Download Instalaciones Geotérmicas - IngenierosIndustriales.com

Bruno De Miranda Santos
Ingeniero Industrial
A Coruña, 31 de marzo 2011
APROVECHAMIENTO GEOTÉRMICO DE BAJA
TEMPERATURA EN EL ÁMBITO RESIDENCIAL
ÍNDICE
Fundamentos
 Estado actual de la tecnología
 Legislación
 Conclusiones

ENERGÍA GEOTÉRMICA
Fundamentos
 Energía procedente del interior de la tierra, la
liberación de calor procede de:





La desintegración de isótopos radioactivos presentes
en la corteza terrestre y en el manto.
Calor inicial a liberar desde la formación del planeta
Movimientos relativos entre la corteza y el manto
Solidificación del núcleo
Existe un continuo flujo de calor desde el
interior hacia la superficie terrestre, a medida
que profundizamos aumenta la temperatura
del terreno del orden de 1ºC cada 33 metros.
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Aprovechamiento geotérmico de baja entalpía (temperatura)
 Energía con origen en la diferencia de temperaturas existente
entre el interior de la tierra y su superficie.
 El aprovechamiento del recurso geotérmico de baja temperatura
requiere del uso de una bomba de calor, que emplee el terreno
como uno de sus focos y el medio a climatizar como el otro foco
 La elevada eficiencia energética de los ciclos frigoríficos de
compresión mecánica permite que el empleo de bombas de calor
geotérmicas resulte viable desde el punto de vista económico y
en muchos casos medioambiental.
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Aprovechamiento geotérmico
de baja entalpía (temperatura)
Empleo del terreno como origen
del calor (foco frío) en invierno y
como sumidero del calor en
verano (foco caliente).
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Componentes del aprovechamiento
geotérmico de baja entalpía (temperatura)
 Circuito de intercambio de calor con el
terreno





Intercambiador de calor entre terreno y solución
de agua + anticongelante
Bomba de circulación
Conexión hidráulica a la bomba de calor
Bomba de calor
Circuito de intercambio térmico con la
vivienda

