Cálculo de instalaciones solares térmicas con F-Chart
Consideraciones previas
Hoy os presento una hoja de cálculo para el diseño de instalaciones solares térmicas. La hoja emplea el método F-CHART, y sirve únicamente para instalaciones solares que apoyan la producción de agua caliente. Tal y como os la ofrezco no resuelve problemas de calentamiento de piscinas o de apoyo a sistemas de calefacción de edificios.
Para familiarizarse con su uso resulta muy aconsejable la lectura previa de los siguientes dos documentos, que os enlazo (abren en una pestaña nueva):
- Documento básico HE «Ahorro de Energía» del Código Técnico de la Edificación.
- Pliego de condiciones técnicas de instalaciones de baja temperatura del IDAE
La sección HE 4 del primer documento, es junto con el RITE, la normativa básica de aplicación en instalaciones destinadas a confort humano. El pliego, aunque no es obligatorio, contiene información útil, como tablas empleados en el cálculo y un desarrollo del método F-CHART en su Anexo XI.
Con respecto al uso de la hoja de cálculo, encontramos celdas de dos colores. Las de fondo blanco debemos cumplimentarlas con los datos referentes a la instalación. Por su parte, las celdas sombreadas en gris contienen valores calculados o tomados de tablas. Las celdas grises no deben editarse manualmente, salvo que queramos modificar la funcionalidad de la hoja de cálculo.
Tabla de modelos de captadores
En la hoja Tablas encontramos una tabla en la que podemos introducir los datos técnicos de diez captadores solares térmicos. Los datos que debemos introducir son: el nombre del colector, el área de apertura, el rendimiento óptico y el factor de pérdidas de la recta de rendimiento.
Existe la posibilidad de que el fabricante nos dé la curva de rendimiento cuadrática, con factores de pérdidas de primer y segundo orden. En ese caso podemos usar la hoja Conversión datos captador para pasar a una recta de rendimiento. El valor de factor de pérdidas deberemos introducirlo en la tabla anterior con valor positivo.
HOJA 0. Demanda de ACS
En esta hoja configuramos la demanda de agua caliente sanitaria. Los valores a incluir debemos tormarlos del apartado 4.1 de la sección HE 4 del Código Técnico. Ten en cuenta que en la versión de diciembre de 2019 del CTE (R.D. 732/2019) la información indicada pasa a encontrarse en el Anexo F del DB HE.
HOJA 1. Datos
En esta hoja introducimos los datos de nuestra instalación. En la siguiente imagen podéis ver la secuencia lógica. Vamos a seguir la numeración para comentar que representa cada celda:
(1) Seleccionamos el modelo de captador en en el desplegable. Los valores de Área de apertura, Rendimiento óptico y Factor de pérdidas se toman automaticamente del rango A1:E12 de la hoja Tablas. Si se desea introducir algún nuevo modelo de captador, debe hacerse en este rango. Si se introducen nuevos captadores, para que la función BUSCAR de Excel funcione correctamente, hay que mantener el número de orden correlativo en la columna A de la hoja Tablas.
(2) Los valores Modificador del ángulo de incidencia y corrección captador intercambiador son propios del método F-Chart. En caso de duda, podemos dejar los valores por defecto.
(3) Seleccionamos la provincia, este valor sirve para determinar los valores de temperatura del agua fría, temperatura ambiente y radiación solar sobre superficie horizontal a partir de las tablas extraidas del pliego de condiciones técnicas del IDAE y del DB HE.
