiera haber. Una vez limpia se le realiza un tratamiento anti reflectante para obtener una superficie que absorba más eficientemente la radiación solar. Formación de la unión p-n mediante la deposición de varios materiales (boro y fósforo generalmente), y su integración en la estructura de silicio cristalino. Finalmente provee a la célula de contactos eléctricos adecuados.” (Energía Fotovoltaica, Ministerio del medio ambiente y fondo de protección ambiental, (2.013), Fuente:http://www.fpa.mma.gob.cl/archivos/2014/proyectos/a90_material_senaletica_fotovoltaico_y_concepto_sol ar_Modo_de_compatibilidad.pdf) 2.5.3.-VENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA. “La producción de energía a través de fuentes renovables contribuye a desarrollar un planeta limpio y sostenible. La sociedad cada vez toma más conciencia de los beneficios tanto medioambientales como económicos que supone la generación de energía limpia. Proviene de una fuente inagotable, el sol. No contamina, no produce emisiones de CO2 u otros gases. No precisa de un suministro exterior, no consume combustible, ni necesita presencia de otros recursos como el agua o el viento. No produce ruidos. Reduce la dependencia energética de los países. Puede ahorrar todos los costes de distribución. Los sistemas son sencillos y fáciles de instalar. Elevada versatilidad, los sistemas pueden instalarse en casi cualquier lugar y las instalaciones pueden ser de cualquier tamaño. Las instalaciones son fácilmente modulables, con lo que se puede aumentar o reducir la potencia instalada fácilmente según las necesidades. Las plantas apenas requieren mantenimiento y tienen un riesgo de avería muy bajo. Los módulos gozan de una larga vida. Los sistemas resisten condiciones climáticas extremas: granizo, viento, frío… Es un sistema de aprovechamiento de energía idóneo para zonas donde el tendido eléctrico no llega o es dificultoso y costoso su traslado. Fomenta la creación de empleo local.
- 36. 35 Atrae inversores. Mejora la imagen pública de las regiones donde se ubican. El coste de los componentes disminuye a medida que avanza la tecnología. Proporciona ahorros económicos. Es una atractiva fuente de ingresos para inversores. El Silicio, elemento base para la fabricación de las células fotovoltaicas, es muy abundante, no siendo necesario explotar yacimientos de forma intensiva. Al ser una energía fundamentalmente de ámbito local, evita pistas, cables, postes, no se requieren grandes tendidos eléctricos, y su impacto visual es reducido. Tampoco tiene unos requerimientos de suelo necesario excesivamente grandes (1kWp puede ocupar entre 10 y 15 m²).” (Ventajas medioambientales de la energía solar fotovoltaica, SunEdison, Inc, (abril de 2.013) Fuente: http://www.sunedison.cl/energia-solar-fotovoltaica/ventajas.html) Tomando en cuenta estas ventajas nos fue necesario realizar también una lista de inconvenientes y barreras para su desarrollo en el contexto nacional: Inconvenientes Impacto en el proceso de fabricación de las placas: Extracción del Silicio, fabricación de las células. Necesidad de grandes extensiones de terreno generando un impacto visual. Barreras para su desarrollo De carácter administrativo y legislativo: Falta de normativa sobre la conexión a la red. De carácter inversor: Inversiones iniciales elevadas y falta de incentivos por parte del estado (ej. Subsidios) De carácter tecnológico: Necesidad de nuevos desarrollos tecnológicos. De carácter social: Falta de información. 2.5.4.-TIPOS DE PANELES SOLARES. A.- Silicio Mono cristalino. “Material de silicio caracterizado por una disposición ordenada y periódica de átomo, de forma que solo tiene una orientación cristalina, es decir, todos los átomos están dispuestos simétricamente. sc-Si (single crystal). Presentan un color azulado oscuro y con un cierto brillo metálico. Alcanzan rendimientos de hasta el 17%.”
- 37. 36 Imagen 5: Panel solar Silicio Mono cristalino. Fuente: http://www.archiexpo.es/prod/saint-gobain-solar/paneles-solares-fotovoltaicos-monocristalinos-66169- 882116.html B.- Silicio policristalino “Silicio depositado sobre otro sustrato, como una capa de 10-30 micrómetros y tamaño de grano entre 1 micrómetro y 1 mm. Las direcciones de alineación van cambiando cada cierto tiempo durante el proceso de deposición. Alcanzan rendimientos de hasta el 12%.” Imagen 6: Panel Solar Silicio policristalino Fuente: http://www.sitiosolar.com/paneles%20fotovoltaicas.htm C.- Silicio amorfo “Compuesto hidrogenado de silicio, no cristalino, depositado sobre otra sustancia con un espesor del orden de 1 micrómetro. am-Si, o am-Si:H No existe estructura cristalina ordenada, y el silicio se ha depositado sobre un soporte transparente en forma de una capa fina. Presentan un color marrón y gris oscuro. Las células de silicio amorfo (no cristalino) parecen tener unas perspectivas de futuro muy esperanzadoras. Esta tecnología permite disponer de células de muy delgado espesor y fabricación más simple y barata, aunque con eficiencia del 6-8%. Su principal campo de aplicación en la actualidad se encuentra en la alimentación de relojes, calculadoras, etc. Son muy adecuadas para confección de módulos semitransparentes empleados en algunas instalaciones integradas en edificios.” (Paneles solares fotovoltaicos mono cristalinos, Archiexpo, año 2.011, http://www.archiexpo.es/prod/saint-gobain- solar/paneles-solares-fotovoltaicos-monocristalinos-66169-882116.html)
- 38. 37 Imagen 7: Silicio amorfo Fuente: http://ahmedificacion.com/es/tipos-de-modulos-solares-fotovoltaicos/ D.- Módulos fotovoltaicos. Conjunto completo, medioambientalmente protegido, de células interconectadas. En general las células tienen potencias nominales próximas a 1Wp, lo que quiere decir que con una radiación de 1.000W/m² proporcionan valores de tensión de unos 0,5 V y una corriente de unos dos amperios. Para obtener potencias utilizables para aparatos de mediana potencia, hay que unir un cierto número de células con la finalidad de obtener la tensión y la corriente requeridas. Para tener más tensión hay que conectar varias células en serie. Conectando 36 (dimensiones normales, 7,6 cm de diámetro) se obtienen 18 V, tensión suficiente para hacer funcionar equipos a 12V, incluso con iluminaciones mucho menores de 1kW/m². La unidad básica de las instalaciones fotovoltaicas es, pues, la placa fotovoltaica, que contiene entre 20 y 40 células solares; estas placas se conectan entre sí en serie y/o paralelo para obtener el voltaje deseado (12V, 14V, etc.). Estas células interconectadas y montadas entre dos láminas de vidrio que las protegen de la intemperie constituyen lo que se denomina un módulo fotovoltaico. E.- Tipología de instalación de paneles fotovoltaicos. Subsistema de generación. Generador Fotovoltaico: Grupo de paneles fotovoltaicos interconectados para el aprovechamiento de la radiación solar del lugar. Este sistema de generación es el utilizado para las viviendas como nuestro caso. Subsistema de acumulación. Regulador de carga y grupo de baterías. El regulador de carga se encarga, principalmente, de evitar la descarga profunda de las baterías o la sobrecarga de las mismas, alargando de esta forma su vida útil. Las baterías acumulan la energía producida por el sistema de generación para que la vivienda disponga de
- 39. 38 suministro en los momentos en que ninguno de los generadores de la instalación está produciendo energía por falta de sol. Y también en los momentos en que la demanda energética de la misma es superior a la generada en esos instantes por los paneles FV. El sistema de acumulación es fundamental para poder almacenar la energía en la vivienda. Subsistema de acumulación de energía a las cargas. Convertidor CC-CC o seguidor de potencia. Cuándo no todos los receptores de continua tienen la misma tensión nominal. Convertidor CC-CA. Dado que la vivienda dispone de equipos a alimentar con CA, sí que será preciso incluir en el sistema un convertidor CC-CA. 2.6.- ENERGÍA SOLAR TÉRMICA. El principio elemental en el que se fundamenta cualquier instalación solar térmica es el de aprovechar la energía solar mediante un conjunto de captadores y transferirla a un sistema de almacenamiento, que abastece el consumo cuando sea necesario. Este mecanismo resulta muy útil en múltiples aplicaciones, tanto en el ámbito domestico como industrial. Se puede señalar algunas de ellas como el agua caliente para uso domestico, el aporte de energía para las instalaciones de calefacción, el calentamiento de agua para piscinas, o el precalentamiento de fluidos en distintos procesos industriales. Así, la posibilidad de captar la energía solar desde el lugar que se necesita, junto con la capacidad de poder almacenarla durante el tiempo suficiente para disponer de ella cuando haga falta, es lo que hace que esta tecnología sea tan ampliamente aceptada en muchas partes del mundo. En nuestro proyecto de titulo este sistema de energía solar favorece mucho a economizar energía para obtener agua caliente sanitara, tanto en edificios de departamentos como en viviendas unifamiliares. 2.6.1.- TIPOS DE COLECTORES SOLARES. “Se han diseñado distintas y avanzadas versiones de captadores solares térmicos con el objetivo de incrementar la cantidad de energía absorbida y disminuir las perdidas. Aunque los más comunes son los captadores planos, que utilizan como fluido el agua, en la actualidad también se comercializan otros tipos de captadores que cuentan con gran aceptación en el mercado. Entre ellos cabe desatacar el captador solar de vacío, que consigue temperaturas más elevadas de funcionamiento, y los captadores solares de aire que se utilizan fundamentalmente en los climas fríos para calentar el espacio. En función de la temperatura que puede alcanzar el fluido, los podemos dividir en dos grandes grupos: Los Colectores de Concentración y los Colectores Planos.
- 40. 39 A.- Colectores de concentración. Son aquellos que necesitan enfocar la energía dispersa para llegar a temperaturas superiores a los 100 – 150°C. Estos concentradores son dispositivos capaces de aprovechar la energía solar con un sistema de espejos que concentran la energía proveniente del sol en un punto, para calentar agua y convertirla en vapor, este vapor mueve unas turbinas que a su vez mueven un generador para producir electricidad. B.- Colectores Planos. Son dispositivos más simples que nos permiten obtener energía calórica de baja temperatura (inferior a 100°C). Estos colectores se caracterizan por no poseer métodos de concentración, ser más económicos y resultar eficientes para obtener agua caliente sanitaria. Además, nos ofrecen la ventaja de usar una orientación fija y aprovechar tanto la radiación directa como la difusa. Los captadores planos, destinados por lo general a la producción de agua caliente sanitaria, están recubiertos de una caja herméticamente cerrada. En la cara superior de esta caja se coloca una superficie acristalada que deja atravesar la radiación solar e impide que se pierda la ganancia térmica obtenida. Generalmente la carcasa que envuelve al equipo de captación es metálica, aunque en algunos casos puede ser de plástico especial o de algún otro material. En el interior del sistema captador se encuentra la placa absorvedora, que es el lugar donde se realiza la captación de la radiación solar propiamente dicha. Fabricada con materiales que conducen bien el calor (aluminio, cobre, planchas metálicas…), esta placa tiene un funcionamiento parecido al de un radiador: con una disposición de tubos que cuentan con una toma por donde entra el fluido a calentar y otra de salida. Los colectores solares de placa plana se pueden clasificar en tres grupos: 1.- Colectores planos protegidos. 2.- Colectores planos no protegidos. 3.- Tubos de vacío. C.- Colectores Planos Protegidos. Imagen 8: Colectores de concentración. Fuente: http://www.solounplaneta.com/2007/10/07/energias-renovables-i-energia-solar/
- 41. 40 Son los más utilizados. En ellos, el captador se ubica en una caja rectangular. La cara expuesta al sol está cubierta por un vidrio muy fino, mientras que las cinco caras restantes son opacas y están aisladas térmicamente. Dentro de la caja, expuesta al sol, se sitúa una placa metálica. Esta placa esta unida o soldada a una serie de conductos por los que fluye un liquido caloportador (generalmente agua, glicol, o una mezcla de ambos). A dicha placa se le aplica un tratamiento selectivo para que aumente su absorción de calor, o simplemente se la pinta de negro. Pese a que existe un gran número de diferentes configuraciones de tubos internos, los tradicionales suelen utilizar los de tipo serpentín o los de tubos paralelos. Estos consisten en varios tubos de cobre, orientados en forma vertical con respecto al captador, en contacto la placa de color oscuro que transfiere el calor al fluido circularmente. Imagen 9: colector solar protegido Fuente: http://www.solepanel.cl/sistemassolares_sst.html D.- Colectores Planos No Protegidos. Son una variante económica de los anteriores donde se elimina el vidrio protector, dejando la placa expuesta directamente al ambiente exterior. Carecen también de aislamiento perimetral. Dada la inmediatez y simplicidad de este tipo de paneles, existen multitud de sub variante tanto en formas como en materiales: conceptualmente, una simple manguera enrollada y pintada de negro es, en esencia, un colector solar no protegido- Debido a su limitada eficiencia, necesitan una superficie más grande para conseguir las prestaciones deseadas, pero lo compensan con su bajo costo.
- 42. 41 E.- Tubos de vacío. Los captadores de tubos de vacio suponen un concepto distinto, se reducen la superficie captadora a cambio de unas pérdidas caloríficas menores. La lámina captadora se coloca dentro de tubos al vacio, por tanto con unas pérdidas caloríficas despreciables. Estos tubos presentan el mismo aspecto que un tubo fluorescente tradicional, pero de un color oscuro. Los paneles se forman con varios de estos tubos montados en una estructura de peine. Las ventajas de este sistema son su mayor aislamiento, lo que lo hace especialmente indicado para climas muy fríos o de montaña.” (Energía solar térmica, Manuales de Energías Renovables, Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, España, año 2.011, http:// http://www.energiasrenovables.ciemat.es/adjuntos_documentos/Energia_Solar_Termica.pdf) Funcionamiento de un colector solar plano “Todos los sistemas de captación solar tienen como base fundamental un elemento captador de la radiación, lo que se denomina el colector o placa solar. Este elemento no hace otra cosa que aplicar, de manera práctica, el fenómeno que se conoce como efecto invernadero. Este fenómeno, consiste en incrementar la temperatura interior de un recinto por medio de láminas de cristal que dejan pasar los rayos solares, pero que no permiten la radiación hacia el exterior. Para complementar la acción del acristalado hay que aislar muy bien todas las juntas por las que podrían producirse fugas de la energía calórico acumulada, ahora, si en las paredes interiores no acristaladas de este recinto se pinta o recubre el paramento con un material negro, el calor es absorbido, y las sucesivas aportaciones caloríficas se van acumulando en este punto, de donde se transmite al aire que llena el espacio cerrado. Es así como se llega al fundamento del colector plano, pieza esencial en un sistema de captación de energía solar. Los colectores solares planos funcionan aprovechando el efecto invernadero. El sol incide sobre el vidrio del colector, que siendo muy transparente a la longitud de onda de radiación visible, deja pasar la mayor parte de la energía. Esta calienta entonces la placa colectora que, a su vez, se convierte en emisora de radiación en onda larga o (infrarrojos), menos energética. Pero como el vidrio es muy opaco esas longitudes de onda, a pesar de las perdidas por transmisión, (el vidrio es un mal aislante térmico), el recinto de la caja se calienta por encima de la temperatura exterior. Al paso por la caja, el fluido caloportador que circula por los conductos se calienta, y transporta esa energía térmica a donde se desee. El rendimiento de los colectores mejora cuanto menor sea la temperatura de trabajo, puesto que a mayor temperatura dentro de la caja (en relación con la exterior), mayores serán las pérdidas por
- 43. 42 transmisión en el vidrio. También, a mayor temperatura de la placa captadora, más energética será su radiación, y más transparencia tendrá el vidrio a ella, disminuyendo por tanto la eficiencia del colector.” (Colector y Sistema Solar Térmico, Sistemas solares, Solepanel, año 2.011, http://www.solepanel.cl/sistemassolares_sst.html) La utilización del colector solar plano se acoge a la ley 20.365 de Beneficio Tributario por parte del estado a las constructoras que implementes este sistema, cumpliendo un requerimiento mínimo energético para acogerse a esta, reduciendo así costos en la provisión e instalación de este, lo cual se puede aplicar a nuestro tema de edificios de vivienda en altura. 2.6.2.- ELEMENTOS PRINCIPALES DE UN SISTEMA SOLAR TÉRMICO. Un sistema de calefacción de agua está compuesto principalmente por los siguientes elementos: - Uno o más colectores para capturar la energía del sol. - Un sistema de distribución para mover el fluido entre los colectores y el tanque de almacenamiento. - Un tanque de almacenamiento. - Un sistema de calefacción auxiliar. A.- Sistema de distribución. El sistema de distribución es el que se encarga de transportar fluido caliente contenido en los captadores solares hasta el punto de consumo. Existen diferentes circuitos de distribución, dependiendo de la necesidad que pretendemos satisfacer o las condiciones climáticas del lugar donde vamos a realizar la captación. B.- Instalaciones de circuito abierto. Estos sistemas transfieren directamente el agua caliente producida en el captador solar hacia el depósito de acumulación. Cuando el captador es calentado por el sol, el agua aumenta de temperatura desplazándose hacia arriba. Una vez en el depósito de almacenamiento, este se vacía con una cantidad equivalente de agua más fría que se dirige al captador. Las instalaciones de circuito abierto son empleadas en lugares donde no se dan heladas a lo largo del año o bien en aplicaciones temporales. C.- Instalaciones de circuito cerrado. En este caso existen dos circuitos: el circuito primario del sistema captador y el circuito secundario donde se encuentra el sistema de almacenamiento. En el circuito primario se introduce un líquido especial
- 44. 43 que circula por dentro del captador y transmite calor al agua del tanque de almacenamiento por medio de un intercambiador de calor. Lo que se pretende con el sistema de doble circuito es evitar que el agua del depósito se pueda mezclar con el líquido del captador. Así, es posible colocar un componente anticongelante que permita su uso en zonas donde las temperaturas bajen de cero grados D.- Circulación forzada de agua. Los sistemas de circulación forzada están basados en una bomba de impulsión movida por un aporte exterior de energía eléctrica. La bomba de circulación colocada en el sistema de captación tiene como principal función transferir el fluido circulante más rápidamente, impidiendo así que se pueda perder parte de las calorías ganadas en el proceso de distribución. E.- Circulación natural o con termosifón. Estos sistemas tienen la ventaja de no contar con bombas de impulsión, aprovechando la circulación natural de agua caliente, que por naturaleza tiende a ascender. Los sistemas con termosifón son muy utilizados en áreas geográficas con climas más cálidos. Estos sistemas de circulación solo se utilizan para instalaciones solares pequeñas. F.- Almacenamiento. La energía que se recibe del sol no siempre coincide con las épocas de mayor consumo. Por ese motivo, si se quiere aprovechar al máximo la energía que nos concede el sol, será necesario acumular la energía en aquellos momentos del día que mas radiación existe, para utilizarla posteriormente cuando se produzca la demanda. Lo habitual es almacenar la energía en forma de calor e tanques especialmente diseñados para este fin. Existen varios tipos de tanques de almacenamiento para agua caliente, siendo los materiales de construcción más adecuados el acero, el acero inoxidable, el aluminio y la fibra de vidrio reforzado. Los depósitos acumuladores, con el fin de disminuir las pérdidas, están recubiertas de un material aislante, pudiendo además recubrirse con una funda para incrementar su durabilidad. G.- Sistemas de apoyo convencional. Un sistema de energía auxiliar es un elemento necesario en toda instalación solar para evitar restricciones energéticas en aquellos periodos en los que no hay suficiente radiación y/o el consumo es superior a lo previsto. Para prevenir estas situaciones, los sistemas de energía solar térmica cuentan con un apoyo basado en energías convencionales. La fuente de apoyo es muy variable, aunque en general es recomendable que se encuentre vinculada a un sistema de control. Algunos sistemas de apoyo son: - Eléctricos. - Calderas de Gas.
