UNIVERSIDAD PONTIFICIA DE COMILLAS CLIMATIZACIÓN GEOTÉRMICA DE UN EDIFICIO. Autor: Sanz Jimeno, Carlos. Director: Montes Ponce de León, Julio.

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1 RESUMEN DEL PROYECTO i CLIMATIZACIÓN GEOTÉRMICA DE UN EDIFICIO Autor: Sanz Jimeno, Carlos. Director: Montes Ponce de León, Julio. Entidad Colaboradora: ICAI-Universidad Pontificia de Comillas. RESUMEN DEL PROYECTO En el presente proyecto se va a estudiar la climatización de un edificio situado en la calle María Blanco de Madrid aprovechando el calor de baja temperatura del subsuelo. En la climatización geotérmica se utiliza el subsuelo como manantial de calor. Así, en función de la etapa del año en la que estemos, transmitiremos calor a la vivienda procedente del subsuelo (invierno), y transportaremos calor de la vivienda al subsuelo (verano) mediante una bomba de calor. Primeramente se ha evaluado las necesidades térmicas de la vivienda en cuestión, tomando como referencia la climatología del lugar, las características constructivas y unas condiciones de confort preestablecidas. Hay que destacar que es una vivienda que tiene proyectada su construcción, pero al no estar construida aún, su climatización por geotermia es más viable. La parcela donde estará situada consta de 195,26. La superficie total a construir es de 241,03, de los cuales son útiles 199,48. Con los datos de la vivienda, tanto de fachadas (materiales y orientación), plantas, habitaciones, huecos, cubierta, además de las condiciones climatológicas de la zona, se calculan las pérdidas térmicas en función de la época del año (en invierno se debe tener en cuenta las infiltraciones y la transmisión, mientras que en verano la radiación solar e internas, transmisión e infiltraciones). Teniendo en cuenta estas particularidades de la vivienda, se obtienen sus necesidades energéticas, siendo estas de 5,70kW para el verano y 9,77kW para el invierno. La bomba de calor geotérmica, así como toda la instalación estará dimensionada para el periodo invernal al ser el momento del año en el que se necesita más potencia. Las características del subsuelo de dicha área, que será la fuente y sumidero de calor son las siguientes: una primera capa hasta los 0,6 metros de profundidad compuesta de rellenos arenoarcillosos marrones y restos antrópicos; y una segunda capa desde los 0,6 metros de profundidad de arcillas arenosas marrones con algo de gravas que conforme aumenta la profundidad, aumenta su consistencia. Una vez obtenidas las necesidades energéticas, se elegirá la bomba de calor geotérmica necesaria para satisfacer los requerimientos energéticos de la vivienda, los sistemas de calefacción y refrigeración, instalación del ACS y el sistema de intercambio de calor con el subsuelo.

2 RESUMEN DEL PROYECTO ii Se ha escogido la bomba de calor TERRA 10 S/W-HGL-P que es la que tiene una mejor relación técnico-económica. En cuanto a la distribución del calor por la vivienda, teniendo en cuenta que es una vivienda no construida, será por suelo radiante. Con él, se conseguirá una mayor uniformidad e inercia en la distribución del calor por el habitáculo. El sistema de refrigeración durante los meses de verano será producido por fan coils. Es el sistema más conveniente puesto que el frío va de arriba hacia abajo. El intercambio de calor con el subsuelo se realizará a través de unos colectores encargados de transportar el fluido que intercambia el calor con el subsuelo. Por norma general, los colectores son de polietileno y el fluido que transportan está compuesto por agua (70%) y de anticongelante (30%). Dicho intercambio se realiza en base a las propiedades del fluido, resistencia térmica del tubo y la tierra y el coeficiente de convección del fluido. La distribución de los colectores será horizontal. Una vez seleccionados todos los sistemas de la instalación necesarios, se evalúa su coste para analizar la viabilidad económica del proyecto. Además se realizan una serie de comparaciones en cuanto a la rentabilidad económica y ecológica con otros sistemas de climatización. En dicho estudio, se puede apreciar que la inversión inicial de la energía geotérmica es mayor que en los demás sistemas (si bien es cierto que con las subvenciones se atenúa), pero el ahorro anual en el consumo hace que la inversión sea rentable amortizándose en 12 años en el peor de los casos (comparándola con la caldera de gas natural sin obtener la subvención la energía geotérmica). COMPARATIVA DE COSTES ANUALES Fig. 1. Comparativa costes anuales

