Sistema de agua caliente sanitaria por energía solar que comprende,

al menos:

una pluralidad de depósitos (1,2,3) colocados en serie, generalmente dos o tres; de tal modo que el agua caliente (11) que sale de la pluralidad de colectores solares (4) pasa por el primer depósito (1), y de ahí al segundo (2) y al tercero (3), al último depósito (3) se mantiene a una menor temperatura que el primer (1) y segundo (2) depósitos, comprendiendo dicho último depósito (3), además, un intercambiador de calor (71) por el que pasan las aguas grises (10) cediendo su calor.

Sistema de agua caliente sanitaria por energía solar con recuperación de energía residual.

Objeto de la invención

El objeto de la presente invención consiste en un sistema de agua caliente sanitaria por energía solar con recuperación de energía residual y aplicación con alta eficacia de energía complementaria.

Campo de la invención

El campo en el que se encuadra la invención es en el de los sistemas de agua caliente sanitaria que utilizan energías renovables para su funcionamiento.

Antecedentes de la invención

La obtención de agua caliente a temperaturas inferiores a 70ºC, a partir de la aplicación directa de la energía solar, es desde hace mucho tiempo una de las prácticas de aprovechamiento de la radiación del Sol más ampliamente utilizadas, debido a la competitividad de dicho sistema en relación con las fuentes convencionales; esto es gracias al elevado rendimiento que para dichas temperaturas poseen los captadores, así como a la reducida inversión que supone dicho aprovechamiento.

Las aplicaciones del agua caliente a baja temperatura son muy variadas, y van desde el calentamiento de piscinas, donde es preciso mantener el agua del vaso a unos 25ºC, hasta la utilización como agua caliente sanitaria en viviendas, hospitales, etc., donde se requieren temperaturas de hasta 50ºC, pasando por tas aplicaciones industriales y las correspondientes a calefacciones a baja temperatura.

(A) Componentes de un sistema solar para la obtención de agua caliente sanitaria

Centrando el tema en la obtención del agua caliente sanitaria, donde a las ventajas descritas anteriormente se une la de su utilización a lo largo de todo el año, los componentes que son susceptibles de entrar a formar parte de un sistema de aprovechamiento de la energía solar, tanto para agua caliente sanitaria como para calefacción, se encuentran englobados en los subsistemas de captación, de distribución, de intercambio, de acumulación, de energía de apoyo y de regulación.

(i) Subsistema de captación

Está formado por el campo de captadores solares que recogen la radiación solar y transmiten la energía calorífica al fluido que circula por ellos.

(ii) Subsistema de distribución

Conjunto de tuberías por las que circulan los diferentes tipos de fluidos. La circulación puede ser por termosifón, pero es más eficaz el empleo de bombas que puede regular mucho mejor el funcionamiento del sistema.

(iii) Subsistema de intercambio

Cuando en el sistema de aprovechamiento solar el fluido de consumo no circula a través de los captadores, debe existir un intercambiador, donde se realice la transmisión de calor del fluido caloportador al de consumo.

En instalaciones de pequeño tamaño el intercambiador se incluye en el depósito acumulador, cediendo calor directamente al fluido de consumo contenido en el acumulador. Este tipo de intercambiadores adopta generalmente dos configuraciones: la de serpentín, con posibilidad de corrosión galvánica por utilización de metales diferentes, y la de cámara envolvente, que soluciona este problema, aun cuando tiene un rendimiento inferior.

Para instalaciones más importantes se emplean los intercambiadores exteriores al depósito acumulador, siendo los más utilizados el tubular y el de placas.

(iv) Subsistema de acumulación

Está formado por el o los depósitos acumuladores, que almacena agua caliente, habitualmente por estratificación, y permite la utilización del agua caliente aun cuando no exista radiación solar, de tal forma que consigue la adecuación de las características intermitentes y variables de la radiación solar, a las del consumo. La estratificación antes mencionada se consigue mediante las adecuadas conexiones entre captadores y acumulador; estas conexiones deben establecerse cumpliendo las siguientes condiciones:

La entrada al colector, que debe efectuarse por la parte inferior, ha de estar conectada con la parte inferior del acumulador, donde se encuentra el agua más fría.

La salida del colector, que debe efectuarse por la parte superior, ha de estar conectada con la parte superior del acumulador, donde se encuentra el agua más caliente.

La entrada del agua fría de la red al acumulador debe efectuarse por la parte inferior.

La salida del agua caliente del acumulador para el consumo debe efectuarse por la parte superior.

Si se colocan varios depósitos, como en la propuesta de esta patente, no trabajarían por estratificación si no que cada depósito acumularía a una temperatura distinta, con una mayor eficacia.

(v) Subsistema de energía auxiliar o de apoyo

Dado que generalmente el sistema de aprovechamiento solar no va a cubrir el 100% de las necesidades de agua caliente sanitaria, por no resultar interesante desde el punto de vista económico y por el sobrecalentamiento permanente de la instalación, cuando la temperatura que se requiere en el agua de consumo no sea alcanzada con este sistema será preciso instalar un sistema auxiliar que, mediante la utilización de otra fuente energética, generalmente convencional, permita obtener la temperatura de consumo requerida.