- 45. 44 2.6.3.- USOS Y APLICACIONES DE LAS INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS. La energía solar térmica es una alternativa muy interesante en una gran variedad de aplicaciones, entre las que se encuentra el agua caliente sanitaria, la calefacción, la climatización de piscinas, o la producción de calor en multitud de procesos industriales. A esta lista de usos plenamente probados, hay que añadir otros que empiezan a tener grandes expectativas de desarrollo a corto y medio plazo, como es el caso de la refrigeración de ambientes por medio de procedimientos solares. Este tipo de instalaciones es una de las más ocupadas en los edificios de vivienda en altura para la producción de agua caliente sanitaria, debido a sus eficientes resultados, logrando entregar hasta el 60% de la producción de agua potable sanitaria al año, generando con esto un gran ahorro para los habitantes se ven beneficiado por este sistema solar térmico. Producción de agua caliente sanitaria. En la actualidad la energía solar térmica ofrece una solución idónea para la producción de agua caliente sanitaria, al ser una alternativa completamente madura y rentable. Con los sistemas de energía solar térmica hoy en día se puede cubrir el 100% de la demanda de agua caliente durante el verano y del 50 al 80% del total a lo largo del año, un porcentaje que puede ser superior en zonas con muchas horas de sol al año. El grado de desarrollo y comercialización de estos sistemas de producción de agua caliente es tal que ha llevado a estas aplicaciones a convertirse en la más popular de cuantas ofrece la tecnología solar en nuestros días. Y es que su uso no solo se limita a las viviendas unifamiliares, sino también a edificios de vivienda como es el caso que vamos a analizar más adelante. Imagen 10: Uso de energía solar para la generación de agua caliente y/o calefacción Fuente: http://www.afuser.org
- 46. 45 2.7.- SITUACIÓN MUNDIAL. En el presente capitulo se realizara un análisis a nivel mundial respecto al uso de la energía solar, para lo cual se acude a diversos textos y documentos que abordan el tema. El enfoque es principalmente el uso de la energía solar para la producción de agua caliente sanitaria y electricidad. “Uso de energía solar en el mundo creció 20% en la última década. Cada vez existen más regulaciones ambientales que incentivan el uso de esta energía renovable limpia y alternativa. La energía solar térmica está experimentando un gran auge en Europa, la superficie total de colectores instalados a finales del 2.000 fue de 10,4 millones de metros cuadrados, y el aumento promedio año a año se calcula en un 10%.” (Procobre. (19 de Octubre de 2.012). Obtenido de http://procobre.org/es/press-releases/uso-de-energia-solar-en-el- mundo-crecio-20-en-la-ultima-decada/) El uso de la energía solar en el mundo ah ido tomando una mayor fuerza debido al cambio de conciencia sobre la utilización de energías limpias y también el desarrollo de la tecnología, lo cual ah mejorado la calidad y reducido su costo, es por esto que se busca en esta investigación la factibilidad tanto técnica como económica de los sistemas que ofrece el mercado actual, para así incentivar su utilización en las futuras construcciones, buscando con esto generar un aporte al cuidado del medio ambiente, y a la vez, reducir costos energéticos. “Energías renovables en el mundo. En 2.011, las energías renovables representaron el 20.3% del total de generación de energía eléctrica en el mundo. En el mismo periodo, las inversiones mundiales en el sector fueron de 257.000 millones de dólares, lo que significó un incremento de 17% con respecto al año anterior.” Tabla 2: Países con mayor inversión en energías renovables Fuente: Renewable Energy Policy Network for the 21st Century Imagen 11: Capacidad instalada para generación de energía eléctrica en el mundo Fuente: Renewable Energy Policy Network for the 21st Century Imagen 12: Capacidad instalada para generación de energía eléctrica a través de fuentes renovables en el mundo Fuente: Renewable Energy Policy Network for the 21st Century
- 47. 46 Con estas cifras podemos ver la tendencia mundial energética, y como la energía renovable ya toma un segmento importante de la energía mundial, con una gran inversión e incremento de la utilización de estas. Los países que llevan una delantera debido a mayor experiencia y al desarrollo de nuevas tecnologías son China en primer lugar con una participación de un 23,7%, siguiéndola Alemania con un 19,4% y tercer lugar EEUU con 14,2%. En el año 2010 la energía solar es un 3,1% de la fuente de energía eléctrica renovable en el mundo, siguiéndola la biomasa con un 4,7%, la eólica con un 15%, y la mayor fuente de energía renovable, la hidráulica con un 76,4%. La utilización de la energía solar la podemos dividir en dos segmentos, la energía solar térmica y la energía solar fotovoltaica. Luego de tener una idea de la tendencia mundial en cuanto a la energía solar, es necesario investigar más a fondo y ver la tendencia de esta energía pero siendo más especifico en cuanto a la utilización de la energía solar térmica y la fotovoltaica. 2.7.1- ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL MUNDO. “La energía solar está en auge, las instalaciones de células y módulos FV en todo el mundo han aumentado a una tasa media anual superior al 35% desde 1.998. El valor del mercado solar fotovoltaico alcanzo los 13.000 millones de euros anuales en el año 2.007. La competencia entre los principales fabricantes se ah intensificado cada vez más, con la aparición de nuevos actores en el mercado al revelarse el potencial de la energía fotovoltaica. El crecimiento en la utilización de la energía solar fotovoltaica conectada a la red eléctrica ha surgido en varios países en el 2.007 y 2.008, en particular en china. Incluyendo las aplicaciones fuera de red, el total de energía fotovoltaica existente en todo el mundo en 2.008 aumento a mas de 16 GW” Grafico 2: Capacidad Mundial de energía solar Fotovoltaica existente, 1.995 – 2.008 Fuente: http://www.unep.fr/shared/docs/public ations/RE_GSR_2009_Update.pdf
- 48. 47 (UNEP, Renewable Energy Policy Network for the 21st Century, (2009). Recuperado el 30 de Julio de 2.013, de http://www.unep.fr/shared/docs/publications/RE_GSR_2009_Update.pdf) 2.7.2- ENERGÍA SOLAR TÉRMICA EN EL MUNDO. “Las tecnologías de los sistemas de calentamiento solar de agua también se están generalizando y contribuyen en forma considerable a la provisión de agua caliente en China, Israel, Japón, Turquía y varios países de la Unión Europea. Decenas de otros países también evidencian mercados emergentes entre ellos, Brasil, Egipto, India, Jordania, Marruecos y Túnez. Mediante nuevas políticas, se espera que estos mercados crezcan en forma acelerada en los años venideros. Los colectores solares en techos se utilizan para producir agua caliente para aproximadamente 50 millones de hogares en todo el mundo, y la calefacción de ambientes para un creciente número de hogares. La capacidad de aprovechamiento solar directo para calentamiento de agua y ambientes aumento en un 15% en el 2.008 hasta alcanzar 145 GW térmicos (GWt) en todo el mundo, el doble de la capacidad en el 2.004. China ha instalado tres cuartas partes de la capacidad mundial y sigue siendo el líder mundial, con casi 70% de la capacidad mundial actual. Las instalaciones solares de agua caliente en Alemania establecieron un record de crecimiento en 2.008, con más de 200.000 sistemas instalados por un aumento del 1,5 GWth de capacidad. España también experimento un rápido crecimiento y en el resto de Europa, además de Alemania, se agrego alrededor de 0,5 GWth de nuevas capacidades.” Tabla 3: Capacidad Mundial de energía solar térmica existente, 2.007 País Capacidad agregada en 2007 Total Existente 2007 Porcentaje Mundial Gigawats Térmicos China 16 84 66,9% Unión Europea 1,9 15,5 12,4% Turquía 0,7 7,1 5,7% Japón 0,1 4,9 3,9% Israel 0,05 3,5 2,8% Brasil 0,3 2,5 2,0% EEUU 0,1 1,7 1,4% India 0,2 1,5 1,2% Australia 0,1 1,2 1,0% Jordania 0 0,6 0,5% Otros países 0,5 3 2% Total Mundial 20,0 126 100% Fuente: http://www.unep.fr/shared/docs/publications/RE_GSR_2009_Update.pdf Estos datos nos demuestran como el desarrollo de estas nuevas tecnologías van tomando gran parte del mercado en los países más desarrollados, debido a que estos fomentan la generación de energías
- 49. 48 limpias a través de subsidios. Lo mismo está empezando a suceder en chile con la Ley N° 20.365 de Franquicia tributaria a viviendas con sistemas solares térmicos que beneficia económicamente a las empresas constructoras que los implementen. 2.8.- SITUACIÓN CHILENA. “En Chile la implementación de sistemas que rescaten la energía solar es baja. La energía renovable sólo cuenta con un 2% de penetración a nivel país, por lo que resulta esencial instalar la discusión y tomar acción.” (Zoom Inmobiliario. (29 de Febrero de 2.012). Obtenido de http://www.zoominmobiliario.com/prensa.php?i=5523&titulo=El+gran+desaf%EDo+de+la+energ%EDa+renovable) Chile es un país netamente importador de energía, donde las tres cuartas partes de la energía consumida provienen del exterior, la oferta de energía eléctrica se ah desarrollado básicamente a partir de fuentes de energía tradicionales (combustibles fósiles e hidroelectricidad), cuya diversificación se ha visto comprometido debido a imperfecciones regulatorias y señales económicas que no han sido atractivas para los inversionistas en el sector generación. Esta situación ah generado una extraordinaria vulnerabilidad del suministro eléctrico, agravado por factores climáticos (seguías) y restricciones en el abastecimiento de gas natural desde argentina. Esto convierte la búsqueda de alternativas para la diversificación de la matriz energética en una cuestión de vital importancia para asegurar un desarrollo sostenible y contribuir a la mitigación de los riesgos del cambio climático. El contexto energético actual y las previsiones a corto y mediano plazo están configurando un escenario en el que habrá que definir claramente las prioridades respecto al uso y acceso a la energía en todo el mundo cada vez mas interconectado. Chile, por su localización geográfica, posee condiciones muy favorables para la generación de fuentes energéticas no convencionales tales como el sol, el viento o la geotermia. Chile es el país más largo del mundo, con más de 4.000 km. De largo, lo que permite la existencia de variadas condiciones climatológicas. Debido a esto, se pueden aprovechar las distintas condiciones para incorporar sistemas de energías renovables, como opción de reducción de gastos en el esquema energético y para disminuir la contaminación ambiental. A pesar de esto y mientras en países como España o Alemania la utilización de energías renovables tiene una larga data, en Chile, recién está empezando a cobrar importancia en la política energética del país. La participación de las energías renovables no convencionales en la generación eléctrica del país ha sido marginal. Esta situación que se explica por la baja competitividad económica que tenían respecto de las energías convencionales y a la ausencia de un marco regulatorio que permitiese eliminar las barreras que su
- 50. 49 desarrollo tenía en Chile. Ambos aspectos han cambiado en el país, con lo cual se prevé que este tipo de energías aumentaran su contribución a la generación eléctrica de los próximos años. La participación de las energías renovables no convencionales en la capacidad instalada de generación eléctrica del país, ha alcanzado al 2010 a solo al 3%. Tabla 4: Capacidad Energética 2.010 ERL*: Energías Renovables Limpia. Es ERNC más hídrica. Fuente: http://www.cne.cl/images/stories/estadisticas/raiz/antecedentes_matriz_energetica_010611.pdf Como respuesta a esto, el gobierno busca incentivar el uso de Energías Renovables No Convencionales (ERNC) a través de la “Estrategia Nacional de Energía 2.012 – 2.030”, la cual propone perfeccionar la legislación vigente, junto con crear incentivos de financiamiento e investigación a través de: - Ley N° 20.571 de Net metering. - Ley N° 19.940. - Ley N° 20.018. - Ley N° 20.365 de Franquicia tributaria a viviendas con sistemas solares térmicos. - Reglamento para pequeños medios de generación D.S. N° 244 de 2.005. De estas rescataremos la ley N° 20.365 de Franquicia tributaria a viviendas con sistemas solares térmicos las cuales veremos más adelante. 2.8.1.- ENERGÍA SOLAR TÉRMICA EN CHILE. Chile es un país que cuenta con importantes recursos naturales y el sol es uno de ellos. De hecho, la región norte del país es una de las zonas con uno de los potenciales más altos del planeta. La publicación el pasado año de la Ley 20.365, la cual veremos en detalle más adelante, ha propiciado un cambio positivo en el escenario de la industria solar térmica en Chile. Un estudio realizado por Corporación de Desarrollo Tecnológico (CDT) muestra algunos detalles muy interesantes:
- 51. 50 La evolución de la superficie de paneles instalados en los últimos años es bastante significativa, llegándose a instalar unos 7.000 m² en 2.008. Grafico 3: Evolución anual de superficie instalada Fuente: CNE y CDT 2.008* De los diferentes sectores en los que tienen aplicación estos sistemas, es en el sector residencial donde existe una mayor concentración sistemas, representando un 24% del total. Las piscinas (20%), empresas e instituciones (20%) y el sector industrial (19%) son los sectores que siguen al sector residencial: Grafico 4: Superficie de Colectores Solares Térmicos según sector (m², %) Fuente: CNE y CDT 2.010.* Hasta ahora, las principales fuentes de energía utilizadas en Chile para la producción de agua caliente sanitaria (ACS) son el gas natural y el gas licuado, aunque, si hablamos del sector residencial, tan sólo el 57% de los hogares chilenos poseen un medio de producción de ACS (según datos del censo del 2012). Dentro del sector residencial, se observa, según vivienda, la siguiente distribución de los sistemas solares térmicos (SST): 73% corresponde a instalaciones en viviendas urbanas, 15% condominios, 7 % apartamentos y sólo 5% sector rural.
- 52. 51 Aunque son las regiones I, II y III las que presentan el mayor potencial de energía solar, son las zonas centrales (regiones V, región metropolitana, VI y VII) las que, en 2007, tenían un mayor número de paneles solares térmicos instalados. Concretamente el 63 % de una superficie total de 6.307 m2. En cuanto a las empresas del sector, actualmente hay unas 100 empresas que están relacionadas con los SST, la mayor parte de ellas, un 81%, trabajan y están ubicadas en la Región Metropolitana. A penas existe diferenciación entre las actividades que llevan a cabo: el 100% de las compañías se dedica a la distribución y venta. De estas empresas, casi el 90% también realiza la instalación. Los equipos en su mayoría son importados y de estos equipos importados, sólo una minoría pertenece a conocidas marcas internacionales. *(Tech4cdm, La energía solar térmica en chile. (s.f.). Obtenido de http://www.tech4cdm.com/uploads/documentos/documentos_La_Solar_Termica_en_Chile_f5588ce4.pdf) 2.8.2.- LEY N° 20.365 DE FRANQUICIA TRIBUTARIA A VIVIENDAS CON SISTEMAS SOLARES TÉRMICOS “Ley publicada en el Diario Oficial de 19 de agosto de 2.009, busca fomentar el desarrollo de las ERNC, entregando franquicia tributaria a las constructoras que instalen sistemas solares térmicos de agua potable en sus viviendas Esta ley establece que las empresas constructoras tendrán derecho a deducir, del monto de sus pagos provisionales obligatorios de la Ley sobre Impuesto a la Renta, un crédito equivalente a todo o parte del valor de los Sistemas Solares Térmicos y de su instalación en inmuebles destinados a la habitación. Para esto, tendrán derecho al crédito establecido en esta ley, los Sistemas Solares Térmicos que aporten al menos un 30% del promedio anual de demanda de agua caliente sanitaria estimada para la respectiva vivienda. Según el artículo 7° de la ley, el beneficio establecido comienza a regir después de 90 días desde la fecha de publicación del reglamento, sólo respecto de las viviendas cuyos permisos de construcción o las respectivas modificaciones de tales permisos se hayan otorgado a partir del 1 de enero de 2.008 y que hayan obtenido su recepción municipal final a partir de dicha publicación y antes del 31 de diciembre de 2.013. También podrán tener este beneficio las viviendas que obtengan la recepción municipal después del 31 de diciembre de 2.013 si la hubieren solicitado antes del 30 de noviembre de 2.013. El Ministerio de Vivienda y Urbanismo puede establecer mecanismo para la utilización de este beneficio tributario en los programas de Fondo Solidario de Vivienda y de Protección del Patrimonio Familiar a fin de incentivar la utilización de Sistemas Solares Térmicos en las viviendas.
- 53. 52 El beneficio obtenido de esta ley es variable y depende del valor de la vivienda a la que se le instalará el calefactor solar. Viviendas de hasta 2.000 UF: Puede llegar al 100% del costo del calefactor y de su instalación. Viviendas de más de 2.000 y hasta 3.000 UF: Puede llegar al 40% del costo del calefactor y de su instalación. Viviendas de más de 3.000 y hasta 4.500 UF: Puede llegar al 20% del costo del calefactor y de su instalación. Viviendas sobre 4.500 UF: No reciben el beneficio. Este calefactor puede ser compartido por más de una vivienda, sin embargo, el monto máximo del crédito disminuye si es para subsidiar un calefactor compartido. Para optar a este beneficio se deben cumplir los siguientes requisitos: Las viviendas deben ser nuevas, pues este beneficio tributario está orientado a empresas constructoras. Los sistemas solares deben ser nuevos; no se subsidiará la compra e instalación de sistemas usados. Cada sistema debe aportar por lo menos el 30% del promedio anual de agua caliente que necesitará la vivienda (por lo que se permite que el sistema solar sea complementado con otra fuente de energía, como por ejemplo gas). Este porcentaje puede aumentar dependiendo de la cantidad de radiación solar que reciba la vivienda por la zona geográfica en que se localiza. Para solicitar este beneficio la empresa constructora debe declarar el valor de la vivienda en el contrato de construcción. Cuando no haya contrato, el valor de la construcción deberá ser declarado al Servicio de Impuestos Internos.” (Biblioteca del Congreso Nacional de Chile -BCN. (s.f.). Recuperado el 05 de agosto de 2.013, de http://www.bcn.cl/resumenes-de-leyes/franquicias-tributarias-sistemas-solares). 2.9.- CARACTERÍSTICAS CLIMATOLÓGICAS Y REGISTRO SOLARIMÉTRICO DE LA REGIÓN METROPOLITANA “Descripción climatológica En la Región Metropolitana se presenta un clima templado cálido con lluvias invernales, pudiéndose distinguir dos subtipos que se diferencian entre sí por la duración de la estación seca. En la Región predomina una estación seca prolongada de 7 a 8 meses, encontrándose una zona con estación seca más corta, de 4 a 5 meses sólo en el sector cordillerano, sobre los 2.000 m de elevación.
