Aplicaciones geotérmicas en la edificación

Transcripción

1 10 Aplicaciones geotérmicas en la edificación Eduardo Domínguez Gadea Ingeniero Industrial Responsable Técnico en Geotics Innova S.L.

2 Què fem? PRESENTACIÓN DE LA EMPRESA Especialistas en GEOTERMIA de muy baja temperatura: Alexandra - Sabadell Ingeniería y asesoramiento Instalaciones llaves en mano Colectores geotérmicos Pruebas de respuesta térmica (TRT) 660 kwt metros Llotja Lleida Vall de Núria 360 kwt metros 240 kwt metros

3 OBJETIVO -> PORQUÉ GEOTÉRMIA? o o o Calefacción Refrigeración Agua caliente sanitaria (ACS) Sup. Construida 18,976m2. Y también AYUDAMOS a la no utilización combustibles fósiles reducción de consumo de energía primaria reducción de emisiones de CO2 incorporación energías renovables DIRECTIVA RES DIRECTIVA EPB NZEB 2020 reducción costes operativos Ejemplo Edificio Sostenible - Alexandra premio programa Greenbuilding Nacional 2010 en la categoría proyecto más innovador SOBRE COSTE GEOTERMIA SOBRE TOTAL DEL EDIFICIO -> 1%

4 Índice ÍNDICE 1. Fundamentos geotermia de muy baja temperatura 2.Tipos de colector geotérmico y dimensionado 3. Casos reales 4.Conclusiones

5 QUÉ ES LA GEOTERMIA Es la energía almacenada en forma de calor por debajo de la superficie de la Tierra Alta temperatura: más de 150ºC 2. Media temperatura: entre 90 y 150ºC 3. Baja temperatura: entre 30 y 90ºC 4. Muy baja temperatura: menos de 30ºC

6 FUNCIONAMENTIO ENERGÍA GEOTÉRMICA DE MUY BAJA ENTALPÍA Atmósfera Atmosfera Absorbido Absorbit por el vapor pel vapor de agua, Absorbido Absorbit el polvo, d aigua, O 3 por Pels las núvols nubes la 19% pols, O 3 4% 4% Reflejado Reflexat por las nubes 19% pels 17% núvols 17% Absorbido Absorbit por per Reflejado Reflexat por per la la superficie la La superficie superfície 46% 6% 6% Dispersado Dispersat por per el aire l aire 8% 8% Bomba de calor El subsuelo absorbe la mitad de la El subsòl absorbeix la meitat de la energia que incideix del sol Recurs que es troba sota qualsevol terreny en qualsevol energía lloc habitat que del planeta incide del sol 12ºC

7 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO INVIERO Y VERANO 40 kwt 10 kwe COP=4 Necessitats tèrmiques de l edifici 20ºC 45ºC 10ºC Flux de calor 26ºC 40 kwt ERR=4 10 kwe 30 kwt 12ºC 12ºC 50kWt COP P P condesador eléctrica [ W ] [ W ] EER P P evaporador eléctrica [ W ] [ W ] P evaporador [ W] Peléctrica [ W] Pcondensado r[ W]

8 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: UN CIRCUITO CERRADO Bomba de calor Circuito calefacción Temp. Edifici 20ºC 40ºC Col lector geotèrmic 12ºC

9 Funcionament circuit tancat 2ºC 10 m3/h 30kW -1ºC 50 W/m 600m Tªm= 0,5ºC 30 kw Tªterreny= 12ºC

10 Comparativa energia diferentes sistemas de calefacción kwh 20Tn CO kwh = kwh kwh 12Tn CO kwhe = kwh

11 Comparativa energia diferentes sistemas de calefacción kwh 47Tn CO kwhe = kwh kwh 22Tn CO kwh = l. = kwh

12 Recurso en cualquier sitio habitado del planeta Es necesaria la utilización de una bomba de calor geotérmica La inversión inicial se recupera en menos de 10 años Otros datos: ENERGÍA GEOTÉRMICA DE MUY BAJA ENTALPÍA: DATOS 1945 primera instalación con bomba de calor geotérmica en una vivienda Actualmente 1 millón de instalaciones con capacidad instalada de 15 MW t Renovable RES DIRECTIVE 2009/28/CE mínimo SPF> 2,875 A tener en cuenta para cumplir la EPB DIRECTIVE 2010/31/UE relativa a la eficiencia energética de los edificios

