Cimentaciones termoactivas. Alberto Mazariegos de la Serna Universidad Politécnica de Madrid

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1 Cimentaciones termoactivas Alberto Mazariegos de la Serna Universidad Politécnica de Madrid

2 La Cimentación Termoactiva es una tecnología aplicable a los elementos de las estructuras de hormigón armado de las cimentaciones, pilotes y pantallas, para la obtención de energía para climatización de edificios a partir del subsuelo. Este tipo de cimentación se basa en el aprovechamiento de la temperatura del terreno para aumentar el rendimiento de las bombas de calor geotérmicas. En estas estructuras, el intercambio geotérmico se realiza por medio de un circuito cerrado instalado en las armaduras de la cimentación. Este circuito cerrado esta formado por tubos sondas geotérmicas a través de los cuales circula agua o agua con anticongelante, produciéndose un intercambio de calor entre este fluido y el terreno. El fluido es conducido a una bomba de calor geotérmica generando la energía suficiente para la completa climatización de un edificio.

3 Selección n del sistema de intercambiador geotérmico Bucles abiertos Horizontales Verticales Cimentaciones termoactivas

4 INTERCAMBIADORES VERTICALES CIMENTACIONES TERMOACTIVAS Mejor ratio de disipación W/m Menor nº de conexiones exteriores Mayor profundidad Coste adicional Menor inversión Mayor nº de conexiones exteriores Es difícil dar toda la potencia aprovechando sólo la cimentación

5 PILOTES TERMOACTIVOS Ejemplo de instalación FACTORIA EADS, COMPLEJO T23. GETAFE (MADRID) 2 hangares de m 2 cada uno Edificio de oficinas de 4 alturas Superficie construida m 2

6 FACTORIA EADS, COMPLEJO T23. GETAFE (MADRID) Diseño de planta. Pilotes termoactivos

7 FACTORIA EADS, COMPLEJO T23. GETAFE (MADRID) ZONA OFICINAS ZONA HANGAR 2 ZONA HANGAR Pilotes con dos sondas por pilote 25 Pilotes con dos sondas por pilote 22 Pilotes con dos sondas por pilote

8 FACTORIA EADS, COMPLEJO T23. GETAFE (MADRID) Caracterización térmica del pilote termoactivo Litología Nivel freático Calidad del agua 0,00-3,00 m. Arenas y arcillas limosas. Relleno 3,00-10,00 m. Limos, limos arcillosos y arcillas. Substrato terciario 10,00-19,00 m. Margas yesíferas y yesos a muro. Substrato terciario - 3,00 m Agresividad media por sulfatos Características Profundidad efectiva de transmisión de calor (m) Ensayo 1 15 Diámetro de pilote (mm) 600 Sondas introducidas (ud) Conexión de las sondas 2 (simples) En serie Flujo de agua inyectado (m 3 /h) 0,25 Salto térmico mantenido (ºC) 3 Potencia inyectada (W) Potencia inyectada por metro de pilote (W/m) 869,77 62,13 Tiempo de ensayo (horas) 75,00

9 FACTORIA EADS, COMPLEJO T23. GETAFE (MADRID) ESQUEMA DE PRINCIPIO: Instalación geotérmica híbrida apoyada por un sistema de aerocondensadores En el edificio de oficinas la demanda energética de climatización en refrigeración es mucho mayor que la de calefacción, por lo que las bombas de calor cederán más calor al terreno (condensación) que el que absorban en calefacción (evaporación). Este funcionamiento de las bombas de calor produce un aumento progresivo de la temperatura del terreno, produciéndose un descenso progresivo de la eficiencia (COP) de las bombas de calor. La potencia pico calculada en este edificio sólo se alcanza en contadas ocasiones, por lo que resulta poco eficiente dimensionar el intercambiador para dicha potencia pico. La instalación se compone de: 236 Pilotes termoactivos Conjunto de bombas de calor VRV condensadas por agua Batería de aerocondensadores

10 FACTORIA EADS, COMPLEJO T23. GETAFE (MADRID) La instalación híbrida apoyada por un sistema de aerocondensadores permite: Regenerar el terreno. Utilizar en todo momento el foco de calor más eficiente. Aumentar el rendimiento del intercambiador geotérmico disponible, puesto que se utiliza para la potencia de refrigeración nominal del edificio, no para la potencia pico. Mejorar la eficiencia de la instalación Consumo eléctrico Climatización convencional (kwh elec. / año) Consumo eléctrico Climatización Geotérmica (kwh elec. / año) Ahorro Consumo eléctrico 29 % Climatización de la Planta Baja del Edificio oficinas: Carga térmica 129 kw calor y 215 kw frío Conseguir una reducción de emisiones de CO 2 a la atmósfera de 22,5 t CO 2 /año.