- 54. 53 Clima templado cálido con lluvias invernales y una estación seca prolongada (7 a 8 meses). La principal característica son las precipitaciones que caen preferentemente en invierno, entre mayo y agosto, donde precipita alrededor del 80% de lo que cae en todo el año. Estas precipitaciones son de nieve en aquellas zonas ubicadas sobre 1.500 m de altura. Ocasionalmente ocurre alguna nevazón en los sectores bajos. La época seca está constituida por 7 u 8 meses en que llueve menos de 40 mm en cada uno de ellos. Incluso en algunos de los meses de verano, la normal de agua caída es inferior a 1 mm. Ambas cordilleras tienen importantes efectos climáticos: la de la Costa, con algunas cumbres superiores a 2.000 m impide una mayor influencia marítima, a excepción de cuando el nivel de inversión térmica asciende sobre 1.000 m y asociado a vientos del oeste en los niveles más bajos, permite el ingreso de nubosidad baja costera a través de los valles de los ríos. Otro efecto es el de disminuir las cantidades de precipitación en los sectores aledaños a su ladera oriental, lo que queda de manifiesto al comparar por ejemplo lo que llueve anualmente en Valparaíso, donde caen más de 370 milímetros anuales, con lo que cae en Pudahuel, solo 262 mm, considerando que Pudahuel se encuentra en una diferencia de latitud equivalente a 40 km más al sur de Valparaíso. La cordillera de Los Andes produce un efecto contrario, aumentando las precipitaciones a medida que se asciende, lo que se puede observar en los registros de Central Queltehues, que son más del doble de los de Quinta Normal. La situación de continentalidad de la Región, hace que la humedad relativa sea baja, ligeramente superior al 70% como promedio anual. Además las amplitudes térmicas son altas: hay casi 13ºC de diferencia entre el mes más cálido (enero) y el más frío (julio) y la diferencia media entre las máximas y mínimas diarias es de 14ºC a 16ºC. La dirección del viento predominante es del suroeste, siendo más persistente en el verano, con una intensidad media de 15 km/hr. En invierno predominan los vientos calmados. Clima templado cálido con estación seca de 4 a 5 meses. Corresponde a las zonas cordilleranas más altas de la Región, donde son más frecuentes las temperaturas inferiores a 0ºC, lo que hace que las precipitaciones invernales sean preferentemente de nieve. También el período lluvioso es más extenso, dejando una estación seca de sólo 4 a 5 meses. Las bajas temperaturas en general y las intensas nevazones invernales permiten la existencia de algunos glaciares, como los de Marmolejo, Los Piuquenes y El Plomo.” (Dirección Meteorológica de Chile, Región Metropolitana. (s.f.). Recuperado el 22 de Julio de 2.013, de http://www.meteochile.cl/climas/climas_region_metropolitana.html)
- 55. 54 “Registro Solarimétrico. La entrega del presente archivo solarimétrico, por lógica consecuencia, debiera influir en mejorar la utilización de recursos energéticos renovables en beneficio de todos aquellos chilenos y chilenas que están en proceso de elaboración de proyectos ya sea para obtener suministro eléctrico o agua caliente sanitaria para sus viviendas y por consiguiente, mejorar así sus actuales condiciones de vida. La información contenida en esta publicación también puede ser útil para proyectos de iluminación natural y de temperado solar de piscinas o de aplicaciones solares térmicas en escuelas, edificios, hoteles, clubes de campo e industria.” (UTFSM, C. /. (2.008). Descontamina. Recuperado el 20 de Julio de 2.013, de http://descontamina.cl/blog/2009/12/irradiacion-solar-en-territorios-de-la-republica-de-chile-registro- solarimetrico/) Con el siguiente registro solarimétrico, podemos calcular según la ubicación dentro de la región metropolitana, la radiación solar a captar por los paneles solares (Kw/m²) y por consiguiente la cantidad de energía posible de generar según la cantidad de paneles a instalar. Tabla 5: Registro Solarimétrico Santiago, Bandera. Tabla 5: Registro Solarimétrico Santiago, Bandera. Fuente: http://descontamina.cl/blog/2009/12/irradiacion-solar-en-territorios-de-la-republica-de-chile-registro- solarimetrico/
- 56. 55 2.10.- CONSUMO ENERGÉTICO EN LA VIVIENDA. Es importante al momento de realizar una propuesta de apoyo energético a la vivienda, conocer los usos de la energía en esta, sus porcentajes de utilización y así proponer un sistema que nos ayude a suplir ese gasto energético. A continuación veremos un grafico el cual nos muestra el porcentaje de uso de energía en la vivienda. Fuente: de realización propia (Ministerio de Energía, Gobierno de Chile, (2.012) Mes de la eficiencia energética, datos prácticos. Recuperado el 23 de Septiembre de 2013, http://www.minenergia.cl/mes_de_la_eficiencia_energetica/datos_practicos.htm) La mayor parte de uso de energía en una vivienda es la cocción de alimentos con un 48%, luego lo sigue el calentamiento del agua con un 29% y por último la iluminación y aparatos eléctricos con un 23%. Con estos porcentajes y con la tecnología actual existente podremos más adelante tomar la decisión de cual área energética es más factible apoyar, tanto técnica como económicamente. Iluminación y aparatos 23% Calentamiento agua 29% Cocción 48% Grafico 5: Uso de la Energía en la vivienda
- 57. 56 2.11.- ENERGÍA SUSTENTABLE EN EDIFICIOS DE VIVIENDA EN ALTURA EN EL CONTEXTO NACIONAL. “Los recursos naturales se agotan y debido a esto, resulta prioritario desarrollar fuentes de energía renovable y posicionar el uso responsable de la energía como un tema prioritario a nivel nacional. La industria de la construcción en Chile en estos últimos años ha estado incorporando sistemas energéticos renovables en sus proyectos nuevos, lo cual, se ha visto impulsado por acciones del Estado tales como una ley para beneficiar tributariamente a quienes incorporen sistemas de energía renovable a sus proyectos. La industria nacional poco a poco ha ido implementando paneles solares en proyectos de pequeña magnitud, pero desde el año 2.007 varios complejos residenciales usan este tipo de energía para el agua sanitaria, cuyo principal atractivo es que, en el caso de departamentos, ayuda a bajar los gastos comunes. Esta transformación inmobiliaria comenzó en las comunas de Providencia y Ñuñoa, pioneras en el país en darle un espacio a sistemas para calentar el agua sanitaria con paneles solares y calderas a gas. Con el tiempo, los proyectos asociados a energía solar han ido aumentando en valor y tamaño. Es así como en los últimos años algunos proyectos de matriz energética tradicional, con un aporte de energía renovable, se han tomado edificios enteros en la capital y V región.” (Zoom Inmobiliario. (29 de Febrero de 2.012). Obtenido de http://www.zoominmobiliario.com/prensa.php?i=5523&titulo=El+gran+desaf%EDo+de+la+energ%EDa+renovable) Se está desarrollando en el contexto nacional un crecimiento de la utilización de energías sustentables en los edificios de vivienda en altura, a continuación daremos a conocer algunos de los edificios pioneros en chile en implementar sistemas que utilizan la energía solar como apoyo a los sistemas convencionales (Edificios Híbridos).
- 58. 57 Referente 1: Nombre: Edificio Al Ras Dirección: Sucre N°1900, Comuna de Ñuñoa, Santiago. Inmobiliaria: Inmobiliaria DDC Imagen 13: Edificio Al Ras Fuente: http://al-ras.blogspot.com/ “Inaugurado en 2.007, causó revuelo por los paneles solares instalados en su azotea. Rodrigo García, diseñador web, vive junto a su esposa desde el año 2.008 en uno de estos departamentos y, para él, la experiencia de utilizar un sistema mixto para calentar el agua (de gas y energía solar) le ha significado un ahorro estimado en un millón de pesos en dos años. "En comparación con otros amigos, lo que pagamos en gastos comunes son, por lo menos, 30 mil pesos mensuales menos, y en gas, que utilizamos para cocinar, pagamos entre $ 500 y $ 700", explica este diseñador.” (González, D. (24 de Enero de 2.011). La Tercera. Obtenido de http://diario.latercera.com/2011/01/24/01/contenido/santiago/32-57164-9-las-ventajas-de-vivir-en-un-edificio- verde.shtml) El edificio Al Ras, ubicado en calle Sucre 1.900, Ñuñoa, es el primero edificio que utiliza la energía sustentable en Santiago, está equipado con 21 colectores solares para calentar el agua de sus 96 departamentos, logrando con esto reducir el costo de los gastos comunes notoriamente como podemos ver en la nota anterior, llegando su valor a la mitad de lo que comúnmente son los costos de los gastos comunes de un edificio de esta escala. (El edificio está habilitado para proveer hasta el 50% de la energía necesaria para calentar el agua demandada en un año).
- 59. 58 Referente 2: Nombre: Edificio ÑuñoaMigo Dirección: Francisco de Villagra N°123, Comuna de Ñuñoa, Santiago. Inmobiliaria: Grupo Inmobiliario Ralei Imagen 14: Edificio ÑuñoaMigo Fuente: http://www.ralei.cl/edificio-nunoamigo/edificio-en-venta.html Imagen 15: Edificio ÑuñoaMigo Fuente: http://www.ralei.cl/edificio-nunoamigo/edificio-en-venta.html “Características Sustentables: En espacios comunes: • Luces con sensores de movimiento. • Ascensores con iluminación programada. • Ampolletas de eficiencia energética. • Punto Verde para el reciclado de basuras. • Paneles solares. • Bicicletas de libre uso.
- 60. 59 En departamentos: • Calefacción individual eléctrica con programación inteligente. • Agua caliente por central térmica a gas apoyada por paneles solares (ahorro de más del 50%). • Grifería eficiente en cocinas y baños con aireadores de agua, logrando ahorros superiores al 50%. • WC con doble descarga (dual flush) que reduce en un 25% el uso de agua. • Ampolletas de bajo consumo con ahorros de hasta un 80% (en baños).” (Inmobiliaria Ralei, Edificio ÑuñoaMigo. (s.f.). Obtenido de http://www.ralei.cl/edificio-nunoamigo/edificio-eco- sustentable.html) Este referente de Edificio de vivienda Hibrida nos llama la atención por la integración de nuevas “características sustentables” acercándonos más a un edificio verde, no tan solo por el ahorro de energía en cuanto a la calefacción de agua o iluminación, sino también otros factores como lo son la basura o promover el uso de la bicicleta, medio de transporte que genera 0 contaminantes. Referente 3: Nombre: Edificio Gen Dirección: Av. Portugal N°415, Comuna de Santiago. Inmobiliaria: Inmobiliaria Unco Imagen 16: Edificio Gen Portugal Fuente: http://www.plataformaarquitectura.cl/2010/12/15/edificio-gen-felipe-assadi-francisca-pulido/
- 61. 60 Imagen 17: Edificio Gen Portugal Fuente: http://www.edificiogen.cl/portugal/ “El Edificio Gen es un conjunto residencial en altura inserto en la categoría de vivienda económica, es decir, cuenta con los beneficios del Subsidio de Renovación Urbana. Su aporte se enmarca principalmente en la conservación de energía y en la utilización de materiales basados en el reciclaje de descartes de materiales de aluzinc provenientes de sobras de fachadas industriales. El edificio se ubica en el centro de Santiago y se desarrolla a través de un volumen principal de 26 niveles que se encuentra en una esquina, y dos volúmenes laterales de 12 pisos de altura retranqueados de la línea oficial aproximadamente dos metros hacia el interior. Estos laterales toman la altura de las edificaciones vecinas, y presentan una lectura más uniforme conforme a las construcciones existentes. Cuenta con 285 departamentos de superficies de 30, 45 y 57 m² desarrollados en 24 pisos, más un piso de programa público en 1er nivel y dos niveles adicionales de recintos de esparcimiento en la azotea, cuatro subterráneos de estacionamientos, y tres piscinas más una plaza interior privada. El volumen principal tiene dos elementos importantes de diseño que buscan un ahorro energético: un velo metálico en toda la fachada oriente y cubierta que configura una segunda piel separada un metro del cuerpo del edificio a la vez que arma un espacio intermedio en la azotea sombreando la terraza y la incorporación de paneles solares individuales para todas las unidades de vivienda en la fachada norte del edificio. La doble piel metálica de la cara oriente reduce el ruido que proviene de Avenida Portugal, y genera un filtro solar sobre los departamentos de esta fachada. Esta piel es un tejido de flejes de descarte de aluzinc diseñado por nuestra oficina para la empresa Hunter Douglas, en la que se utilizan restos de materiales sobrantes de otras construcciones. Del mismo modo, la fachada norte del edificio se trabaja con balcones de lado a lado, disminuyendo en forma sustancial la incidencia solar en esta cara; y cuenta con cerca de 120 paneles solares ubicados en dichos balcones, convirtiéndolos en elementos de diseño y composición de la fachada. Cada departamento
- 62. 61 que mira hacia el norte cuenta con su propio panel. Cada panel fue colocado dentro de un aparente desorden, antecediéndose a lo que suele ocurrirle a las fachadas de este tipo de edificios, que una vez entregados, cada propietario altera su balcón interviniendo la lectura del total. La energía solar que es captada por estas placas se utiliza para el agua caliente y calefacción, asegurando un ahorro de un 100% en verano y de aproximadamente un 70% en invierno. Como cada departamento cuenta con su propia unidad, se optimizó el rendimiento eliminando las pérdidas generadas por las grandes distancias entre las placas y sus termos. Por otro lado, al ser paneles independientes, cada unidad administra su propio consumo sin afectar al resto de los departamentos. Tanto la composición “desordenada” de los paneles solares, como los vanos aparentemente arbitrarios en la doble piel del la fachada oriente, contribuyen a formular una masa más bien homogénea, que intenta evitar la sensación de torta por pisos que afecta a la mayoría de los edificios de plantas repetibles. La nueva densidad que se pretende con estas dos nuevas pieles, oriente y norte (las caras visibles del edificio) está dirigida a dibujar un bloque reconocible como una sola unidad, y no como la sumatoria de unidades. Una sola fachada en vez de 285 fachadas apiladas en un volumen.” (Concha, A. (15 de Diciembre de 2.010). Plataforma Arquitectura, Edificio Gen Portugal. Obtenido de http://www.plataformaarquitectura.cl/2010/12/15/edificio-gen-felipe-assadi-francisca-pulido/) Luego de observar este referente, podemos rescatar lo siguiente: Características Sustentables: En departamentos Paneles Solares en la fachada, dando solución individual para cada departamento. Agua caliente por central térmica a gas apoyada por paneles solares (ahorro de más del 50%). Fachada con materiales reciclados de otras construcciones. 2.12.- SELECCIÓN DEL SISTEMA DE ENERGÍA RENOVABLE NO CONVENCIONAL A IMPLEMENTAR EN CASO Para la selección del sistema solar de ERNC a implementar en el caso (Edificio Carmen Argomedo) tomaremos en cuenta diferentes factores como por ejemplo incentivos del gobierno a través de programas de subsidio, costos de inversión inicial y mantenciones, y otros más que veremos a continuación, que nos llevaran a tomar la mejor elección a implementar en el caso.
- 63. 62 TABLA 6: CUADRO COMPARATIVO ENTRE SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA Y ENERGÍA SOLAR TÉRMICA. Sistema Energía Solar Foto Fotovoltaico Sistema Energía Solar Térmica Estrategia Nacional de Energía 2.012 – 2.030 Ley N° 20.571 de Net metering. Permite vender los excedentes de energía solar fotovoltaica generada a las compañías eléctricas. Problemas: - Aún no están claros sus beneficios. - La inversión inicial en paneles solares sobrepasa el millón de pesos. - El precio de la energía vendida a la compañía, es más bajo que el de la energía convencional que las empresas distribuyen. - Falta de ayuda por parte del Gobierno y los nulos incentivos. Ley N° 20.365 de Franquicia tributaria a viviendas con sistemas solares térmicos. Entrega franquicia tributaria a las constructoras que instalen sistemas solares térmicos de agua potable en sus viviendas. Para esto el Sistema Solar Térmico debe aportar al menos un 30% del promedio anual de demanda de agua caliente sanitaria estimada para la respectiva vivienda. Beneficios: - El Crédito es equivalente a todo o parte del valor de los Sistemas Solares Térmicos y de su instalación en inmuebles destinados a la habitación. (El monto del crédito varía según el valor de la vivienda). Costo de Inversión Inicial v/s Rentabilidad El costo inicial es muy elevado (sobrepasa el millón de pesos) para una vivienda promedio, y toma entre 3 a 5 años para recuperar la inversión. El costo inicial de la inversión es reducido en comparación con los paneles fotovoltaicos, ya que técnicamente son más simples, a esto se le agrega el beneficio de la Ley N° 20.365 (Franquicia Tributaria). Instalación y Mantenimiento La instalación y mantención debe ser realizada por un técnico autorizado. La mantención es simple y mínima, cada cierto tiempo conviene revisar que no haya fugas y hacer una limpieza debido a que el agua caliente genera sarro que obstruye los tubos. Aporte a la demanda energética en la vivienda Con un sistema de energía solar fotovoltaica podemos ahorrar en torno a un promedio del 30% del consumo eléctrico, fundamentalmente abasteciendo la instalación de iluminación y los electrodomésticos de bajo consumo. Con los sistemas de energía solar térmica hoy en día se puede cubrir un 100% de la demanda en verano y del 50% al 80% del total a lo largo del año. Fuente: De realización propia. En resumen, la energía desde paneles fotovoltaicos continúa siendo una solución para localidades remotas, donde la llegada de la red de distribución pública es difícil. Por problemas de costos, instalación y mantenimiento, las instalaciones en residencias particulares no tienen incentivos para su uso masivo, quedando como posibilidades de aplicaciones singulares y especiales. Es por esto y por todos los puntos anteriormente analizados creemos que la selección de un sistema de Energía Solar Térmica resulta una mejor opción para el desarrollo de la factibilidad técnica y económica en un edificio de vivienda en altura.
- 64. 63 CAPITULO 3: DESARROLLO 3.1.- PRESENTACIÓN DEL CASO EDIFICIO CARMEN – ARGOMEDO 3.1.1.- UBICACIÓN. El proyecto de edificación Carmen Argomedo se encuentra emplazado en la Región Metropolitana específicamente en la comuna de Santiago, entre las calles Argomedo y Carmen, en pleno corazón de la cuidad. Dentro del contexto urbano el edificio se emplaza dentro de una zona de constante renovación urbana, un eje vial modificado por los planes estratégicos del transporte público y por el constante crecimiento de las nuevas edificaciones como planes estratégicos para repoblar la zona de Santiago centro. Imagen 18: Imagen aérea Región Metropolitana, punto de emplazamiento del proyecto Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 19: imagen aérea comuna de Santiago, punto de emplazamiento del proyecto Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 20: imagen aérea contexto del proyecto Fuente: de realización propia en base a Google Earth. A.- Calle Carmen B.- Calle Argomedo C.- Terreno del Proyecto
- 65. 64 IMÁGENES AEREAS DE LAS CONSTRUCCIONES COLINDANTES AL PROYECTO Imagen 21: Vista norte del terreno Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 22: Vista poniente del terreno Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 23: Vista sur del terreno Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 24: Vista oriente del terreno Fuente: de realización propia en base a Google Earth. En las diferentes imágenes aéreas elaboradas para este proyecto y la exploración en terreno, se identifico la presencias de edificación en altura colindantes al terreno del proyecto, esta edificación será parte importante del análisis de sombra arrojadas al terreno debido a que la cercanía de los edificios existente con respecto a nuestro terreno en la fachada norte (la mejor para el aprovechamiento solar). Estas edificaciones pueden tener una influencia negativa debido al cono de sombre arrojado en primer piso del terreno como en la fachada norte de la edificación proyectada. La edificación con mayor altura y colindante al proyecto se proyecto con 26 piso de altura, cada piso contempla 2,5m de alto, desde nivel de piso terminado (N.P.T.) con un total de altura desde el nivel 0.00 acceso calle de 65 metros.
