El funcionamiento básico de la bomba de calor geotérmica y la distribución de calor/frío en los edificios

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1 El funcionamiento básico de la bomba de calor geotérmica y la distribución de calor/frío en los edificios Pati Manning, Barcelona 29 Octubre 2014 Organitza: Amb el suport:

2 Índice 2 1. Fundamentos Teóricos : Bomba Calor Geotérmica o Bomba de Calor Agua Agua Elementos de un circuito frigorífico Funcionamiento reversible : Bomba de Calor Clasificación Equipos Refrigeración 2. Tipos de equipos Geotérmicos 3. Sistemas Geotérmicos Cómo funciona un Sistema Geotérmico? Tipos de Sistemas Geotérmicos Ventajas Criterios de Diseño Distribución de Frío/Calor Elementos Terminales 4. Conclusiones

3 1. Fundamentos Teóricos 3 Bomba de Calor Geotérmica o Bomba de Calor Agua-Agua

4 Elementos de un circuito frigorífico 4

5 Elementos de un circuito frigorífico 5 Básicamente son cuatro: Condensador: en este elemento se cede calor a un medio externo, de forma que el refrigerante se condensa. Evaporador: el refrigerante se evapora completamente en este elemento al absorber calor del medio circundante. Compresor: se encarga de aspirar el refrigerante en estado gaseoso, aumentar su presión y su temperatura, y hacerlo moverse por el circuito frigorífico. Es el elemento que consume energía externa (electricidad). Válvula de expansión: realiza la expansión del refrigerante, que se evapora parcialmente, absorbiendo calor y, por tanto, enfriándose.

6 Funcionamiento reversible : Bomba de Calor Módulo 3.- EQUIPOS DE PRODUCCIÓN EQUIPOS DE PRODUCCIÓN DE FRÍO 6 GAS CALIENTE REFRIGERACIÓN VÁLVULA DE 4 VÍAS La válvula de 4 vías permite la reversibilidad del ciclo. BATERÍA EXTERIOR ALTA PRESIÓN LÍNEA LÍQUIDO COMPRESOR Módulo 3.- EQUIPOS DE PRODUCCIÓN VÁLVULA EXPANSIÓN EQUIPOS DE PRODUCCIÓN DE FRÍO BAJA PRESIÓN BATERÍA INTERIOR BATERÍA EXTERIOR BAJA PRESIÓN CALEFACCIÓN COMPRESOR VÁLVULA EXPANSIÓN GAS CALIENTE LÍNEA LÍQUIDO VÁLVULA DE 4 VÍAS ALTA PRESIÓN BATERÍA INTERIOR Qué conseguimos con ello? Reversibilidad en el circuito y que la unidad pueda dar frío o calor por cualquiera de los dos costados (evaporador-condensador)

7 Clasificación equipos Refrigeración 7 EXPANSIÓN DIRECTA EXPANSIÓN INDIRECTA Los intercambios de energía se realizan directamente del refrigerante al medio exterior y a los locales a climatizar Se utiliza un fluido intermedio al que se le cede o extrae calor del refrigerante que circula por la unidad exterior

8 Clasificación equipos Refrigeración 8

9 Clasificación equipos Refrigeración 9 Condensación por AGUA Condensación por AIRE

10 2. Tipos de Equipos Geotérmicos 10

11 Tipos de equipos Geotérmicos 11 Por lo tanto, un equipo (sólo frío o bomba de calor) que disipe calor o lo absorba del terreno para transportarlo hacia el interior, será considerado un equipo geotérmico.

12 Tipos de equipos Geotérmicos 12 Los sistemas de Geotermia utilizan las propiedades naturales de la Tierra para aportar calor y frío a un edificio. El intercambio de calor tiene lugar en el interior de la tierra, con cientos de metros de tubos enterrados.

13 Tipos de equipos Geotérmicos Daikin 14 Daikin Altherma Geotérmica : Sistema de Calefacción y producción de Agua Caliente Sanitaria ALTHERMA para aplicación Geotérmica.