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14 TIPOS DE COLECTORES GEOTÉRMICOS Vertical Dificultad realitzación Maquinaria específica Más caro Ocupa poco terreno Alta eficiencia ( W/m prof.) Horizontal Facilidad realización Menos caro Pequeños edificios Superficie elevada Influencia estacional (10-40 W/m 2 ) Agua Subterránea Aquífero + Inyección Menos caro Normantiva y Regulaciones Legalización y cánon de utilización Más mantenimiento

15 Ejemplo colector geotérmico horizontal Potencia Instalación Población 230 kw Vilamitjana (Lérida) Cliente Tipo de edificio Privado Viviendas plurifamiliares Año construcción Superficie 2.600m2 Configuración bombas Configuración distribución Intercambio geotérmico 52 bombas individuales Conductos de aire Horizontal Viviendas plurifamiliares

16 REALIZACION PERFORACION VERTICAL 1-Colocación del revestimiento 2-Perforación 3-Instalación sonda

17 REALIZACION PERFORACION VERTICAL - sondas Sondas de PE100 PN16 Profundidad del pozo de 100 a 150m Diámetro del pozo de 127 a 150mm Rellono del pozo con morter Coste aproximado pozo vertical acabado 35 /m Pie de sonda

18 REALIZACION PERFORACION VERTICAL pruebas de presión y cimentación Pruebas de presión: - Después de instalar la sonda geotérmica - Antes de la cimentación - 4 bares de presión Cimentación: - Optima transmisión térmica entre terreno y sonda - Mezcla de bentonita y cemento - Inyectado con bomba de la parte inferior a la superior

19 DIMENSIONAMIENTO DE UN COLECTOR GEOTÉRMICO POTENCIA ESPECÍFICA DE EXTRACION (W/m) Potencia punta de la instalación (kw) Demanda energética anual del edificio (kwh) Rendimiento esperado del equipo Características del terreno conductividad térmica del terreno la resistencia de la sonda la temperatura del terreno

20 CONSIDERACIONES CON LOS RATIOS DE EXTRACCION EDIFICIO 1 COLEGIO Potencia extracción PUNTA CALEFACCIÓN: 140 kw Longitud de la sonda necesaria colegio = m Ratio extracción: 50 W/m EDIFICIO 2 - HOTEL Potencia extracción PUNTA CALEFACCIÓN: 140 kw Longitud de la sonda necesaria hotel = m Ratio extracción: 35 W/m A TENER EN CUENTA: Demanda energética del edificio (kwh) NO SÓLO POTENCIA PICO

21 Sostrat DIMENSIONAMIENTO SEGÚN TABLAS VDI4640 Valors generales: Potencia específica de extracció (W/m) Per 1800 h Per 2400 h Sostrat pobre (<1,5 W/m/K) 25W/m 20 W/m Normal, base roca amb substrats i sediments saturats amb aigua ( 1,5 > λ<3,0 W/m/K) 60 W/m 50 W/m Base de roca > 3,0 W/m/K 84 W/m 70 W/m Tipus de pedres: Grava, arena humida (Gravel, sand, dry) <25 W/m <20 W/m Grava, sorra, aigua W/m W/m Argila, humida W/m W/m Pedra calcàrea W/m W/m Arenaria W/m W/m Granet W/m W/m Basalt W/m W/m Gneiss W/m W/m

22 DIMENSIONAMIENTO SEGÚN TABLAS VDI4640

23 CONSIDERACIONES CON LOS RATIOS DE EXTRACCION Ejemplo real, hotel 2.600m2, suelo radiante, calor+acs: Instalación de 240 kw potencia extracción. (W) temp terreno (ºC) 8 8 W/m col. Invierno (m) coste perforacion Longitud colector necesaria según Test Respuesta Térmica y estudio demanda energética edificio = m -> 49 W/m

24 ENSAYO DE RESPUESTA TÉRMICA DEL TERRENO T.R.T. Grandes instalaciones y horas de funcionamiento > 2400 h conductividad térmica del terreno la resistencia de la sonda la temperatura del terreno La única forma de poder determinar todos estos parámetros es mediante un ensayo de respuesta térmica, ERT o TRT. Este tipo de ensayos son muy interesantes en instalaciones grandes para poder calcular de forma exacta el número de perforaciones necesarias para satisfacer las demandas térmicas de la instalación.

