LESSON 1: SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS: AN EFFICIENT AND RENEWABLE ENERGY SOUCE FOR THERMAL ENERGY SUPLY

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1 LESSON 1: SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS: AN EFFICIENT AND RENEWABLE ENERGY SOUCE FOR THERMAL ENERGY SUPLY INFORMACIÓN Y SOLUCIONES DEL PROYECTO REGEOCITIES INTEGRACIÓN DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS SOMEROS EN JORNADA TÉCNICA SOBRE REGULACIÓN DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS SOMEROS

2 1.1 INTEGRACIÓN BUILDINGS THERMAL DE SISTEMAS ENERGY SUPPLY GEOTÉRMICOS 2 SOMEROS EN Describe dónde y cuándo un sistema geotérmico somero es apropiado para una ciudad y para un edificio. El informe consta de tres partes: Integración de energía geotérmica somera en edificios, especialmente durante rehabilitación Integración de energía geotérmica en ciudades Analisis de las ciudades comprometidas con el proyecto REGEOCITIES.

3 1.1 BUILDINGS INTEGRACIÓN THERMAL ENERGY EDIFICIOS SUPPLY 3 INTEGRACIÓN DE LOS SGE EN EDIFICIOS La implementación de sistemas geotérmicos someros (SGE) depende del tipo de construcción y de la disponibilidad de suelo. En el proyecto REGEOCITIES se ha elaborado una lista de parámetros que diferencian los distintos tipos de construcción según las características del edificio. A partir de estos parámetros se evalúa la posibilidad de incorporación de la tecnología de bomba de calor acoplada al terreno (GSHP), especialmente durante la rehabilitación de los edificios, y caracterizar la compatibilidad de los sistemas geotérmicos someros con un tipo de edificio específico.

4 1.1 BUILDINGS INTEGRACIÓN THERMAL ENERGY EDIFICIOS SUPPLY 4 NORMATIVAS PARA REHABILITACIÓN E INSTALACIONES GEOTÉRMICAS Suecia, Dinamarca, Holanda, Bélgica, Alemania y Francia establecen requerimientos para la energía suministrada en los nuevos edificios Francia, Bélgica y Alemania expresan el cálculo final de energía en energía primaria Grecia, España e Italia incluyen objetivos cuantitativos para la energía renovable Irlanda establece parámetros de funcionamiento y un mínimo de contribución de una bomba de calor para nuevas construcciones Rumania limita el consumo específico de energía para la calefacción en edificios rehabilitados

5 1.1 BUILDINGS INTEGRACIÓN THERMAL ENERGY EDIFICIOS SUPPLY 5 CLASIFICACIÓN DE LOS EDIFICIOS

6 1.1 BUILDINGS INTEGRACIÓN THERMAL ENERGY EDIFICIOS SUPPLY 6 DESAFÍOS PARA INSTALACIONES DE SGE EN EDIFICIOS EXISTENTES PARÁMETRO RESPUESTA PROPUESTA PARA EVALUACIÓN DEMANDA Demanda estimada de calefacción y refrigeración Demanda de agua caliente sanitaria (ACS) Balance energético XX-XX kwh/m2/año calefacción y XX-XX kwh/m2/año refrigeración XX kwh/año Cociente entre demanda de calefacción y refrigeración DISEÑO DEL SISTEMA Espacio disponible para componentes de GSHP Existencia de un sistema de distribución; Sistema de calefacción centralizado Y sistema de refrigeración centralizado Pobre/Bueno/Excelente Si/No Temperatura suministro calefacción; sobre 61 o C - alta / menor de 60 o C promedio/ sobre 35 o C baja Baja/Promedio/Alta Existencia de un sistema de ACS centralizado Si/No Potencial de integración de GSHP con el sistema existente Bajo/Promedio/Alto Requerimiento de nuevo sistema de distribución Si/No Potencial para sistemas de baja temperatura - 35 o C Bajo/Promedio/Alta Fuentes de energía térmica competidoras Ejemplos Potencial total de SGE Bajo/Medio/Alto

7 7 INTEGRACIÓN DE LOS SGE EN CIUDADES Las ciudades se pueden dividir en zonas atendiendo al potencial para instalar un SGE. En el contexto del proyecto REGEOCITIES se ha realizado una clasificación zonal de la ciudad resultado del análisis del uso potencial del suelo. El objetivo es encontrar condiciones y aspectos comunes a cada zona para considerar la implantación de SGE analizando las barreras y las posibilidades.