- 66. 65 Esta edificación junto a las que se encuentran en la vereda poniente de la calzada contribuyen a la posible generación de sombras en el terreno del proyecto y aun más preocupante en la fachada norte del edificio Carmen – Argomedo. Como método de investigación se realizara un estudio de sombra a través del sofwear ecotec , este nos ayudara a identificar las áreas mas afectadas con la sombra arrojada a terreno y a nuestro proyecto estudiado . Inclinación extremas para Santiago en los solsticios de verano e invierno Para el correcto análisis de sombra de tendrá que identificar al latitud y longitud de la región metropolitana y los ángulos de solsticios de inverno y verano. “La Región Metropolitana (RM) es la única región mediterránea y la más pequeña del país. Se ubica entre los 32º55' y 34º19' de latitud sur, y entre los 69°47’ y 71°43’ longitud oeste. Deslinda al Norte y al Oeste con la Región de Valparaíso” (fuente: biblioteca congreso nacional). Edificio de proyecto Edificio colindante al terreno Imagen 25: Graficación de la distribución sola Fuente: http://www.hunterdouglas.cl/ap/uploads/cl/guia_solar_sustantibilidad.pdf Imagen 26: Acimut en respecto del edificio colindante al proyecto Fuente: de realización propia
- 67. 66 3.1.2.- TIPOLOGÍA DE EDIFICACIÓN El proyecto Carmen Argomedo, se define como un edificio de vivienda en altura. El proyecto está contemplado en dos etapas: Torre Poniente, Etapa 1 (zona azul), edificio de vivienda, estructura principal Hormigón Armado con un total de 26 pisos más terraza; Torre Oriente, Etapa 2 (Zona roja), edificio de vivienda, estructura principal Hormigón Armado con un total de 26 pisos más terraza. Actualmente la zona colindante a donde se debe emplazar el proyecto se encuentra una edificación de gran envergadura (zona amarilla). Imagen 27: Plano con las 2 etapas del proyecto Fuente: de realización propia. Metros cuadrados totales de terreno 4.362 m2
- 68. 67 3.1.3.- DIMENSIONAMIENTO Y CAPACIDAD PROYECTO Dentro del dimensionamientos y capacidad del los dos proyectos, torre a y torre b se estableció los criterios de separación para que cada edificación fuera independiente, con sus propios proyectos de ingeniería, arquitectura y administración. La torre B perteneciente a la etapa uno del proyecto, ubicada en la zona oriente del terreno, con acceso exclusivo a la calle Argomedo, se configuro de la siguiente forma: Con 26 pisos, sobre el primer nivel y una cantidad de 382 departamentos Altura del la edificación desde el NPT 0,00-+ 68,25 m Imagen 28: Esquema de plantas proyecto Carmen Argomedo. Fuente: Oficina de Arquitectura ETR. La torre A perteneciente a la etapa dos del proyecto con acceso exclusivo a la calle Carmen, se configuro de la siguiente forma: Con 26 pisos de departamentos más terraza superior, se estableció una configuración de 16 departamentos por piso con una cantidad de departamentos totales de 374. Altura del la edificación desde el NPT 0.00-+ 69,20 m
- 69. 68 (m²) (m²) (m²) (m²) (m²) (m²) (m²) (m²) aprox. INDICADORES GENERAL DEL PROYECTO POR TABLA Para este proyecto de evaluación técnica económica, nos enfocaremos en el dimensionamiento y desarrollo de la energía solar térmica en la etapa 2 del proyecto, ya que actualmente la etapa 1 está en su etapa de finalización. Tabla 7: Tabla de indicadores generales del proyecto Carmen – Argomedo Etapa 2. Fuente: Oficina de Arquitectura ETR.
- 70. 69 CARMEN ARGOMEDO ETAPA 2 El proyecto etapa 2 se conforma de la siguiente forma: PLANTA 1° Piso Imagen 29: Planta Primer Piso Edificio Carmen- Argomedo; núcleos de accesos. Fuente: de elaboración propia. 1.-Nucleo Hall de acceso peatonal 2.- Caja de escalera 3.- Pasillo común 4.- Núcleo de ascensores
- 71. 70 PLANTA 1° Subterráneo 1.- Estanques de Agua potable 2.- Caja de escalera 3.- Pasillo común 4.- Núcleo de ascensores 5.- Sala de eléctrica Estanques de agua Potable, ACS Para la conformación del sistema de agua caliente sanitaria el proyecto contempla zonas para la acumulación de agua potable y zonas separadas por distintos niveles para los equipos electrógenos e instalaciones eléctricas. Para la carga de ocupación del este edificio de vivienda se proyecto dos estanques de aguas. Estanque 1: Hormigón Armado separado de la estructura principal con una capacidad de 72.258 mᵌ. Estanque 2: Hormigón Armado Separado de la estructura principal con una capacidad de 103.797 mᵌ. Imagen 30: Planta 1° subterráneo Edificio Carmen- Argomedo zonas de estanques de agua potable Fuente: de elaboración propia.
- 72. 71 PLANTA 2° Subterráneo Imagen 31: Planta 2° subterráneo Edificio Carmen – Argomedo; zonas de estanques de agua potable y sala de bombas Fuente: de elaboración propia. 1.- Estanques de Agua potable 2.- Caja de escalera 3.- Pasillo común 4.- Núcleo de ascensores 5.- Sala de bombas Capacidad total de almacenamiento de agua potable en los estanques numero 1 y 2 176.055 mᵌ.
- 73. 72 PLANTA 2° al 3° PISO 1.- Caja de escalera 2.- Pasillo común 3.- Núcleo de ascensores 4.- Departamentos Imagen 32: Planta 2° al 3° Edificio Carmen- Argomedo; zonas comunes y privadas. Fuente: de elaboración propia.
- 74. 73 PLANTA 4 al 22° PISO Tipología de departamentos según; cálculo de capacidad de habitantes. (Número de camas por departamento) Planta tipo departamentos 4° al 1.- Departamento A 1 dormitorio = 2 camas 2.- Departamento B 2 dormitorios =4 camas 3.- Departamento C 2 dormitorios = 3 camas 5.- Departamento D 3 dormitorios = 5 camas 6.- Caja de escaleras 7.- Pasillo común A A A A A A A B BB C C C C C D Imagen 33: Planta tipo departamentos 4° al 22° Edificio Carmen- Argomedo; zonas comunes y privadas. Fuente: de elaboración propia.
- 75. 74 PLANTA 23 al 25° PISO Tipología de departamentos según cálculo de capacidad de habitantes (Número de camas por departamento) 1.- Departamento A 1 dormitorio = 2 camas 2.- Departamento B 2 dormitorios =4 camas 3.- Departamento C 2 dormitorios = 3 camas Para establecer el cálculo relacionado a tipología de departamento + numero de dormitorio + número de camas, se estableció la metodología usada comúnmente en las empresas inmobiliarias profesionales que actualmente son el referente de nuestra propuesta. Para este cálculo se establecían las siguientes denominaciones: A, B y C = Tipología de departamentos Estas tipologías puede variar dependiendo de la configuración de dormitorios que este se encuentre diseñados .Por ejemplo en el caso de tipologías B y C tiene la misma cantidad de habitaciones , pero la configuración interna de los departamento es distinta , uno se encuentra con 3 plazas y el otro con 4 plazas. Al aumentar el número de habitaciones aumentara el número de plazas y de personas residentes, esto nos puede afectar directamente. A A A A A A A B B B C C C C Imagen 34: Planta tipo departamentos 23° al 25° Edificio Carmen- Argomedo; zonas comunes y privadas. Fuente: de elaboración propia. B
- 76. 75 En el cálculo máximo de los estanques de agua caliente sanitaria, aumentando drásticamente su dimensión y encareciendo el sistema , como análisis profesional tenemos que entender que el aumento de dormitorios y por ende personas residente en la edificación no es una simple decisión de agregarle más pisos a la edificación, debido a que si decidimos aumentar la carga de ocupación del edificio, debemos considerar las varíales de costo y tecnología que aumentarían o simplemente seria insuficientes. PLANTA NIVEL 26 ° Planta área de instalaciones, sala de caldera, boilers y áreas comunes. Actualmente el edificio cuenta con una zona proyectada de 160 m² solo para las instalaciones de calderas y boilers, estableciendo la capacidad de estanque requerida para el dimensionamiento y de acuerdo a la carga ocupacional de edifico. 1.- Fondo de piscina instalaciones de piscina. 2.- Zona de caldera y boilers. 3.- Terrazas comunes libres. 4.- Área común cubierta. Imagen 35: Planta piso 26° Edificio Carmen- Argomedo; zonas comunes y salas de maquinas. Fuente: de elaboración propia.
- 77. 76 ESQUEMA GENERAL DE ELEVACIONES z ELEVACION ORIENTE ELEVACION SUR Imagen 36: Elevaciones Edificio Carmen- Argomedo Fuente: ETR Arquitectura. ELEVACION NORTE
- 78. 77 3.1.4.- IDENTIFICACION DE LAS ZONAS DE CONSUMO DE AGUA CALIENTE SANITARIA EN DEPARTAMENTOS Zonas de consumo de agua caliente sanitaria en planta tipo en departamentos. Imagen 37: Zonas de consumo de agua caliente en departamentos. Fuente: de elaboración propia. 1.- Zonas húmedas en planta tipo La identificación de las zonas húmedas dentro del proyecto se hace fundamental para el trazado de las redes y tener en la ingeniera básica en cuanto las primeras aproximaciones en cuando a la cantidad de redes y su ubicación por planta. Se observa que en este proyecto y en casi la totalidad de viviendas multifamiliares de estas tipologías, las redes de agua caliente deben avanzar por la losa del corredor. interior , desde la matriz de ubicada en las zonas verticales de seguridad ( escaleras ) a las salas de boiler ubicadas junto a los paneles solares. Para evitar deteriores en las redes de distribución de agua caliente ,es primordial que el ingreso a los departamentos siempre sea por las puertas de acceso a los departamentos y por todas las puertas del interior del departamento , así se evita que los habitantes puedan perforar estas zonas de la loza y provocar una ruptura en las redes. Imagen 38: Redes de agua caliente sanitaria en piso tipo Fuente: de elaboración propia.
- 79. 78 3.1.5.- DIMENSIONAMIENTO SEGÚN TIPOLOGIA DE DEPARTAMENTOS Y CAPACIDAD TODAL DE HABITANTES Para establecer el dimensionamiento del sistema de solar térmico, el cual deberá contar con una cierta cantidad de paneles, capacidad del sistema, capacidad de almacenamiento y dimensión de sus redes, se deberá establecer la carga de ocupación de la edificación según la tipología de departamentos proyectados en el edificio. Para establecer los primeros parámetros de la cuantificación, debemos referirnos al capítulo de dimensionamiento del proyecto, específicamente a las imágenes 31 y 32. Identificando las distintas tipologías de departamentos según numero de habitación y camas al interior: 1.- Departamento A 1 dormitorio = 2 camas 2.- Departamento B 2 dormitorios = 4 camas 3.- Departamento C 2 dormitorios = 3 camas 5.- Departamento D 3 dormitorios = 5 camas Con esta información ya levantada se procedió a elaborar la tabla número 8 en donde se identifica y cuantifica la cantidad de departamentos por piso. Las siguientes categorías fueron usadas; número de pisos, tipología de departamentos (A,B,C,D) y la cantidad de tipologías por pisos. El estudio arrojo el siguiente resultado. Con un total de 377 departamentos, se identifica la tipología A con un 44,5% (168 unidades), tipología B con un 19% (72 unidades), tipología C 31,2 % (118 unidades), tipología D 5% (19 unidades). Junto a esto se elaboro la tabla número 9 en donde identificamos el numero habitaciones por tipología de departamento y el último dato importante es la relación entre número de habitaciones por tipología y la carga ocupacional por unidad de habitación. Se observa en la tabla número 8 que todos los departamentos de tipo A solo tienen una habitación. En todos los análisis de carga de ocupación hechos por el estado y asociados a la cámara chilena de la construcción con ejemplos europeos, la clasificación habitación/persona es 1,5 persona por habitación (esto ocurre solo en departamentos tipo A). Cuando las tipologías crecen obteniendo mas habitaciones, la cuantificación se regulariza estableciendo un habitante por cama.
- 80. 79 Tabla 8: Distribución de Tipos de departamentos por Plantas. Fuente: de elaboración propia. Tabla 9: Determinación de cantidad de habitaciones por tipología de departamentos. Fuente: de elaboración propia. Tabla 10: Determinación de cantidad personas por tipología de departamentos Fuente: de elaboración propia. Tipología de departamentos (según número de camas). Numero de piso. Cantidad de tipos de departamentos por piso. Totales cantidad de deptos. por tipologías. Totales cantidad de deptos. en torre poniente.
- 81. 80 Tabla 11: Determinación de cantidad de personas totales en el edificio Fuente: de elaboración propia. 3.1.6.- CONSUMO DE AGUA CALIENTE SANITARIA (A.C.S.) PROMEDIO SEGÚN TIPOLOGIA DE DEPARTAMENTO Y DIMENSIONAMIENTO POR CANTIDAD DE HABITANTES. Tabla 12: Determinación consumo promedio diario de ACS Fuente: Camara Chilena de la Construcción.
- 82. 81 Ya establecido los criterios y cuantificación de habitantes máximos por tipología de departamentos se procedió a realizar los cálculos totales de carga de ocupación. Ver tabla numero 11. Operación realizada: Tipología B = 72 unidades deptos, habitantes máximos por depto 4 = 72x4=288 habitantes ( carga de ocupación máxima por tipología B). Las cifras totales arrojadas son 989 personas (carga de ocupación máxima). El último paso a realizar para establecer el consumo diario de A.C.S en un edificio de vivienda multifamiliar es establecer el consumo promedio por persona de agua calienta sanitaria. Ver tabla numero 12. Con un promedio de 30 litros diarios por persona para edificios multifamiliares, (datos sacados de la cámara chilena de construcción) nuestra carga máxima de agua caliente sanitaria será de 29.670 litros. Operación realizada: 989 habitantes por consumo diario promedio de A.C.S 30 litros. 989X30=29.670 litros. Resumen Criterios y Bases de Cálculo Los criterios y bases de cálculos se ajustan a los requerimientos de la Ley 20.365, sobre franquicia tributaria de Sistemas Solares Térmicos (SST) y reglamento de SST. Localidad : Santiago, Región Metropolitana, Chile Latitud Sur : 33º Zona Climática : “B” Contribución Solar Mínima : 60% (tolerancia hasta 56%) estipulado por el sistema de beneficio tributario nacional Tipo Vivienda : Multifamiliar Temperatura de uso : 45 C° Capacidad Torre : 989 personas Gasto Diario Total ACS : 29.670 litros.
- 83. 82 3.2.- DESARROLLO DE UN SISTEMA DE ENERGÍA RENOVABLE NO CONVENCIONAL. 3.2.1.- INCIDENCIA SOLAR. Zonas de mayor incidencia solar según contexto urbano y posición geográfica. Programa Ecotec. Para la identificación de las mayores zonas de exposición solar dentro del proyecto, se decidió trabajar con el software Ecotec, el cual modelando en tres dimensiones los volúmenes básicos del proyecto e insertarlos en el contexto urbano real, se puede simular las condiciones de asolamiento de las distintas zonas del proyecto . Mediciones solsticios de invierno 21-22 de julio Mediciones solsticios verano 20-21 de diciembre Imagen 39: solsticios de invierno 21 de julio 9:00 hrs Fuente: de elaboración propia. Imagen 40: Solsticios de invierno 21 de julio 12 hrs. Fuente: de elaboración propia. Imagen 41: Solsticios de invierno 21 de julio 15 hrs. Fuente: de elaboración propia. Imagen 42: Solsticios de invierno 21 de julio 18 hrs. Fuente: de elaboración propia.
- 84. 83 Ingresando las coordenadas de latitud y longitud de región metropolitana, se pudo desplegar la malla solar, la cual nos ayudara a identificar las mayores aéreas de sombras en el proyecto. La malla esta segmentada por los meses del año, hora del día e inclinación solar, esta nos proyecto la sombra de los edificios colindante al proyecto. Se observa que en el solsticios de invierno, cuando la inclinación solar es la más baja del año con 33° con respecto al eje horizontal, es casi nula la precedencia de sol directo en las aéreas del primer piso del proyecto, en tanto en la fachada norte del edificio, se proyecta un 40% de sombra debido a la cercanía de las edificaciones colindantes. La única zona que se identifico que tiene un 0% de sombra en los meses de invierno es la terraza del proyecto. Imagen 43: Solsticios de verano 20 de diciembre 9:00 hrs. Fuente: de elaboración propia. Imagen 44: Solsticios de verano 20 de diciembre 12:00 hrs. Fuente: de elaboración propia. Imagen 45: Solsticios de verano 20 de diciembre 15:00 hrs. Fuente: de elaboración propia. Imagen 46: Solsticios de verano 20 de diciembre 18:00 hrs. Fuente: de elaboración propia.