11 PANTALLAS TERMOACTIVAS Principal ventaja respecto a los pilotes termoactivos: Menor número de conexiones exteriores Pilotes hormigonados in situ Pilotes prefafricados

12 PANTALLAS TERMOACTIVAS

13 PANTALLA TERMOACTIVA Ejemplo de instalación APARCAMIENTO DE LA CONCHA. SAN SEBASTIAN Remodelación que lleva a cabo el Ayuntamiento de San Sebastian del aparcamiento subterráneo de La Concha en la Plaza de Cervantes Incremento del número de plantas de sótano, pasando de 2 a 5 plantas Integración de un espacio para la práctica deportiva de personas discapacitadas (FGDA)

14 APARCAMIENTO DE LA CONCHA. SAN SEBASTIAN

15 APARCAMIENTO DE LA CONCHA. SAN SEBASTIAN Características de la pantalla termoactiva Espesor: 800 mm. Profundidad media: 40 m. Longitud máxima de armadura: 32,50 m. El colector geotérmico instalado en esta armadura tiene una longitud de 180 metros, formado por 3 bucles de 60 m de longitud cada bucle. Litología Nivel freático Calidad del agua 0,00-6,00 m. Grava con arcilla y arena. Relleno 6,00-45,00 m. Arena de playa y arena limosa. Depósitos marinos 45,00-47,00 m. Calizas arcillosas y margocalizas. Sustrato rocoso - 6,00 m (+1,00 m.s.n.m.) Agua de mar Caracterización térmica de la pantalla Ratios de potencia por ml de colector de 10, 15 y 20 W/m

16 APARCAMIENTO DE LA CONCHA. SAN SEBASTIAN VALIDACIÓN DEL MODELO Modelo específico de transferencia de calor Ajuste de los parámetros libres del modelo comparando los resultados reales con los simulados Error máximo de 0.5 ºC entre ambas tendencias CAPACIDAD TÉRMICA DE LA PANTALLA Evolución de las temperaturas de entrada y salida a un Ratio de potencia por ml de colector de 15 W/m

17 APARCAMIENTO DE LA CONCHA. SAN SEBASTIAN ESQUEMA DE PRINCIPIO: El sistema de generación principal para climatizar las instalaciones, actualmente en ejecución, consiste en un circuito de intercambio geotérmico con pantallas termoactivas, constituidas por: Nº de paneles con colector Nº de armaduras por panel Longitud media armadura (m) Longitud de colector por armadura (m) Colector geotérmico instalado (m) , Este sistema alimentará a una bomba de calor de potencia térmica nominal de 191 kw en calefacción y 179 kw en refrigeración. La carga punta cubierta con la bomba de calor propuesta es: Carga Punta (kw) Carga cubierta (kw) Porcentaje (%) Calefacción % Refrigeración % En calefacción se cuenta para las cargas punta con el apoyo de dos calderas de gas natural de 85 kw de potencia cada una. Estas calderas deben cubrir también parte de la demanda de ACS. La mayor parte de la demanda de ACS (75%) se dará mediante el sistema de intercambio geotérmico, y el resto se cubrirá mediante las calderas de apoyo de gas natural.

18 La conjunción de un adecuado diseño y ejecución de las cimentaciones, los ensayos de caracterización y los modelos de simulación permitirán que en cada proyecto se pueda realizar un diseño optimizado de un sistema de bomba de calor geotérmica, haciendo realidad la obtención de una fuente de energía renovable, sostenible y gestionable para la climatización eficiente de edificios, consiguiendo una reducción de emisiones de CO 2 a la atmósfera.

19 GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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