Instalaciones Geotérmicas
Anuncio
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.
