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Eficiencia Energtica en Calefaccin y Refrigeracin: Aprovechamientos Geotrmicos mediante Bomba de CalorVigo, 18 de Noviembre de 2009

Buenas prcticas para instalaciones con BCG

2ndice

Diseo

Instalacin

2

3

1 Necesidad de Buenas Prcticas

Planificacin

4 Servicio post-venta

Captacin geotrmicaBomba de calorPuesta en marcha

3 Por razones medioambientales: Evitar contaminacin de los recursos hdricos y/o del terreno. Calentamiento o enfriamiento (contaminacin) excesivo del terreno que

pueda llegar a afectar a la flora y fauna as como a microorganismos, pudiendo alterar el ecosistema.

Por razones prcticas: Mal funcionamiento de las instalaciones. Temperaturas de retorno, del fluido caloportador que circula por el

subsuelo, inadecuadas que hagan que la bomba de calor funcione en condiciones extremas.

Por razones econmicas: Dimensionar las instalaciones en su justa medida. Amortizar la instalacin en los perodos previstos. Evitar sorpresas desagradables a la hora de la ejecucin.

(Fuente: APPA)

Necesidad de Buenas Prcticas1Por qu Buenas Prcticas?

4 Diseo

Ejecucin Planificacin Captacin geotrmica Bomba de calor Puesta en marcha

Servicio post-venta

(Fuente: APPA)

Necesidad de Buenas Prcticas1Buenas Prcticas en cuanto a

5Diseo2Para un correcto dimensionamiento se hace necesario

Seleccionar el tipo de captacin ms adecuado: horizontal cerrada, vertical abierta, vertical cerrada, etc.

Definir el tipo de aprovechamiento energtico en base a la demanda existente: calor, calor con freecooling, calor y fro, calor y fro con freecooling, aprovechamientos energticos adicionales, etc.

Realizar el dimensionamiento y geometra adecuados del campo de captacin.

Seleccionar las condiciones de funcionamiento adecuadas de la bomba de calor.

Definir los elementos terminales adecuados para la instalacin.

Estimacin de los ahorros previstos. Estudio de amortizacin.

(Fuente: APPA)

6Diseo2Cuestiones a considerar

En general, la concepcin de un sistema geotrmico se realiza segn la secuencia de etapas siguiente:

1. Se determinan las condiciones de trabajo locales, los datos climticos y las caractersticas trmicas del suelo.2. Se establecen las cargas de calefaccin, de refrigeracin y de produccin de ACS del edificio, segn las condiciones climatolgicas locales.3. Se eligen los componentes de los sistemas de calefaccin, refrigeracin y ventilacin, as como el sistema de distribucin de aire, y se procede a su dimensionamiento segn las necesidades. 4. Se establecen las necesidades energticas mensuales y anuales de calefaccin y refrigeracin del edificio.5. Se efecta la seleccin preliminar del tipo de intercambiador de calor subterrneo.6. Se procede al diseo preliminar del intercambiador subterrneo.7. Se determinan las caractersticas trmicas del suelo (TRT, programas de simulacin, etc.).8. Se establece la longitud que ha de tener el bucle subterrneo y se recalculan las temperaturas del agua a la entrada y a la salida en funcin de las cargas del sistema y del bucle subterrneo diseado.9. Se revisa la concepcin del sistema, llegado el caso, para equilibrar las exigencias de carga (calefaccin y refrigeracin) y su rendimiento. 10. Se analiza el coste global del sistema durante su ciclo de vida y se compara con otras opciones.

7Diseo2Cuestiones a considerar

La evaluacin de las cargas de calefaccin y de refrigeracin del edificio constituye la etapainicial y es una de las ms importantes de un proyecto geotrmico de muy baja temperatura, habida cuenta del coste inicial ms elevado de estos sistemas. El sobredimensionamiento de las bombas de calor o del intercambiador subterrneo puede reducir mucho su inters econmico.

El diseador de la instalacin debe tener el conocimiento adecuado para poder seleccionar y dimensionar la captacin de energa adecuada segn las necesidades del proyecto, del tipo de terreno, de la potencia demandada y de las horas de funcionamiento al ao necesarias.

8Instalacin3Adecuada Planificacin

Son instalaciones caras y la improvisacin puede tener consecuencias econmicas.

