INSTALACIÓN DE CLIMATIZACIÓN POR GEOTERMIA EN EDIFICIO EN CALLE MANUEL SILVELA, MADRID

Transcripción

1 INSTALACIÓN DE CLIMATIZACIÓN POR GEOTERMIA EN EDIFICIO EN CALLE MANUEL SILVELA, MADRID Introducción Para la instalación de climatización de la nueva Sede de la Fiscalía para la Represión de Delitos Económicos situada en la calle Manuel Silvela, 4 de Madrid, se ha optado por utilizar la energía geotérmica como sistema que utiliza las últimas tecnologías en eficiencia energética, consiguiendo de esta manera un gran aprovechamiento energético y un consumo y gasto mínimos. En el presente documento detallaremos el proceso de ejecución que se ha seguido para la realización de los elementos constituyentes de este sistema geotérmico, como son los pilotes termoactivos, los intercambiadores geotérmicos o las losas activas. Descripción del sistema Las estructuras de hormigón armado tales como pilotes, muros de contención, muros pantalla o losas de cimentación, pueden ser aprovechadas para la absorción de energía geotérmica procedente del terreno o del nivel freático (la temperatura del terreno en Madrid es de aproximadamente 15 ºC de media). La energía es absorbida y transportada a las diferentes partes del edificio por medio de un fluido caloportador que circula por tuberías incorporadas a los elementos estructurales de cimentación o bien a través de intercambiadores verticales ejecutados para tal propósito. El edificio puede ser refrigerado directamente mediante direct cooling, y en el caso de calefactarlo, el mismo sistema puede utilizarse para extraer la energía por medio de una bomba de calor. Además, cuando el direct cooling sea insuficiente, las bombas de calor reversibles instaladas podrán funcionar en modo refrigeración para dar el apoyo extra que se necesite. El terreno nos proporciona además un buen sistema de almacenaje para el exceso de energía, es decir, que el calor almacenado en el terreno durante el periodo de refrigeración del edificio, puede ser aprovechado para el periodo de calefacción y viceversa.

2 Procedimiento de ejecución de instalación geotérmica a) Intercambiadores Verticales Los intercambiadores verticales van a constituir la parte más importante para el intercambio de energía con el terreno. Su dimensionamiento requiere de un alto grado de conocimiento de diversos factores: - Terreno en el que nos encontramos, con los diferentes estratos existentes. - Presencia de nivel freático, profundidad de este y velocidad del flujo de agua si existe. - Demanda requerida por el edificio en cada época del año, así como el uso que va a tener y su demanda en los diferentes días de la semana. - Conocimiento de la envolvente del edificio, aislamientos, cerramientos y demás elementos que influyen en la transmisión de energía. - Realización de un test de respuesta térmica del terreno que nos dará su capacidad calorífica. Figura 1 Figura 2 Distribución de temperaturas a 100 metros de profundidad en los intercambiadores verticales. La Figura 1 muestra la distribución para un supuesto de 31 de Enero y la Figura 2 para 31 de Agosto. Una vez conozcamos estos datos, se realizan simulaciones del terreno para comprobar la capacidad del mismo y la cantidad de energía que es capaz de suministrar al edificio sin que se produzca un colapso en el terreno a la larga. Estas simulaciones nos darán el número de perforaciones a realizar y su profundidad, así como la colocación óptima de las mismas en el recinto de la obra. Para la obra de Manuel Silvela en concreto, se han ejecutado 16 intercambiadores verticales de diferentes profundidades: - 7 intercambiadores de 150 metros - 1 intercambiador a 120 metros - 2 intercambiadores a 108 metros - 1 intercambiador a 94 metros - 4 intercambiadores a 166 metros (útiles 150 metros) - 1 intercambiador a 116 metros (útiles 100 metros)

3 Planta de colocación de cada uno de los intercambiadores verticales La perforación de los intercambiadores verticales es una de las partidas más importantes en cuanto al precio final de la instalación (aproximadamente entre un % del total de la instalación). Además debido a que requiere grandes máquinas, su ejecución puede hacerse complicada en especial en espacios limitados. Para esta obra en concreto, se utilizó una máquina perforadora a rotación con circulación directa de lodos, ya que el terreno con el que nos encontrábamos en su mayor parte era del tipo arcilloso, arenoso limoso. Para la circulación de lodos se colocaron unos contenedores a modo de balsas. Estas balsas se rellenan de la mezcla de agua bentonita para crear los lodos tixotrópicos que se utilizarán para contener las paredes de la perforación, extrayendo a su vez el detritus y depositándolo en la balsa de decantación. Balsas de lodos y bomba de circulación en la obra de Manuel Silvela

