DISEÑO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR ENTERRADOS. MODELO DE CÁLCULO Y ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD A LOS PARÁMETROS DE MAYOR RELEVANCIA

Transcripción

1 DISEÑO DE INERCAMBIADORES DE CALOR ENERRADOS. MODELO DE CÁLCULO Y ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD A LOS PARÁMEROS DE MAYOR RELEVANCIA ÍNDICE I. CÁLCULO DE INERCAMBIADORES GEOÉRMICOS. MÉODO IGSHPA II. EL PROGRAMA GEOCIAESA III. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD A LOS PRINCIPALES PARÁMEROS DE DISEÑO 1

2 I. CÁLCULO DE INERCAMBIADORES GEOÉRMICOS. MÉODO IGSHPA f q (W/m) Inernaional Ground Source Hea Pump Aociaion eoría línea infinia (Kelvin 1861) Fuene de calor de epeor muy pequeño y longiud infinia que ólo cede calor en enido radial f q = R + R Q Longiud de inercambiador : L = Reiencia érmica ubería : R Reiencia érmica uelo : R f re ln ri = 2 π k = R (,r,α La reiencia del uelo, R, ha ido decria por divero auore, (Ingeroll & Pla 1948), (Ramey 1962) El calor inyecado o exraído del erreno varía durane el funcionamieno de la bomba de calor. La reiencia érmica del uelo R, debe de conemplar ee efeco. En la prácica e uficiene aproximación con muliplicar la poencia calorífica por el facor de uilización. Que e la fracción del iempo en la que realmene la bomba de calor ha eado en marcha. * Reiencia érmica uelo : R = R Fu2 f ) (R + R )

3 I. CÁLCULO DE INERCAMBIADORES GEOÉRMICOS. MÉODO IGSHPA El cálculo del facor de uilización Fu debe hacere por imulación de la demanda energéica en cada cao. Cada edificio en cada climaología, y con cada equipo de climaización, endrá un facor de uilización. La emperaura del erreno a una profundidad y a un iempo, e función de la emperaura exerior en ee inane (Kuada&Achenbach 1965): (y,) = y = profundidad = iempo A = ampliud de laocilación de laemperaurade la uperficie α = difuividad 0 m m - A e y π 365α = emperaura media co[ 2π 365 ( π α = iempo con laemperaura media má baja en odo el año 0 - y 2 )] De la expreión anerior, e obienen la mínima y la máxima emperaura que alcanza el erreno: MIN m y π 365α = Ae, MAX = m + Ae y π 365α 3

4 L c = MIN P f fc ( R + R FuC ) I. CÁLCULO DE INERCAMBIADORES GEOÉRMICOS. MÉODO IGSHPA En el méodo IGSHPA e obienen por eparado la longiude de inercambiador necearia para aifacer la máxima carga de calefacción en el inane de menor emperaura del erreno ( MIN ) y la máxima carga de refrigeración en el inane de mayor emperaura del erreno ( MAX ), eleccionándoe la mayor de ella. En calefacción, la poencia inercambiada con el erreno e la poencia frigorífica de la bomba de calor (P f ). L c = MIN P f fc ( R + R Fu ) C Por el conrario, en refrigeración, la poencia inercambiada correponde a la poencia calorífica diipada en el condenador de la máquina (P c ). L R = fr P c MAX ( R + R Fu ) R 4

5 II. EL PROGRAMA GEOCIAESA Siguiendo el méodo decrio en el puno anerior, CIAESA ha dearrollado juno a la Univeridad Poliécnica de Valencia (Corberán & Urchueguía 2003) el programa GEO CIAESA. 5

6 III. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD A LOS PRINCIPALES PARÁMEROS DE DISEÑO INFLUENCIA DE LA DISANCIA ENRE BOREHOLES Localidad: Madrid 2,915 2,91 2,905 2,9 2,895 2,89 2,885 2,88 2,875 Uo del edificio: Oficina Carga Calorífica Máxima: 30kW Carga Frigorífica Máxima: 25kW Equipo: IZE-120 ipo de erreno: Granio ubo borehole: 1 ¼ PN50A 16bar ubo colecor: 1 ½ PN32 6 bar longiud 20 m Longiud oal: 800 mero. 4 pozo de 100 mero. Configuración 2x2 COPc v Diancia enre Borehole COP c : +1,2% 2, D(m) 5 4,95 4,9 4,85 4,8 4,75 4,7 4,65 4,6 4,55 D D COPr v Diancia enre Borehole COP r : +9% 4, D(m) 6