8 INTEGRACIÓN EN CIUDADES 1.1 BUILDINGS THERMAL ENERGY SUPPLY 8 CLASIFICACIÓN ZONAL URBANA DE REGEOCITIES ZONA NOMBRE DESCRIPCIÓN A B C K Zonas antiguas Áreas con atención especial a la preservación Zonas urbanas densas Zonas verdes Zonas con flujos de agua Carreteras principales y vías de tren Centros de las ciudades que no tienen ningún requerimiento especial de preservación. Formadas por edificios de distintos tamaños y épocas. Cascos históricos, áreas protegidas medioambientalmente, áreas bajo la protección de aprovechamiento de aguas, etc. Suburbios, barrios de edificios multifamiliares, servicios públicos, hoteles D Zonas urbanas poco pobladas Viviendas unifamiliares con jardín y edificios de dos plantas E Zonas urbanas en desarrollo (incluyendo zonas industriales Áreas con potencial para construir nuevos edificios antiguas) F Áreas comerciales Complejos de oficinas, centros comerciales G H I J Área industrial Área de la logística técnica de la ciudad Áreas logísticas y de industrias manufactureras (manipulación de mercancías, contenedores, etc), asentamientos industriales Producción de energía, plantas de residuos, etc.

9 INTEGRACIÓN EN CIUDADES 1.1 BUILDINGS THERMAL ENERGY SUPPLY 9 CLASIFICACIÓN ZONAL URBANA DE REGEOCITIES ZONA A B C D E F G H I J K Zonas antiguas NOMBRE Áreas con atención especial a la preservación Zonas urbanas densas Zonas urbanas poco pobladas Zonas urbanas en desarrollo (incluyendo zonas industriales antiguas) Áreas comerciales Área industrial Área de la logística técnica de la ciudad Zonas verdes Zonas con flujos de agua Carreteras principales y vías de tren

10 10 10 ANÁLISIS GENERAL DEL POTENCIAL DE LOS SGE EN LAS CIUDADES TIPO NOMBRE A FAVOR DEL SGE BARRERAS PARA EL SGE A Zonas antiguas Bajo impacto visual, no hay ruido de funcionamiento en comparación con algunas de las tecnologías competidoras. Calefacción y refrigeración con un solo sistema. Si ya se utilizan soluciones de calefacción urbana, la implementación de aplicaciones SGE a gran escala puede utilizar la red preexistente de distribución. En ciertos casos se pueden implementar tecnologías de bucle abierto (ATES) mediante la perforación en el sótano del edificio. Calefacción y/o refrigeración de la infraestructura ya existente. Estas zonas pueden tener infraestructuras no representadas en planos, haciendo arriesgado el proceso de perforación. Estas zonas pueden tener accesos estrechos por lo que es difícil conseguir que el equipo de perforación llegue al lugar. El sistema de distribución existente (o su falta) podría limitar la incorporación de un sistema geotérmico en función del nivel de rehabilitación de la zona.

11 11 11 ANÁLISIS GENERAL DEL POTENCIAL DE LOS SGE EN LAS CIUDADES TIPO NOMBRE A FAVOR DEL SGE BARRERAS PARA EL SGE B Áreas con atención especial a la preservación Bajo impacto visual, ningún impacto sonoro en comparación con otras tecnologías. Casi no hay evidencia visual de las instalaciones sobre el suelo, a lo sumo una arqueta o dos. No hay unidades exteriores o chimeneas. Calefacción y refrigeración con un solo sistema. No necesitan suministro de combustible por camión. Los edificios pueden ser más sensibles a las vibraciones de la perforación Restauración de patios y otras áreas exteriores después de la instalación puede ser costosa. Sin embargo la restauración podría ser necesaria después de cualquier tipo de reforma. Restricciones debido a la importancia arqueológica de perforación. Instalación de tuberías principales de ida y de retorno a través de las paredes exteriores o utilizando los orificios existentes, nuevas puede no ser posible. Sin embargo, esto podría hacerse debajo del nivel del suelo sin impacto visual.