4 Máquina de perforación de intercambiadores Esquema de funcionamiento de circulación directa A parte de contener las paredes de la perforación las funciones principales de los lodos son: - Refrigerar y lubricar las bocas de la perforación - Evacuar el detritus desde el fondo hasta la superficie - Mantener la estabilidad de las paredes en tramos no entubados - Prevenir la afluencia de fluidos cuando se atraviesen formaciones permeables Una vez realizada la perforación hasta la profundidad establecida, se comienza con la introducción de la sonda. La sonda para los intercambiadores verticales instalada ha sido de polietileno de dimensiones 40 x 3,7 mm con un tramo de ida y otro de retorno, unidos en su parte inferior y terminada en punta. Sonda de polietileno HDPE 100 de simple U para intercambiador vertical

5 Para su introducción se acopló a la punta unas barras de acero que se iban uniendo por rosca a medida que la tubería descendía. Gracias al peso que le conferían las barras de acero, la tubería se iba introduciendo poco a poco hasta llegar a la profundidad deseada. Una vez se había introducido toda, se retiraban una a una las barras de acero para su utilización en otras perforaciones. Con la sonda introducida y sometida siempre a una presión de 7 bares, se procedía a rellenar la perforación con una mezcla de cemento bentonita, inyectada de abajo hacia arriba mediante manguera. Una vez rellenada, el intercambiador queda ejecutado y la sonda en punta para su posterior conexionado con la red horizontal. Introducción de sonda en intercambiador geotérmico y sonda ya ejecutada en punta para posterior conexionado con red horizontal b) Pilotes termoactivos El edificio de Manuel Silvela tiene incorporado en su proyecto la ejecución de un parking robotizado. Para su ejecución se necesita realizar un vaciado hasta la cota -15,62 metros mediante la ejecución de una pantalla de pilotes compuesta por 87 pilotes. De estos, 45 serán pilotes termoactivos, que incorporarán en su interior la tubería por la que circulará el fluido caloportador. La ejecución de los pilotes se ha realizado in situ. Debido al terreno en el que nos encontrábamos, para realizar la perforación hasta la profundidad de 15,62 metros, se utilizó una máquina de perforación de pilotes por barrena helicoidal extrayendo las tierras antes de introducir la armadura y realizar el hormigonado. En los pilotes que van a ser termoactivos, se realiza el montaje en obra de la tubería en las armaduras previamente a ser introducidas. La tubería incorporada en las armaduras de los pilotes es tubería de polietileno HDPE 80 de doble U de dimensiones 25 x 2,3 mm, mantenida siempre bajo presión de 7 bares antes y después de ser introducidas las armaduras.

6 Armaduras de pilotes termoactivos con tubería de polietileno incorporada, mantenida bajo presión de 7 bares Una vez realizada la perforación del pilote, se introducen las armaduras con la tubería incorporada y posteriormente se hormigona, dejando así los pilotes terminados. Imágenes de pilotes termoactivos ejecutados Al igual que se hizo con los intercambiadores verticales, para los pilotes termoactivos se realizan varias simulaciones para su dimensionamiento, a fin de que no interfieran unos con otros y se obtenga el máximo rendimiento de los mismos. A continuación se muestran las imágenes de las simulaciones realizadas para los pilotes termoactivos, tanto para su comportamiento en invierno como en verano para el noveno año de funcionamiento. La primera figura muestra la simulación de un pilotes a 13 metros de profundidad para época invernal, mientras que la segunda sería para época estival.