7 III. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD A LOS PRINCIPALES PARÁMEROS DE DISEÑO INFLUENCIA DE LA CONFIGURACIÓN (OPOLOGÍA DEL INERCAMBIADOR) Localidad: Málaga Uo del edificio: Oficina Carga Calorífica Máxima: 20kW Carga Frigorífica Máxima: 25kW Equipo: IZE-120 ipo de erreno: Caliza en forma de marga ubo borehole: 1 ¼ PN50A 16bar ubo colecor: 1 ¼ PN32 6 bar longiud 20 m Longiud oal: 960 mero. 12 pozo de 40 mero eparado 1 mero Cao 12x1 D=1 m Cao 6x2 3,7 3,6 3,5 3,4 3,3 3,2 3,1 3 3,7 COPc v Compacidad 12x1 6x2 4x3 COPr v Compacidad 3,6 D=1 m 3,5 3,4 3,3 COP r : -4% Cao 4x3 3,2 3,1 D=1 m 3 12x1 6x2 4x3 7

8 III. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD A LOS PRINCIPALES PARÁMEROS DE DISEÑO SENSIBILIDAD A LA LONGIUD Localidad: Málaga Uo del edificio: Oficina Carga Calorífica Máxima: 20kW Carga Frigorífica Máxima: 25kW Equipo: IZE-120 ipo de erreno: Caliza en forma de marga ubo borehole: 1 ¼ PN50A 16bar ubo colecor: 1 ¼ PN32 6 bar longiud 20 m 4 pozo eparado 1 mero en configuración 4x1 D=1 COPc v Profundidad 4,00 3,80 3,60 3,40 3,20 3,00 2,80 2,60 COP c : +5% 2,40 2,20 2,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 H(m) COPr v Profundidad 4,00 3,80 3,60 3,40 3,20 3,00 2,80 COP r : +27% 2,60 2,40 2,20 2,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 H(m) 8

9 III. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD A LOS PRINCIPALES PARÁMEROS DE DISEÑO EFECO DE LA CLIMAOLOGÍA Localidad: Varia Uo del edificio: Hoel Carga Calorífica Máxima: 30kW Carga Frigorífica Máxima: 30kW Equipo: IZE-160 ipo de erreno: Granio ubo borehole: 1 ¼ PN50A 16bar ubo colecor: 1 ¼ PN32 6 bar longiud 20 m 8 pozo eparado 3 mero en configuración 4x2 COPc 4,5 4 3,5 3 2,5 2 D=3 m Influencia de la Localidad ( COPc v profundidad) 1,5 1 0, H(m) BURGOS(GLICOL 20%) MADRID SAN SEBASIAN CORDOBA BARCELONA ENERIFE MALAGA 9

10 III. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD A LOS PRINCIPALES PARÁMEROS DE DISEÑO SENSIBILIDAD AL MAERIAL DEL ERRENO En el méodo IGSHPA, el parámero que recoge la influencia del erreno e la difuividad érmica α=k/(ρ Cp) [m2/] obenida como el cociene enre la conducividad y la capacidad érmica. erreno con la mima difuividad érmica preenarán igual comporamieno. Localidad: Madrid Uo del edificio: Colegio Carga Calorífica Máxima: 30kW Carga Frigorífica Máxima: 30kW Equipo: IZE-160 ipo de erreno: Vario ubo borehole: 1 ¼ PN50A 16bar ubo colecor: 1 ¼ PN32 6 bar longiud 20 m 6 pozo eparado 2 mero en 3x2 D=2 m COPr 4 3,8 3,6 3,4 3,2 3 2,8 2,6 α Longiud! Influencia de la difuividad érmica α α! => e in iu 2,4 2, H(m) arena eca α=2,31e-7 arcilla húmeda α=2,94e-7 baalo α=5,54e-7 marga α=7,61e-7 Caliza maiva α=1,07e-6 arena húmeda α=5,33e-7 10

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