25 NECESIDADES TÉRMICAS DEL EDIFICIO Altura (m) : 450 T mediana (ºC) : 13 T. Mínima (ºC) : -8 T. Máxima (ºC): 40 Kwh Demanda tèrmica de l'edifici (Kwh) Calefacció Refrigeració Gener Febrer Març Abril Maig Juny Juliol Agost Setembre Octubre Novembre Desembre Calefacción: Kwh/any Refrigeración: Kwh/any Potencia bomba de calor: 60 kw

26 ºC ºC 10 RESULTADOS COMPORTAMIENTO COLECTOR Variació temperatura mitja col.lector Variació temperatura mensual col lector ºC 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, anys 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0, Mes Variació temperatura mitja del col.lector Períodes Potencia B.C.G.= 60Kw Calefacció= 43950Kwh Refrigeració= 45850Kwh Potencia mitja anual col lector =+3,2Kw Desequilibri anual tèrmic= Kw Ground Loop Design Earth Energy Designer

27 RENDIBILIDAD DEL PROYECTO DE BCG Coste instalación entre y /kw Retorno inversión entorno 10 años El proyecto será más viable en los siguientes casos: o Edificio con necesidades de calor, refrigeración y ACS o Edificios de alta ocupación o Edificios alta calificación energética o Posibilidades de recuperación de calor o Ajustar la relación W/m2 con sistemas inerciales o Posibilidad de instalaciones híbridas para tratar puntas de demanda o Aprovechamiento tarifa eléctrica reducida o media/alta tensión

28 premio programa Greenbuilding Nacional 2010 CASO DE ÉXITO: EDIFICIO ALEXANDRA 168 Viviendas dotacionales públicas, biblioteca pública y centro servicios Potencia instalación Kw Año construcción Superficie 5500 m m2 Sup. Construida 18,976m2 Configuración bombas Configuración distribución Intercambiador geotérmico 5 de 60kW + 6 de 60kW Suelo Radiante + Fan-coils mts Edificio Alexandra, Viviendas Municipales de Sabadell

29 Esquema de principio Edificio Gent Gran m2. Producción 2 tubs. Frío/Calor y ACS 360 kwt m

30 90 perforaciones Campo de captación geotérmico Entre 60-90m profundidad Total 6.400m de intercambio Demanda energética kwh/año Conductividad térmica del suelo λ = 1,83-1,88 W/mK

31 CASO DE ÉXITO: EDIFICIO ALEXANDRA SOBRECOSTE ECONÒMICO vs SISTEMAS CONVENCIONALES APROVECHAMOS INSTALACION GEOTÉRMICA PARA CLIMATIZAR BIBLIOTECA Y CENTRO DE SERVICIOS SOBRE TOTAL DEL EDIFICIO -> 1% 625 /m2 construido (nuevas promociones VIMUSA) DEMANDA POTENCIAS MÁXIMA EN PUNTA (400 kw) MÁXIMA GESTIÓN SIMULTANIEDADES y INERCIAS (360 kw) PREVISTA CRUCERO (73% POR DEBAJO DE 300 kw) DIMENSIONADO INTERCAMBIO GEOTÉRMICO DEMANDA ENERGÉTICA DEL EDIFICIO RESPUESTA DEL SISTEMA EN LAS PUNTAS ENSAYO DE RESPUESTA TÉRMICA

32 Sala de máquines

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34 COMPARATIVA DE CONSUMOS ALEXANDRA MARZO BIBLIOTECA CONVENCIONALES SABADELL 160 kwh/m2 año energía eléctrica final global ALEXANDRA 83 kwh/m2 año energía eléctrica final global 48% de ahorro energía final 66% de coste media kwh/h 0,089 /kwh media tensión VIVIENDAS 63% de ahorro de energía final 39% de ahorro de costes

35 Premio programa Greenbuilding Unión Europea CASO DE ÉXITO: HOTEL DE VALL DE NÚRIA Metros de perforación propuestos: m Número perforaciones: 36 Profundidad pozos: 90 m Diámetro pozos: 130 mm Energía a captar del colector: 240 kwh/año Potencia calorífica a captar: 160 kw

36 Esquema de principi0 VDN calefacción + ACS 2,600m2 240 kwt m

37 Distibución perforaciones

38 Distibución perforaciones y sala de máquinas

39 Entrada tubos interior edidicio

40 EJECUCIÓN PERFORACIONES VALL DE NÚRIA

41 Ejecución y llenado de zanjas

42 Ejecución y llenado de zanjas

43 El colector de unión de pozos Conexión en sentido ascendente desde el pozo Válvulas de aislamiento y ajuste de caudal en cada pozo Válvulas de llenado de anticongelante. Cálculo de pérdida de carga Dimensionado de tuberías Vaso de expansión Aislamiento térmico Propilenglicol - 33% en volum (-15ºC) Etilenglicol - 28% en volum (-15ºC)