- 85. 84 En el solsticio de verano cuando el sol se encuentra en un mayor ángulo con respecto al eje horizontal , llegando los rayos perpendiculares a la tierra, 83 ° (imágenes 43-46), también se observa durante el día áreas de sombra directa, producto de los edificios colindantes , al tener un porcentaje de sombra en zonas con posibilidad de instalación de paneles solares , estas hacen que la ganancia energética del panel solar sea menor, las sombras generan una influencia negativa en la generación de energía . Las edificaciones aledañas a nuestro proyecto inciden desfavorablemente arrojando una sombra considerable en el nivel del primer piso. Imagen 47: Perspectiva sombra arrojada 21 de junio 16:00 hrs Fuente: de elaboración propia. Imagen 48: Perspectiva sombra arrojada 21 de junio 7:00 hrs Fuente: de elaboración propia. Terraza Área de mayor incidencia solar Terraza Área de mayor incidencia solar
- 86. 85 Debido a esta condicion de poca precencia de luz natural y energia en la zona del primer nivel, se busco alternativas de algunas zonas con mayor prescencia de luz natural constante . El análisis morfológico de las edificaciones contiguas y los ángulos solares de invierno y verano establecieron que la mejor zona del proyecto para la ganancia constante de energía solar es la zona de terrazas. Esta se encuentra en una constante exposición de sol en todas las estaciones del año y no existe perdida de energía a raíz de sombras arrojadas por las edificaciones colindantes. Imagen 49: Perspectiva sombra arrojada 21 de diciembre 10:00 hrs. Fuente: de elaboración propia. Imagen 50: Perspectiva sombra arrojada 21 de diciembre 8:30 hrs. Fuente: de elaboración propia. Terraza Área de mayor incidencia solar Terraza Área de mayor incidencia solar
- 87. 86 3.2.2.- IRRADIACIÓN SOLAR Para determinar la irradiación solar que recibe nos referiremos a la siguiente tabla de registro solarimétrico. Irradiación global mensual y anual en diferentes inclinaciones y azimut (MJ/m²) Localidad: Santiago, Bandera. Latitud: 34,47° Sur Tabla 13: Registro Solarimétrico Santiago, Bandera. Fuente: http://descontamina.cl/blog/2009/12/irradiacion-solar-en-territorios-de-la-republica-de-chile-registro- solarimetrico/
- 88. 87 3.2.3.- TEMPERATURA (T) DEL AGUA EN LA RED. Una de las variables de mayor importancia para el desarrollo de un sistema de ACS y SST es identificar la temperatura del agua de red, debido a que el sistema de agua caliente sanitaria siempre en edificios multifamiliares trabajara a una temperatura de 45 °C y no mayor a esto debido a que si la temperatura subiera bruscamente , puede hacer riesgos de quemaduras para el usuario final . ¿Cómo llegamos a obtener 45 °C en la red de ACS? , por medio de paneles solares y calderas a gas de apoyo, pero es de suma importancia sacar el mayor rendimiento energético al sistema, es por esto que se debe identificar la temperatura de la red en esta zona climática. Para esto tomamos las medidas del agua natural en la red que corresponden a un edificio multifamiliar en la región metropolitana en grados C°, esta temperatura nos dará la base para llegar a los 45 °C que necesitamos. Se observa en el grafico 6 la temperatura del agua de la red en los distintos meses del año y como es natural, sus máximas se encuentran en los meses de mayores temperaturas ambientales que son diciembre, enero, febrero, marzo, a diferencia de los meses más helados que son en invierno. Como meses puntuales podemos observar que en meses de verano la temperatura de la red puede llegar fácilmente al 43,1% de lo necesario (45C°) teniendo un aporte considerable. En meses invernales podemos llegar a un máximo de aporte de 21,1 %. Medias mensuales extraídas del Manual de Diseño para calentamiento de Agua con sistemas Solares CDT- Cámara Chilena de la Construcción. Grafico 6: Temperatura agua de red en Santiago Fuente: de elaboración propia. Fuente: Cámara Chilena de la Construcción Mes T agua de red (°C) 1 Enero 19,4 2 Febrero 20,3 3 Marzo 19,8 4 Abril 17,7 5 Mayo 14,7 6 Junio 11,6 7 Julio 9,5 8 Agosto 9,2 9 Septiembre 10 10 Octubre 12 11 Noviembre 14,6 12 Diciembre 17,2 Media Anual 14,7 0 5 10 15 20 25 Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre T (°C) Tabla 14: Temperaturas medias mensuales del agua de red
- 89. 88 3.2.4.- CALCULO DEL SALTO TÉRMICO A CUBRIR. Con esta información obtenida de la temperatura en la red a través de los meses y su promedio anual podemos identificar cuanto es el salto térmico que nuestro sistema debería aportar, tanto calderas como paneles en C°. El salto térmico siempre será la resta entre la temperatura de la red y nuestras necesidades térmicas a cubrir, en este caso 45 C°. Diferencia entre la temperatura de acumulación final de A.C.S. y la temperatura del agua de la red. Temperatura caliente según RITCH ITE 02.5.1. Tabla 15: Salto térmico a cubrir Fuente: de elaboración propia. Mes T agua Salto TérmicoRed Acumulación (°C) (°C) 1 Enero 19,4 45 25,6 2 Febrero 20,3 45 24,7 3 Marzo 19,8 45 25,2 4 Abril 17,7 45 27,3 5 Mayo 14,7 45 30,3 6 Junio 11,6 45 33,4 7 Julio 9,5 45 35,5 8 Agosto 9,2 45 35,8 9 Septiembre 10 45 35 10 Octubre 12 45 33 11 Noviembre 14,6 45 30,4 12 Diciembre 17,2 45 27,8
- 90. 89 Grafico 7: Comparativo Temperatura agua de red – Temperatura de acumulación. Fuente: de elaboración propia. Grafico 8: Salto térmico a cubrir. Fuente: de elaboración propia. 3.2.5.- CÁLCULO DE LA ENERGÍA (E) NECESARIA PARA CUBRIR EL SALTO TÉRMICO Aplicación de la formula de calor: Q = m • Cₑ • ΔT 0 10 20 30 40 50 T agua de Red (°C) T acumulación (°C) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 T de acumulación (°C)
- 91. 90 Datos de la aplicación: Densidad del agua: ρ = 1g/cm³ = 1000 kg/m³ Calor especifico del agua: Cₑ = 1 cal/ (g • °C) = 4180 J/ g(K • °C) Tabla 16: Cálculo de la energía (e) necesaria para cubrir el salto térmico. Mes Salto térmico Consumo diario Densidad Calor especifico Demanda energética media diaria (°C) (ó K) m³/día Kg/ m³ J/Kg°C J/día MJ/día 1 Enero 25,6 29.670 1.000 4.180 3.174.927.360.000 3.174.927,36 2 Febrero 24,7 29.670 1.000 4.180 3.063.308.820.000 3.063.308,82 3 Marzo 25,2 29.670 1.000 4.180 3.125.319.120.000 3.125.319,12 4 Abril 27,3 29.670 1.000 4.180 3.385.762.380.000 3.385.762,38 5 Mayo 30,3 29.670 1.000 4.180 3.757.824.180.000 3.757.824,18 6 Junio 33,4 29.670 1.000 4.180 4.142.288.040.000 4.484.337,44 7 Julio 35,5 29.670 1.000 4.180 4.402.731.300.000 4.402.731,30 8 Agosto 35,8 29.670 1.000 4.180 4.439.937.480.000 4.439.937,48 9 Septiembre 35 29.670 1.000 4.180 4.340.721.000.000 4.340.721,00 10 Octubre 33 29.670 1.000 4.180 4.092.679.800.000 4.092.679,80 11 Noviembre 30,4 29.670 1.000 4.180 3.770.226.240.000 3.770.226,24 12 Diciembre 27,8 29.670 1.000 4.180 3.447.722.680.000 3.447.722,68 Grafico 9: Demanda energética diaria Fuente: de elaboración propia. 0,00 1.000.000,00 2.000.000,00 3.000.000,00 4.000.000,00 5.000.000,00 MJ/día Fuente: de elaboración propia.
- 92. 91 3.2.6.- CÁLCULO DE LAS DEMANDAS ENERGÉTICAS MENSUALES Tabla 17: Cálculo de las demandas energéticas mensuales. Demanda energética Mes Consumo E Diaria Mensual día MJ/día MJ/mes 1 Enero 31 3.437.096,96 106.550.006 2 Febrero 28 3.316.261,52 92.855.323 3 Marzo 31 3.383.392,32 104.885.162 4 Abril 30 3.665.341,68 109.960.250 5 Mayo 31 4.068.126,48 126.111.921 6 Junio 30 4.484.337,44 134.530.123 7 Julio 31 4.766.286,80 147.754.891 8 Agosto 31 4.806.565,28 149.003.524 9 Septiembre 30 4.699.156,00 140.974.680 10 Octubre 31 4.430.632,80 137.349.617 11 Noviembre 30 4.081.552,64 122.446.579 12 Diciembre 31 3.732.472,48 115.706.647 Fuente: de elaboración propia. 0,00 20.000.000,00 40.000.000,00 60.000.000,00 80.000.000,00 100.000.000,00 120.000.000,00 140.000.000,00 160.000.000,00 Diaria Mensual Grafico 10: Demanda energética mensual. Fuente: de elaboración propia. MJ
- 93. 92 3.2.7.- DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA F-CHART Para el dimensionado de las instalaciones de energía solar térmica se sugiere el método de las curvas f (F-Chart), que permite realizar el cálculo de la cobertura de un sistema solar, es decir, de su contribución a la aportación de calor total necesario para cubrir las cargas térmicas, y de su rendimiento medio en un largo período de tiempo. Ampliamente aceptado como un proceso de cálculo suficientemente exacto para largas estimaciones (cálculo anual), no ha de aplicarse para estimaciones de tipo semanal o diario. Para desarrollarlo se utilizan datos mensuales medios meteorológicos, y es perfectamente válido para determinar el rendimiento o factor de cobertura solar en instalaciones de calentamiento, en todo tipo de edificios, mediante captadores solares planos. Su aplicación sistemática consiste en identificar las variables a dimensionales del sistema de calentamiento solar y utilizar la simulación de funcionamiento mediante una tabla, para dimensionar las correlaciones entre estas variables y el rendimiento medio del sistema para un dilatado período de tiempo. Se establecieron los siguientes criterios de datos para el correcto desarrollo del sistema: 1.- Cantidad de viviendas tipo (ver capitulo de dimensionamiento del proyecto 3.1.5, Pagina 78). 2.- Volumen de almacenamiento de los boilers establecidos por el especialista de acuerdo al consumo diario por habitante de ACS y estanques de agua potable para el correcto funcionamiento. - Dos estanques de agua en los subterráneos con una capacidad total de almacenamiento de agua potable de 176.055 mᵌ. - En la zona superior de instalaciones, se estableció la zona de calderas y boilers. Para el correcto funcionamiento se estableció la instalación de cuatro boilers acumuladores de ACS de 4.000 lts. cada uno, haciendo un total de 16.000 lts . (Ver capitulo de dimensionamiento del proyecto 3.1.3). 3.- Se estableció una superficie mínima por Panel solares de 2.34 [m²] cada uno, panel solar modelo K423. 4.- Se estableció la zona de mayor incidencia solar dentro del proyecto (ver capitulo de incidencia solar 3.2.1) y se dimensiono esta área nivel terraza del proyecto, estableciendo una capacidad máxima de 108 paneles con un total de 252.08 m². 5.- Se estableció la mejor inclinación del panel solar térmico, dejándolo a 30° con respecto al eje horizontal, siento esta inclinación la que tiene mayor potencia captadora de rayos solares. 6.- Factor global de perdida establecido por las especificaciones técnicas del panel solar plano. 7.- Rendimiento del panel solar modelo K423 marca Anwo eficiencia óptica 78.1%. 8.- Perdidas por sombras. Actualmente la zona elegida (zona de terraza del proyecto) tiene una perdida por sombra de cero, reafirmando que esta es la mejor opción de posicionamiento de los paneles solares.
- 94. 93 Algoritmo de verificación del cumplimiento de la contribución solar mínima (F-CHART) Tabla 18: Algoritmo de verificación del cumplimiento de la contribución solar mínima (F-CHART) Fuente: de elaboración propia.
- 95. 94 Establecidos los criterios de cantidad de departamentos, número de personas, consumo promedio diario de ACS, superficie de colectores, orientación azimut, inclinación del colector solar y factores de pérdidas y eficiencia del panel, se estableció que cumple con un 63 % de rendimiento promedio anual de generación de ACS para el proyecto CAT. Este porcentaje nos demuestra que el sistema que se está diseñando cumple con los estándares apropiados para la incorporación de un sistema pasivo en la generación de agua caliente. De esta misma forma, dicho porcentaje también nos incluye en la franquicia tributaria para la instalación de paneles solares térmicos haciendo posible que la generación de ACS pueda bajar sus costos y ser un sistema económica y medioambientalmente sustentable. De acuerdo al cuadro establecido por F-CHART, estos son las demandas mensuales en kWh y contribución solar en kWh. Se deduce que la mayor demanda de kwh se establece en los meses invernales de mayo, junio, julio y agosto y de acuerdo a la tecnología usada por el panel solar elegido , la contribución solar de este sistema puede llegar en estos meses desde un 33% hasta un 48% , significando un ahorro considerable en el uso de del gas que alimenta el sistema secundario de caldera. Contribución solar a la demanda mensual. Tabla 19: Contribución solar a la demanda mensual. Fuente: de elaboración propia. Contribución solar a la demanda anual. DEMANDA ANUAL CONTRIBUCIÓN SOLAR CONTRIBUCIÓN SOLAR kWh kWh % ENERO A DICIEMBRE 354.039 224.264 63% Tabla 20: Contribución solar a la demanda anual. Fuente: de elaboración propia.
- 96. 95 3.3.- PROPUESTA TÉCNICA DE INSTALACIÓN Un sistema solar térmico transforma la energía radiante emitida por el sol en energía térmica y la acumula, en forma de agua caliente, para pasar al sistema de apoyo antes de su posterior consumo. El sistema de apoyo, por su parte, es el encargado de cubrir las diferencias térmicas que el aporte solar no alcance a proveer al sistema. Esta diferencia térmica se le llamo el salto térmico identificado en los puntos anteriores. Para entender el funcionamiento del sistema establecimos un esquema general de funcionamiento el cual nos ayudara a identificar las partas y el todo el sistema requerido. Imagen 49: Esquema General de Funcionamiento del SST en el proyecto CAT X SISTEMA DE CAPTACION SISTEMA DE INTERCAMBIO SISTEMA DE ACOMULACION SISTEMA DE APOYO CONSUMO CS: COLECTOR SOLAR 1C: SALIDA DEL COLECTOR Y CALDERA AUXILIAR IE: INTERCAMBIADOR DE CALOR CS IE BP BS AS AA CA AF ACS RACS BR DA 2C: SALIDA DEL INTERCAMBIADOR AL DEPOSITO DE ACUMULACION SOLAR AS: ACUMULADOR SOLAR 3C: SALIDA DEL AS ACUMULADOR SOLAR AA: ACUMULADOR DEL SISTEMA DE APOYO SOLAR 4C: SALIDA DEL ACS AGUA CALIENTE SANITARIA IE: INTERCAMBIADOR DE CALOR 1F: RETORNO DESDE EL INTERCAMBIADOR A COLECTORES O CALDERA AUXILIAR 2 F: RETORNO DESDE LA DA 3 F: ALIMENTACION DE AGUA FRIA DE RED 4 F: RETORNO DE AGUA CALIENTE SANITARIA Imagen 51: Esquema General de Funcionamiento del SST en el proyecto CAT Fuente: de elaboración propia
- 97. 96 A.- SISTEMA DE CAPTACIÓN. Sistema de captación transforma la radiación solar incidente en energía térmica aumentando la temperatura del agua y este se hace a través de los paneles solares. B.- SISTEMA DE ACUMULACIÓN. Sistema de acumulación: almacena el agua caliente hasta que se precise su uso. C.- SISTEMA DE INTERCAMBIO Sistema de intercambio realiza la transferencia de energía térmica entre el fluido de trabajo, que circula por el circuito primario, y el del circuito secundario (agua de consumo). D.- SISTEMA DE APOYO (AUXILIAR O DE RESPALDO) Sistema de apoyo (auxiliar o de respaldo): complementa el aporte solar suministrando la energía necesaria para cubrir el consumo previsto. En algunos aspectos, este sistema no se considera incluido en el SST. E.- RED HIDRÁULICA Está constituido por todos los circuitos hidráulicos que son los conjuntos de cañerías, con su aislante, accesorios, bombas, válvulas, etc. que interconectan los distintos sistemas y mediante la circulación de fluidos producen la transferencia de calor desde el sistema de captación hasta el consumo. F.- SISTEMA ELÉCTRICO Y DE CONTROL Sistema eléctrico y de control Imagen 52: Sistema eléctrico y de control. Fuente: de elaboración propia. G.- CIRCUITO PRIMARIO Circuito primario: permite la circulación del fluido a través de los colectores que recogen la energía térmica y la transporta hasta el intercambiador. D.- CIRCUITO SECUNDARIO Circuito secundario: recoge en el intercambiador la energía captada por el circuito primario y la transfiere al depósito de acumulación. E.- CIRCUITO DE CONSUMO Circuito de consumo: transporta agua potable de consumo y comprende desde la acometida de agua fría,
- 98. 97 pasando por los sistemas de acumulación y de apoyo, hasta la red de distribución que alimenta a los puntos de consumo. 3.3.1.- ESQUEMA GENERAL DE FUNCIONAMIENTO DEL SST EN EL PROYECTO CAT El esquema de alimentación de agua potable a la zona de paneles solares para la producción de agua caliente parte desde los estanques, los cuales están en los subterráneos -1 y -2. Los estanques deben estar contiguos a una sala de bombas hidropack las cuales dependiendo del requerimiento de uso (cantidad de departamentos usando el agua sanitaria) se activaran y subirán el agua hasta los boiler de acumulación en la zona de terraza cubierta (Ver imagen 53).
- 99. 98 Imagen 53: Esquema 1 Alimentación Agua Potable Imagen 54: Esquema 2 Alimentación a Boilers. Agua Caliente Sanitaria a deptos. Fuente: de elaboración propia. Fuente: de elaboración propia.
- 100. 99 Imagen 55: Esquema 3 Alimentación Agua Potable a deptos. Fuente: de elaboración propia.
- 101. 100 3.4.- LAS CUATRO PARTES DEL SISTEMA S.S.T. Y SU INSERCIÓN EN EL PROYECTO 3.4.1.- PANEL SOLAR 3.4.1.1.- CRITERIO DE SELECCIÓN DEL PANEL SOLAR TÉRMICO El Panel solar térmico que se instalara en el edificio CAT 2 será el dispositivo que transforma la radiación solar en energía calórica; esta se transfiere por medio de un fluido caloportador traspasando el calor a la red de ACS. Este elemento es el principal componente del sistema de captación y el elemento más representativo de las instalaciones solares térmicas. Además de captar el calor de manera eficiente, el panel solar debe estar diseñado para soportar la continua exposición a condiciones exteriores tales como lluvia, nieve, granizo, polvo, etc. y para resistir las altas y bajas temperaturas a las que va a estar sometido. Para establecer la elección del panel solar térmico, elaboramos criterios de selección, estos son: 1. La disponibilidad de un certificado del colector. 2. Los resultados del ensayo: fundamentalmente los parámetros de rendimiento del colector y la pérdida de calor y eficiencia del panel. 3. Los materiales que lo componen: espesor y calidad del vidrio, materiales del absorvedor, formas de conexión exterior, características de aislación y materiales de la carcasa. 4. La facilidad para constituir baterías de colectores y los tipos de accesorios de conexión y de sujeción, así como los procedimientos de trabajo a utilizar. 5. La capacidad de adaptación a la estructura de soporte, al edificio y a las condiciones generales de la instalación. 7. La disponibilidad de un manual de instrucciones claro. 8. Las condiciones de mantención previstas en el manual. 9. Las formas de embalaje, transporte y almacenaje previstos. 10. Las condiciones y los plazos de la garantía del fabricante y del distribuidor. 11. Las referencias de instalaciones en los que se ha utilizado y los años de experiencia constatable. 3.4.1.2.- ELECCIÓN DEL PANEL SOLAR De acuerdo a los criterios establecidos en el punto anterior, el panel elegido para el calentamiento de agua sanitaria (CAS) dentro de tipo de edificación y las necesidades de esta, relacionado a su superficie, ganancia térmica, costos de instalación y costos del panel será un panel solar plano multipropósito. Especificaciones del panel solar: Panel solares de 2.34 [m²] cada uno. Tipo: Panel Solar Plano Multipropósito Cuerpo: Aluminio Aislante: Lana Mineral, 50 [mm]
- 102. 101 Vidrio: Templado, de 3.2 [mm] y bajo contenido de hierro Equipo Ref. : KSB, Modelo K423MS (Comercializado por ANWO S A.) Accesorio: Regulador térmico diferencial (3 sensores) Tabla 21: Especificación técnica panel K423 ms industrial . Fuente: www.anwo.cl 1. La disponibilidad de un certificado del colector: Este tipo de colector solar tiene certificación internacional europea con estándares de diseño y eficiencia acorde a las necesidad del proyecto y aun mas importante tiene la certificación del estado para estar dentro de la franquicia tributaria establecida en la ley 20.365. 2. Los resultados del ensayo: Fundamentalmente los parámetros de rendimiento del colector y la pérdida de calor y eficiencia del panel. De acuerdo a los parámetros que nos entrega las especificaciones técnicas con respecto al tamaña en m2 del panel, coeficiente de rendimiento 78.1% por superficie de apertura y coeficiente de pérdida de calor 3.83 W/(m²K), se establece en la formulación del F-chart que dicho modelo de panel nos dará un aporte superior al 63% de rendimiento anual de ACS. (Ver cálculo de F-Chart).
