Design of a domestic hot water (DHW) installation in a hotel using solar thermal energy

RESUMEN: En el presente proyecto se ha realizado el dimensionamiento de una instalación solar térmica de baja temperatura en un hotel de dos estrellas, situado en la localidad de Jerez de la Frontera, Cádiz, España. Dicho hotel cuenta con 30 habitaciones y puede llegar a hospedar a 64 personas. El objetivo de esta instalación es aportar la contribución mínima de energía renovable para cubrir la demanda de agua caliente sanitaria (ACS) del edificio exigida por el Código Técnico de la Edificación (CTE), esta contribución mínima por las características de nuestra instalación ha de cubrir al menos el 60% de la demanda anual. En primer lugar, se ha realizado una estimación del consumo de ACS anual para de esta forma determinar la demanda térmica a cubrir por la instalación. Para la determinación de ésta, se ha considerado en primer lugar las condiciones climáticas de la zona, así como la temperatura a alcanzar en el ACS. A continuación, considerando las características del edificio, las condiciones climatológicas de la zona, la demanda térmica de ACS y las características de los captadores, se ha obtenido el número mínimo de éstos para cumplir con lo establecido por el CTE. Una vez estimado el número de captadores solares necesarios, se ha hecho una comprobación del cumplimiento de la normativa en cuanto a cobertura mediante energía renovable. Dicha comprobación se ha llevado a cabo mediante el software CHEQ4, garantizando de esta forma el cumplimiento y evaluación de la sección HE4 del Documento Básico de Ahorro de Energía del CTE. Una vez determinada la superficie mínima de captación solar se han dimensionado el resto de los componentes de la instalación (volumen del depósito de acumulación y de los vasos de expansión, potencia de las bombas y del sistema de apoyo). Como resultado del dimensionamiento se ha obtenido que serán necesarios 10 captadores solares, un interacumulador de 2500 litros, dos vasos de expansión de 150 y 200 litros respectivamente, dos bombas de circulación de 7 y 162 W, 294 metros de tuberías y una caldera de gas de 75 kW. Estos componentes permitirán cubrir una demanda del 65,18% del ACS anual mediante energía solar térmica y el resto a través del sistema de apoyo. También se ha realizado un presupuesto de la instalación teniendo en cuenta todos los materiales y componentes utilizados, la ejecución y dirección de la obra, ascendiendo éste a 20991,2 €. Por otra parte, se ha realizado también un análisis económico y de rentabilidad de la instalación en el que se toman dos diferentes escenarios. En ambos casos obtenemos rentabilidad plena de la instalación y se muestra la influencia que tiene el precio de los combustibles en la rentabilidad de la instalación basada en energía renovable dimensionada en este proyecto.ABSTRACT: In this project, a low temperature solar thermal installation has been dimensioned for a two-star hotel located in Jerez de la Frontera, Cadiz, Spain. This hotel has 30 rooms and can accommodate up to 64 people. The objective of this installation is to provide the minimum contribution of renewable energy to cover the building's domestic hot water (DHW) demand required by the Technical Building Code (CTE), due to the characteristics of our installation, this minimum contribution must cover at least 60% of the annual demand. In this project, the first step was to estimate the annual DHW consumption in order to determine the thermal demand to be covered by the installation. In order to determine this, the climatic conditions of the area and the temperature to be reached in the DHW were taken into account. Then, considering the characteristics of the building, the climatic conditions of the area, the DHW thermal demand and the characteristics of the collectors, the minimum number of collectors to comply with the requirements of the CTE was obtained. Once the number of solar collectors required had been estimated, a check was made to ensure compliance with the regulations in terms of coverage by renewable energy. This check was carried out using the CHEQ4 software, thus guaranteeing compliance and evaluation of section HE4 of the Basic Document on Energy Saving of the CTE. Once the minimum solar collection surface area had been determined, the rest of the installation components were sized (volume of the storage tank and expansion vessels, power of the pumps and the support system). As a result of the dimensioning, 10 solar collectors, a 2500 litre storage tank, two expansion vessels of 150 and 200 litres respectively, two circulation pumps of 7 and 162 W, 294 metres of piping and a 75 kW gas boiler are required. These components will cover 65,18% of the annual DHW demand through solar thermal energy and the rest through the back-up system. A budget for the installation has also been drawn up, taking into account all the materials and components used, the execution and management of the work, amounting to 20991,2 €. In addition, an economic and profitability analysis of the installation has also been carried out in which two different scenarios are taken. In both cases we obtain full profitability of the installation and the influence that the price of fuels has on the profitability of the installation based on renewable energy dimensioned in this project is shown.Grado en Ingeniería Eléctric