(4) Orientación hace referencia al ángulo que forma la proyección sobre el suelo de la perpendicular a la superficie de captación con el sur. Captadores orientados al sur tendrán orientación 0, el este será -90º y el oeste +90º. La orientación óptima es sur. Debemos tener en cuenta que el CTE, en su documento básico HE4 limita las pérdidas por orientación, inclinación y sombras. La hoja de cálculo no determina pérdidas.
| Caso | Orientación e inclinación (OI) | Sombras (S) | Total (OI+S) |
| General | 10% | 10% | 15% |
| Superposición | 20% | 15% | 30% |
| Integración arquitectónica | 40% | 20% | 50% |
(5) Seleccionamos la inclinación, en múltiplos de cinco grados. Este valor representa el ángulo de inclinación de los captadores sobre la horizontal. Los valores aconsejables son:
- Consumo de energía todo el año: Inclinación = Latitud
- Consumo preferente en invierno: Inclinación = Latitud + 10º
- Consumo preferente en verano: Inclinación = Latitud – 10º
Tened en cuenta que poniendo los captadores un poco más levantados favorecemos la cobertura en invierno, y reducimos el riesgo de sobrecalentamiento en verano.
(6) Indicamos el Volumen de acumulación. Es el volumen de almacenamiento de agua del acumulador solar. El valor recomendado es de 75 l/m2. El HE4 indica que este valor debe estar comprendido entre 50 y 180 litros/m2.
(7) Podemos escribir la localidad, únicamente con fines informativos. Esta celda no interviene en el cálculo.
(8) Seleccionamos la latitud, que debe ser lo más próxima posible a la de la ubicación de la instalación. Los valores de latitud e Inclinación permiten obtener los valores de K para la corrección de la radiación solar. Estos valores están extraídos del pliego de condiciones del IDAE.
(9) Indicamos la altitud sobre el nivel del mar de la ubicación de la instalación solar. Este dato sirve para corregir el valor de temperatura de agua fría de consumo humano en caso de la la localidad esté más alta que la capital de provincia.
(10) Fijamos la temperatura de uso del ACS deseada para cada mes. En locales distintos de vivienda debe ser al menos de 60ºC por prevención de la legionelósis.
Obtención de resultados
Los resultados del cálculo de la instalación solar térmica aparecen en la hoja 6. Obtenemos la fracción solar o cobertura, expresada en tanto por uno, la demanda energética y la energía útil obtenida de los paneles solares. Se ofrecen valores mensuales y anuales.
Vídeo con ejemplo de uso de la hoja de cálculo
En este vídeo puedes ver un ejemplo de uso de la hoja de cálculo para la determinación de la cobertura solar mínima para un edificio de viviendas.
El contenido al que tratas de acceder es exclusivo para suscriptores.
Al suscribirte tendrás acceso a formación, plantillas de documento, herramientas de cálculo y pasarás a formar parte de nuestra comunidad.
Inicia sesión o haz clic en este enlace para acceder al formulario de registro.
Descarga de la hoja de cálculo
A continuación podéis encontraros el enlace de descarga de la hoja de cálculo. Recordad que para poder descargar deberéis estar registrados. Podéis acceder a vuestra cuenta en el menú superior a la izquierda.
El contenido al que tratas de acceder es exclusivo para suscriptores.
Al suscribirte tendrás acceso a formación, plantillas de documento, herramientas de cálculo y pasarás a formar parte de nuestra comunidad.
Inicia sesión o haz clic en este enlace para acceder al formulario de registro.
Gran aporte. Gracias por compartilo
Muchas gracias a ti!
Te queria preguntar por la introducción de los datos de las pérdidas de orientación e inclinación.
Entiendo que la hoja excel no calcula estas pérdidas aunque introducimos la orientación y la inclinación.
¿Así que introducimos el dato en la hoja de datos, en el campo : Modificador del ángulo de incidencia y corrección captador intercambiador?
Gracias por la aclaración
Hola Francesc,
La hoja tiene en cuenta la inclinación de los paneles para corregir el valor de la Irradiación solar diaria. Lo hace empleando los factores de corrección que aparecen en el pliego de condiciones del IDAE.
Lo que no calcula son las pérdidas por orientación, ni tampoco las pérdidas por sombras.
Los campos modificador del ángulo de incidencia y corrección captador intercambiador son propios del método F-Chart, y no sirven para lo que necesitas.
Un saludo.