- 103. 102 3. Los materiales que lo componen: Espesor y calidad del vidrio, materiales del absorvedor, formas de conexion exterior, características de aislación y materiales de la carcasa. Los materiales que componen el panel solar plano son : carcasa perfil extruido de aluminio con recubrimiento electroestático , alta resistencia a los golpes con esquineros anti golpes y de bajo pase por la condición de aluminio. 4. La facilidad para constituir baterías de colectores y los tipos de accesorios de conexión y de sujeción: Tipo de panel solar plano con posibilidad de dos entradas de conexión para que entre el fluido caloportador y capacidad para que se establezca una batería de paneles dispuestos en paralelo para una mayor eficiencia en el espacio. 5. La capacidad de adaptación a la estructura de soporte, al edificio y a las condiciones generales de la instalación: Este panel tiene una alta capacidad de adaptación para la instalaciones en techumbres inclinadas o generando una estructura secundaria que le de soporte a la instalación de dicho panel. Alta flexibilidad en la instalación. 7. La disponibilidad de un manual de instrucciones claro: ANWO, empresa que sustenta la importación e instalación del sistema, dentro de sus garantías tiene el asesoramiento técnico para las instalaciones, tanto a nivel unifamiliar como multifamiliar. 8. Las condiciones de mantención previstas en el manual: Todos los artículos del sistema de ACS, tanto paneles solares como bombas, boilers e intercambiadores, necesitan de una mantención continua establecida como un requerimiento fundamental por el personal técnico que suministra los equipos. Esta mantención continua se hace fundamental debido a que la curva de gastos operacionales de mantención del sistema se puede ver incrementada drásticamente si los equipos no reciben apropiadamente su mantención, hasta el punto de necesitar nuevas partes completas del sistema por un colapso al no mantener dichas partes. 9. Las formas de embalaje, transporte y almacenaje previstos: Todos los colectores solares vienen armados de fabrica, solo llevados a la obra en el proceso de instalación del panel en la disposición que mas acomode al sistema, en este caso se usara en paralelo, de fácil montaje con un peso de 39 kg con carga, este panel esta dentro de los más eficientes del mercado, en relación a su precio, materialidad y eficiencia del panel.
- 104. 103 10. Las condiciones y los plazos de la garantía del fabricante y del distribuidor: El sistema tiene una garantía de 4 años con las respectivas mantenciones contantes, establecida por el personal técnico adecuado del fabricante. 11. Las referencias de instalaciones en los que se ha utilizado y los años de experiencia constatable: Anwo cuenta con más de 25 años de experiencia trabajando en grandes proyectos de viviendas multifamiliares. 3.4.1.3.- UBICACIÓN DEL PANEL SOLAR EN EL PROYECTO. De acuerdo a lo establecido en el capitulo 3.2.1.- Incidencia solar, se estableció la zona optima como perdida solar de 0 % dentro del proyecto, esta zona es la terraza del edificio. Para establecer la correcta instalación del panel solar y sacar el mayor rendimiento al sistema de paneles solares, haciendo posible la contribución del 63% media anual de ACS, establecemos cinco criterios importantes. 1.- Ubicación del panel (zona de terraza). 2.- sistema de agrupamiento. 3.- Orientación Norte. 4.- Azimut. 5.- Inclinación del Panel solar con respecto al eje horizontal 30°. 6.- Distanciamientos entre panel, para no producir sombras entre dichos elementos. Imagen 56: Ubicación de paneles solares en nivel terraza Fuente: de elaboración propia. Zonal libre de paneles, piscina
- 105. 104 3.4.1.4.- SISTEMA DE AGRUPAMIENTO DE LOS PANELES SOLARES. Para el correcto funcionamiento del sistema de paneles solares, se estableció un agrupamiento en paralelo. Este sistema nos da la ventaja de establecer grupos individuales de seis paneles con sistemas de seguridad, válvulas de corte en cada sección de 6, sistema independiente. Imagen 57: Sistema de agrupamiento de los Paneles Solares. Fuente: de elaboración propia. En el grupo de paneles de seis, ingresa el líquido caloportador frio por la parte inferior de los paneles, saliendo caliente por el último panel por la parte superior. En el siguiente esquema se muestra el serpentín interior del panel el cual está conectado a través de cañerías de alta resistencia para que el líquido caloportador fluya por todo el sistema. Imagen 58: Flujo del liquido caloportador en los Paneles Solares. Fuente: de elaboración propia. Salida del líquido caloportador caliente Entrada del líquido caloportador frio
- 106. 105 Imagen 59: Esquema de seguridad e independencia de cada sistema de seis paneles. Fuente: de elaboración propia. El siguiente esquema nos muestra que cada sección de 6 paneles puede funcionar independiente de los otros sistemas. Esta disposición y sistema de seguridad es fundamental para mantener en funcionamiento este tipo de sistemas y cantidad de paneles solares. Del mismo modo entendemos que el sistema es uno solo, cada panel aporta una cantidad de KW/h de energía que será trasmitido al sistema de ACS. Imagen 60: Esquema de paneles solares, un sistema completo. Fuente: de elaboración propia.
- 107. 106 3.4.1.5.- AZIMUT, INCLINACIÓN Y SEPARACIÓN ENTRE LOS PANELES SOLARES. Para que los paneles solares capten la mayor cantidad de energía solar, se deben tener en cuenta los tres criterios de mayor importancia para este fin. Azimut, inclinación y separación entre paneles. Azimut: El Azimut elegido para este proyecto es 0˚, dejando los paneles solares con una orientación directa al norte. Esta decisión nos hace aprovechar la mayor cantidad de irradiación solar, tanto en invierno como en verano. Inclinación: La inclinación es otro factor importante que determina si los paneles solares pueden estar funcionando a su máxima capacidad de captación solar. Dependiendo de la situación geográfica de la instalación del panel, este puede variar la inclinación en grados con respecto al plano horizontal, para este proyecto se decidió ocupar 30˚ de inclinación, este dato incorporado al sistema de medición energética F-CHART, nos muestra que este ángulo es el optimo en esta situación geográfica, pudiendo obtener la mayor cantidad de tiempo y energía calórica a través de los paneles solares. Imagen 61: Azimut Panel Solar. Fuente: de elaboración propia. Separación entre los paneles: Como última medida para mejor el aprovechamiento solar, es el distanciamiento entre los paneles solares, esto se debe a que con un grado de inclinación de 30ª grados con respecto al eje horizonte, los paneles entre sí pueden arrojar sombrar tanto en verano como invierno. Debemos identificar el Angulo solar más desfavorable (inviernos 33ª) y dejar entre los paneles un triangulo de sombra, 30º de inclinación del panel, 33º en la otra punta para evitar sombras directas entre paneles.
- 108. 107 Imagen 62: Inclinación Panel Solar. Fuente: de elaboración propia. 3.4.1.6.- FUNCIONAMIENTO DEL PANEL SOLAR Y SISTEMA DE SEGURIDAD ANTICONGELANTE. Para que exista y se traspase energía calorífica al agua helada de la red, los paneles solares deben funcionar al interior del serpentín con un líquido caloportador. El fluido caloportador pasa por los tubos que forman el panel solar. Al circular por el colector, el líquido se calienta, absorbiendo la energía de radiación proveniente del sol. Para el proyecto se utilizara: • Agua con anticongelante. Imagen 63: Circuito agua con anticongelante. Fuente: http://www.sunflower-solar.com/index_es.php?act=content&scheduler_id=2361 El circuito cerrado con el cual se diseño el proyecto contiene el fluido caloportador este debe cumplir las especificaciones técnicas que indique el fabricante de los colectores. El fluidos que circulan deberá estar compuesto de un 30% de glicol + 70% agua. El agua a la que se le ha añadido anticongelante hay que tener en cuenta las siguientes características de la mezcla: • Toxicidad. En general los anticongelantes son tóxicos por lo que hay que asegurar la imposibilidad de
- 109. 108 mezcla entre éstos y el agua de consumo. Se utilizará un intercambiador para la completa separación entre el circuito primario y el agua de consumo. • Viscosidad. La mezcla de anticongelantes con agua tiene mayor viscosidad que el agua sola, lo que habrá que tener en cuenta para el cálculo de la pérdida de carga y de la potencia de la bomba impulsora. • Dilatación. La mezcla de anticongelante con agua tiene mayor dilatación térmica que el agua, lo que se tendrá que valorar a la hora de dimensionar el vaso de expansión. • Estabilidad. La mayor parte de los anticongelantes se degradan a temperaturas superiores a los 120 grados Centígrados y pueden derivar en productos corrosivos que alteren el funcionamiento del sistema. • Temperatura de ebullición. El anticongelante eleva ligeramente la temperatura de ebullición del agua, lo que se considera como un efecto positivo sobre el sistema. • El contenido en sales totales solubles debe ser menor a 0,5 gramos por litro de fluido para que no se formen depósitos salinos. El contenido en sales de calcio no excederá de 200 mg/l, expresados como contenido en carbonato cálcico. Como sistema de seguridad, el sistema de panel solar contempla, dos escenarios negativos, que puede afectar el buen funcionamiento del sistema, el primero es cuando existen bajas temperaturas en las zonas climáticas que se instala el panel solar, las bajas temperaturas puede llegar a reventar las cañería interna del panel solar y en día de alta temperatura, el liquido caloportador puede generar grandes presiones dentro del sistema, teniendo un peligro de colapso general de las redes. Para el primer caso, el liquido caloportador, constituido por una mezcla de agua + glicol, lo hace fundamental para que el liquido no se congele y reduciendo al mínimo esta posibilidad. Para el segundo caso de altas temperaturas, el sistema contempla bombas de vaciado y estanques de receptores del líquido caloportador, sacándolos de los paneles por completos evitando el sobrecalentamiento del sistema y disminuyendo la presión de las redes.
- 110. 109 Imagen 64: Circuito liquido caloportador. Fuente: de elaboración propia. Estanque de seguridad, vaciado del líquido caloportador Intercambiador de calor, traspaso de calor / no hay mezcla con agua potable cio caloportador Estanque y bomba del líquido caloportador Ingreso del líquido caloportador con baja temperatura Salida del líquido caloportador con alta temperatura Panel solar
- 111. 110 3.4.2.- ACUMULADOR DE ACS 3.4.2.1.- TIPO DE ACUMULADOR DE ACS Estanques de Acumulación de Agua Caliente Sanitaria (EACS). Deberán proveerse y montarse cuatro acumuladores de agua caliente sanitaria de 4.000 Lts. de capacidad cada uno, de diseño vertical. Estos equipos serán fabricados con chapa de acero y llevaran tratamiento anticorrosivo interno del tipo vitrificado epóxico. El aislamiento será del tipo flexible de poliuretano expandido densidad 18 kg/m3 con protección de PVC externo. Criterios para el acumulador solar: Por razones del espacio disponible. Para conseguir una mejor distribución de las cargas. Para aumentar la fiabilidad del sistema completo. Para permitir la mantención sin paralizar la instalación. Para utilizar acumuladores de fábrica y no realizados en obra. Por razones económicas. Equipo de referencia: Máster Europa de Lapesa Los equipos llevaran los siguientes accesorios: Equipo Protección Catódica Correx-Up (Ánodo de titanio con Potenciostato) Sensor de temperatura (PT100) para control Termómetro de 0 - 100 º C, 4" de diámetro. Válvula de seguridad. Válvula quebradora de vacío. La nueva serie de depósitos de gran capacidad, para uso comunitario o industrial "MASTER EUROPA", presenta características de diseño que recogen y se adaptan a todas las disposiciones y exigencias de la actual normativa sobre sistemas para la producción y acumulación de ACS, utilizando cualquier fuente energética conocida, incluyendo las energías renovables. Son depósitos para instalación vertical de 4.000 litros de capacidad, con un exclusivo sistema de modelos preparados para la incorporación de sistemas externos de intercambio térmico, como por ejemplo: intercambiador de placas o resistencias eléctricas de calentamiento. Todos los depósitos disponen de "boca de entrada de hombre DN 400" para el acceso a su interior. Su fabricación se realiza en acero revestido o en acero inoxidable, con los procedimientos de conformación y
- 112. 111 soldadura automáticos más avanzados, unidos a rigurosos controles de calidad en el 100% de la producción, de acuerdo con nuestro registro de calidad ISO 9001. En los modelos fabricados en acero revestido, el interior del depósito está tratado con un recubrimiento epoxídico de última generación, que además de su calidad alimentaria, soporta temperaturas de trabajo en continuo, hasta 90ºC. La calidad del aislamiento térmico de los depósitos significa siempre "AHORRO ENERGÉTICO". Sus 80 mm. de espesor de poliuretano rígido inyectado en molde de 50 kg/m3 de densidad y libre de CFC, minimizan las pérdidas caloríficas del conjunto, cumpliendo holgadamente con la Normativa vigente de la CE sobre Ahorro Energético y Medio Ambiente. Imagen 65: Acumulador A.C.S. Fuente: http://www.natureduca.com/blog/luchando-contra-la-crisis-energetica-acumulacion-de-agua-caliente- sanitaria-un-diferencial-electronico-para-tu-sistema-de-acs/
- 113. 112 3.4.3.- RED HIDRÁULICA. Se incluyen en la red hidráulica al resto de elementos necesarios para interconectar todos los componentes y constituir los circuitos primario, secundario y de consumo. 3.4.3.1.- Intercambiador de calor. El intercambiador es el componente que separa circuitos con distintos fluidos y permite realizar la transferencia de calor entre ellos. El uso de los intercambiadores tiene las siguientes ventajas para las instalaciones: - Permite utilizar mezclas de agua con anticongelante como fluido de trabajo en el circuito primario evitando de esta manera los problemas de heladas. - Evita la existencia de depósitos calcáreos en el circuito primario, especialmente en los colectores, cuando existen aguas duras. - Disminuye el riesgo de corrosión en el circuito primario ya que, si no existen renovaciones continuas de agua, es mínimo el contenido de oxígeno disuelto en agua y, además, permite utilizar inhibidores de la corrosión. Imagen 66 =Intercambiador de calor http://spanish.alibaba.com/product-free/plate-heat-exchanger-11122067.html Intercambiador de Calor ACS Para la calefacción de agua Sanitaria con el sistema Solar deberán proveerse y montarse, dos intercambiadores de calor, tipo placas de acero inoxidable AISI 316 (uno en servicio y otro de respaldo). En la Tabla se indican las especificaciones de los intercambiadores de placas. Tabla 22: Especificaciones técnicas Intercambiador de Calor Calefacción ACS Fuente: http://www.cipriani.es/intercambiadores.php
- 114. 113 Intercambiador de Calor Solar Para la calefacción de agua Sanitaria con el sistema Solar deberán proveerse y montarse, dos intercambiadores de calor, tipo placas de acero inoxidable AISI 316 (uno en servicio y otro de respaldo). En la Tabla se indican las especificaciones de los intercambiadores de placas. Tabla 23: Especificaciones técnicas Intercambiador de Calor Solar ACS Fuente: http://www.cipriani.es/intercambiadores.php 3.4.3.2.- Bomba de circulación. Las bombas de circulación, accionadas por un motor eléctrico, se encargan de mover el fluido en el circuito. Son del tipo en línea, de rotor seco o húmedo, y deberán ajustarse a las condiciones de operación para su mejor y eficiente funcionamiento. Imagen 67: Bomba de circulación Fuente: http://www.directindustry.es/prod/speroni/bombas-centrifugas-circulacion-agua-37897-1008125.html Se deben tomar las consideraciones necesarias e instalar válvulas adecuadas para asegurar aislamiento completo y facilidad de desmontaje de cada equipo. Para bombas de diámetro igual o mayor a 2”, deberá instalarse junta de goma anti vibratoria. En la Tabla 21 y Tabla 22, se presentan las especificaciones técnicas de las bombas de recirculación.
- 115. 114 Tabla 24: Especificaciones técnicas bomba de circulación Fuente: http://www.anwo.cl/site_2/ficha_producto?category_id=e3d9b918da95397158fb2ebed02778d4&product_id=6544 Tabla 25: Especificaciones técnicas bomba de circulación Fuente: http://www.anwo.cl/site_2/ficha_producto?category_id=e3d9b918da95397158fb2ebed02778d4&product_id=6544 3.4.3.3.- Cañerías. Las cañerías interconectan hidráulicamente todo los componentes y canalizan el movimiento de los fluidos. Para la adecuada selección de los materiales es importante tener en cuenta que: - En el circuito primario se debe utilizar cañerías de cobre, de acero inoxidable o de acero negro. Las cañerías de materiales plásticos no deberían utilizarse en circuitos primarios a no ser que existan plenas garantías de que van a soportar las condiciones extremas de presión y temperatura del circuito. - En los circuitos secundarios y de consumo podrán utilizarse cobre y acero inoxidable. Las cañerías de materiales plásticos podrán utilizarse si son de materiales compatibles con el ACS y si garantizan su durabilidad en las condiciones de presión y temperatura que van a tener los circuitos. Las cañerías de cobre serán fabricadas a base de tubos estirados en frío y sus uniones serán realizadas por accesorios a presión o mediante soldadura por capilaridad teniendo en cuenta que se utilizará soldadura
- 116. 115 fuerte cuando la temperatura del circuito pueda superar en algún momento los 125ºC, lo que ocurre normalmente en todo el circuito primario. Se tomarán las medidas necesarias para garantizar la compatibilidad y durabilidad de la instalación cuando se utilicen materiales diferentes. Red de Piping de Acero La red de Piping de Acero corresponde a la interconexión de calderas con los intercambiadores de calor tipo placas, en el interior de la central térmica. Cañerías de Acero Las redes de cañerías de calefacción (Caldera a Intercambiador de Calor), en central térmica se harán en cañería de Acero ASTM A53, SCH 40 y aislamiento térmico como se indica más adelante. Estas cañerías irán a la vista y con soportes adecuados. Coplas, Codos, Tees, de Acero. Todas las coplas, codos, tees serán de Acero ASTM A-234. Las dimensiones serán de acuerdo a lo indicado en los planos de proyecto. Terminales de Acero. Para piezas terminales se permitirá el uso de fitting de hierro maleable según ASTM A-197. Las dimensiones serán de acuerdo a lo indicado en los planos de proyecto. Uniones de Cañerías de Acero. Las uniones generales de las cañerías serán soldadas. Para diámetros hasta 2” se permitirá el uso de soldadura oxiacetilénica; para diámetros mayores sólo se utilizará soldadura de arco manual (cordón raíz electrodo E6010, cordón terminación electrodo E7018). Las superficies de contacto en la soldadura, deben estar limpias, exentas de grasa, aceites o cualquier otra sustancia que impida la perfecta aplicación de la soldadura. Además, deberán eliminarse todas las rebabas existentes en las piezas a unir. En el caso de las uniones roscadas, antes de realizar la unión, las roscas deberán estar perfectamente limpias y sin elementos extraños. La rosca HE deberá llevar teflón para asegurar un correcto sellado. Red de Piping de Cobre. La red de piping de cobre corresponde a la interconexión de los paneles solares con la central térmica y la las redes de agua sanitaria (fría y caliente) en la central térmica. Cañerías de Cobre. Las cañerías de cobre serán tipo L, aleación DHP y deberán cumplir con las normas de fabricación ASTM B- 88-03 y Nch 951. Coplas, Codos, TEE de Cobre. Todas las coplas, codos, tees serán de Cobre DHP y deberán cumplir norma ASTM B280. Las dimensiones serán de acuerdo a lo indicado en los planos de proyecto.