44 SALA DE MÁQUINAS VALL DE NÚRIA

45 SALA DE MÁQUINAS VALL DE NÚRIA

46 9:50:00 18:50: 3:50:00 12:50: 21:50: 6:50:00 15:50: 0:50:00 9:50:00 18:50: 3:50:00 12:50: 21:50: 6:50:00 15:50: 0:50:00 9:50:00 18:50: 3:50:00 12:50: 21:50: 10:50: 19:50: 4:50:00 13:50: 22:50: 7:50:00 16:50: 1:50:00 15:50: 0:50:00 9:50:00 18:50: 3:50:00 10 DATOS DE FUNCIONAMIENTO VALL DE NÚRIA Dades funcionament de 26/01/2012 al 10/02/2012. TEMP. MEDIA -8ºC / TEMP. MÍN -20ºC Dep. ACS Dep. Calefacción Temp Colector Master 10 0

47 DATOS DE FUNCIONAMIENTO VALL DE NÚRIA: 1 AÑO Indicador Und. Valor Ratios Horas funcionamiento h % Temp. calefacción ºC Temp. ACS ºC 60 Temp. pozos retorno ºC 2-7 Potencia entregada BCG kw Potencia extracción BCG kw W/m Energía producida kwh kwh/m2 Energía consumida kwhe kwh/m2 Coste económico ,7 /m2 Ahorro económico % Ahorro en. primaria kwh % Ahorro CO2 Kg % Inversión extra /m2 Ventajas conseguidas: Se demuestra la fiabilidad y seguridad del sistema Se evita el transporte de gasoil con el cremallera No se utilizan combustibles fósiles en zona de alto interés natural Gran confort Amortización inferior a 10 años incluso teniendo en cuenta la baja utilización actual del hotel Se está trabajando ya en la interconexión con edificios existentes

48 CASO DE ÉXITO: NUEVA SEDE IGC Premio NAN de Arquitectura y Construcción mejor integración de la energía OIKOSVIA ARQUITECTURA Potencia instalación 60 kw Población Tremp Cliente Ajuntament Tipo edificio Oficines Año construcción 2011 Superficie 600 m2 Edificio del Institut Geològic Catalunya Configuración bombas Configuración distribución Intercambiador geotérmico 1 de 60 kw Fan-coils Vertical metros

49 CASO DE ÉXITO: NUEVA SEDE IGC Sala de máquinas del Institut Geològic Catalunya

50 CASO DE ÉXITO: NUEVA SEDE IGC

51 CASO DE ÉXITO: BIBLIOTECA UNIVERSIDAD VIGO Potencia instalación 180 kw Año construcción 2010 Superficie m2 Configuración bombas Configuración distribución Intercambiador geotérmico 3 bombes de 60 kw Fan-coils metres

52 Instalación anterior 2 bombas de calor convencionales,1 con producción a 4 tubos de 109 kw y otra con producción a 2 tubos de 314 kw, y una caldera de gasoil de aproximadament 300 kw térmicos.

53 Esquema de principi producció a 4 tubs + (bomba calor conv. + caldera) Inercia Inercia 180 kwt 3,300 m

54 CASO DE ÉXITO: MUSEO HISTORIA L HOSPITALET (HARMONIA) Potencia instalación Población 80 kw L Hospitalet del Llobregat Cliente Ajuntament Tipo edificio Museo Museo de historia Año construcción 2009 Superficie 800 m2 Realización perforación vertical Configuración bombas Configuración distribución Intercambiador geotérmico 2 bombes de 40 kw Fan-coils Perforaciones Verticales metros

55 SALA DE MÁQUINAS MUSEO HISTORIA L HOSPITALET SALA TÉCNICA 80 kw/20 m²

56 COLEGIO MUNICIPAL TRILLO CENTRO DEPORTIVO MUNICIPAL JOAN MIRÓ- BARCELONA Geotermia 240kWt - 32 perforaciones de 120m + caldera gas. Calentamiento piscina + clima vestuarios + clima salas gim + ACS Geotermia 40kWt caldera gasoil existente + radiadores

57 Conclusiones 1. La geotermia se utiliza para calefacción/refrigeración y ACS 2. Es una energía renovable directiva RES DIRECTIVE 2009/28/CE 3. A tener en cuenta para cumplir la EPB DIRECTIVE 2010/31/UE 4. Es una energía viable técnica y económicamente. 5. Reduce energía primaria y emisiones CO2 6. Ahorros del 50-70% frente a sistemas convencionales. Se puede recuperar la inversión en poco tiempo 7. Una instalación geotérmica no necesita apoyo de sistemas convencionales 8. No existe impacto paisajístico 9. No existe riesgo de incendios ni explosiones 10. Bajo mantenimiento

58 Más información: Eduardo Domínguez Gadea Tel