Aplicaciones de la energía solar térmica. Todo lo que hay que saber sobre las diferentes aplicaciones en las que podemos emplear energía solar térmica como forma de ahorrar energía. Forma parte del Contenido de aula solar térmica
Cómo emplear la energía solar térmica
Existen innumerables aplicaciones de la energía solar térmica, desde las más elementales y obvias, como puede ser la desalinización de agua del mar hasta otras más sofisticadas como el apoyo energético solar a una instalación de frío industrial, pasando por otros usos como secaderos de vegetales, higiene agropecuaria o las más frecuentemente utilizadas que aparecen en el listado de abajo. La información que sigue a este párrafo puede ser realmente útil para potenciales usuarios que estén dudando sobre la viabilidad económica de la energía solar térmica para determinado uso, así como para muchos técnicos que, cómo es lógico, quieran contrastar su propio criterio con alguna otra opinión.
Veamos algunos detalles sobre las formas de aplicar la solar térmica.
- ACS, agua caliente de consumo en viviendas
- Apoyo solar a calefacción por radiadores
- Energía solar y suelo radiante
- Aportación solar a piscinas descubiertas
- Apoyo solar a piscinas cubiertas
ACS, agua caliente de consumo en viviendas
-Empezamos esta lectura por el ACS por ser la aplicación más extendida, aunque a nuestro parecer no es ni mucho menos la más fácil de aplicar ni la más rentable. En términos generales puede decirse que el calor del sol está menos disponible cuando más se necesita, porque en realidad lo que intentamos es calentarnos por medios artificiales cuando nuestra estrella más cercana deja de hacerlo. Muy en paralelo con la temperatura ambiente podemos encontrar la temperatura del agua de red, por tanto frente a un apoyo solar para el agua sanitaria tropezamos con el inconveniente de que el agua del grifo sale más fría en la época en que utilizamos más cantidad de agua caliente y en la que disponemos de menos horas de sol además de menos altura solar. O lo que es lo mismo: menos energía y menos potencia caída desde el cielo.
-Por otro lado, un aspecto muy a tener en cuenta es el hecho de que el aumento que debe experimentar la temperatura del agua de consumo es del orden de 25 ó 30 grados, y esto es un enorme obstáculo para la mayoría de colectores térmicos en invierno.
-Teniendo en cuenta que cada litro de agua que usamos de los que tenemos en un acumulador solar a 45ºC, es sustituido por otro que está aprox. a 8ºC ó a 10ºC, podemos estimar una sustitución energética escasa para esta aplicación en los meses más duros del invierno. Sin embargo, el consumo de ACS es tan cotidiano y tan extendido (absolutamente todo el mundo necesita el agua caliente sanitaria), que merece la pena intentar superar por parte de usuarios, técnicos y administraciones, todos los inconvenientes que tiene esta aplicación de la energía solar térmica.
-Con independencia de lo legislado en cuanto a este apoyo solar, y dado que es de los más complicados desde el punto de vista de sustitución energética, para los casos de edificios de viviendas, no es mala idea estudiar los picos de consumo horario de ACS para atacarlos aplicando los correspondientes coeficientes correctores, porque en caso contrario, el tamaño de las superficies colectoras resultantes siempre es desproporcionado.
Apoyo solar a calefacción por radiadores
-Las temperaturas de ida y retorno de una calefacción por radiadores montada en un sistema bitubular para una vivienda, oscilan entre 65ºC y 50ºC respectivamente; esto nos podría dar ciertas expectativas para el uso de la energía solar, puesto que con solo elevar la temperatura de retorno unos pocos grados ya estaríamos ahorrando energía, pero lograr mantener una temperatura de acumulación por encima de 50ºC en la época en que más caldeamos nuestros ambientes, requiere unas circunstancias de captación que se darán en muy pocas ocasiones, además de un colector realmente eficaz.
-Según la zona geográfica, diciembre y enero (hemisferio norte) pueden ser meses en los que el apoyo solar a penas pueda trabajar eficazmente unos pocos días al servicio de esta aplicación, aún contando con un excelente captador térmico.
-Obviamente, solo siendo capaces de calcular un conjunto de emisores térmicos que pueda trabajar eficazmente en un rango menor de temperaturas, tendremos más oportunidades de emplear energía solar térmica y obtener un tiempo de retorno de nuestra inversión razonable. O lo que es lo mismo: el apoyo del sol funcionará.
-No obstante, en sistemas de gran tamaño (colegios, residencias,etc) donde se suele desconectar la caldera al término de las clases o al caer la noche, permitiendo que la temperatura del circuito descienda muchísimo, la energía solar acumulada durante el día puede servir para precalentar el circuito de radiadores antes del encendido de la caldera.