Hola,queria preguntarte si la temperatura del acumulador son 45ºC en vez de 60ºC .la demanda energetica se hace con la demanda de acs a 45?
Hola Rocío,
Sí, deberías emplear la temperatura final de preparación para la demanda energética.
Ojo, ten en cuenta que si se trata de una obra que deba cumplir el CTE, si haces los cálculos a 45ºC deberás corregir la demanda de ACS en l/día tal y como explica el inciso 3 del apartado 4.1 del DB HE 4.
Por ejemplo, si se trata de un edificio de viviendas, en lugar de asignar 28 litros/día por ocupante, deberás asignar para cada día del mes en cuestión una demanda calculada como sigue:
D(T) = D(60) * [ (60 – Ti) / (T – Ti) ]
Siendo T la temperatura de preparación y Ti la temperatura de agua fría media mensual.
En tu caso, como vas a hacer los cálculos para 45ºC, la demanda sería:
D(45) = 28 l/dia * [(60 – Ti) / (45 – Ti)]
Si tienes alguna duda lo seguimos comentando.
Un abrazo.
Queria hacerte una pregunta que tengo hace desde hace tiempo que llevo trabajando con el metodo f-chart
Esta es la formula de la energía perdida según el IDAE
Ep = Sc FrNUL (100 – ta) At K1 K2
Lo que no entiendo es el motivo de dividirlo entre 1000000 para poder calcular D2
se que hay que hacerlo porque de lo contrario el cálculo esta incorrecto y no dan bien los valores pero no llego a entender el porque se hace de esta manera.
Gracias.
Hola Anibal,
El método F-Chart es un método de cálculo singular. No se trata de un método que utilice balances de energía directamente. Se trata realmente un modelo de correlación que busca determinar la fracción solar a partir de los datos de la instalación. Como método de correlación, resuelve el valor de la fracción solar relacionando los datos de la instalación en cuestión con los datos de simulaciones de cientos de instalaciones solares, por eso parece que las fórmulas son incoherentes. Puedes encontrar más información en las siguientes entradas:
https://www.e-education.psu.edu/eme811/node/585
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.302.1116&rep=rep1&type=pdf
https://www.researchgate.net/publication/312107461_Utilization_of_f-Chart_Method_for_Designing_Solar_Thermal_Heating_System
Un saludo.
Hola buenas tardes,
me gustar saber fácilmente la cantidad de palcas solares térmicas o qué tengo que comprar si tengo un termoeléctrico que será el apoyo de la energía solar térmica y somos 3 en casa.
Me gustaría saberlo porque quiero saber más o menos el presupuesto de la instalación de esta más o menos.
Responderme sería de gran ayuda
Muchas gracias
Hola Isabel,
Habría que conocer en que lugar estás, pero siendo solo tres personas, de modo aproximado necesitas dos placas de 2m2 para tener una buena cobertura. Ten en cuenta que la energía solar térmica no es garantía y que sirve de apoyo del termo que deberá estar disponible todo el año.
En cualquier caso mi recomendación es que lo hables con un profesional local que podrá orientarte.
Un cordial saludo.
Hola Bruno, buenos días.
Cómo sé yo si un interacumulador es para que por su serpentín interior circule líquido caloportador o sea para conexión con el sistema de apoyo (gas por ejemplo)? Mi duda y confusión es cómo distinguirlos en un catálogo pues he visto simbología de sv, sr, kv, kr, en algunos dice 1″ Gas/M y me confundo. Tengo un anteproyecto donde la demanda de ACS es de 836 l/día a 60oC, con una Sc=17.04 m2, he seleccionado colocar un interacumulador de 1,000 litros con serpentín pero como lo encuentro y de repente no y me entran las dudas, es una tarea por si acaso. Aparte se cuenta con un sistema de apoyo con gas natural, donde hay un depósito acumulador de apoyo, claro está de 500 litros. Consideras que está bien esa proyección o decisión?
Apreciaré muchísimo tu valioso soporte y opinión, por favor.
Saludos.