Existen diferentes métodos de incorporación de la energía auxiliar al agua precalentada a través de un sistema solar; los más utilizados consisten en el calentamiento del agua contenida en el depósito de acumulación del sistema solar, en el calentamiento del agua de un depósito de acumulación de apoyo o en el calentamiento al paso a la salida del acumulador.

Estos tipos de apoyo pueden efectuarse con cualquier tipo de energía, ya sea obtenida a partir de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos, de electricidad o de otro sistema alternativo. Los sistemas de apoyo que precisen de una instalación costosa sólo serán rentables en el caso de grandes consumos energéticos; por contra en instalaciones de tamaño reducido, calculadas para obtener la máxima rentabilidad, que en nuestras latitudes alcanzan unos porcentajes de aporte de la energía solar comprendidos entre el 55 y el 85% del total de las necesidades, este aporte auxiliar se obtiene a partir del gas, principalmente en aplicaciones de calentamiento al paso, por ser instantáneo y abundante, y, cada día más, a partir de la energía eléctrica con uso nocturno, mediante la introducción de una resistencia de inmersión en la parte alta del acumulador, si se trata del primer método antes descrito, o en la parte baja del acumulador de apoyo si se trata del segundo. Generalmente el apoyo eléctrico permite acceder a los sistemas con menor coste inicial, pero del mismo modo ofrece en la mayor parte de los casos los costes energéticos más elevados.

En la presente patente se ha eliminado la necesidad de este sistema de apoyo o se reduce al máximo.

(vi) Subsistema de regulación y control

Está formado por el conjunto de elementos (termostatos, manómetros, sondas, etc.) que, de acuerdo con las temperaturas de los subsistemas de captación, intercambio y acumulación, permiten la puesta en funcionamiento o parada del sistema.

Generalmente el control de un sistema solar se efectúa mediante la comparación, con un termostato diferencial, entre las temperaturas en los colectores y en el depósito acumulador, medidas con cualquier tipo de sonda ya sea de inmersión o de contacto. Si la temperatura de los colectores es superior en unos grados determinados a la del acumulador, el termostato pone en marcha la bomba de circulación para que el fluido recorra los captadores, mientras que si aquella temperatura se encuentra por debajo de unos grados, también previamente ajustados, se detiene la bomba.

(B) Los sistemas en función del fluido caloportador

La clasificación básica de los sistemas de agua caliente sanitaria se establece a partir del fluido que circula a través de los captadores y de la forma en que se efectúa esta circulación entre los subsistemas de captación y de acumulación.

Según que el fluido caloportador, que circula por los captadores, sea la misma agua de consumo o se establezca un intercambio entre el calor obtenido por el fluido caloportador y el de consumo, se originan dos tipos de sistemas: el directo, donde el agua de consumo actúa de fluido caloportador, y el indirecto, donde el fluido...

1. Sistema de agua caliente sanitaria por energía solar con recuperación de energía residual de las aguas grises calientes del edificio una vez que estas han sido usadas, que comprende, al menos:

una pluralidad de depósitos (1, 2, 3) de acumulación colocados en serie, configurados para que:

- el último de los depósitos (3) reciba la energía residual de las aguas grises (10);

- el primer depósito (1) reciba la aportación de calor proveniente de una pluralidad de colectores solares (4), a través de un primer intercambiador (5) de calor situado en dicho depósito (1); y donde dicho primer intercambiador (5) está conectado, bien en serie, bien en paralelo, a una pluralidad de válvulas termostáticas (8);

pasando todo el agua caliente que sale de la pluralidad de colectores solares (4) por el primer depósito (1), y de ahí al último depósito (3), bien directamente bien a través de un segundo depósito (2) intermedio;

manteniéndose el último depósito (3) que contiene agua fría de la red (30) a una menor temperatura que el primer (1) y segundo (2) depósitos, comprendiendo además un intercambiador (7) de calor por el que pasan las aguas grises (10) cediendo su calor,

dicho sistema de agua caliente sanitaria por energía solar caracterizado porque el primer depósito (1) tiene la capacidad correspondiente a los momentos de pico y menor a la óptima para la superficie de colectores (4) instalada, de tal forma que se alcanza la temperatura de consumo, y donde de no alcanzarse dicha temperatura, la aportación de la energía convencional solo sería la precisa para alcanzar la demanda inmediata.

2. Sistema según reivindicación anterior caracterizado porque si la temperatura del primer depósito (1) supera a la de consumo, se crea un by-pass hacia el resto de depósitos (2, 3) y donde dicho by-pass se constituye en una forma seleccionada entre:

(a) una válvula de tres vías;

(b) una doble conexión entrada-salida.

3. Sistema según reivindicaciones anteriores caracterizado porque la aportación de energía convencional (20) se produce en el primer depósito (1).