12 12 12 ANÁLISIS GENERAL DEL POTENCIAL DE LOS SGE EN LAS CIUDADES TIPO NOMBRE A FAVOR DEL SGE BARRERAS PARA EL SGE C Zonas urbanas densas Zonas densas favorecen el uso de grandes sistemas geotérmicos altamente eficientes (ATES / BTES), un sistema para varios edificios en lugar de los sistemas individuales de distribución como alternativa común con bombas de calor individuales conectadas. Riesgo de interferencia térmica entre sistemas individuales debido a su proximidad. Puede limitar las opciones de implementación SGE. Infraestructura de sub-superficie existente o en proyecto, como los metros, etc. tiene el potencial de restringir las opciones de implementación. Bajo impacto visual, ningún impacto sonoro en comparación con otras tecnologías. No hay unidades exteriores o chimeneas. Si está desequilibrada la demanda de calor/ frío: se necesitará una fuente para re-equilibrar (es decir, colector solar, enfriador o lago/corriente) Eliminación de los problemas de salud relacionados con la legionela. Puede haber pocos lugares apropiados para perforaciones

13 13 13 ANÁLISIS GENERAL DEL POTENCIAL DE LOS SGE EN LAS CIUDADES TIPO NOMBRE A FAVOR DEL SGE BARRERAS PARA EL SGE D Zonas urbanas poco pobladas Mayor disponibilidad de espacio para pozos / perforaciones Suficiente espacio entre los sistemas de SGE para la recuperación La facilidad de acceso para los equipos y la instalación. Opciones colector SGE generalmente menos restringidas. Los grandes edificios como centros comerciales con altas cargas térmicas; calefacción y refrigeración. En algunos casos, a corta distancia a los vecinos (casa / chalet adosado)

14 14 14 ANÁLISIS GENERAL DEL POTENCIAL DE LOS SGE EN LAS CIUDADES TIPO NOMBRE A FAVOR DEL SGE BARRERAS PARA EL SGE E Zonas urbanas en desarrollo Edificios (individuales o barrios) se pueden diseñar para SGE desde cero. Este enfoque abarca tanto las necesidades de calefacción como las de refrigeración desde el principio. La inversión en SGE en lugar de otro tipo de infraestructura (es decir, red de gas) y los generadores de calor (caldera) y el sistema de refrigeración. Bajo impacto visual, ningún impacto sonoro en comparación con otras tecnologías. No hay unidades exteriores o chimeneas. Posibilidad de planificar grandes sistemas de calefacción urbana con SGE como fuente de calor en planes urbanísticos. Posibilidad de descontaminar el suelo y el agua subterránea en zonas industriales mediante la implementación de sistemas geotérmicos. Posibilidad de planificar esquemas de calefacción urbana a muy baja temperatura. Posibilidades de planificación de grandes sistemas de calefacción urbana (con otra fuente de SGE) en las primeras etapas de la planificación Si se espera que haya sistemas a gran escala (grandes sistemas y /o muchos sistemas SGE), se necesita alguna organización del subsuelo con el fin de prevenir la interferencia negativa entre sistemas y para asegurar que cada edificio tiene la posibilidad de perforar. Riesgo de fuga tóxica de suelo contaminado (de los polígonos industriales antiguos) a las aguas subterráneas.

15 15 15 ANÁLISIS GENERAL DEL POTENCIAL DE LOS SGE EN LAS CIUDADES TIPO NOMBRE A FAVOR DEL SGE BARRERAS PARA EL SGE F Áreas comerciales En clima frío: habrá equilibrio entre refrigeración /calefacción, a favor de almacenamiento de gran tamaño (BTES/ATES) Los edificios pueden ser diseñados para SGE desde cero. Reducciones significativas de los costes energéticos asociados a la energía térmica. Permisos y procedimientos de autorización de SGE pueden retrasarse bastante y no coordinarse con los procedimientos de permisos de construcción. Refrigeración con COP de hasta 20 es posible en este tipo de edificio.