7 c) Conexión con la red horizontal Una vez ya hemos realizado los pilotes termoactivos y los intercambiadores verticales, dejando en punta sus tuberías correspondientes, se procede a ejecutar la red horizontal. La red horizontal se divide a su vez en dos redes: la de los intercambiadores verticales y la de los pilotes termoactivos. Para los intercambiadores verticales se utiliza la misma tubería ya introducida en el terreno. En nuestro caso utilizamos la HDPE 100 de las mismas dimensiones que las de los intercambiadores, colocada sobre cama de arena debajo de las soleras a ejecutar. La red horizontal unirá cada tubería de ida y de retorno de los intercambiadores con el intercambiador de placas situado en el cuarto de bombas. Para las uniones se utilizan manguitos y codos electrosoldables específicos que hacen la unión totalmente estanca. Conexión de intercambiador a red horizontal mediante codos electrosoldables y tubos de la red horizontal en punta. Para los pilotes termoactivos realizaremos uniones de pilotes dos a dos con el fin de conseguir mayor longitud de circulación de fluido caloportador, y una vez unidos se unen a la red horizontal dejándolos en punta para su conexión en el cuarto de bombas. Las uniones y codos se realizan de la misma manera que en los pilotes termoactivos y para la red horizontal en este caso utilizaremos la misma tubería usada para los pilotes, HDPE 80 de las mismas dimensiones.

8 Conexión red horizontal de pilotes termoactivos dos a dos d) Losas activas La rehabilitación del edificio de Manuel Silvela requiere, al ser un edificio protegido, que se mantenga su fachada exterior, pero permite la reestructuración de su interior teniendo que realizar los forjados nuevos. Para los forjados, se ha optado por ejecutar losas de hormigón armado en su mayoría vistas. Estas losas no sólo nos servirán como los forjados estructurales del edificio, sino que además es el elemento óptimo para la incorporación de un sistema inercial de climatización en su interior. Las losas de hormigón armado se utilizarán para incorporar en su interior tuberías de polietileno reticulado de alta densidad con barrera antidifusión de oxígeno, para el transporte del fluido caloportador proveniente de la instalación de geotermia, con el fin de crear una masa acumuladora con gran inercia térmica, capaz de climatizar las diferentes estancias en función de las necesidades del edificio. La ejecución de las losas de hormigón activas se realiza mediante la incorporación de la tubería de polietileno Pe-Xa de dimensiones 20 x 2,7 mm formando una red interior con un paso de 20 cm entre tuberías. Estas tuberías vienen suministradas atadas en mallazos con el trazado correspondiente según los planos. Planchas de mallazos con tubería Pe-Xa de polietileno reticulado incorporada

9 Para su colocación en las losas se colocarán separadas de la cara superior 7 cm utilizando para ello alambres, uniendo el mallazo de la tubería con la armadura superior de la losa. Una vez colocados todos los mallazos suministrados se realizan las uniones pertinentes entre tubos según el diseño de los planos y se llevan al colector de planta correspondiente. Armado y colocación de tubería en losa termoactiva Las losas activas se comportan como una masa acumuladora de calor en invierno y de frío en verano, con unas temperaturas que rondan los 20 ºC en verano y los 30 ºC en invierno. La primera figura muestra el comportamiento del forjado durante la época invernal y la segunda en época estival Cada una de las zonas del forjado inercial dispone de una válvula de control al pie de cada montante, esta válvula de control regulará la temperatura de impulsión en función de la temperatura exterior. Cuando se prevean necesidades de frío y calor en cortos periodos de tiempo la temperatura media del forjado se asemejará a la temperatura de confort. En el caso de la solera de la planta semisótano se han colocado los mallazos con el tubo incorporado sobre tacos para elevar la tubería y dejarla a los 7 cm de la cara superior.

10 Así mismo, en este caso se ha optado por aislar la solera inferiormente con una plancha de poliestireno expandido para evitar pérdidas por transmisión hacia el terreno. Ejecución de solera activada con tubería de polietileno reticulado Pe-Xa Previo al hormigonado de losas y soleras se deben someter a presión de 7 bares los diferentes tramos de tubería y ésta se mantendrá aún después de fraguado el hormigón, con el objeto de poder detectar posibles fugas en el circuito. Los diferentes circuitos se conectarán a los colectores de planta, que serán alimentados por los montantes provenientes del cuarto de bombas. Se montan colectores de ida y de retorno fijados con soportes a la pared a una altura de 60-80cm en el lugar elegido. Cada colector precisa de una llave de llenado y vaciado, y cada circuito incorpora llaves de cierre. En las salidas del colector al forjado inercial se instalarán unas válvulas térmicas de dos vías. Tubos en punta para posterior conexionado con colectores