- 117. 116 Terminales de Bronce. Para piezas terminales se permitirá el uso de fitting de bronce según Nch 396. Las dimensiones serán de acuerdo a lo indicado en los planos de proyecto. Uniones de Cañerías. Las uniones de la red de cañerías del circuito solar serán con soldadura “fuerte” (plata al 15% - SP15). Solo para las uniones Cobre-Bronce se utilizará fundente. La aplicación de calor será con soplete Oxi-gas (permitiéndose el uso de propano). No será permitido el uso de soplete tipo “turbo”. Las uniones de la red de cañerías sanitarias (fría y caliente) serán con soldadura “blanda” de estaño al 95%. Para todas las uniones se deberá utilizar fundente inorgánico (pasta soldar). Las superficies de contacto en las soldaduras, deben estar limpias, exentas de grasa, aceites o cualquier otra sustancia que impida la perfecta aplicación de la soldadura. En el caso de las uniones roscadas, antes de realizar la unión, las roscas deberán estar perfectamente limpias y sin elementos extraños. La rosca HE deberá llevar teflón para asegurar un correcto sellado. Aislamiento Térmico. Las cañerías de agua de calefacción y agua caliente sanitaria deberán llevar aislamiento térmico según se indica en la tabla más adelante. Para todas las líneas, el recubrimiento debe instalarse sin dejar zonas visibles de tuberías y accesorios, quedando únicamente al exterior los elementos que sean necesarios para el buen funcionamiento y operación de los componentes. Aislamiento de Cañerias. Tabla 26: Aislamiento de Cañerias. Fuente: Http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_10540_Diseno_y_calculos_aislamiento_AISLAM_GT3_07_01 ee3c15.pdf
- 118. 117 3.4.3.4.- Estanque de expansión. Es el dispositivo que absorbe las variaciones de volumen y presión en un circuito cerrado causadas por las variaciones de temperatura del fluido circulante. Corresponde a un depósito dividido en dos partes mediante una membrana elástica. A un lado de la membrana se encuentra el fluido de trabajo correspondiente en estado líquido y en el otro aire o un gas inerte como el nitrógeno. Al dilatarse el fluido aumenta la presión y la membrana se desplaza comprimiendo el aire del otro lado. Imagen 68: Estanque de expansión Fuente: http://tecnihogar.es/527-accesorios-de-expansion-de-calefaccion_compras/1030-vaso-de-expansion-gavina- confort.html La presión inicial en el lado del aire viene preestablecida por el fabricante pero debe ser ajustada a las condiciones de la instalación. Se recomienda que la presurización se realice con nitrógeno ya que el uso de aire, por la mezcla de oxigeno y humedad que incorpora, puede oxidar el interior y reducir la vida útil del mismo. Se debe poner especial atención a la resistencia de la membrana a los componentes anticongelantes así como a su resistencia a la temperatura y esfuerzos mecánicos correspondientes. En cualquier caso, el sistema de expansión debe ser de calidad alimentaria en el circuito secundario, ya que trabajará con agua potable. Se deberán instalar estanques de expansión, según se indica en los planos de proyecto, con membrana intercambiable y casquete revestido internamente con barnizado epóxico. Externamente debe estar correctamente pintado. Se deberá considerar la construcción de los apoyos necesarios para el estanque de expansión. En la Tabla 24, se indican las capacidades de los estanques. Tabla 27: Capacidad de estanques de Expansión. Fuente: Elaboración propia.
- 119. 118 3.4.3.5.- Válvulas. Las válvulas utilizadas en las instalaciones de energía solar térmica pueden ser de los siguientes tipos: Válvula de esfera o de bola: Se emplean para abrir o cerrar el paso de fluido a través de una tubería lo que permite independizar componentes aislándolos del resto del circuito. Disponen de un obturador esférico perforado dentro del cuerpo, que consigue un cierre muy hermético y que puede girar alrededor de su eje, al mover una palanca solidaria a éste. Imagen 69: Válvula de bola Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Las válvulas de bola serán cuerpo, bola y vástago de bronce niquelado y asiento de Teflón. Serán conexión HI BSP. La ubicación de las válvulas será de acuerdo a lo indicado en el plano de proyecto. Válvula de seguridad: Se utilizan para expulsar fluido de trabajo al exterior del circuito y así evitar presiones más elevadas. Son válvulas de resorte y el obturador permanece cerrado por la acción de un muelle. Cuando la presión del fluido es superior a la que ejerce el resorte, éste cede y el obturador se desplaza dejando pasar fluido. Imagen 70: Válvula de seguridad Fuente: http://www.sotermic.cl/valvulas-vapor- trampas/valvulas-reductoras-de-presion/valvula-de- seguridad/
- 120. 119 Válvula antiretorno: impide el paso de fluido en un sentido y permite la circulación en el otro. Suelen ser de clapeta, de muelle o de disco. Es importante que no generen una elevada pérdida de carga en el circuito. Imagen 71: Válvula antiretorno Fuente: http://www.praher-valves.com/pvc_u_armaturen.php?lang=es Válvula de equilibrado: se utilizan para controlar y regular los caudales lo que permite equilibrar hidráulicamente los circuitos. Puede ser manual o automática. Imagen 72: Válvula de equilibrado Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Válvula de llenado automático: sirve para introducir agua y mantener la presión mínima como sistema de alimentación del circuito primario. Imagen 73: Válvula de llenado automático Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf
- 121. 120 Válvula motorizada de 2 ó 3 vías: son válvulas, normalmente de asiento, que actuadas por un servomotor del tipo todo-nada permiten modificar los circuitos en operación. Imagen 74: Válvula motorizada de 2 ó 3 vías Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Válvula mezcladora termostática: son válvulas de tres vías que mezclando agua a dos temperaturas diferentes permiten regular la temperatura de salida. 3.4.3.6.- Purgador de aire automático. Es un dispositivo que permite la salida del aire de los circuitos. Este puede ser manual o automático y debe resistir la temperatura máxima del fluido, por lo que el flotador no debe ser de plástico sino de acero inoxidable. Los purgadores también deben ser resistentes a la intemperie. Imagen 75: Purgador de aire automático Fuente: https://products.ecc.emea.honeywell.com/spain/ecatdata/pg_e121.html
- 122. 121 Los purgadores serán de ½”, cuerpo de bronce, flotador y palancas internas de acero inoxidable. 3.4.3.7.- Equipos de medida. Además de los elementos de medida de tipo electrónico que las instalaciones puedan disponer integrados en el sistema de control o de telemonitorización, la instalación solar térmica debería disponer de los elementos de medida necesarios para visualizar directamente los principales parámetros funcionales: temperaturas y presiones. Adicionalmente las medidas de caudal y energía proporcionarán la información necesaria para evaluar las prestaciones de la misma. Termómetros Los termómetros bimetálicos proporcionan la temperatura de los circuitos y acumuladores con precisión suficiente, siendo los de inmersión con vainas los más apropiados. Su instalación en lugares próximos a la ubicación de los sensores de temperatura facilita la comparación de las medidas entre ambos. En el circuito primario se recomienda emplear termómetros con escala de 0 a 200ºC; en el resto de circuitos se pueden emplear escalas de 0 a 100ºC. Los termómetros serán bimetalicos con bulbo inferior o posterior (según aplicación) para un rango de 0 a 120 [C]. Serán de acero inoxidable, diámetro del bulbo de ¼”, con conexión HE de ¼” (NPT) y diámetro de la carátula de 100 [mm]. En las redes de acero, las vainas serán de acero inoxidable y en las redes de cobre las vainas serán de bronce. Manómetros Los manómetros se utilizan para la medida de la presión manométrica de cada uno de los circuitos, normalmente deben disponer de una esfera de 100mm y escala graduada de 0 a 10bar. Imagen 76: Manómetros y termómetros Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Los manómetros serán tipo bourdon con conexión inferior para un rango de 0 a 6 [bar]. Serán de acero inoxidable, con conexión HE de ½” (BSP) y diámetro de la carátula de 100 [mm].
- 123. 122 Caudalímetros Los caudalímetros entregan el caudal del fluido y deben tener un diámetro idéntico a la cañería en donde irá instalado. Las mediciones de caudales se pueden realizar mediante turbinas, medidores de flujo magnético, medidores de flujo de desplazamiento positivo o procedimientos gravimétricos, de forma que la exactitud sea aproximadamente igual o superior a ±3% en todos los casos. Imagen 77: Caudalímetro Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Contadores de energía Los medidores de energía térmica deben estar constituidos por los siguientes elementos: - Medidor de caudal de agua - Dos sondas de temperatura - Microprocesador electrónico, montado en la parte superior del contador o separado La posición del medidor y de las sondas define la energía térmica que se medirá. El microprocesador podrá estar alimentado por la red eléctrica o mediante pilas con una duración de servicio mínima de 3 años. El microprocesador multiplicará la diferencia de ambas temperatura por el caudal instantáneo de agua y su peso específico. La integración en el tiempo de estas cantidades proporcionará la cantidad de energía.
- 124. 123 3.4.4.- PROPUESTA DE INSTALACIÓN TÉCNICA ESPACIAL DEL SISTEMA DE ACS. Nivel 27, Terraza Paneles Solares. Imagen 78: Terraza paneles solares, Nivel 27. Fuente: de elaboracion propia.
- 125. 124 Nivel 26; Sala de equipos Sistema Solar Térmico Imagen 79: Sala de equipos Sistema Solar Térmico, Nivel 26. Fuente: de elaboración propia.
- 126. 125 Imagen 80: fachada del proyecto con la intalacion de paneles solares en la terraza Fuente: fachadas de la edificacion ETR Arquitectura / Propuesta de Intalacion de paneles Elacoracion Propia.
- 127. 126 3.5.- FACTIBILIDAD ECONOMICA 3.5.1.- CÁLCULO DEL AHORRO EN CONSUMO ENERGÉTICO Para realizar el estudio de factibilidad económica se considero que la energía que es aportada por el sistema solar térmico es equivalente a la que sería sustituida en consumo de gas, de esta manera la energía equivaldría a 224.264 kWh., que corresponde al aporte energético anual del sistema solar térmico al año, el cual está calculado en la tabla N°19, pagina 94. Luego se procedió a calcular el valor unitario del ahorro por uso de colectores. Para poder estimar este valor, se confecciono una tabla en donde se convierten todos los valores a una unidad en común, en este caso como el aporte solar esta en kWh. y la energía del gas se mide en Kcal, se opto por llevar todas las unidades a kWh. Luego: 1 kWh. equivale a 860 Kcal. 1 Kg. de gas licuado contiene 12.000 Kcal. El aporte solar anual del sistema es de 224.264 kWh. (tabla N°19), por lo tanto: 224.254 kWh. X 860 Kcal. = 192.858.440 Kcal. aportadas por el S.S.T. Este valor correspondería al aporte solar de la instalación en Kcal. Ahora si dividimos el aporte solar de la instalación, es decir las 192.858.440 Kcal. por las 12.000 Kcal que contiene un kg. de gas licuado obtenemos la cantidad de Kg. anuales que aporta el sistema solar térmico y por lo tanto el ahorro anual de gas licuado en la vivienda. 192.858.440 Kcal / 12.000 Kcal = 16.071 Kg de gas licuado ahorrados anualmente. Para determinar el precio del Kg. de gas licuado se cotizo el valor de un cilindro de 45 kg en las siguientes distribuidoras: Cotización de cilindro de gas licuado de 45 Kg. al 27 de octubre de 2013: - Gasco: $ 46.100.- - Abastible: $ 45.400.- - Lipigas: $ 45.450.- El promedio de estos 3 valores es de $45.650.- Si este valor se divide en la cantidad de Kg. obtenemos el valor por Kg. $45.650 / 45kg. = $1.014.- por Kg. de gas licuado
- 128. 127 Ahora si multiplicamos el ahorro mensual de gas licuado por el valor por kg. obtenemos por resultado el ahorro en términos monetarios. 16.071 Kg de gas licuado ahorrados anualmente. X $1.014.- = $16.295.994 ahorrados anualmente. Los resultados se muestran en la tabla N° 25 . Tabla 28: Aportes del S.S.T. y ahorro anual. 1 kWh = 860 Kcal 224.254 kWh = 192.858.440 Kcal. aportadas por el S.S.T. 1 Kg. de Gas Licuado = 1.200 Kcal 224.254 kWh = 16.071 Kg de gas licuado ahorrados anualmente 1 Kg. de gas = $1.014.- Costo Kg. al 27/10/2013 $16.295.994 Valor ahorro anual en gas licuado Fuente: de elaboración propia. Se consideró que la tarifa de gas licuado mostrará un incremento acumulado de un 33% en los 20 años de vida útil de los equipos, este supuesto responde a lo observado en el documento “World Energy Outlook 2.007”, el cual considera tres escenarios de variación del precio del petróleo crudo hasta el año 2.030, en el escenario de mayor crecimiento del precio del petróleo (el mas extremo), se supone que el precio aumenta constante y linealmente hasta el año 2030, y este aumento acumulado representa un 33% en 24 años. En el presente proyecto y escenario, consideramos que el precio del gas licuado seguirá un patrón similar al del crecimiento del precio del petróleo, acumulándose un crecimiento de un 33% en los próximos 20 años, lo cual representa un crecimiento anual promedio de 1,65%. 3.5.2.- COSTO DE IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA SOLAR TÉRMICO. Para poder obtener el costo de la implementación del sistema solar térmico se realizaron 3 cotizaciones, para así formarse una idea global de los precios actuales de mercado, ya que con una sola cotización no tenemos mayor referencia de valores. Las empresas a las cuales se les cotizo fueron Winter S.A., Cosmoplas S.A. y Hawaii Chile Ltda. A continuación mostraremos estas tres cotizaciones, detalladas por itemizado, unidades, cantidades, valores unitarios y totales, todo en peso chileno.
- 129. 128 Tabla 29: Cotización de Winter S.A. (9 de octubre de 2013): Ítem Descripción Unid. Cant. Valor Un. Total 1 SISTEMA DE CALEFACCIÓN ACS 1,1 Paneles Solares e Intercambiadores 1 Paneles Solares u 108 $ 431.760 $ 46.630.080 2 Intercambiador de calor (placas inoxidable) ACS u 2 $ 1.802.610 $ 3.605.220 3 Intercambiador de calor (placas inoxidable) Solar u 2 $ 1.682.610 $ 3.365.220 4 Ferretería de montaje gl 1 $ 9.326.016 $ 9.326.016 1,2 Bombas de Recirculación 1 Bomba BCPACS 01 y 02, Calefacción ACS u 2 $ 525.822 $ 1.051.644 2 Bomba BCSACS 01 y 02, Calefacción ACS u 2 $ 525.822 $ 1.051.644 3 Bomba BPCS 01 y 02, Calefacción Solar u 2 $ 520.682 $ 1.041.364 4 Bomba BSCS 01 y 02, Calefacción Solar u 2 $ 520.682 $ 1.041.364 5 Bomba BRACS 01 y 02, Recirculación ACS u 2 $ 208.170 $ 416.340 6 Bomba BRACS 03, 04 y 05, Recirculación ACS u 3 $ 233.870 $ 701.610 7 Bomba By pass u 1 $ 231.300 $ 231.300 8 Ferretería de montaje gl 1 $ 1.107.053 $ 1.107.053 1,3 Estanques 1 Acumulador ACS 4'000 lts u 4 $ 3.711.905 $ 14.847.620 2 Estanque de expansión Calefacción (100 lt.) u 1 $ 192.750 $ 192.750 3 Estanque de expansión ACS (200 lt.) u 1 $ 302.746 $ 302.746 4 Estanque de expansión Solar (300 lt.) u 1 $ 404.518 $ 404.518 5 Ferretería de montaje gl 1 $ 3.149.527 $ 3.149.527 1,4 Piping y Fitting Sala de Máquinas y Exteriores 1 Cañerías, fittings y válvulas gl 1 $ 26.539.805 $ 26.539.805 2 Ferretería de Montaje gl 1 $ 7.961.941 $ 7.961.941 1,5 Aislamiento Térmico de Piping 1 Lana Mineral gl 1 $ 5.307.961 $ 5.307.961 2 Ferretería de Montaje gl $ 1.061.592 $ 1.061.592 1,6 Mano de Obra Sala de Calderas y Piscinas 1 Montaje de Paneles Solares e intercambiadores gl 1 $ 18.877.961 $ 18.877.961 2 Montaje de Bombas gl 1 $ 1.992.696 $ 1.992.696 3 Montaje Estanques gl 1 $ 5.669.148 $ 5.669.148 4 Instalación de Cañerías gl 1 $ 10.350.524 $ 10.350.524 5 Instalación Aislamiento térmico gl 1 $ 1.910.866 $ 1.910.866 TOTALES $ 168.138.510 Fuente: de elaboración propia, cotización realizada por Wintersa.