16 16 16 ANÁLISIS GENERAL DEL POTENCIAL DE LOS SGE EN LAS CIUDADES TIPO NOMBRE A FAVOR DEL SGE BARRERAS PARA EL SGE G Área industrial Los edificios pueden ser diseñados para SGE desde cero Combinación de energía geotérmica y recuperación de calor de procesos industriales. Posibilidad de descontaminar el suelo y el agua subterránea en zonas industriales mediante la implementación de sistemas geotérmicos (ATES). Riesgo para las aguas subterráneas de las capas contaminadas pero estables del suelo con residuos tóxicos Sistemas SGE están restringidos en los rangos de temperatura que pueden abastecer a los procesos industriales. Muchos de ellos tienen el requisito de alta temperatura.

17 17 17 ANÁLISIS GENERAL DEL POTENCIAL DE LOS SGE EN LAS CIUDADES TIPO NOMBRE A FAVOR DEL SGE BARRERAS PARA EL SGE H Áreas de la logística técnica de la ciudad El calentamiento y la recuperación de los procesos industriales que se pueden utilizar mediante bomba de calor acoplada al terreno (GSHP). Ecosistemas sensibles del área protegida.

18 18 18 ANÁLISIS GENERAL DEL POTENCIAL DE LOS SGE EN LAS CIUDADES TIPO NOMBRE A FAVOR DEL SGE BARRERAS PARA EL SGE I Zonas verdes Grandes áreas de espacio abierto adecuados para el despliegue del SGE si los edificios están situados en las proximidades No hay edificios para el suministro de energía térmica en el área del parque. Ecosistemas sensibles del área protegida.

19 19 19 ANÁLISIS GENERAL DEL POTENCIAL DE LOS SGE EN LAS CIUDADES TIPO NOMBRE A FAVOR DEL SGE BARRERAS PARA EL SGE J Zonas con flujos de agua El agua es una muy buena fuente de equilibrio para el calentamiento y enfriamiento con ATES/BTES. SGE puede ser usada directamente en zonas de agua o en el metro bajo el agua. El fluido de transferencia de calor puede no estar conforme con los requisitos de las consideraciones de seguridad y de protección de corrientes de agua. La falta de información adecuada sobre los efectos térmicos cuantitativos y cualitativos en áreas específicas, debido a la sobreexplotación de los ambientes acuáticos de sistemas ATES. La extracción de agua subterránea podría dificultar la perforación de pozos geotérmicos en las zonas de protección del agua potable

20 20 20 ANÁLISIS GENERAL DEL POTENCIAL DE LOS SGE EN LAS CIUDADES TIPO NOMBRE A FAVOR DEL SGE BARRERAS PARA EL SGE K Carreteras principales y vías de tren El SGE podría ser utilizado para derretir el hielo de los caminos (o sólo en partes de ellos, especialmente en la rampa o en las zonas de pendiente de la carretera, en invierno o cuando sea necesario) mediante la colocación de colectores debajo de la carretera. En verano, el asfalto sirve como colector solar. El diseño de la infraestructura de la carretera podría restringir las opciones de implementación

21 21 21 ACPECTOS POSITIVOS DE LOS SGE EN CIUDADES Bajo impacto visual (ni chimeneas ni fancoils). En general este aspecto es más importante en áreas preservadas como cascos históricos que en un centro comercial nuevo. Bajo nivel sonoro exterior y eliminación del riesgo de legionelosis (torres de refrigeración). En zonas pobladas, grandes sistemas de almacenamiento estacional son competitivos siendo necesario garantizar a todos el acceso al intercambio de frío/calor. En zonas urbanas poco pobladas hay suficiente espacio para que los sistemas individuales se regeneren térmicamente

22 LESSON 1: SHALLOW GEOTHERMAL SYSTEMS: AN EFFICIENT AND RENEWABLE ENERGY SOUCE FOR THERMAL ENERGY SUPLY