Circuito convencional de climatización
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Bomba de Calor
 Máquina frigorífica
que permite el
aprovechamiento
del calor de
condensación
 Funcionamiento
según ciclo de
compresión
mecánica,
empleando como
fluido frigorígeno
un HFC
INVIERNO
VERANO
Foco Caliente
Vivienda
Foco Caliente
Terreno
Calor
Bomba
de calor
Trabajo
Calor
Foco Frío
Terreno
Calor
Bomba
de calor
Trabajo
Calor
Foco Frío
Vivienda
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Bomba de Calor
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Bomba de Calor geotérmica en lazo cerrado
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Rendimiento de la bomba de calor geotérmica
Rendimientos máximos teóricos (de Carnot)
 Refrigeración: EER = TF / (TC-TF)
 Calefacción: COP = TC / (TC-TF)
(Temperaturas de los focos en grados Kelvin)
Rendimientos en funcionamiento
 Refrigeración: EER = Potencia frigorífica / Potencia absorbida
 Calefacción: COP = Potencia calorífica / Potencia absorbida
(En caso de ser estacionales debe sustituirse potencia por
energía)
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Aplicación a una vivienda unifamiliar. Datos de partida
 Demanda de calefacción media: 100 w/m2
 Superficie considerada: 150 m2
 Carga térmica: 15000 w = 15 kw
 Horas de uso anual de la calefacción: 1.200 horas
 Demanda energética anual en calefacción: 18.000 kwh/año
 COP estacional = 3
 Demanda de energía eléctrica:
Demanda = 18.000 kwh/año / 3 = 6.000 kwh/año
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Aprovechamiento
geotérmico de baja
entalpía (temperatura)
El aprovechamiento
geotérmico de muy baja y
baja temperatura suele
hacer uso de los siguientes
métodos de intercambio
térmico con el terreno:
 Colectores horizontales
enterrados
 Sondeos geotérmicos
 Sondeos de captación de
aguas
 Cimientos geotérmicos
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Colectores horizontales enterrados
 Profundidad de enterramiento del orden de 0,8 metros
 Tubo de polietileno de diámetro 25 – 40 mm
 Fluido de intercambio: agua + anticongelante
 Necesidad de superficie de 1,5 – 3 veces la superficie a calefactar
 Muy influido por el clima
 Es más un captador solar que un aprovechamiento del recurso
geotérmico
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Sondeos geotérmicos
 Necesidades de terreno muy
inferiores
 Tubo de polietileno de alta
densidad
 Fluido de intercambio: agua +
anticongelante
 Diámetro del sondeo 10 – 15 cm
 Profundidad superior a los 30 m
 Longitud del orden de 30 – 60 m
por kw
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Cimientos geotérmicos
Puede tratarse como un caso
particular de los sondeos
geotérmicos
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Reglamentación más relevante
 RITE: Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios
(Real Decreto 1027/2007 y modificaciones)
 CTE: Código Técnico de la Edificación. Documentos Básicos HE
(Real Decreto 314/2006 y modificaciones)
 Futura Orden que desarrolle la aplicación del RITE en Galicia
La Biomasa es relevante para
 Certificación de Eficiencia Energética de edificios nuevos
(Real Decreto 47/2007)
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Conclusiones
 No se trata de una tecnología innovador, si no de una aplicación
innovadora de tecnologías existentes.
 Presenta las ventajas en rendimiento energético de la bomba de
calor aerotérmica, sin la limitación por temperatura del foco
exterior
 Incertidumbre normativa, ¿es renovable?
 Inconvenientes: Elevada inversión inicial, nivel de temperatura
óptimo solo para sistemas de baja temperatura (suelo radiante,
fancoils), problemas de temperatura durante ciclos de limpieza
anti-legionella según RD 865/2003 (no domésticos)
Bruno De Miranda Santos
Ingeniero Industrial
A Coruña, 31 de marzo 2011
PREDIMENSIONAMIENTO DE UN
INSTALACIÓN GEOTÉRMICA DOMÉSTICA
DIMENSIONAMIENTO
Procedimiento
Cálculo de carga
térmica
Problema:
Demasiado trabajo si debe
realizarse antes de la oferta previa
Elección de la
bomba de calor
Ensayo de respuesta
térmica del terreno
Dimensionamiento
del sondeo
Dimensionamiento del
resto de la instalación
PREDIMENSIONAMIENTO
Procedimiento
Estimación de la
carga térmica
Elección de la
bomba de calor
Estimación de las
características del
terreno
Ventaja: Simplicidad, permite
estimar el orden de magnitud .
Riesgo: Que se confunda con el
único cálculo necesario.
Predimensionamiento
del sondeo
Predimensionamiento
del resto de la
instalación
EJEMPLO (SOLO CALEFACCIÓN)
Datos de partida
 Vivienda unifamiliar de 120 m2 acondicionados
 Buen nivel de aislamiento
Estimación de la carga térmica
 Carga térmica de calefacción de 75 w/m2
 Carga térmica máxima = 120 m2 x 75 w/m2 = 9.000 w
EJEMPLO (SOLO CALEFACCIÓN)
Esquema de principio
EJEMPLO (SOLO CALEFACCIÓN)
Elección de la bomba de calor
 Potencia de calefacción = 9.130 w
 Coeficiente de prestación COP = 5,50
 Potencia eléctrica absorbida = 1.660 w
Estimación de las características del terreno
 Conductividad térmica del terreno
 Capacidad térmica específica
EJEMPLO (SOLO CALEFACCIÓN)
Conductividad térmica del terreno
 Estimada en base a tablas
 Realización de ensayo térmico in-situ
 Despreciar el dato y estimar directamente la capacidad
térmica específica
EJEMPLO (SOLO CALEFACCIÓN)
Obtención de la capacidad
térmica específica
 Norma VDI 4640
 Estimamos subsuelo normal,
para 1.800 hora/año, de las
gráficas de la página anterior
deducimos que 60 w/m
puede resultar poco
conservador, tomamos
50 w/m
EJEMPLO (SOLO CALEFACCIÓN)
Potencia térmica del intercambiador al terreno
 Norma VDI 4640
EJEMPLO (SOLO CALEFACCIÓN)
Longitud de la sonda
EJEMPLO (SOLO CALEFACCIÓN)
Conclusiones
 Una vez obtenido el coste de la bomba de calor y del sondeo, el
resto de la instalación se valorará como una instalación de
climatización convencional (suelo radiante, fancoils, sistema
todo aire, …)
 No se trata de un cálculo definitivo, sino de un cálculo previo,
una vez encaminada la oferta deberá afinarse el cálculo. El
modelo real es demasiado complejo como para admitir una
simplificación tan burda.