- 130. 129 Tabla 30: Cotización de Cosmoplas S.A. (19 de noviembre de 2013): Fuente: de elaboración propia, cotización realizada por Cosmoplas S.A. Ítem Descripción Unid. Cant. Valor un. Total 1 SISTEMA DE CALEFACCIÓN ACS 1.1 Paneles Solares e Intercambiadores 1 Paneles Solares u 108 $ 438.360 $ 47.342.880 2 Intercambiador de calor (placas inoxidable) ACS u 2 $ 1.755.000 $ 3.510.000 3 Intercambiador de calor (placas inoxidable) Solar u 2 $ 1.625.000 $ 3.250.000 4 Ferretería de montaje gl 1 $ 11.232.000 $ 11.232.000 1,2 Bombas de Recirculación 1 Bomba BCPACS 01 y 02, Calefacción ACS u 2 $ 695.240 $ 1.390.480 2 Bomba BCSACS 01 y 02, Calefacción ACS u 2 $ 695.240 $ 1.390.480 3 Bomba BPCS 01 y 02, Calefacción Solar u 2 $ 660.920 $ 1.321.840 4 Bomba BSCS 01 y 02, Calefacción Solar u 2 $ 660.920 $ 1.321.840 5 Bomba BRACS 01 y 02, Recirculación ACS u 2 $ 291.200 $ 582.400 6 Bomba BRACS 03, 04 y 05, Recirculación ACS u 3 $ 291.200 $ 873.600 7 Bomba By pass u 1 $ 270.400 $ 270.400 8 Ferretería de montaje u 1 $ 1.144.000 $ 1.144.000 1,3 Estanques 1 Acumulador ACS 4'000 lts u 4 $ 5.356.000 $ 21.424.000 2 Estanque de expansión Calefacción u 1 $ 117.520 $ 117.520 3 Estanque de expansión ACS u 1 $ 202.800 $ 202.800 4 Estanque de expansión Solar u 1 $ 291.200 $ 291.200 5 Ferretería de montaje gl 1 $ 3.120.000 $ 3.120.000 1,4 Piping y Fitting Sala de Máquinas y Exteriores 1 Cañerías, fittings y valvulas gl 1 $ 29.635.632 $ 29.635.632 2 Ferretería de Montaje gl 1 $ 8.890.690 $ 8.890.690 1,5 Aislamiento Térmico de Piping 1 Lana Mineral gl 1 $ 5.927.126 $ 5.927.126 2 Ferretería de Montaje gl $ 1.185.425 $ 1.185.425 1,6 Mano de Obra Sala de Calderas y Piscinas 1 Montaje de Bombas u 13 $ 156.000 $ 2.028.000 2 Montaje Estanques de expansión u 3 $ 1.820.000 $ 5.460.000 3 Montaje Paneles solares u 108 $ 156.000 $ 16.848.000 4 Instalación de Cañerías gl 1 $ 11.557.896 $ 11.557.896 5 Instalación Aislamiento térmico gl 1 $ 2.133.766 $ 2.133.766 TOTALES $ 182.451.975
- 131. 130 Tabla 31: Cotización de Hawaii Chile Ltda. (25 de noviembre de 2013): Ítem Descripción Unid. Cant. USD/Unid. Total 1 SISTEMA DE CALEFACCIÓN ACS 1.1 Paneles Solares e Intercambiadores 1 Paneles Solares u 108 $ 492.000 $ 53.136.000 2 Intercambiador de calor (placas inoxidable) ACS u 2 $ 1.823.000 $ 3.646.000 3 Intercambiador de calor (placas inoxidable) Solar u 2 $ 1.650.000 $ 3.300.000 4 Ferreteria de montaje gl 1 $ 10.923.000 $ 10.923.000 1,2 Bombas de Recirculación 1 Bomba BCPACS 01 y 02, Calefacción ACS u 2 $ 672.000 $ 1.344.000 2 Bomba BCSACS 01 y 02, Calefacción ACS u 2 $ 672.000 $ 1.344.000 3 Bomba BPCS 01 y 02, Calefacción Solar u 2 $ 663.900 $ 1.327.800 4 Bomba BSCS 01 y 02, Calefacción Solar u 2 $ 663.900 $ 1.327.800 5 Bomba BRACS 01 y 02, Recirculación ACS u 2 $ 295.000 $ 590.000 6 Bomba BRACS 03, 04 y 05, Recirculación ACS u 3 $ 295.000 $ 885.000 7 Bomba By pass u 1 $ 278.090 $ 278.090 8 Ferreteria de montaje u 1 $ 1.239.000 $ 1.239.000 1,3 Estanques 1 Acumulador ACS 4'000 lts u 4 $ 4.980.000 $ 19.920.000 2 Estanque de expansión Calefacción u 1 $ 121.000 $ 121.000 3 Estanque de expansión ACS u 1 $ 203.020 $ 203.020 4 Estanque de expansión Solar u 1 $ 310.190 $ 310.190 5 Ferreteria de montaje gl 1 $ 3.000.900 $ 3.000.900 1,4 Piping y Fitting Sala de Máquinas y Exteriores 1 Cañerías, fittings y valvulas gl 1 $ 30.868.740 $ 30.868.740 2 Ferretería de Montaje gl 1 $ 9.260.622 $ 9.260.622 1,5 Aislamiento Térmico de Piping 1 Lana Mineral gl 1 $ 6.173.748 $ 6.173.748 2 Ferretería de Montaje gl $ 1.234.750 $ 1.234.750 1,6 Mano de Obra Sala de Calderas y Piscinas 1 Montaje de Bombas u 13 $ 167.000 $ 2.171.000 2 Montaje Estanques de expanción u 3 $ 1.789.000 $ 5.367.000 3 Montaje Paneles solares u 108 $ 148.000 $ 15.984.000 4 Instalación de Cañerías gl 1 $ 12.038.809 $ 12.038.809 5 Instalación Aislamiento térmico gl 1 $ 2.222.549 $ 2.222.549 TOTALES $ 188.217.017 Fuente: de elaboración propia, cotización realizada por Hawaii Chile Ltda.
- 132. 131 De estas tres cotizaciones decidimos tomar la opción más económica, ya que cumple con las especificaciones del proyecto y al igual que las otras 2 cumple con los estándares de calidad exigidos. La cotización de Winter S.A. tiene un costo de implementación del sistema solar térmico para el proyecto de $168.138.510, equivalente a $7.246,8 UF (valor U.F. al 4/10/2013). Al acogernos a la Ley N° 20.365 de franquicia tributaria a viviendas con sistemas solares térmicos, y cumplir con una contribución solar de un 63%, podremos reducir hasta un 40% del costo del calefactor y de su instalación, debido a que nos encontramos en la categoría de “Viviendas de más de 2.000 y hasta 3.000 UF”. Con esto el costo de implementar el sistema solar térmico se ve reducido de los $7.246,8 UF iniciales a un valor final de $4.348,08 UF 3.5.3.- RESUMEN ESTUDIO ECONÓMICO Ingresos equivalente al ahorro anual de costo gas licuado = $16.295.994 / $ 23.201,73 (valor U.F. al 4/10/2013) = $702,36 UF ahorro anual Egresos equivalente a la implementación del sistema solar térmico = $ 168.138.510 / $ 23.201,73 (valor U.F. al 4/10/2013) = $7.246,80 UF costo implementación S.S.T. inicial $7.246,80 UF – 40% (Ley N° 20.365 Franquicia Tributaria) = $4.348,08 UF costo implementación S.S.T. final Para el flujo de caja se considerara un periodo de 20 años que corresponde al mínimo de la vida útil del sistema solar térmico. De esta manera se muestra a continuación la tabla con los indicadores económicos del proyecto y un grafico con el desempeño de los ahorros. Tabla 32: Resumen de evaluación económica TIR 15% VAN con tasa de descuento de 10% 1.631,51 UF Recuperación de Inversión 6 años Fuente: de elaboración propia.
- 133. 132 Tabla 33: Resumen de evaluación economica. Flujo de Ingresos (ahorro anual) Flujo de Egresos (costo S.S.T) Flujo de caja Año Valor Año Valor Año Valor 0 0 4.348,08 0 -4.348,08 1 702,36 1 1 -3.645,72 2 702,36 2 2 -2.943,36 3 702,36 3 3 -2.241,00 4 702,36 4 4 -1.538,64 5 702,36 5 5 -836,28 6 702,36 6 6 -133,92 7 702,36 7 7 568,44 8 702,36 8 8 1.270,80 9 702,36 9 9 1.973,16 10 702,36 10 10 2.675,52 11 702,36 11 11 3.377,88 12 702,36 12 12 4.080,24 13 702,36 13 13 4.782,60 14 702,36 14 14 5.484,96 15 702,36 15 15 6.187,32 16 702,36 16 16 6.889,68 17 702,36 17 17 7.592,04 18 702,36 18 18 8.294,40 19 702,36 19 19 8.996,76 20 702,36 20 20 9.699,12 Fuente: de elaboración propia.
- 134. 133 Grafico 11: Inversión v/s Ahorro Fuente: de elaboración propia. Podemos apreciar que al incorporar el sistema solar térmico al proyecto, como un aporte al sistema de producción de agua caliente sanitaria, es factible económicamente, puesto que en este caso nos entrega un VAN positivo ascendente a 1.631,51 UF, recuperando la inversión inicial en un periodo de 6 años y con un TIR de un 15%. También es importante dejar claro la suma importancia de la Ley N° 20.365 de Franquicia Tributaria para la factibilidad económica del proyecto, ya que realizamos el mismo estudio sin el aporte de esta ley y los resultados arrojados son totalmente distintos, con un VAN negativo de 1.267,21, lo que deja en claro que este proyecto solo es factible bajo el incentivo del gobierno a través de la Ley N° 20.365 de Franquicia Tributaria. -6.000,00 -4.000,00 -2.000,00 0,00 2.000,00 4.000,00 6.000,00 8.000,00 10.000,00 12.000,00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 U.F. Años
- 135. 134 CAPITULO 4: CONCLUSIONES. Con la llegada y aplicación de las nuevas tecnologías en el plano energético, los movimientos y demandas ciudadanas, y los nuevos incentivos y políticas por parte del Estado para generar un cambio en el desarrollo energético de nuestra sociedad, se ha gestado lo que podríamos llamar una nueva generación de edificaciones con un criterio energético de desarrollo más sustentable y en cierta medida autónomo. El desarrollo de estas nuevas tipología habitacionales o espacios de trabajo, se han insertado dentro de una conciencia donde la sustentabilidad se hace una variable no solo deseada, sino que necesaria y exigible. Precisamente los planes, programas y políticas estatales en torno al tema, establecen aquellas pautas que explicitan los estándares mínimos de exigencia. En el desarrollo de este proyecto de título, nos hemos basado en aquello conocido como el triangulo de la sustentabilidad: Establecidas entonces las tres aristas para el desarrollo del proyecto sustentable, y tomando este caso especial de edificación en altura en la zona centro de Santiago, pudimos concluir lo siguiente en los planos de tecnología, medioambiental y social. En cuanto a la factibilidad técnica del proyecto, referida a la arista de la tecnología, las tipologías utilizadas en las edificaciones establecen criterios arquitectónicos, constructivos y urbanísticos, que nos llevaron al desarrollo de los estudios críticos para la factibilidad técnica, como fueron: el análisis de asoleamiento y mediciones de irradiación solar, estableciendo las áreas de mayor presencia solar dentro del proyecto, durante las distintas épocas del año. Social Proyecto sustentable Tecnológico Medio Ambiental PROYECTO SUSTENTABLE DE CONSTRUCCIÓN
- 136. 135 Con los criterios anteriormente mencionados y el estudio acabado de los beneficios y desventajas para la elección de nuestro sistema solar sustentable, pudimos elegir el sistema solar térmico como el motor de desarrollo para un proyecto sustentable en esta tipología habitación. Actualmente con los análisis e información recolectada en este proyecto, se estableció que las condiciones geográficas ambientales de la Región Metropolitana, bajo el método de medición F-chart, proporcionaron una condición favorable para la instalación e incorporación de un sistema de paneles solares térmicos, lo cual contribuye en un 63% del promedio anual del total de Agua caliente sanitaria requerida como consumo promedio de la edificación. Esta medición porcentual nos inserta en los rango de la franquicia tributaria establecida por el Gobierno Chileno, la cual será determinante en la evaluación económica del sistema. Como análisis en detalle de los datos entregados por el sistema F-chart podemos concluir que en ningún mes del año se pudo llegar al 100 % de una contribución solar, pero si identificando los meses de mayor captación solar , como fueron los meses de verano ( enero 90% , febrero 85%, noviembre 84% y diciembre 89% ) pero con una pobre contribución en los meses más críticos y de mayor demanda de agua caliente ( meses de invierno, mayo 42%, junio 33% julio 38% ). Con el apoyo de estas cifras podemos inferir que el sistema elegido de paneles solares térmicos con intercambiadores de calor, es un apoyo real a la contribución de agua caliente sanitaria, generando energía de forma sustentable. El sistema funciona en perfectas condiciones para el uso del agua caliente requerida por las zonas húmedas del proyecto, pero difícilmente podemos incorporarlo a un sistema de calefacción central, debido a que con las condiciones tecnológicas del panel o la cantidad de paneles requeridos, no podrían sustentar un sistema de calefacción con energías renovables. Desde el punto de vista económico, Podemos apreciar que el sistema solar térmico es factible económicamente, puesto que en este caso nos entrega un VAN positivo ascendente a 1.631,51 UF, recuperando la inversión inicial en un periodo de 6 años y con un TIR de un 15%. Pero también es importante dejar claro que la Ley N° 20.365 de Franquicia Tributaria fue fundamental para que el proyecto se sustentara económicamente. Para comprender la importancia de las nuevas políticas del Estado para motivación e incentivo de estas nuevas tecnologías debimos realizar el mismo estudio sin el aporte de esta ley y los resultados arrojados son totalmente distintos, con un VAN negativo de 1.267,21, lo que deja en claro que este proyecto solo es factible económicamente bajo el incentivo del gobierno a través de la Ley N° 20.365 de Franquicia Tributaria.
- 137. 136 Actualmente el Estado ha generado políticas de desarrollo sustentable, pero ni con la continuidad ni la importancia que se les deberían dar, por lo que no dan cuenta de la inmensa necesidad de comprometerse con el desarrollo sostenible de la construcción en ciudad. Actualmente el beneficio tributario tiene fechar de término, ya se planifica su uso solo hasta el 31 de diciembre del 2013. Desde nuestro punto de vista, resulta de suma importancia la generación de nuevas políticas sustentables o de uso de energías renovables, no solamente para uso domestico o menor escala, sino que también y directamente en la construcciones de edificaciones. Solo generando una política clara de sustentabilidad, los sistemas pueden ir progresando en su tecnología, eficiencia, montaje, etc. Desde el punto de vista social / económico, nos damos cuenta que el uso de energías renovables y en nuestro caso, la generación de nuestra propia agua caliente, redunda en una considerable reducción en los gastos comunes a nivel anual, mejorando las condiciones sustentables y económicas de los usuarios. De esta manera, y una vez concluido nuestro proyecto, más que respuestas, hemos encontrado preguntas, pues aún la ecuación sustentabilidad/beneficio económico, no se encuentra resuelta. Estamos ciertos que ha habido avances, especialmente con la llegada de las nuevas tecnologías, pero consideramos que el Estado debe hacerse cargo de una temática que no se encuentra en el futuro, sino precisamente ahora. El futuro de nuestra sociedad se decide hoy pues mañana será muy tarde, por ello cada avance, cada investigación, cada nueva ley, cada nueva política estatal, contribuye a rayar la cancha y establecer límites claros para el desarrollo sostenible de la ciudad. Finalmente y desde el otro lado, somos nosotros, las constructoras, inmobiliarias y Arquitectos, quienes estamos llamados a respetar, avanzar e innovar de manera sostenible y sin restar calidad, para obtener los beneficios económicos que se esperan.
- 138. 137 CAPITULO 5: BIBLIOGRAFIA 1.- worldenergy.org, Eficiencia Energética: Una Receta para el Éxito Consejo Mundial de la Energía Por una energía sustentable pág. 8. 2.- Agencia Chilena de Eficiencia Energetica. (s.f.). Recuperado el 01 de Agosto de 2.013, de http://www.acee.cl/eficiencia-energetica/ee 3.- Guía básica de la sostenibilidad segunda edición revisada y ampliada Brian Edwars GG. 4.- Fuentes de energía, Maria Florencia Manrtinete, Argentina 2.003. 5.- La energía solar fotovoltaica, Universidad Politécnica de Cataluña, Escuela técnica superior de ingeniería (Febrero de 2.010), Fuente: http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/7538/3/Anexo%20II%20- %20La%20energ%C3%ADa%20solar%20fotovoltaica.pdf 6.- Energía Fotovoltaica, Ministerio del medio ambiente y fondo de protección ambiental, (2.013), Fuente:http://www.fpa.mma.gob.cl/archivos/2014/proyectos/a90_material_senaletica_fotovoltaico_y_con cepto_solar_Modo_de_compatibilidad.pdf 7.- Ventajas medioambientales de la energía solar fotovoltaica, SunEdison, Inc, (abril de 2.013) Fuente: http://www.sunedison.cl/energia-solar-fotovoltaica/ventajas.html 8.- Paneles solares fotovoltaicos mono cristalinos, Archiexpo, año 2.011, http://www.archiexpo.es/prod/saint-gobain-solar/paneles-solares-fotovoltaicos-monocristalinos-66169- 882116.html 9.- Energía solar térmica, Manuales de Energías Renovables, Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, España, año 2.011, http://www.energiasrenovables.ciemat.es/adjuntos_documentos/Energia_Solar_Termica.pdf 10.- Colector y Sistema Solar Térmico, Sistemas solares, Solepanel, año 2.011, http://www.solepanel.cl/sistemassolares_sst.html 11.- Procobre. (19 de Octubre de 2.012). Obtenido de http://procobre.org/es/press-releases/uso-de- energia-solar-en-el-mundo-crecio-20-en-la-ultima-decada/ 12.- UNEP, Renewable Energy Policy Network for the 21st Century, (2009). Recuperado el 30 de Julio de 2.013, de http://www.unep.fr/shared/docs/publications/RE_GSR_2009_Update.pdf 13.- Zoom Inmobiliario. (29 de Febrero de 2.012). Obtenido de http://www.zoominmobiliario.com/prensa.php?i=5523&titulo=El+gran+desaf%EDo+de+la+energ%EDa+ren ovable 14.- Tech4cdm, La energía solar térmica en chile. (s.f.). Obtenido de http://www.tech4cdm.com/uploads/documentos/documentos_La_Solar_Termica_en_Chile_f5588ce4.pdf 15.- Biblioteca del Congreso Nacional de Chile -BCN. (s.f.). Recuperado el 05 de agosto de 2.013, de http://www.bcn.cl/resumenes-de-leyes/franquicias-tributarias-sistemas-solares 16.- Dirección Meteorológica de Chile, Región Metropolitana. (s.f.). Recuperado el 22 de Julio de 2.013, de http://www.meteochile.cl/climas/climas_region_metropolitana.html
- 139. 138 17.- UTFSM, C. /. (2.008). Descontamina. Recuperado el 20 de Julio de 2.013, de http://descontamina.cl/blog/2009/12/irradiacion-solar-en-territorios-de-la-republica-de-chile-registro- solarimetrico/ 18.- Ministerio de Energía, Gobierno de Chile, (2.012) Mes de la eficiencia energética, datos prácticos. Recuperado el 23 de Septiembre de 2013, http://www.minenergia.cl/mes_de_la_eficiencia_energetica/datos_practicos.htm 19.- González, D. (24 de Enero de 2.011). La Tercera. Obtenido de http://diario.latercera.com/2011/01/24/01/contenido/santiago/32-57164-9-las-ventajas-de-vivir-en-un- edificio-verde.shtml 20.- Inmobiliaria Ralei, Edificio ÑuñoaMigo. (s.f.). Obtenido de http://www.ralei.cl/edificio- nunoamigo/edificio-eco-sustentable.html 21.- Concha, A. (15 de Diciembre de 2.010). Plataforma Arquitectura, Edificio Gen Portugal. Obtenido de http://www.plataformaarquitectura.cl/2010/12/15/edificio-gen-felipe-assadi-francisca-pulido/