-En las grandes instalaciones calefactoras, tanto si están dispuestas de forma mono o bitubular, su temperatura de impulsión es muy elevada y por tanto su arranque requiere un tiempo muy prolongado de funcionamiento ininterrumpido de la caldera hasta alcanzar la temperatura de trabajo; esto equivale a un enorme consumo de combustible que puede ser reducido en gran medida por el apoyo en su arranque con una instalación de energía solar térmica, siempre que tengamos en cuenta que debemos dedicar toda la captación a este propósito, acumulando la mayor cantidad de calor posible durante el día para cederlo al circuito en el amanecer y así realizar lo que podríamos llamar un precalentamiento del agua contenida en la red de emisores de calor. Imaginemos que la temperatura del circuito de calefacción, desciende durante la noche hasta los 10 ºC y que con el calor solar acumulado podemos precalentar hasta los 30 ºC ( solo a modo de ejemplo ) antes del encendido de la caldera; el tiempo de puesta en marcha podría reducirse muchísimo aportando un ahorro significativo. Este uso puede estar entre las mejores aplicaciones de la energía solar térmica.
-El consumo de ACS es reducido en el caso de un colegio (en relación al consumo de calefacción) y menor aún si no cuenta con residencia, pero en el caso de un edificio en el que también se consuma ACS durante el día, no debemos caer en el error de dedicar parte de la captación a este propósito, guardando toda la energía acumulada para el arranque de la calefacción si deseamos un verdadero ahorro energético.
Energía solar y suelo radiante
Es sabido que un suelo radiante mueve un gran caudal a mucha menor temperatura que una calefacción por radiadores (entre 25 y 35ºC aprox.). Este hecho facilita enormemente el aporte adicional de energía por medio de una instalación solar térmica, produciendo un gran ahorro incluso en los meses más fríos.
-Aún así, si se pretende un verdadero apoyo energético debemos cuidar la elección del colector o captador solar; aunque las temperaturas de trabajo para este modo de calentar un ambiente sean muy asequibles para cualquier colector, debemos seguir poniendo atención en su comportamiento durante los meses críticos del invierno, puesto que en el caso de algunos captadores de escaso rendimiento también podemos encontrarnos con una casi total inoperatividad ante condiciones ambientales adversas. Por otro lado, si contamos con un colector poco eficaz deberemos aumentar la superficie de captación a veces desproporcionadamente.
No es nuestro cometido hablar de la idoneidad de calefactar el suelo en según qué climas, pero nos sentimos en la obligación de dar alguna indicación al respecto que también tiene relación con la viabilidad energética y sobre todo con el confort, que es para lo que se instala un sistema de calefacción. Hay que recordar que este sistema tiene una gran inercia en su funcionamiento, es decir, tarda mucho tiempo en caldear un ambiente ( a veces días ) y por la misma razón tarda mucho tiempo en dejar de calentar puesto que el suelo ha acumulado calor y lo pierde lentamente. Debido a esto, lo ideal es instalar este sistema en climas de frío prolongado con independencia de la intensidad de éste, es decir, en climas en los que incluso en intervalos de buen tiempo invernal, sigue siendo necesario tener encendida la calefacción.
Cuando un suelo radiante funciona adecuada y prolongadamente, la caldera solo tiene que dar “pequeños” impulsos para mantener la temperatura del fluido y muchos de estos impulsos los proporciona el apoyo de la energía solar en caso de estar instalada; por consiguiente, el ahorro energético es elevado y la amortización de la inversión realizada muy rápida.
-Volvemos a insistir en la separación de aplicaciones que funcionan a muy diferentes temperaturas. No debemos olvidar que el consumo en calefacción es muy superior en la mayoría de los casos al consumo en agua caliente y estaría ampliamente justificado eliminar el apoyo a ésta en los meses críticos cediendo todo el potencial de captación para el apoyo a la calefacción con independencia de lo que diga la legislación vigente (no estamos invitando al incumplimiento de la ley, sino exponiendo una idea meramente técnica) sobre la obligatoriedad de apoyo solar para ACS. Se trataría pues, de dedicar toda la captación en invierno al suelo radiante y en verano al uso o usos que más nos convenga.
Aportación solar a piscinas descubiertas
-El apoyo para calentar piscinas es una de las aplicaciones de mayor rendimiento en energía solar térmica debido a que, como decíamos al hablar de la calefacción por suelo radiante, su temperatura de uso es muy inferior a la que puede alcanzar el caloportador como promedio a lo largo de las diferentes épocas del año. En definitiva se trata de elevar en unos pocos grados la temperatura de grandes volúmenes de agua.
-Ampliar la temporada de baño ( desde junio, posiblemente mayo, hasta septiembre en hemisferio norte ) en pileta descubierta es una buena aplicación para la energía solar térmica. En zonas calurosas, está demostrado que la aportación solar directa sobre la lámina de agua es suficiente como para mantenerla a temperatura agradable para el baño, pero si durante la noche, la temperatura ambiente desciende demasiado con respecto a la deseada en el agua, deberemos esperar hasta el medio día para tener otra vez una temperatura agradable para el baño; esto es lo que suele ocurrir en zonas de montaña de clima mediterraneo. Sin embargo apoyando con unos captadores térmicos podemos hacer que en el momento de la puesta de sol el agua tenga algúnos grados más y en la mañana alcance la temperatura de baño con más facilidad.