14 Tipos de equipos Geotérmicos Daikin 15 Daikin Altherma Geotérmica :

15 Tipos de equipos Geotérmicos Daikin 16 VRV DAIKIN Condensado por agua sobre bucle Geotérmico : Sistema de Expansión Directa (multisplit, hasta 48 unidades interiores conectables por sistema). Se disponen de dos sistemas posibles : Bomba de Calor (Frío o Calor) o Recuperación de Calor (Frío y Calor simultáneo)

16 Recuperación de Calor 2 : en el núcleo hidráulico, entre unidades exteriores Tipos de equipos Geotérmicos Daikin VRV DAIKIN Condensado por agua sobre bucle Geotérmico : Recuperación de Calor 1 : dentro del propio circuito refrigerante (VRV) 17 Sistema VRV Condensación Condensación por Agua (Geotermia) por Agua Recuperación Bomba de Calor Frío y Calor simultáneo Frío según o Calor dependencias según zonas

17 Tipos de equipos Geotérmicos Daikin 18 Enfriadoras /Bombas de Calor DAIKIN Condensadas por agua : Una bomba de calor de condensación por agua es una enfriadora de condensación por agua capaz de suministrar AGUA CALIENTE mediante el control del calor disipado en el condensador. En este caso, sólo trabajaríamos en modo CALEFACCIÓN. El circuito de condensación se conecta directamente con las unidades terminales (UTA, FCU ) suministrando agua caliente hasta 50-55ºC de temperatura en invierno. Los sistemas bomba de calor de condensación por agua son los sistemas de MAYOR EFICIENCIA en comparación con las aplicaciones tradicionales con caldera.

18 Tipos de equipos Geotérmicos Daikin 19 Enfriadoras /Bombas de Calor DAIKIN Condensadas por agua : En el caso que las queramos reversibles para usarlas en modo refrigeración (VERANO) Unidades enfriadoras de condensación por agua de alta eficiencia con posibilidad de cambio de modo desde el control en el evaporador (MODO REFRIGERACIÓN) a control en el condensador (MODO CALEFACCIÓN). No es necesario reversión de ciclo (en el lado del refrigerante), se puede hacer hidráulicamente. MODO REFRIGERACIÓN: Evaporador Unidades Interiores. Condensador Bucle de tierra. MODO CALEFACCIÓN: Evaporador Bucle de tierra. Condensador Unidades Interiores.

19 3. Sistemas Geotérmicos 20

20 Cómo funciona un sistema geotérmico? 21 Los sistemas geotérmicos utilizan el calor acumulado en la tierra, continuamente suministrado en forma de energía solar. A una profundidad de aproximadamente 10 metros, la temperatura de la tierra se mantiene prácticamente constante, con una media de temperatura entre 10 y 20ºC (Europa), dependiendo de la región del país y el terreno.

21 Cómo funciona un sistema geotérmico? 22 Variation From Average ( C) Day of the Year 1 Meter 2 Meters 10 Meters Variación de la media de la temperatura temperature) para diferentes profundidades. de la tierra (undisturbed ground La temperatura de la tierra se mantiene constante a lo largo del año para profundidades superiores a los 10 metros.

22 Cómo funciona un sistema geotérmico? 23 Uso del terreno como fuente de calor o almacenamiento del mismo MODO REFRIGERACIÓN La tierra actúa como un disipador de calor Se transfiere el exceso de calor absorbido desde el edificio hasta la tierra En modo refrigeración, la tierra actúa como un sumidero de calor, permitiendo al condensador de la ENFRIADORA transferir el exceso de calor absorbido del edificio a la tierra.

23 Cómo funciona un sistema geotérmico? 24 Uso del terreno como fuente de calor o almacenamiento del mismo MODO CALEFACCIÓN La tierra actúa como un depósito de calor En modo calefacción, se revierte el ciclo y la tierra actúa como una fuente de calor, permitiendo al evaporador de agua extraer calor natural de la tierra y transferirlo al edificio donde puede ser usado para calefacción.

24 Tipos de sistemas Geotérmicos 25 BUCLE ABIERTO HORIZONTAL BUCLE CERRADO VERTICAL Un sistema de bucle abierto introduce el agua del subsuelo directamente en el edificio y calienta o enfría las bombas de calor. El bucle horizontal consiste en un intercambiador de tuberías que va paralelo y cercano a la superficie terrestre (1-2m). En este caso la temperatura del terreno (undisturbed ground temperature) cambiará con las estaciones. El bucle vertical discurre perpendicular a la superficie terrestre, y los pozos pueden tener cientos de metros de profundidad ( m). A estas profundidades, la temperatura del terreno no cambia a lo largo del año.

25 Ventajas de un sistema geotérmico 26 Qué sucede en verano? Cómo reacciona una unidad condensada por aire a temperaturas exteriores altas? La capacidad de una Comportamiento DAIKIN EUW5-KZW en refrigeración (7ºC) enfriadora disminuye a 16 medida que la 14 temperatura del agua en el circuito exterior sea 12 mayor. Potencia (kw) El consumo eléctrico aumenta. 4 2 Capacidad de refrigeración Consumo eléctrico Temperatura circuito exterior Los sistemas geotérmicos trabajan a temperaturas bajas, resultando en un rendimiento alto.