3 RESUMEN DEL PROYECTO iii En cuanto a términos ecológicos, la bomba de calor presenta mayores ventajas respecto a gas natural, propano y gasóleo en lo que a emisiones de se refiere. Fig. 2. Comparativa emisiones emitidas a la atmósfera Como conclusión, se puede decir que es una inversión que resulta rentable comparándola con cualquier tipo de sistema de climatización, incluso con el gas natural, siendo la ventaja menor (a los 8 años se amortizaría la inversión en el caso de que se hubieran concedido las subvenciones). Aún así, hay que destacar que la tendencia del precio del gas natural es a aumentar con el paso de los años y por tanto, una climatización geotérmica sería aún más rentable si cabe. Como principales ventajas de esta energía aparte de las ya mencionadas anteriormente, cabría destacar que es una energía económica, continua, eficiente y local. Además, gracias a que unos metros por debajo del suelo la temperatura se mantiene constante a lo largo del año, se podrán instalar bombas de calor de menor capacidad que si nos guiáramos en el dimensionado por la temperatura del ambiente exterior donde las condiciones son más penalizadoras. Las otras características principales que pueden hacer a esta energía más atrayente que el resto de las renovables es su continuidad y su descentralización. En energías como la solar o la eólica, hay grandes variaciones en el rendimiento dependiendo el momento del día o mes. La energía geotérmica depende de las características del subsuelo y estas no varían con el tiempo. Además, la podemos encontrar en cualquier lugar del mundo, no está adjunta a determinadas zonas, si bien es cierto que en la actualidad no se encuentra muy desarrollada en España.

4 PROJECT SUMMARY iv GEOTHERMAL AIR-CONDITIONING OF A BUILDING Author: Sanz Jimeno, Carlos. Supervisor: Montes Ponce de León, Julio. Organization: ICAI-Universidad Pontificia de Comillas. PROJECT SUMMARY In this Project, we will analyze how to take advantage of low-temperature subsoil heat for the air-conditioning of a building located in the street María Blanco in Madrid. In geothermal air-conditioning, the subsoil is used as a heat source. Depending on the time of year, heat is transmitted from the subsoil to the building (in winter) or else heat is transferred from the building to the subsoil (in summer) by means of a heat pump. We started by evaluating the thermal needs of the building according to the site climatology, the building features and certain pre-established comfort conditions. Since we are dealing with a dwelling that has not yet been built, geothermal air-conditioning is more feasible. The plot where the building will be located has an area of Sq. M. Total construction area is Sq. M., of which Sq. M. are usable surface. Based upon the building data facades (materials and exposure), floors, rooms, hollows, roof and upon local climate conditions, thermal losses are computed for each time of year (in winter, infiltrations and transmission must be taken into account, whereas in summer solar and internal radiations need to be considered, along with transmission and infiltrations). follows: The energetic requirements of the building, with the above-mentioned features, are as Power required in summer: 5.70 kw/power required in winter: 9.77 kw The geothermal heat pump, as well as the whole installation, is adjusted to winter conditions, when more power is required. The site subsoil, to be used as the heat source and sink, has the following features: a first layer, to a depth of 0.6 meters, is made up by brown sand and clay deposits, and anthropic sediments; a second layer, deeper than 0.6 meters, consists of brown sandy clays with gravel, and becomes more and more consistent as it gets deeper. Once the energetic requirements have been established, a geothermal heat pump is chosen to meet the energetic needs of the building, its heating and cooling systems, ACS installation and subsoil heat exchanger.

5 PROJECT SUMMARY v The TERRA 10 S/W-HGL-P heat pump, with the best technical-economic ratio, was selected. Since the building is still a project, a radiant floor can be used to distribute heat around the dwelling. This type of floor allows greater uniformity and inertia in heat distribution. In the summer months, cooling is achieved through fan coils. This is the most appropriate cooling system as cold air is sent down and, with a cooling floor, it remains close to the floor. Heat exchange with the subsoil is achieved through a series of collectors carrying the fluid which takes heat from and to the subsoil. As a general rule, collectors are made of polyethylene, and the carried fluid consists of water (70%) and antifreeze (30%). Heat exchange depends on the fluid properties, the pipe and ground thermal resistance, and the fluid convection rate. Collectors are horizontally distributed. Once all the required installation systems have been selected, their cost is evaluated to assess the economic feasibility of the project. On the other hand, a series of comparisons are carried out with other air-conditioning systems in relation to economic and ecological profitability. This study shows a greater initial investment with geothermal energy compared to other systems (though it decreases as a result of subsidies). Annual savings in consumption makes the investment profitable, since in the worst scenario it is recovered in 12 years (compared to a natural gas boiler without any subsidy for geothermal energy). ANNUAL COST COMPARASION Fig. 3. Comparative table of annual costs

6 PROJECT SUMMARY vi From an ecological standpoint, the heat pump has greater advantages than natural gas, propane and fuel oil with regard to CO2 emissions. Fig. 4. Comparative table of CO2 emissions to the atmosphere By means of conclusion, it can be stated that this investment is profitable compared to any kind of air-conditioning system, including natural gas, which shows a smaller comparative advantage: the investment would be recovered in 8 years if subventions had been granted. Even so, the trend of natural gas prices is to increase with the passing of years. Therefore, geothermal air-conditioning would be even more profitable. Apart from the advantages already mentioned, this kind of energy is inexpensive, continuous, efficient and local. Furthermore, at a few meters below ground level, the temperature keeps constant throughout the year, which allows installing heat pumps of lesser capacity compared to the more penalizing conditions imposed by outdoor temperature. Continuity and decentralization are other important features of geothermal energy that make it more attractive than other renewable energies. In solar and eolic energies, the output shows great variations depending on the time of day and month of the year. Geothermal energy depends on the subsoil features, and these do not vary with time. On the other hand, it can be found in any place of the world and is not limited by climate conditions to specific areas. However, this type of energy is not yet widely used in Spain.