-Desde el punto de vista técnico, esta instalación es relativamente sencilla, al no contar a penas con el riesgo de sobrecalentamiento debido a que tenemos disponible un enorme depósito de inercia en el volumen de agua contenido en la propia piscina y siempre podremos liberar calor de los colectores a través de éste. Sin entrar en cifras concretas, una sobretemperatura accidental de los colectores térmicos equivaldría a elevar la temperatura del agua en un solo grado sobre lo previsto. Continuando con la simplicidad, podemos hacer que el caloportador sea el agua de la alberca una vez depurada y limpia de residuos sólidos, conectando la salida de la depuradora al campo de colectores, así evitamos tener que contar con un circuito primario compuesto por los colectores, un circulador, un intercambiador, un vaso de expansión y el correspondiente fluido caloportador.
Esta opción es sin duda muy interesante por su simplicidad, pero como condición indispensable para ponerla en práctica deberemos instalar colectores solares cuyo circuito interno o placa absovedora sea de un metal inalterable como por ejemplo acero inoxidable, debido al daño químico que producen los productos de depuración que se suelen añadir al agua. Esta circunstancia elevaría mucho el precio, pero al poder prescindir de los componentes incluidos en el circuito primario ya citado , este aspecto quedaría compensado y además eliminaríamos muchas posibilidades de fallos de alguno de esos componentes.
Apoyo solar a piscinas cubiertas
-En el caso de apoyo solar para calentar piscinas o piletas cubiertas para uso durante todo el año, la sustitución energética es aún mayor. Podríamos decir que está entre las aplicaciones de la energía solar térmica más justificadas. Con un colector capaz, podemos realizar una aportación relativamente grande incluso en los meses mas desfavorables, dedicando (enésima vez que lo decimos) todo el potencial de captación en los meses cálidos para ACS puesto que es de esperar una necesidad energética bastante grande en duchas, proporcional al tamaño de la piscina. Un buen ejemplo de ello son los pabellones polideportivos con piscina de uso ininterrumpido durante todo el año. Además, siendo el ambiente climatizado de forma estable, las pérdidas a través de la lámina de agua son igualmente estables a lo largo de toda la temporada calculada.
Debido a que el ambiente del recinto en el que se encuentra la piscina está climatizado a temperatura apta para las personas, la lámina de agua pierde poco calor por radiación; si a esto añadimos que la temperatura de baño es perfectamente asequible para un buen colector solar ( sería su temperatura de trabajo ), tenemos un caso ideal de aplicación de la energía solar térmica. Hemos citado instalaciones polideportivas como ejemplo para esta aplicación sin duda suponiendo que el edificio en el que se encuentra la pileta está construido de forma apropiada para lo que alberga en su interior, pero existe un caso al que debemos dedicar unas lineas que alguno de nuestro lectores agradecerá: Las cúpulas o cubiertas prefabricadas para piscinas particulares.
Sin duda puede ser una solución para aquellos que quieren tener la posibilidad de nadar en su propia piscina durante el invierno, mientras en el exterior cae la nieve o la lluvia, pero para ello, la inversión a realizar debe ser acorde con lo que se pretende, es decir, que una cubierta de cristal o de material plástico transparente nos proteja de la temperatura exterior como lo harían los muros de nuestra casa. Evidentemente esto es algo difícil de conseguir y por tanto entra en juego otra vez, el dinero; aunque daremos algunas opiniones al respecto solo a modo de orientación. Existen cubiertas de piscinas de muchos precios, de muchos y muy buenos materiales, de muchos diseños y funcionalidades, pero lo que nos interesa desde el punto de vista energético es que su diseño en conjunto evite que el generador con el que calentamos su interior funcione constantemente provocando así un gasto de combustible prohibitivo ( incluso apoyado con energía solar ) y a la vez evite que el agua contenida en la pileta pierda el calor necesario para el baño.
Pues bien, como conocen a la perfección todos los arquitectos, existe un parámetro llamado coeficiente global de pérdidas o Kg (K sub g ), que es la mayor o menor capacidad que tiene un edificio para perder el calor generado en su interior. Este coeficiente depende de muchos detalles constructivos relativos a los materiales, a la forma del edificio, etc, pero para no entrar en la complicación de las cifras diremos a modo de comparación que una vivienda normalmente construida suele tener un coeficiente Kg en torno a 1, por lo que una cubierta del estilo de las que hablamos debería tener un coeficiente de pérdidas máximo en torno a 3, dado que no podemos exigir a un cristal o a una lámina de plástico por muy tecnológicamente avanzados que sean, un comportamiento térmico semejante al de un muro de ladrillo con cámara de aire y aislante.
Si la cubierta se va a instalar en un lugar no demasiado frío, podemos ser algo permisivos con el coeficiente, pero si va destinada a una ubicación considerada de clima más bien severo, debemos ser muy exigentes con este detalle puesto que de otra forma no podremos conseguir el objetivo de tener una piscina razonablemente climatizada en nuestra casa o todo lo más, tendremos instalado un carísimo parapeto contra el aire con características de eficiencia energética inexistentes, por lo que la inversión en energía solar quedará tirada por la borda y, calentar el agua de esa piscina en días fríos, supondrá un gasto descomunal y la anulación total de una de las más eficaces aplicaciones de la energía solar térmica.
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