Evitar interferencias con otras partes de las obras que puedan retrasar los trabajos.

Realizar lo ms exactamente posible lo definido en el diseo. En caso contrario, tener criterio para la toma de decisiones en obra.

Necesidad de conocer el funcionamiento de toda la instalacin => Puesta en marcha correcta.

Espacio en obra para la maquinaria y sus maniobras: Mquina de perforacin, varillaje, compresor, herramientas, etc.

Balsa para la recogida de lodos y reciclaje de los mismos.

Ubicacin de: Perforaciones, colectores, zanjas, etc.

Acopio de componentes en su justo momento: sondas, colectores, rellenos, maquinaria de instalaciones, etc.

9Instalacin3Captacin geotrmica: Comprobaciones y Pruebas

Al hacer la recepcin de las sondas geotrmicas en obra se comprueba el marcado y la documentacin tcnica que la acompaa: nmero de lote, fecha de fabricacin, longitud, etc..

Las sondas son ensayadas a presin, con aire, en fbrica antes de su expedicin, pero es aconsejable someterlas a una prueba de estanqueidad, con aire o con agua, antes de su montaje.

Las sondas se llenan de agua, se marcan visualmente y se protegen contra posibles daos.

Se cierran para dejarlas estancas, a presin, y se introducen en el sondeo llenas de agua, para que al cementar dicho sondeo, con un material de mayor densidad, no resulten aplastadas al aumentar la presin exterior.

Antes de introducir el relleno, se suele realizar una primera prueba de presin sometiendo al intercambiador a 6 bar durante 30 minutos, comprobando que la presin no cae ms de 0,6 bar para que el resultado sea satisfactorio.

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Instalacin3Captacin geotrmica: Comprobaciones y Pruebas

Una vez cementado el sondeo, se realiza una prueba de presin definitiva que, en la mayora de los pases, se ajusta a lo establecido por la norma alemana DIN V 4979 7, cuyo esquema operativo se resume en lo siguiente:

1. Se mantienen los tubos en reposo, sin carga, durante al menos 1h.2. Se lleva la sonda a la presin de prueba (12 1 bar) en un tiempo de 10 minutos.3. Se mantiene en presin (al menos 10 bar) durante 10 minutos.4. Periodo de espera: 60 minutos. Cada de presin mxima: 30%.5. Se reduce la presin rpidamente en 2 bar mediante vaciado de agua. Se mide la cantidad evacuada y se anota el nuevo valor de la presin.6. Comienza la prueba principal (30 minutos). Se mide la presin a los 10, 20 y a los 30 minutos. La prueba de presin es satisfactoria si, al cabo de esa tercera medicin, la cada de presin mxima es de 0,1 bar.7. Despus de un tiempo adicional de 90 minutos, la cada de presin debe ser inferior a 0,25 bar.

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Instalacin3Captacin geotrmica: Fluido caloportador

En instalaciones que utilizan agua con anticongelante como fluido portador de calor, la misin del anticongelante es impedir la formacin de hielo en el evaporador de la bomba de calor y proteger los materiales del circuito contra la corrosin.

El anticongelante debe de ser: Seguro No txico No corrosivo Buen transmisor trmico Coste bajo Larga vida

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Instalacin3Captacin geotrmica: Equipos para la colocacin

Durante la maniobra de descenso del intercambiador de calor al sondeo hay que evitar que los tubos rocen la embocadura o las paredes del mismo, realizando la operacin lentamente y con las debidas precauciones.

Para garantizar un montaje controlado, y evitar un incremento de velocidad en el descenso de las sondas que pueda daarlas al contacto con las paredes del pozo, se emplean guas mecnicas accionadas elctricamente que incorporan un freno u otro mecanismo que garantice el control en el montaje.

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Instalacin3Captacin geotrmica: Relleno de los sondeos

Una vez que se ha ejecutado el sondeo, se ha instalado el intercambiador geotrmico en su emplazamiento definitivo y se ha realizado la prueba de presin de las tuberas con resultado satisfactorio, hay que proceder a rellenar o a cementar el espacio anular que queda entre las tuberas del intercambiador de calor y las paredes del hueco del sondeo, al objeto de: Obtener un buen contacto trmico entre el intercambiador vertical y el terreno, que garantice una unin

fsica y qumicamente estable, impermeable y duradera de la sonda geotrmica al terreno. Cerrar el sondeo desde la superficie para evitar la entrada de contaminantes externos y sellar los

acuferos que hayan podido ser atravesados durante la perforacin.

Las propiedades ms importantes que debe reunir un material que vaya a ser utilizado para relleno o para cementacin de sondeos geotrmicos son las siguientes: Elevada conductividad trmica. Baja permeabilidad. Buena adhesin a la sonda y al terreno. Caractersticas plsticas. Elevada resistencia a las heladas. No ser perjudicial para las aguas subterrneas.

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Instalacin3Captacin geotrmica: Relleno de los sondeos

La cementacin definitiva del espacio anular existente entre los tubos del intercambiador y las paredes del sondeo se consigue inyectando una suspensin de cemento-bentonita, desde la parte ms baja del sondeo hasta la superficie.

La funcin del componente aglutinante de la suspensin, cemento, es producir una solidificacin y un endurecimiento de la mezcla, mientras que la de los componentes arcillosos, bentonita principalmente, es garantizar la estabilidad de la suspensin, reducir la permeabilidad y proporcionar cierto grado de plasticidad, al objeto de permitir la dilatacin trmica de los tubos de polietileno por cuyo interior circula el fluido caloportador.

Adems, como las suspensiones para cementacin de sondeos suelen estar en contacto con aguas freticas, deben reunir una doble condicin: No resultar perjudiciales para las aguas. Ser resistentes a aguas freticas agresivas (sulfatos).

Nunca volver a rellenar con el terreno evacuado.

Necesidad de sellado superficial para evitar contaminacin de acuferos.

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Instalacin3Captacin geotrmica: TRT

Para conseguir un correcto funcionamiento del sistema geotrmico debe procurarse que el intercambiador subterrneo est sometido a las mismas temperaturas de trabajo durante el transcurso de los aos => Es la forma de prolongar su vida til en condiciones ptimas de trabajo.

Para satisfacer las cargas de calefaccin y/o de refrigeracin de los edificios, antes de proceder a dimensionar definitivamente un campo de sondas geotrmicas, es necesario conocer las propiedades del terreno que condicionan la cantidad de calor que pueden captar o ceder:

Temperatura. Conductividad trmica. Capacidad trmica volumtrica. Difusividad trmica. Permeabilidad. Resistencia trmica entre el fluido caloportador y la parte exterior del sondeo, con la interposicin del relleno.

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Instalacin3Captacin geotrmica: TRT

La determinacin de la conductividad trmica, la resistencia trmica del sondeo y la temperatura del terreno sin alterar, son vitales para el dimensionamiento de un intercambiador vertical que vaya a soportar cargas de calefaccin y/o de refrigeracin.

Tradicionalmente, el dimensionamiento se ha hecho a partir de valores ya tabulados de esos parmetros y de valores obtenidos en ensayos de laboratorio con muestras de sondeo que, adems de complejos, no tienen en cuenta las condiciones naturales de los terrenos atravesados ni los efectos del flujo del agua subterrnea.

Sin unas buenas estimaciones de dichos valores, el sistema geotrmico es probable que resulte desproporcionado para las necesidades requeridas, resultando unos costes de inversin innecesarios, si est sobredimensionado, o un ahorro menor de energa elctrica que el esperado si estinfradimensionado.

La nica forma de tener en cuenta esos efectos es realizando un Ensayo de Respuesta Trmica en el propio emplazamiento de la sonda geotrmica.

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Instalacin3Captacin geotrmica

Dimensionado del captador geotrmico: Captacin vertical abierta:

Pruebas de caudal. Pruebas de composicin de agua.

Captacin horizontal cerrada: Tablas y/o nomogramas hasta sus lmites de aplicacin (VDI 4640). Programas de simulacin fuera de los lmites de aplicacin anteriores.

Captacin vertical cerrada: Tablas y/o nomogramas hasta sus lmites de aplicacin (VDI 4640). TRT + Programas de simulacin fuera de los lmites de aplicacin anteriores.

De tal manera que nunca se descienda por debajo de una temperatura mnima del fluido geotrmico en invierno que evite la congelacin del subsuelo (Temp. entrada a la captacin geotrmica > -5C) y que no se exceda de una temperatura mxima del fluido geotrmico en verano que evite la degradacin del PE del tubo-sonda (Temp. entrada a la captacin geotrmica < 30C).

En captacin vertical cerrada, relleno de las perforaciones con cemento bentontico de conductividad trmica no inferior a 1,2 W/mK.

Con captacin geotrmica vertical, empleo de materiales en los tubos-sonda que ofrezcan unas caractersticas tcnicas al menos como las del PE 100 SDR11 PN16.

Con captacin geotrmica vertical, empleo de una mquina desbobinadora para la introduccin del tubo-sonda en la perforacin, para evitar daar el tubo (manteniendo una velocidad de introduccin constante) y para acelerar el proceso de instalacin.

Empleo de electrosoldadura para la unin de las distintas conexiones del PE.

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Empleo de purgadores de aire / separadores de aire / separadores de lodos / filtros / vlvula de seguridad / vaso de expansin / manmetros / termmetros.

Ubicacin de los colectores de la captacin geotrmica en una arqueta exterior a la edificacin para evitar posibles condensaciones en el interior. O en caso contrario (ubicacin de los colectores dentro de la sala tcnica), que se encuentren debidamente aislados.

Aislamiento de tuberas que vayan al aire y aquellas que, transcurriendo en tramos horizontales por zanjas, se encuentren enterradas a una profundidad inferior a 40 cm.

Aislamiento de tuberas en el interior susceptibles de producir condensacin en su superficie.

Instalacin de caudalmetros en el colector de ida hacia la captacin geotrmica para el correcto equilibrado hidrulico.

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Dimetros de tuberas adecuados a los caudales circulantes (OJO!! => Prdidas de carga).

Dimensionado de la bomba de circulacin de la captacin geotrmica adecuado a los caudales mnimos necesarios para el intercambio trmico en la BCG (OJO!! => Prdidas de carga).

Con captacin geotrmica vertical, en general se considerar: Formaciones consolidadas => Rotopercusin neumtica. Formaciones no consolidadas => Rotacin con circulacin directa y lodos.

Empleo de volmenes de acumulacin de inercia para calefaccin/refrigeracin con una relacin acumulacin-potencia trmica instalada adecuada (desde 15-20 l/kW).

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Instalacin3Bomba de calor

La bomba de calor seleccionada segn las necesidades trmicas necesarias, se debe instalar en una ubicacin adecuada, como una habitacin protegida, y debe ser verificada por la empresa instaladora; manteniendo las medidas de seguridad correspondientes.

Debe ser instalada en un suelo completamente nivelado, recto y capaz de soportar el peso. Llevando a cabo el asentamiento de la BCG con apoyos de goma o similar sobre un piso firme y nivelado, para evitar la propagacin de ruidos.

Empleo de uniones flexibles entre la BCG y los tramos de ida/retorno de la captacin geotrmica, del sistema de calefaccin/refrigeracin y del sistema de produccin de ACS, para evitar propagacin de ruidos.

Respetar los dimetros de conexin de la BCG para su unin con los sistemas de captacin geotrmica, de calefaccin/refrigeracin y del sistema de produccin de ACS.

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Instalacin3Puesta en marcha

Paciencia y mucho conocimiento. Esto no es una instalacin convencional: Limpieza Purgado Comprobacin de fugas Relleno de anticongelante

Presurizacin de la instalacin : Lazo geotrmico y lazo de instalacin.

Comprobacin de las bombas de circulacin.

Comprobacin conexiones elctricas y de control.

Comprobacin del sistema de regulacin.

Arranque de la bomba de calor.

(Fuente: APPA)

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Instalacin3Puesta en marcha

Comprobacin de funcionamiento de calor, fro y/ freecooling.

Funcionamiento del ACS.

Registro de los parmetros de funcionamiento.

Entrega de manual de funcionamiento y mantenimiento preventivo de la instalacin.

(Fuente: APPA)

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Servicio post-venta4Buenas prcticas en servicio post-venta

Importante contar con empresa especializada.

Ofrecer soporte de ajuste de equipos hasta que estfuncionando la instalacin perfectamente y dentro de sus parmetros.

Ofrecer garanta de producto y tener repuestos en stock.

Ofrecer contrato de mantenimiento de la instalacin.

Juan Ignacio Rodrguez [email protected]

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