26 Ventajas de un sistema geotérmico 27 Bucle CERRADO Geotermia Métodos de transferencia de calor Horizontal Vertical Volumen Agua (estanque, río pozo agua) Bucle ABIERTO Aire AEROTERMIA Tranferencia de Calor W/m² W/ml m³/s for 10 kw Temp de la fuente de calor ( C) -5 a 15-2 a a a Costes de instalación Medio Medio-Alto Medio Medio-Alto Bajo Dificultades físicas/químicas Riesgo congelación (salmuera) Riesgo congelación (salmuera) Suciedad, Algas u otros elementos Suciedad, Algas u otros elementos Suciedad baterias, corrosión (s/zonas) Espacio Requerido Grande Pequeño Medio-Alto Neutro Pequeño Intercambiador agua-agua necesario

27 Criterios de diseño 28 TEMPERATURA DEL BUCLE DE TIERRA: MODO REFRIGERACIÓN MODO CALEFACCIÓN De 10ºC to 20ºC más caliente que la temperatura del terreno (undisturbed ground temperature) De 6ºC to 10ºC más frío que la temperatura del terreno (undisturbed ground temperature) 16ºC temperatura de terreno Refrigeración: 26-36ºC CEWT Calefacción: 6-10 ºC EEWT (agua con glicol!!!) OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO: MEJOR compromiso entre la eficiencia del sistema y el coste de instalación del bucle de tierra (análisis del tiempo de amortización). MODO REFRIGERACIÓN En cuanto más bajo sea el CEWT, mayor es la eficiencia de la unidad y más largo es el bucle de tierra. MODO CALEFACCIÓN En cuanto más alto sea el EEWT, mayor es la eficiencia de la unidad y más largo es el bucle de tierra.

28 Distribución de frío / calor Áreas diáfanas-no diáfanas 2. Áreas de baja ocupación 3. Áreas de alta ocupación 4. Áreas a distintas fachadas Norte Aplicaciones : Viviendas gran tamaño, oficinas gran tamaño y mucha compartimentación

29 Elementos Terminales 30 Climatizadores Fan Coils Suelo Radiante

30 Elementos Terminales 31 y en los sistemas VRV Geotérmicos, con todas las unidades compatibles con los sistemas VRV ya conocidos :

31 4. Conclusiones 32

32 Conclusiones 33 SOLUCIÓN MUY EFICIENTE - Ahorros en costos de energía anual Los sistemas geotérmicos se encuentran entre los sistemas de mayor eficiencia tanto para aplicaciones de calefacción como de refrigeración: 25% a 50% de ahorro de energía Vs sistemas tradicionales (torres de refrigeración, calderas ). EER/COP de 4.0 a 5.0 Vs 2.5 to 3.0 en una enfriadora estándar de condensación por aire. Bajos costes de mantenimiento Los costes de mantenimiento se reducen significativamente, al no existir la necesidad de calderas y torres de refrigeración las cuales requieren operaciones de mantenimiento continua. El bucle de tierra no requiere ninguna clase de mantenimiento. Gran durabilidad Los únicos elementos en movimiento son las bombas de circulación de agua en el bucle de tierra. Bajo nivel de emisiones Las unidades de geotermia se localizan dentro de los edificios, y no emiten ningún tipo de calor residual (torres de refrigeración, calderas, ). El bucle de tierra es totalmente invisible. No existe ninguna fuente de ruido acústico en el exterior. Contribución al medio ambiente Los sistemas de geotermia son tan eficientes que pueden reducir significativamente el consumo de residuos fósiles, lo que redunda reducción de las emisiones de CO2 emitidos a la atmósfera. en una

33 Conclusiones 34 Amenazas: altos costes de instalación La instalación del bucle de tierra supone una inversión alta incluso en aquellos países cuya tecnología está más avanzada. Sin embargo, en algunos países done esta tecnología no está tan desarrollada, puede doblarse o triplicarse el coste. Siempre es recomendable un estudio en profundidad en términos de eficiencia y costes de instalación entre un sistema geotérmico y un aplicación convencional para estimar el periodo de amortización. Amenazas: los sistemas geotérmicos no siempre son aplicables. Siempre es necesario un estudio del subsuelo para evaluar la viabilidad técnica y el coste de las perforaciones para la instalación del bucle de tierra.

34 Gracias por su atención Gràcies per la vostra atenció Organitza: Amb el suport: