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Abstract
El presente proyecto engloba el estudio de las necesidades de calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria de un edificio de 10 viviendas situado en Zaragoza, y se propone cubrirlas mediante un sistema de climatización y producción de agua caliente sanitaria (A.C.S.) con bombas de calor geotérmicas “tierra-agua” (de aquí en adelante BCG), complementado por un sistema de captadores solares para la producción de A.C.S., como alternativa eficiente a las fuentes energéticas convencionales utilizadas para este tipo de instalaciones. Para el desarrollo del proyecto, se comienza por evaluar y mejorar los cerramientos, incluyendo su composición y aislamientos, para posteriormente calcular sus coeficientes de transmitancia térmica y las pérdidas o ganancias de calor en función de la temperatura interior y de las condiciones exteriores de proyecto. Asimismo, se analizan las necesidades de A.C.S. y se determina el consumo diario de A.C.S. para el edificio, considerando el número de personas que indica el C.T.E.. Evaluadas las necesidades de calor y frío y de A.C.S., se diseña y dimensiona el sistema de climatización, compuesto por suelo radiante/refrescante, y el sistema de producción de A.C.S., que en este caso es mixto: producción instantánea y acumulación. Posteriormente se seleccionan las BCG y se calcula la extensión del campo de captación geotérmico, compuesto por sondas de captación cerradas en forma de U, en función de las características del terreno y los coeficientes de eficiencia energética (COP y EER). Estas sondas van dispuestas en perforaciones realizadas al efecto, definidas en el proyecto con detalle y cuyo material de relleno se ha escogido en base a lograr una buena conductividad térmica. Para mejorar la eficiencia energética de la instalación, se diseña un sistema de energía solar térmica capaz de dar una cobertura del 63% de las necesidades de A.C.S. del edificio. La instalación se completa con un sistema común de regulación de temperatura para climatización, que regula también la producción y acumulación de A.C.S.. Se selecciona, a su vez, un sistema de control individual de temperatura mediante termostato ambiente para cada vivienda, así como un sistema de regulación específico para la instalación de energía solar térmica. Una vez está definida la instalación al completo, se elabora el correspondiente presupuesto con el importe total del coste de ejecución de la misma. Seguidamente, se realiza un estudio comparativo, tanto desde el punto de vista energético como económico, del sistema geotérmico frente a otras fuentes de energía, como gas natural, gasóleo C, GLP y aerotermia, valorando los ahorros obtenidos. También se evalúa y compara la huella medioambiental de estos combustibles, en forma de emisiones de CO2 , arrojando un balance favorable para la geotermia. Por último, se confeccionan los pertinentes planos, detallando en los mismos las características y disposición de los elementos que componen la instalación. Bergua Díez, Jorge Eugenio; Monne Bailo, Carlos
Full text
“La Tierra no es una herencia de nuestros padres, sino un préstamo de nuestros hijos”. Antiguo proverbio indio
UNIVERSIDADDEZARAGOZA CENTROPOLITÉCNICOSUPERIOR PROYECTOFINDECARRERA ENERGÍAGEOTÉRMICAYSOLARAPLICADASALA CLIMATIZACIÓNYPRODUCCIÓNDEACSENUN EDIFICIODEVIVIENDASENZARAGOZACOMO SISTEMADEEFICIENCIAENERGÉTICA TOMO1/3‐MEMORIA INGENIERÍAINDUSTRIAL DepartamentodeIngenieríaMecánica ÁreadeMáquinasyMotoresTérmicos Autordelproyecto: JorgeE.BerguaDíez Directordelproyecto: D.CarlosMonnéBailo Zaragoza,Noviembredel2010
APapuli, “Sertanigualeshacecreernostandistintos” Gracias.
AGRADECIMIENTOS Enprimerlugar,darlasgraciasaDonCarlosMonnéBailo,porbrindarmelaoportunidadde realizarunproyectodeesteestiloymostrarentodomomentounaamabilidad,comprensióny pacienciaexcepcionales.Siempreesdeagradecerencontrarprofesoresconlosquesepuede mantenerunaconversacióndistendidayagradable. Ensegundolugar,agradeceramimadre,Mamuli,todoelesfuerzo,pacienciaydedicaciónqueha tenidoconmigo,túhashechotodoposible,sintinoestaríaescribiendoestaspalabras.Amipadre, Papuli,motordeesteproyecto,porsuinagotableayuda,sabiduría,serenidadyentrega,yporquea pesardemisdudaseimpertinencias,siemprehascreídoqueibaallegaratiempo.Creoquelosdos hemosaprendidomuchascosasjuntosduranteesteproyecto.Amihermana,Violeta,porquees genialqueestésaquí,yasabesquenobodysaiditwaseasy.Eltenerteencasahasidolamejor medicinaparapoderacabaresteproyectoWilson.Alostres,porapoyarme,soportarmeycreeren mi,muchasgracias. Porsupuestoagradecérseloatodamifamilia,yenespecialamisyayos,porquesiempremehan aportadoesealientodeánimoyoptimismo,ymuyconcretamenteamiyayoJesús,agitadordemi concienciaingenierileinteresadoentodomomentopormievoluciónenestacarreraqueahora llegaasufin.MenciónparticularmerecemiprimoJosete,porquesuinestimableayudaalahorade planificarmehasidofundamental. EspecialagradecimientoaOscaGas,sobretodoaJoséAntonioOto,perillán,porhacermislargas horasenlaoficinaunpocomásamenasymenoshambrientas;sintusbromas,tusminisytus esperasenlapuertanadahabríasidoigual.AmiscompañerosyamigosdelaUniversidad,porhacer deesteyotrosviajesaventurasinolvidables(ylosquenosquedan);amisamigosdesiempre,por permaneceramiladoalolargolosaños;amisamigosdelErasmusyalosdelfútbol,portodoslos momentosquehemospasadoypasaremosjuntos;atodosvosotros,gracias,porqueaunquehaya estadodesaparecidoenlosúltimosmeses,sequeseguísahí.TambiénalaSeñoritaButton,porsu paciencia,yporlos“poquitos”momentosquelehepodidodedicar.AlosingenierosPilaryDani.A Pilar,porhacermeevadirunpococonsushistoriasdeesfuerzoysuperaciónmientraslimpiaba.A Ángelelinformático,portodossustruquillos.Agradecérselotambién,siprocede,aesaestrellaque, tantoenlastardesdedomingorarascomoenlasnormales,siguebrillandolas24horasdeldía. Endefinitiva,graciasalosquehancontribuidoaqueesteproyectosalieraadelante,ysobre todo,alosquesiemprecreyeronenmi.Atodos,gracias. JorgeE.BerguaDíez Zaragoza,Noviembrede2010
ENERGÍAGEOTÉRMICAYSOLARAPLICADASALACLIMATIZACIÓNYPRODUCCIÓNDEACSENUN EDIFICIODEVIVIENDASENZARAGOZACOMOSISTEMADEEFICIENCIAENERGÉTICA RESUMEN Elpresenteproyectoenglobaelestudiodelasnecesidadesdecalefacción,refrigeracióny aguacalientesanitariadeunedificiode10viviendassituadoenZaragoza,yseproponecubrirlas medianteunsistemadeclimatizaciónyproduccióndeaguacalientesanitaria(A.C.S.)conbombasde calorgeotérmicas“tierra‐agua”(deaquíenadelanteBCG),complementadoporunsistemade captadoressolaresparalaproduccióndeA.C.S.,comoalternativaeficientealasfuentesenergéticas convencionalesutilizadasparaestetipodeinstalaciones. Paraeldesarrollodelproyecto,secomienzaporevaluarymejorarloscerramientos, incluyendosucomposiciónyaislamientos,paraposteriormentecalcularsuscoeficientesde transmitanciatérmicaylaspérdidasogananciasdecalorenfuncióndelatemperaturainterioryde lascondicionesexterioresdeproyecto.Asimismo,seanalizanlasnecesidadesdeA.C.S.yse determinaelconsumodiariodeA.C.S.paraeledificio,considerandoelnúmerodepersonasque indicaelC.T.E.. EvaluadaslasnecesidadesdecaloryfríoydeA.C.S.,sediseñaydimensionaelsistemade climatización,compuestoporsueloradiante/refrescante,yelsistemadeproduccióndeA.C.S.,que enestecasoesmixto:produccióninstantáneayacumulación. PosteriormenteseseleccionanlasBCGysecalculalaextensióndelcampodecaptación geotérmico,compuestoporsondasdecaptacióncerradasenformadeU,enfuncióndelas característicasdelterrenoyloscoeficientesdeeficienciaenergética(COPyEER).Estassondasvan dispuestasenperforacionesrealizadasalefecto,definidasenelproyectocondetalleycuyomaterial derellenosehaescogidoenbasealograrunabuenaconductividadtérmica. Paramejorarlaeficienciaenergéticadelainstalación,sediseñaunsistemadeenergíasolar térmicacapazdedarunacoberturadel63%delasnecesidadesdeA.C.S.deledificio. Lainstalaciónsecompletaconunsistemacomúnderegulacióndetemperaturapara climatización,queregulatambiénlaproducciónyacumulacióndeA.C.S..Seselecciona,asuvez,un sistemadecontrolindividualdetemperaturamediantetermostatoambienteparacadavivienda,así comounsistemaderegulaciónespecíficoparalainstalacióndeenergíasolartérmica. Unavezestádefinidalainstalaciónalcompleto,seelaboraelcorrespondientepresupuesto conelimportetotaldelcostedeejecucióndelamisma. Seguidamente,serealizaunestudiocomparativo,tantodesdeelpuntodevistaenergético comoeconómico,delsistemageotérmicofrenteaotrasfuentesdeenergía,comogasnatural, gasóleoC,GLPyaerotermia,valorandolosahorrosobtenidos.Tambiénseevalúaycomparala huellamedioambientaldeestoscombustibles,enformadeemisionesdeCO2,arrojandounbalance favorableparalageotermia. Porúltimo,seconfeccionanlospertinentesplanos,detallandoenlosmismoslas característicasydisposicióndeloselementosquecomponenlainstalación.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez ÍNDICE INDICE MEMORIA 1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................2 2. NORMATIVA APLICABLE ...........................................................................................4 3. CARACTERÍSTICAS DEL EDIFICIO DEL PROYECTO...........................................5 3.1. DESCRIPCIÓN DE LA EDIFICACIÓN.......................................................................... 5 3.2. CUADROS DE SUPERFICIES DE LAS VIVIENDAS................................................... 8 3.3. REGIMEN DE UTILIZACIÓN......................................................................................... 8 3.4. CAUDAL MÍNIMO DEL AIRE EXTERIOR DE VENTILACIÓN.............................. 8 3.5. ZONIFICACIÓN CLIMÁTICA........................................................................................ 8 3.6. CLASIFICACIÓN DE LOS ESPACIOS ........................................................................ 10 4. TRANSMITANCIAS TÉRMICAS DE LOS CERRAMIENTOS ................................11 4.1. TRANSMITANCIA TÉRMICA “U” DE LOS ELTOS CONSTRUCTIVOS............. 11 4.2. TRANSMITANCIA TÉRMICA “U” DE LOS PUENTES TÉRMICOS..................... 13 4.3. LIMITACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA..................................................... 15 5. METODOLOGÍAS DE CÁLCULO ..............................................................................16 5.1. MÉTODO DE CÁLCULO PARA CLIMATIZACIÓN................................................. 16 5.1.1. CARGAS TÉRMICAS Y NECESIDADES ENERGÉTICAS PARA REFRIGERACIÓN....... 16 5.1.2. CARGAS TÉRMICAS Y NECESIDADES ENERGÉTICAS PARA CALEFACCIÓN........... 16 5.1.3. CÁLCULO DEL SUELO RADIANTE/REFRESCANTE......................................................... 17 5.1.4. CÁLCULO DEL DEPÓSITO DE INERCIA............................................................................. 17 5.2. MÉTODO DE CÁLCULO DE A.C.S.............................................................................. 17 5.3. METODO DE CÁLCULO DEL SISTEMA GEOTÉRMICO...................................... 17 5.4. METODO DE CÁLCULO DEL SISTEMA SOLAR TÉRMICO................................ 18 5.5. METODO DE CÁLCULO DE LAS REDES DE TUBERÍAS...................................... 18 5.6. METODOLOGÍA DE CÁLCULO DE VASOS DE EXPANSIÓN .............................. 18 5.7. METODOLOGÍA DE CÁLCULO DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD ..................... 18
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez ÍNDICE 6. CARGAS TÉRMICAS DEL EFICICIO.......................................................................19 6.1. CARGAS TÉRMICAS Y NECESIDADES ANUALES REFRIGERACIÓN............. 19 6.2. CARGAS TÉRMICAS Y NECESIDADES ANUALES CALEFACCIÓN.................. 19 7. NECESIDADES ENERGÉTICAS Y DE POTENCIA PARA LA PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA ...........................................................................19 8. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN Y A.C.S.............................20 8.1. CIRCUITO PRIMARIO GEOTÉRMICO ..................................................................... 20 8.2. CIRCUITO DE CLIMATIZACIÓN ............................................................................... 21 8.3. CIRCUITO DE AGUA CALIENTE SANITARIA ........................................................ 23 8.3.1. CIRCUITO PRIMARIO SOLAR............................................................................................... 23 8.3.2. CIRCUITO DE DISTRIBUCIÓN DE A.C.S............................................................................. 25 9. INSTALACIÓN GEOTÉRMICA..................................................................................27 9.1. CONSIDERACIONES GEOTÉRMICAS ...................................................................... 27 9.1.1. SELECCIÓN DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN GEOTÉRMICO.......................................... 28 9.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN CON BOMBA DE CALOR GEOTÉRMICA........................................................................................... 29 9.3. BOMBAS DE CALOR GEOTÉRMICAS ...................................................................... 31 9.4. CARACTERÍSTICAS DEL TERRENO ........................................................................ 32 9.4.1. TEST DE RESPUESTA TÉRMICA DEL TERRENO.............................................................. 33 9.5. PERFORACIONES .......................................................................................................... 33 9.6. SONDAS GEOTÉRMICAS ............................................................................................. 34 9.7. RELLENO .........................................................................................................................35 9.8. FLUIDO CALOPORTADOR.......................................................................................... 36 9.9. INFLUENCIA TÉRMICA ENTRE SONDAS................................................................ 38 9.10. CIRCUITO HIDRÁULICO........................................................................................... 38 9.10.1. Tuberías.................................................................................................................................... 38 9.10.2. Pérdidas de carga de la instalación........................................................................................... 39 9.10.3. Bombas de circulación ............................................................................................................. 40 9.10.4. Válvulas.................................................................................................................................... 40 9.10.5. Vasos de expansión.................................................................................................................. 40 9.10.6. Sistemas de llenado.................................................................................................................. 41 9.11. AISLAMIENTOS............................................................................................................ 41 10 . INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA ..........................................................................42 10.1. CONSIDERACIONES SOBRE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA............................... 42 10.1.1. SELECCIÓN DEL TIPO DE INSTALACIÓN SOLAR ......................................................... 42
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez ÍNDICE 10.1.2. SELECCIÓN DEL TIPO DE CIRCULACIÓN DEL FLUIDO CALOPORTADOR.............. 42 10.2. PRINCIPIO DE FTO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA...................... 43 10.3. CAPTADORES ............................................................................................................... 44 10.4. FLUIDO CALOPORTADOR........................................................................................ 45 10.5. SISTEMA DE ACUMULACIÓN SOLARINTERACUMULADOR......................... 46 10.6. CIRCUITO HIDRÁULICO........................................................................................... 46 10.6.1. Tuberías.................................................................................................................................... 46 10.6.2. Pérdidas de carga de la instalación........................................................................................... 47 10.6.3. Bomba de circulación............................................................................................................... 47 10.6.4. Válvulas.................................................................................................................................... 47 10.6.5. Vaso de expansión.................................................................................................................... 48 10.6.6. Sistema de llenado.................................................................................................................... 48 10.7. AISLAMIENTOS............................................................................................................ 48 10.8. ENERGÍA AUXILIAR................................................................................................... 48 11 . INSTALACIÓN DE CLIMATIZACIÓN....................................................................49 11.1. SELECCIÓN DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN.............................................. 49 11.1.1. AHORRO DE ENERGÍA........................................................................................................ 49 11.1.2. EFICIENCIA DEL INTERCAMBIO DE CALOR.................................................................. 50 11.1.3. GARANTÍA DE CONFORT................................................................................................... 50 11.1.4. EMISIÓN Y ABSORCIÓN TÉRMICA UNIFORME............................................................. 50 11.1.5. INCONVENIENTES ............................................................................................................... 51 11.2. PRINCIPIO DE FTO DEL SUELO RADIANTE/REFRESCANTE......................... 51 11.3. SUELO RADIANTE/REFRESCANTE ........................................................................ 52 11.3.1. LOCALIZACIÓN DE LOS COLECTORES........................................................................... 52 11.3.2. LONGITUD, TRAZADO Y SEPARACIÓN DE LOS CIRC DE SUELO RADIANTE........ 53 11.3.3. TEMPERATURAS DE DISEÑO ............................................................................................ 53 11.4. FANCOILS ...................................................................................................................... 54 11.5. DEPÓSITO DE INERCIA.............................................................................................. 54 11.6. CAUDAL DE AGUA DE CLIMATIZACIÓN............................................................. 54 11.7. CIRCUITO HIDRÁULICO........................................................................................... 55 11.7.1. Tuberías.................................................................................................................................... 55 11.7.2. Pérdidas de carga de la instalación........................................................................................... 55 11.7.3. Bomba de circulación............................................................................................................... 56 11.7.4. Válvulas.................................................................................................................................... 56 11.7.5. Vaso de expansión.................................................................................................................... 56 11.8. AISLAMIENTOS............................................................................................................ 57
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez ÍNDICE 12. INSTALACIÓN DE AGUA CALIENTE SANITARIA..............................................58 12.1. CONSIDERACIONES SOBRE AGUA CALIENTE SANITARIA ........................... 58 12.2. SELECCIÓN DEL SISTEMA DE PREPARACIÓN DE A.C.S................................. 58 12.3. PRINCIPIO DE FTO DEL SISTEMA DE PREPARACIÓN DE A.C.S. .................. 59 12.4. DEPÓSITO DE ACUMULACIÓN AUXILIAR .......................................................... 60 12.5. CIRCUITO HIDRÁULICO........................................................................................... 60 12.5.1. Tuberías.................................................................................................................................... 60 12.5.2. Pérdidas de carga de la instalación........................................................................................... 60 12.5.3. Bomba de circulación............................................................................................................... 61 12.5.4. Válvulas.................................................................................................................................... 61 12.5.5. Vaso de expansión.................................................................................................................... 61 12.6. AISLAMIENTOS............................................................................................................ 62 13. SISTEMA DE REGULACIÓN Y CONTROL............................................................63 13.1. SISTEMA DE REGULACIÓN Y CONTROL DEL SISTEMA SOLAR.................. 63 13.2. SISTEMA DE REGULACIÓN Y CONTROL DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN Y A.C.S............................................................................................. 64 13.2.1. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE REGULACIÓN DE CLIMATIZACIÓN ........... 65 13.2.2. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE REGULACIÓN DE A.C.S................................. 66 13.2.3. REGULACIÓN DE TEMPERATURA EN LAS VIVIENDAS.............................................. 66 14. DILATACIONES.........................................................................................................68 15. SALA DE MÁQUINAS................................................................................................69 16. SISTEMAS EMPLEADOS PARA EL AHORRO DE ENERGÍA.............................70 CALIFICACIÓN ENERGÉTICA DEL EDIFICIO ............................................................. 71 17. ENERGÍA UTILIZADA POR LOS EQUIPOS DE LAS INSTALACIONES ..........72 17.1. FUENTES DE ENERGÍA UTILIZADAS..................................................................... 72 17.2. DEMANDA ENERGÉTICA ANUAL DEL EDIFICIO .............................................. 72 17.3. POTENCIA ELÉCTRICA CONSUMIDA POR LOS EQUIPOS.............................. 73 17.4. CONSUMO ANUAL DE ENERGÍA ELÉCTRICA.................................................... 74 18 . ESTUDIO COMPARATIVO DE AHORRO FRENTE A OTRAS FUENTES ENERGÉTICAS ............................................................................................................75 18.1. ESTUDIO COMPARATIVO ENERGÉTICO Y ECONÓMICO ENTRE LAS DISTINTAS FUENTES DE ENERGÍA .......................................................................... 75
MEMORIA
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 2 1.INTRODUCCIÓN Lalimitacióndelosrecursosenergéticosporunlado,ylanecesidaddepreservarel medioambienteporotro,obliganaplantearsolucionesalternativasqueposibilitenreducir lautilizacióndecombustiblesdeorigenfósilymejorenlaeficienciaenergéticadelos sistemas. Tomandocomoreferenciaestosparámetros,seproyectaclimatizarunedificiode10 viviendas,situadoenZaragoza,utilizandoparaellodosbombasdecalorgeotérmicascon sondasdecaptacióncerradasqueirácomplementadaporunainstalacióndepaneles solaresparalaproduccióndeaguacalientesanitaria(A.C.S.). Elobjetivoprincipaldelpresenteproyectoesdiseñarlasinstalacionesque,conlas consideracionesanteriormenteexpuestas,garanticenelconfortadecuadoalosusuariosdel edificioconelmínimocosteenergéticoeimpactomedioambiental,siempretrabajando dentrodelmarcodelaeficienciaenergética. Directamenterelacionadoconestepropósito,yprevioanálisisdelproyectodeejecución, seenmarcaelobjetivodemejorarlacalificaciónenergéticadeledificiomediantela modificacióndelacalidaddelosaislamientosqueincorporabanloscerramientos originalmenteprevistos,dadoquelaeficienciaenergéticadelconjuntodependerátambién deltipodeaislamientoutilizado. Conestaspautas,sehaadoptadounametodologíadetrabajoencaminadaala consecucióndelosobjetivospreviamentedefinidos.Así,eneldesarrollodelproyectose hanseguidolassecuenciasdescritasacontinuación: • Análisisdelacomposicióndeloscerramientosdetalladosenelproyectode ejecucióndeledificioymejoradelaislamientodelosmismos • Evaluacióndelasnecesidadesenergéticasparacalefacciónyrefrigeraciónde todoslosespaciosyrecintosdelasviviendas • EstudiodelademandadeA.C.S.paralasviviendas • Diseñodelsistemadecalefacciónyrefrigeracióndelasviviendas • Diseñodelsistemadeproducción,acumulaciónydistribucióndeA.C.S. • Dimensionadoyseleccióndelasbombasdecalorgeotérmicas • Diseñodelsistemadecaptacióngeotérmico • Diseñodelainstalacióndeenergíasolartérmica
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 3 • Diseñodelossistemasdecontrolyregulacióndetemperaturaindividualy colectivoenelsistemadeclimatización,asícomoelsistemadecontroly regulacióndetemperaturaenelsistemadeA.C.S. • Obtencióndelacalificaciónenergéticadeledificio • Valoracióneconómicadelasinstalacionesarealizar • Estudioenergéticocomparativodelsistemaseleccionadofrentealrestode energíasdisponibles • Estudioeconómicocomparativodelsistemaseleccionadofrentealrestode energíasdisponibles • EstudiodeemisionesdeCO2comparativodelsistemaseleccionadofrenteal restodeenergíasdisponibles Alolargodetodasestassecuencias,seutilizandiferentesmétodos,técnicasy herramientasdesoftwarequehanpermitidoeldesarrollodelasmismas. Paracumplirelobjetivoanteriormentedefinido,serecogeránenestaMEMORIAyenlos restantesdocumentosdelproyectoeldiseñodelainstalación,lascondicionesdecálculo, loscálculosjustificativosnecesarios,losmaterialesempleadosytodaslasmedidas adoptadasparaobtenerunrendimientoóptimodelainstalación,cumpliendoconla ReglamentaciónVigente.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 4 2.NORMATIVAAPLICABLE • CódigoTécnicodelaEdificación(C.T.E.) • ReglamentodeInstalacionesTérmicasenlosEdificios(R.I.T.E.) • PliegodeCondicionesTécnicasdeBajaTemperaturaparaInstalacionesdeEnergía SolarTérmica,publicadoporelInstitutoparalaDiversificaciónyAhorrodela Energía(IDAE). • GuíaTécnicaparaaguacalientesanitariacentral,publicadoporelInstitutoparala DiversificaciónyAhorrodelaEnergía(IDAE). • NormasUNEquesondeaplicaciónalproyecto • ReglamentoelectrotécnicoparaBajaTensión • ReglamentodeAparatosaPresión
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 5 3.CARACTERÍSTICASDELEDIFICIODELPROYECTO 3.1.DESCRIPCIÓNDELAEDIFICACIÓN Laparcelaenlaquesedesarrollaelpresenteproyectosesitúaenunacalledelcasco antiguodeZaragoza.Lasuperficiedelaparcelaesde586,92m2.Eledificioproyectado presentaunaalturamáximasobrerasantede13,4m.Disponedeunaplantabajorasanteo sótano,PlantaGarajes,ycuatroplantassobrerasante:PlantaBaja,Planta1ª,Planta2ªy PlantaTrasteros.Eneledificioseproyectanuntotalde10viviendas,quesonlasafectadas porlasinstalacionesqueenesteproyectosediseñan,dimensionanycalculan.Asimismo, disponedegarajes,trasterosylocalcomercial. Ilustración1 – Vistadelasalturas deledificio Ilustración2‐Recreacióntridimensionaldeledificioobtenida conelprogramaCYPE
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 6 Ilustración4 – Recreación3DdelaPlantaBajaobtenidaconelprogramaCYPE Eldesarrollodecadaunadelasplantasseincluyeacontinuación. PLANTAGARAJES(SÓTANO) Seaccedeaestaplantaconvehículosmediantelarampay,peatonalmente,mediantela escalerayascensorsituadosenelzaguán,quedesembarcanenunvestíbulode independenciaydeaccesoalascensor.Eltotaldeplazasdeaparcamientoesde15.Enesta plantaseencuentralaSaladeMáquinas.Unavistadeestaplantapuedeencontrarseenel apartadodePLANOS. PLANTABAJA Desarrollalamesetadelarampadeaccesoysalidadelaparcamientodelsótano,el zaguándeaccesoalaescalerayelascensordelasviviendasydelsótano.Enelinterioreste zaguánsehanubicadoelcuartodecontadoresdeaguayelcuartodetelecomunicaciones. Elrestodelaplantabajaquedadestinadaalocalcomercial.Unplanoquerecogetodolo descritoenestepárrafopuedeencontrarseenelapartadodePLANOS. Ilustración3 – Recreación3DdelaPlantaGara j esobtenidaconel p ro g ramaCYPE
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 7 PLANTAS1ªy2ª Cadaplantasedistribuyeencincoviviendas,rotuladascomoA,B,C,DyE.Todasellas desarrollanladisposicióndeSaladeestar‐Comedor‐Cocina,dosdormitoriosybaño; exceptolasviviendastipoAyB,quedisponende3dormitorios.Losplanosdeestasdos plantaspuedenencontrarseenelapartadodePLANOS. PLANTATRASTEROS EnPlanta3ªsehandistribuidolostrasteros.ElcerramientodelaPlantaTrasterosesdel tipocubiertainclinada.Elplanodeestaplanta,asícomoeldelacubierta,pueden encontrarseenelapartadodePLANOS. Ilustración5 – Recreación3DdelaPlanta1ªobtenidaconelProgramaCYPE Ilustración6‐Recreación3DdelaPlantaTrasterosobtenidaconelProgramaCYPE
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 8 3.2.CUADROSDESUPERFICIESDELASVIVIENDAS Lastablasdeladistribucióndecadaunadelasviviendasdeledificioylasuperficiede cadaunodelosrecintosodependenciasenlosquesedividecadaviviendaseencuentran enelANEXO1.Paraunamejorcomprensióndeladisposiciónydistribucióndecada vivienda,verelapartadodePLANOS. 3.3.REGIMENDEUTILIZACIÓN Eledificiodelpresenteproyectoesunedificiodeviviendasderesidenciahabitual,conlo queelrégimendeusoprevistoesdetipocontinuo,concalefaccióneninvierno, refrigeraciónenveranoyA.C.S.durantetodoelaño(tantoeninviernocomoenverano). 3.4.CAUDALMÍNIMODELAIREEXTERIORDEVENTILACIÓN Elcaudalmínimodelaireexteriordeventilaciónsecalculateniendoencuentalas exigenciasdebienestarehigienecorrespondientesalaInstrucciónTécnicaIT1.1del ReglamentodeInstalacionesTérmicasenlosEdificios[1],tomandolosvaloresrecogidosen elapartado2deldocumentobásicoHS‐3delCódigoTécnicodelaEdificación, correspondienteacalidaddelaireinterior. Paraelmantenimientodeunacalidadaceptabledelaireenlosrecintosocupados,se consideraunmínimode1renovaciónalahoraporrecinto. ElcálculodelcaudalmínimodelaireexteriordeventilaciónsedetallaenelANEXO1, resultandouncaudalmínimodelaireexteriordeventilaciónde3.344,4m3/h. 3.5.ZONIFICACIÓNCLIMÁTICA ElRealDecreto314/2006del17demarzode2006,medianteelcualseaprobóelCódigo TécnicodelaEdificación(CTE)[2],entróenvigorel29demarzode2006,fechaapartirde lacualtodaslasobrasdeedificacióndenuevaconstrucción,incluidoenconsecuenciael edificioobjetodelpresenteproyecto,debencumplirconlaExigenciaBásicaHE‐1: Limitacióndedemandaenergéticaqueestecódigorecoge. Enestaexigenciaseestipulaquetodoslosedificioshandedisponerdeunaenvolvente decaracterísticastalesquelimiteadecuadamentelademandaenergéticanecesariapara alcanzarelbienestartérmico,enfuncióndelclimadelalocalidadenlaqueseubicaydela cargainternaensusespacios.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 9 Tabla1 – ValoreslímitedelosparámetroscaracterísticosmediosparalaZonaClimáticaD3 Paralalimitacióndelademandaenergética,elCódigoTécnicodelaEdificaciónestablece 12zonasclimáticasidentificadasmedianteunaletra(A,B,C,D,E),correspondienteala divisióndeinvierno,yunnúmero,correspondientealadivisióndeverano. AefectosdelcumplimientodelCódigoTécnicodelaEdificación,eledificiodelproyecto seencuentrasituadoenlasiguientezonaclimática: • Capitaldeprovincia:Zaragoza • ZonaclimáticaD3,segúnlatablaD.1delapéndiceDdelCódigoTécnicodela Edificación • Población:Zaragoza Paralazonificaciónclimáticaenlaqueseencuentraeledificio,elCódigoTécnicodela Edificaciónobligaacumplirparaloscerramientosquecomponenlaenvolventetérmicadel edificio,loslímitesdetransmitanciayfactorsolarquerecogelatablaqueaparecea continuación: Ilustración7 – Zonificaciónclimáticaparainvierno Ilustración8 – Zonificaciónclimáticaparaverano
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 10 Además,enestazonaclimática,elCódigoTécnicodelaEdificaciónseñala,paralos cerramientosyparticionesinterioresdeledificiodelproyecto,unvalordetransmitanciano superioralosvalores“límite”indicadosenlatablaquesemuestraacontinuación: CerramientosyparticionesinterioresZonaD (W/m2K) Murosdefachada,particionesinterioresencontactocon espaciosnohabitables,primermetrodelperímetrodesuelo apoyossobreterrenoyprimermetrodemurosencontactocon elterreno 0,86 Suelos0,64 Cubiertas0,49 Vidriosymarcos3,50 Medianerías1,00 Particionesdeinterioresdeviviendasconzonascomunesdel edificionocalefactadas1,20 3.6.CLASIFICACIÓNDELOSESPACIOS Losespaciosinterioresdelosedificiosseclasificanenespacioshabitablesyespaciosno habitables.Asuvez,elCódigoTécnicodelaEdificaciónclasificalosespacioshabitablesen dostipos:dealtacargainternaydebajacargainterna,enfuncióndelacantidaddecalor disipadaensuinterior,debidoalaactividadrealizadayalperiododeutilizacióndecada espacio.Además,paralacomprobacióndelalimitacióndecondensacionesenlos cerramientos,elCódigoTécnicodelaEdificaciónefectúadenuevootraclasificación, dividiendolosespacioshabitablesentressubclases:dehigrometría5,dehigrometría4yde higrometría3oinferior;dependiendodelaproduccióndehumedaddelespacio. Enelcasodelpresenteproyecto,eledificioestádestinadoaalbergarviviendasdeuso residencial,porloquelosespacioshabitablesdeledificioseclasificandentrodelacategoría de: • Espaciosconbajacargainterna:espaciosenlosquesedisipapococalor, destinadosprincipalmentearesidirenellos,concaráctereventualo permanente. • Espaciosdeclasedehigrometría3oinferior:espaciosenlosquenose preveaunaaltaproduccióndehumedad.Seincluyenenestacategoríatodos losespaciosdeedificiosresidencialesyelrestodelosespaciosnoindicados anteriormente. Tabla2 – Transmitanciatérmicamáximadecerramientosyparticionesinterioresdelaenvolventetérmica
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 17 Siguiendoestosmétodosdecálculo,conlaayudadelmóduloInstalacionesdelEdificio delprogramaCYPEymedianteprogramasExceldeelaboraciónpropia,secalculanlascargas térmicasylasnecesidadesenergéticasdecalefaccióndeledificiodelproyecto. 5.1.3.CÁLCULODELSUELORADIANTE/REFRESCANTE Elmétodoutilizadoparacalcularelsueloradiante/refrescantedelasdistintas dependenciasdelasviviendassebasaenlaaplicacióndedimensionadodesuelo radiante/refrescantedelprogramaCYPE,quepermiteseleccionarloenlapestaña ClimatizacióndesumóduloInstalacionesdelEdificio[62],asícomoenlaelaboraciónde tablasExcelparaelcálculodelongitudes,diámetros,etc. 5.1.4.CÁLCULODELDEPÓSITODEINERCIA Elmétodoquesehaempleadoparadimensionarelvolumendeldepósitodeinerciadel sistemadeclimatizaciónsehabasadoenlasespecificacionesquemarcael“ManualTécnico parainstalacionesdecalefacciónyrefrigeraciónporsuelo”,delacasacomercialUPONOR. Conestasespecificaciones,sehaelaboradounprogramaExcelobteniendolosresultados quemásadelantesedetallan. 5.2.MÉTODODECÁLCULODEA.C.S. ElcálculodeproducciónyacumulacióndeA.C.S.serealizaenfunciónalasnecesidades desuministrodeA.C.S.,yestábasadoenunsistemadepreparaciónsemi‐instantánea(con acumulación)conlasprescripcionesmarcadasenelReglamentodeInstalacionesTérmicas enEdificiosyenelCódigoTécnicodelaEdificación,poniendoespecialatenciónala prevencióndelalegionela.LoscálculosseefectúanmediantetablasExceldeelaboración propiaconlaayudadeldocumento“Aguacalientesanitariacentral”elaboradoporelIDAE (InstitutoparalaDiversificaciónyAhorrodeEnergía),yconlaayudadelapestaña SalubridaddelprogramaCYPEensumódulodeInstalacionesdelEdificio[63]. 5.3.METODODECÁLCULODELSISTEMAGEOTÉRMICO Elsistemageotérmicodeledificiosehadimensionadoutilizandodiferentesprogramas decálculo,comoelprogramaCalcGeoVaillant[55],delamarcacomercialVaillant,el programaGeoCIATESA[66],delamarcacomercialCiatesayelprogramaEarthEnergy Designer,deBloconSoftware. Elmétododecálculoempleadoparadimensionarloslimitadoresdecaudal“K‐Flows”, queseencuentraninstaladosenelcircuitoprimariogeotérmico,sebasaenlautilizacióndel progamaKFlowsdelamarcacomercialSEDICAL[54],quepermiteseleccionarestos
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 18 elementosapartirdelcaudalnecesarioparacadasonda,lavelocidaddelfluidoenlamisma yelrangodepresióndetrabajo. 5.4.METODODECÁLCULODELSISTEMASOLARTÉRMICO Elmétodoutilizadoparadimensionarelsistemadecaptaciónsolaryacumulacióndel aguacalientesanitariaproducidaporelsistemasolarsebasaenlaaplicacióndelmódulo SolarTérmicadelprogramaCYPE[61],dentrodelapartadodeInstalacionesdelEdificio. 5.5.METODODECÁLCULODELASREDESDETUBERÍAS Elcálculodelaspérdidasdepresiónenlasredesdetuberíasserealizaconlaayuda programasExceldeelaboraciónpropiaydelprogramaCYPEensumóduloInstalacionesdel Edificio.AmbossebasanparaelcálculoenlasfórmulasdeDarcy‐Weisbachyde Collebroock. 5.6.METODOLOGÍADECÁLCULODEVASOSDEEXPANSIÓN Tantolosvasosdeexpansióncomolastuberíasdeexpansiónsedimensionansegúnlo indicadoporlanormaUNE100.155/2004,utilizandoparaelcálculohojasExcelde elaboraciónpropia. 5.7.METODOLOGÍADECÁLCULODEVÁLVULASDESEGURIDAD Lasválvulasdeseguridad,segúnlanormaUNE100.155alaquehacealusiónla InstrucciónTécnica1.3.4.2.5delCódigoTécnicodelaEdificación,sedimensionanmediante unahojaExceldeelaboraciónpropiaenfuncióndelapresióndelpuntodondese encuentraninstaladasydelapotencianominaldelgeneradorodelintercambiadordecalor.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 19 6.CARGASTÉRMICASDELEFICICIO 6.1.CARGASTÉRMICASYNECESIDADESANUALESPARAREFRIGERACIÓN Conlosmétodosdecálculoanteriormenteexplicados,lascondicionesrecogidasenel ANEXO3yutilizandocomoherramientasdetrabajoelmóduloInstalacionesdelEdificiodel programaCYPEyprogramasExceldeelaboraciónpropia,secalculanlascargastérmicasy lasnecesidadesenergéticasanualesderefrigeracióndeledificio[11],obteniendocomo resultadodelasmismasunvalorde37,20kWy28,92MWh/añorespectivamente.El cálculodetalladopuedeencontrarseenelANEXO4. 6.2.CARGASTÉRMICASYNECESIDADESANUALESPARACALEFACCIÓN Siguiendolosmétodosdecálculodelapartado5deestaMEMORIA,conlascondiciones recogidasenelANEXO3,conlaayudadelmóduloInstalacionesdelEdificiodelprograma CYPEymedianteprogramasExceldeelaboraciónpropia,secalculanlascargastérmicasy lasnecesidadesenergéticasanualesdecalefaccióndeledificiodelproyecto[12], obteniendocomoresultadodelasmismasunvalorde40,32kWy102,5MWh/año respectivamente.ElcálculodetalladopuedeencontrarseenelANEXO4. 7.NECESIDADESENERGÉTICASYDEPOTENCIAPARALA PRODUCCIÓNDEAGUACALIENTESANITARIA ConlascondicionesespecificadasenelANEXO3,yconelmétodoquesehaindicadoen elapartado5,secalculanlapotenciainstantánearequeridaparalaproduccióndeagua calientesanitariaylasnecesidadesenergéticasmensualesyanualesparaesteservicio, dandocomoresultadounapotenciade12,33kWyunconsumoanualdeenergíade14,15 MWh/año.Loscálculosrealizadosparalaproduccióndeaguacalientesanitariaseadjuntan enelANEXO5.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 20 8.DESCRIPCIÓNDELSISTEMADECLIMATIZACIÓNYA.C.S. Conelobjetivodetenerunaperspectivageneraldelainstalacióndeledificio,seprocede adescribirelsistemadeclimatizaciónyelsistemadeproduccióndeA.C.S.ensuconjunto, particularizandoparacadainstalaciónenconcretodesdeelapartado9enadelante. LosplanosdispuestosenelapartadoPLANOSpuedenresultarútilesparaunamejor comprensióndeladescripción. Elsistemadeclimatizaciónyaguacalientesanitaria(A.C.S.)estarácompuestopordos bombasdecalorgeotérmicas“tierra‐agua”quefuncionaránenparaleloconregulaciónen cascadaparaadaptarsealademandatérmica.Estosequiposseráncapacesdeentregaralas viviendaslapotencianecesariatantoparacalefacciónyrefrigeracióncomoparala produccióndelaguacalientesanitaria.EstosequiposseencontraránubicadosenlaSalade Máquinas,queestásituadaenlaPlantadeGarajes(Sótano)deledificio. 8.1.CIRCUITOPRIMARIOGEOTÉRMICO Lasbombasdecalorgeotérmicasseránlasencargadasdeentregarlapotencianecesaria tantoparacalefaccióncomopararefrigeración.Cadabombadecalorgeotérmicase conexionaráenelladodelprimarioconsuscorrespondientescolectoresdeimpulsióny retornomediantecircuitosindividualesconconduccionesdetubodepolietilenodealta densidadde63mmdediámetro. Encadaunodeloscircuitosindividualesdeimpulsiónhabráunequipoparalacirculación delfluidocaloportador(aguaglicolada),formadopordosbombasderotorsecoenparalelo, convariadordefrecuencia,consuscorrespondientesválvulasdecorte,filtroymanómetro, asícomounaelectroválvuladecortequeaislaráhidráulicamentecadaunadelasbombas decalorgeotérmicascuandonoesténenfuncionamiento.Cadaunodeestoscircuitos individualesirácomplementadoconsucorrespondientetermómetro,manómetro,válvula deseguridad,vasodeexpansióncerrado,instalacióndellenadoyvaciadoydispositivode purga. Habrápuesdoscolectoresdeimpulsiónydosderetorno,unoparacadabombadecalor geotérmica.Acadacolectorseuniráncuatrosondasdecaptaciónenparalelo.Los colectoresestaránubicadosenlaSaladeMáquinasylauniónentrecadaunadelassondas yloscolectoresserealizarácontubodepolietilenodealtadensidaddiámetro32mm dispuestobajolasoleradelsótano,a1mdeprofundidad,conobjetodeevitarlaafección decargasexternas.Elmaterialquecompondráloscolectoresserápolietilenodealta densidaddediámetro90mm.Talycomosepuedecomprobarenelesquemahidráulicodel planoA‐01,enloscolectoressedispondráunaválvuladecorteenlaimpulsiónyotraenel retornoparacadaunadelassondas,asícomounlimitadordeflujo(conocidocomoK‐flow) quegaranticelacirculacióndelcaudalnecesarioencadaunadeellas.Asimismo,sobrelos
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 21 colectoresseubicaránlasvainasnecesariasparaacoplarlosdispositivosdecontrolde temperaturadecadasondageotérmica. Lassondasgeotérmicasestaráncompuestasporochoperforacionesverticalesde150 mmdediámetroy80mdeprofundidad,dispuestasencamporectangularde4x2y separadascomomínimo6,5mentresí.Lasperforacionesserealizaránbajolasoleradel sótanodeledificiodestinadoagarajes.Enelinteriordecadaperforación,sedispondrála sondageotérmicapropiamentedicha,compuestaporuntubodepolietilenodealta densidadenformadeUde156mdelongitudtotaly32mmdediámetro.Enlaparte inferiordecadasondasedispondráunlastre“piedesonda”de25kgdepesoquefacilitará laoperacióndeintroduccióndelasondaenelpozo.Porelinteriordecadasondacirculará elfluidocaloportador,constituidoporaguaglicoladaconpuntodecongelaciónmayorde‐ 20oCparaevitarposiblesdañosenlosequiposporbajatemperatura. Habráunsistemadellenadodeaguaglicoladaparaelcircuitoprimariodelassondasde captacióngeotérmicas.Elaguaglicoladaseprepararáenundepósitodispuestoalefecto, alimentadoporunatuberíaenlaqueseintercalaráuncontador,paraconocerelvolumen deaguayasídeterminarlacantidaddemonoetilenglicolaañadir.Elaguaglicoladaenla proporciónadecuadaseintroduciráenelcircuitomedianteunabombadecarga. Dadoquelainstalacióndaráserviciodecalefacciónyrefrigeraciónaledificio,paraevitar condensacionesypérdidasdeenergíaseaislarántodosloscircuitosydispositivosqueestén encontactoconelambiente. TodolodescritopuedecomprobarsecondetalleenlosplanosA‐01yA‐02. 8.2.CIRCUITODECLIMATIZACIÓN Paraelconjuntodelas10viviendas,elsistemadecalefacciónyderefrigeraciónutilizado esporsueloradiante/refrescante,mediantetubosempotradosenelsueloporlosque circulaaguacaliente/fríapreparadaenlasbombasdecalorgeotérmicas. Seconsideraquelainstalacióndeclimatizaciónabarcatodoelsistemadedistribución delaguadeclimatizacióndesdeelequipogenerador,estoes,desdelasbombasdecalor geotérmicas,hastaloscircuitosdesueloradiante,inclusiveestosúltimos.Laproduccióndel aguadeclimatizacióntienelugarenelcircuitosecundariodelasbombasdecalor geotérmicas,desdedondesedistribuiráhaciaundepósitodeinercia,ubicadoenlaSalade Máquinas,medianteunatuberíadeimpulsiónyotraderetorno,ambasdepolietileno,en lasqueseintercalarándosgruposdecirculación(unoporbombadecalorgeotérmica),con suscorrespondientesfiltros,válvulasderetención,manómetrosyválvulasdecorte.El circuitosecundarioestarácomplementadoconsucorrespondientetermómetro, manómetro,válvuladeseguridad,vasodeexpansiónydispositivodevaciado.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 22 TalycomosepuedeverenelplanoA‐03,deldepósitodeinerciapartirándoscircuitos independientes,unodeimpulsiónyotroderetorno,conconduccionesdepolietileno reticulado.Estoscircuitosdistribuiránelaguahastaloscolectoresdeimpulsiónyretorno, situadosenlaSaladeMáquinas,formadosportubodeaceronegro.Tantoelcolectorde impulsióncomoelderetornosebifurcaránendosramales.Sobrelosramalesdelcolector deimpulsión,sedispondrándosgruposdecirculación,formadosporbombasderotorseco ycaudalvariable,consuscorrespondientesfiltros,válvulasderetención,manómetros, válvulasdecorteymanguitosantivibratorios.Enlapartemásbajadecadaramal,ydentro delaSaladeMáquinas,sedispondránlosrespectivosdispositivosdevaciado. Delladodelaimpulsiónyelretornopartiránlastuberíasdedistribucióndelaguade climatizaciónmediantedoscircuitosbitubularesconconduccionesdepolietileno.La distribuciónserealizaráhorizontalmenteporeltechodelaPlantaGarajesylaPlantaBaja (verplanosA‐03yA‐04)hastaalcanzarlospatinillosquedanaccesoalosarmariossituados enlasplantasdelasviviendas(verplanosA‐05yA‐06).Enelpuntomásaltodecadacircuito asícomoenloscolectoresgeneralesdelosarmariosdelasviviendassedispondráun sistemadepurga. Encadaplanta,enelcorredordeaccesoalasviviendasyaccesiblesdesdeelexteriorde lasviviendas,seubicarándosarmariosquealojaránloscolectoresgeneralesde climatización.Enestosarmarios,sedispondránlascorrespondientesacometidas individualesconsurespectivallavedecorte,válvuladetresvíasmotorizada,contador kilocalóricoyfiltroprevioalcontador(verdetalledeconexiónaviviendatipodeplanoA‐ 01). Lainstalacióninteriordeclimatizaciónparacadaviviendasecompondrádedos colectoresdesueloradiante/refrescante,unodeimpulsiónyotroderetorno,ubicadosen unarmariosituadoenelvestíbulodeentradadelavivienda.Deestoscolectorespartiránlas tuberíasdepolietileno,todasde16mmdediámetro,quecomponenloscircuitosde impulsiónyretornodelsueloradiante/refrescante.Encadaunadelassalidasdelcolector deimpulsión,secolocaráunaválvuladecortemanualyuncaudalímetropararegularel caudaldecirculaciónporelcircuitodetubos.Sobreelcolectorderetorno,sedispondráuna válvuladecorteaccionadaporcabezaleléctricoparacadaunodeloscircuitos. Asuvez,paraevitarlacondensaciónqueocasionalmentesepudieraoriginarenelsuelo delosbaños,seimpediráelfuncionamientodelsuelorefrescanteenlosmismos.Paraello, seinstalaráenelcolectordeimpulsióndesuelorefrescanteundispositivocompuestopor unasondadetemperaturaqueactuarásobrelaválvulaeléctricadispuestaenelcolectorde retornoqueimpedirálacirculacióndelaguacuandosutemperaturaseainferiora20°C. Sedispondráunfancoiltipomuralenelsalóndecadaviviendaconelobjetivode controlarlahumedadydarapoyoenveranoparacontrarrestarlacargaderefrigeración, eliminandoasíelriesgodeformacióndecondensacionesquesepuedanproducirenel suelo.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 23 Encadavivienda,lautilizaciónracionaldelaenergíaseconseguirámediantelos termostatosdeambiente,queseinstalaránensalónydormitorios.Estostermostatos actuarántantosobrelaválvulamotorizadadetresvíascomosobrelaválvuladecorte accionadaporcabezaleléctricoparacadacircuitodesueloradiante/refrescante,limitando elaportecalorífico/frigoríficocuandoseconsigaelgradodeconfortdeseado. Ladistribuciónyelesquemahidráulicodefuncionamientodelainstalaciónde climatizaciónsepuedenencontrarenlosplanosA‐01,A‐03,A‐04,A‐05yA‐06. Lareddetuberíasestaráaislada,tantoparaevitarcondensacionescomoparaevitar pérdidastérmicas,yconvenientementeequilibradaencuantoapérdidasdecargase refiere. Habráunsistemadellenadoqueintroduciráaguadelaredcuandoseanecesarioenel circuitosecundariodelasbombasdecalorgeotérmicasasícomoenloscircuitosde climatizacióndelasviviendas. 8.3.CIRCUITODEAGUACALIENTESANITARIA Elsistemadeproduccióndeaguacalientesanitariadaráservicioalosfregaderos, lavabos,duchasybañerasdetodaslasviviendas.LaproduccióndeA.C.S.serealizaráa travésdeloscolectoressolaresubicadosenlacubiertadeledificio.Paraasegurarla continuidadenelabastecimientodelademandatérmicaencualquiercircunstancia,la instalacióndeenergíasolardebecontarconunsistemadeenergíaauxiliar.Estesistemade energíaauxiliardebetenersuficientepotenciatérmicaparaproporcionarlaenergía necesariaparalaproduccióntotaldeaguacalientesanitariaenausenciaderadiaciónsolar. Laenergíaauxiliarseaplicaráenelcircuitodeconsumo,nuncaenelcircuitoprimariode captadores.SiguiendolasprescripcionesdelaNormativavigenteencuantoa características,diseñoylimitacionesporahorroenergético,yaplicandoéstasaledificio,se haproyectadolapreparaciónmedianteunsistemamixtoosemi‐instantáneo,de produccióninstantáneayacumulación,quequedarepresentadoenelplanoB‐01.La produccióninstantáneadeestesistemaauxiliarserealizarámediantedosbombasdecalor geotérmicas,quetrabajaráncontraundepósitodeaguaauxiliarde300litrosde acumulación. 8.3.1.CIRCUITOPRIMARIOSOLAR Lainstalacióndeenergíasolartérmicaconstarádeuncircuitoprimariocerrado (circulaciónforzada)dotadodeunsistemadecaptaciónubicadoencubiertaconuna superficietotaldecaptaciónde10,50m²ydeuninteracumuladorcolectivode733litros. Lasalidadelinteracumuladorsolarseconectaráconlaentradadeldepósitodeconsumo odepósitoauxiliar,tambiénubicadoenlaSaladeMáquinas,dondesealmacenaráelagua
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 24 calientesanitariaproducidaporlasbombasdecalorgeotérmicas.Enelcasodequela temperaturadelaguaenelinteracumuladorsolarseasuperioraladeldepósitode consumo,elaguasaldrádirectamentealareddedistribucióndeA.C.S;sifuerainferiorse calentaríahastalatemperaturaadecuadaenlosintercambiadoresdeplacasdeproducción instantáneasituadosenlasbombasdecalorgeotérmicas.Paraquelatemperaturade distribucióndeA.C.S.seauniformesedispondráalasalidadeldepósitounaválvula mezcladoradetresvíasmotorizadaconsucorrespondientesondadetemperaturaque permitiráregularlatemperaturaalvalordeseadodedistribucióndeA.C.S.. Elcircuitoprimariodelospanelessolaresseconectaráconeldepósitointeracumulador mediantetubodecobre,debidamenteaislado,quediscurrirádesdelacubiertaporun patinilloqueatravesarátodaslasplantas,ubicadojuntoaunadelasmedianeras,hastala SaladeMáquinasporeltechodelaPlantadeGarajes,talycomosedetallaenlosplanosB‐ 02YB‐03. Elaguaglicoladadelcircuitoprimariocalentadaporlospanelessolaresseimpulsará medianteelequipodecirculaciónhastaelinteracumuladordeaguacalentadaporenergía solar.Tantoelgrupodecirculaciónparaelcircuitoprimariodeenergíasolarcomoel interacumuladorestaránsituadosenlaSaladeMáquinas.Latemperaturadeacumulación seregularámedianteunsistemadispuestoalefecto. Lainstalacióndeenergíasolardispondrádeuncontadorkilocalóricoqueconuna mediciónvolumétricaydossondasdetemperaturaconcabezalelectrónicopermitirán conocerlamedicióndelaenergíaaportadaporelsistemacaptadorsolar,estecontador posibilitasuincorporaciónaunsistemadegestióncentralizada.Estecontadorkilocalórico seinstalaráenelprimariodecolectoressolares. Elfluidocaloportadorquecircularáporelcircuitoprimariodepanelessolaresestará compuestoporunamezclacomercialdeaguaypropilenglicolal31%,conelcualseevitará lacongelacióndelaguaylaposibilidadderoturasenlainstalaciónenlaépocainvernal, principalmenteenlospaneles.Elllenadodelainstalaciónserealizaráatravésdeun depósitomedianteunabombadecarga.Enestedepósitoserecogerátambiénelvaciado delainstalación. Encuantoaloselementosdeseguridaddelsistemadecaptaciónsolardelsistema,el circuitoprimariodispondrádeválvuladeseguridadyvasodeexpansión,quedeberáestar diseñadocorrectamentepararecogerelfluidoevacuadodelospanelesyasuvezaguantar lastemperaturasdelainstalación.Nodebeexistirningunaválvuladeretenciónentrelos colectoresylaexpansión. ElsistemaderegulacióndetemperaturadelainstalacióndeproduccióndeA.C.S.con energíasolarpuederesumirseen:sientreelsensordetemperaturadelcolector(panel) solaryelsensordetemperaturadelacumuladorsolardeaguacalientesemideuna diferenciadetemperaturaqueseamayorqueelvalorajustadoenlacentralitade regulaciónsolar,sepondránenfuncionamientolabombadeprimariodelcircuitosolar,
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 25 calentándoseelinteracumuladorsolardeA.C.S.atravésdelintercambiadorinterior.La temperaturadeesteinteracumuladorestarácontroladaporlalimitaciónelectrónicadela temperaturasituadaenlaregulaciónsolar.Alsobrepasarlatemperaturaajustada,la regulaciónsolardesconectarálasbombasdecirculacióndelcircuitosolar.Estatemperatura podrásobrepasarladepreparacióndeA.C.S.puescomosehaindicado,seproyectauna válvuladetresvíasmotorizadaparalaregulacióndelatemperaturadeimpulsióndeA.C.S., estosuponelaposibilidaddepoderalmacenarmásenergíayunconsecuenteahorrode energía. EnelplanoB‐01,sedetallaelesquemahidráulicodefuncionamientodelsistemasolar juntoconelsistemaauxiliargeotérmico. 8.3.2.CIRCUITODEDISTRIBUCIÓNDEA.C.S. Deldepósitoacumuladordelsistemadepreparaciónsemi‐instantáneapartiránlas tuberíasgeneralesdedistribucióndeaguacalientealasviviendas.Éstasseránde polietilenoreticulado,discurriendohorizontalmenteporeltechodelaPlantaGarajesyla PlantaBajahastaalcanzarlospatinillosquedanaccesoalosarmariossituadosenlas plantasdelasviviendas,talycomosepuedecomprobarenlosplanosB‐03,B‐04,B‐05yB‐ 06. Encadaplanta,enelcorredordeaccesoalasviviendasyaccesiblesdesdeelexteriorde lasviviendas,seubicarándosarmariosquealojaránloscolectoresgeneralesdeagua calientesanitaria.Enestosarmarios,sedisponenlascorrespondientesacometidas individualesconsurespectivallavedecorte,contadorvolumétrico,filtroprevioalcontador yválvuladeretención. Elaguacalientesanitariasedistribuirámediantetuberíadepolietilenoreticuladoporel techodelasviviendashastaalcanzarbañosycocinas.Enelprimercasoalimentaráa sanitarios(lavabos,duchasybañeras)yenelsegundocasoalimentaráafregaderos. Paramantenerlainstalaciónatemperaturaconstante,sedotaráalainstalacióndeun sistemaderetornodeA.C.S.alolargodetodaladistribucióngeneral,asícomodeuna bombaderecirculación.Deestemodo,elcircuitoserácerradoyelA.C.S.noconsumidaen cadaramaloderivaciónretornarádenuevomediantelabombaderecirculaciónylatubería correspondientehastaelacumulador.Así,seaseguraunacirculaciónpermanentedelA.C.S. garantizandolacomodidaddelusuariopordisponerinstantáneamentedeA.C.S.. Elcircuitodeaguacalientesanitariadispondrádeunvasodeexpansiónparaabsorberlas posiblesdilatacionesdelaguacuandonoexistaconsumo. TodolodescritosepuedecomprobarenlosplanosB‐01,B‐03,B‐04,B‐05yB‐06.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 26 Unesquemadelainstalacióngeneraldeaguasanitariayotrodelainstalacióninteriorse puedenencontrarenlosplanosB‐07yB‐08. Todaslastuberíasdepolietilenoreticuladoseaislaránentodosurecorrido,incluyendo llavesdecorteydemássingularidades. Elsistemaderegulacióndetemperaturaparaelsistemaconvencionalestará constituidoporunacentralitayunasondadispuestaeneldepósitoacumuladorque gobernarálapuestaenmarchadelasbombasdecalorgeotérmicasylasbombasde impulsióndelcircuitoprimariodeA.C.S.enfuncióndelatemperaturadeconsignaydela existenteenelacumulador.Estamismacentralitacontrolarálaválvulamezcladoradetres víasmotorizadaparaelcontroldelatemperaturadedistribucióndeA.C.S.ylasbombasdel circuitoderetornodeA.C.S.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 33 Ilustración20–EquipomóvilparaTRT 9.4.1.TESTDERESPUESTATÉRMICADELTERRENO Elfuncionamientocorrectodeunabombadecalorgeotérmicadependedeunadecuado dimensionamientodelconjuntobombadecalor‐sistemadecaptacióndeenergía,yaque tendráqueexistirunequilibrioentreellos.Deaquípuedededucirselaimportanciadel sistemadecaptación,siendolalongituddelmismoelparámetromásimportanteateneren cuentaensudiseño.Dichalongitud,comosehaseñaladoanteriormente,viene determinadaporlacapacidadquetengaelterrenoparatransmitirenergía,estoes,porla conductividadtérmicadelterrenoalolargodetodalaperforación. Paradeterminarlaconductividadtérmicarealdelterrenoomásexactamentedetodoel materialquerodeaalsistemadecaptación(compuestoporlassondasgeotérmicas,el fluidocaloportador,elmaterialderelleno,lapresenciaonodeaguasubterráneayelpropio terreno),existeunmétododenominadoTestde RespuestaTérmicadelterreno(TRT)[26],quese desarrollóenpaísescomoEE.UU.oSueciaenlosaños 90,yqueseencuentraexplicadoconmásdetalleenel ANEXO6. ConelTRTsedeterminarásilaconductividadreal mediaresultanteesigualosuperioralatomadacomo teóricaparaelcálculo.Sifuerainferior,seríanecesario recalcularelcampodecaptaciónaumentandoel númerodeperforacionesolaprofundidaddelas mismas,tomandocomodatodepartidaelvalorrealde laconductividadmediadelterreno. 9.5.PERFORACIONES Comoyasehaindicado,lasperforacionesparalassondassesituaránenlaplantasótano deledificiodispuestasencamporectangularde4x2,talycomomuestraelplanoA‐02,lo quesuponeuntotalde8perforaciones.Laseparaciónentreperforacionesseráde6,50m, guardándoseunadistanciadealmenos3malosedificioscolindantesylímitesde propiedad. Eldiámetrodecadaperforaciónseráde150mm,ylaprofundidadtotaldecada perforaciónseráde80m,dejandoenlaparteinferiorunazonade1mpordebajodela sondaparafacilitarelrellenodelaperforación.Seencamisaránlos10primerosmetrosde cadapozocontubodeacerode5mmdeespesor,paradarestabilidadalmismo,poder sellarcongarantíalabocadelaperforaciónunavezintroducidaslassondasgeotérmicasy conelfindeevitarlaentradadecontaminantesexternosysellarlosacuíferosatravesados durantelaperforación. Unesquemaaclaratoriodeunadelasperforacionespuedeencontrarseeneldetalle PERFORACIÓN+SONDAincluidoenelplanoA‐02.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 34 Ilustración21 – Perforaciónpor rotaciónconcirculacióndirecta Lasperforacionesserealizaránantesdeconstruirel edificio,unavezrealizadalaexcavacióndetierrasparael vaciadodelsótano.Elmaterialextraídodelasperforaciones sellevaráaunvertederocontrolado. Porlacomposicióndelterreno,pocoestableensu conjunto,seutilizaráparalaperforaciónunamáquinade rotaciónconcirculacióndirectadelodos.Enlaperforaciónse emplearánlodoscuyacomposiciónnoalterelacalidaddel aguasubterráneapresenteenelsubsuelo. 9.6.SONDASGEOTÉRMICAS Enelinteriordecadaperforación,seinstalaráunasondadecaptacióngeotérmica formadaporuntubodepolietilenodealtadensidad(PEHD)dispuestoenUsimple,de 156mdelongitudtotal,queresponderáalasexigenciasdelanormaUNEEN12201.Enel ANEXO6seharealizadoelcálculodelalongituddelassondasdecaptaciónutilizandoel programaGeoCIATESA,delamarcacomercialCIATESA[57].Lasespecificacionesdelas sondasseránlassiguientes: • Tipodematerial:PE‐HD100PN20SDR‐9 • Diámetronominaldeltubo:32mm(DN32) • Espesordeltubo:3,6mm • Conductividaddeltubo:0,40678W/mK • Rugosidaddeltubo:0,01mm • Pesodeltubo:0,33kg/m • Contenidodeaguadeltubo:0,489l/mlineal Unarepresentacióngráficadeladisposicióndelassondasgeotérmicaspuede encontrarseeldetallePERFORACIÓN+SONDAdelplanoA‐02. Elmaterialdelassondasseráresistentealmetilenglicol,metanolypropilenglicolque pudierallevarcomocomponentesanticongelanteselfluidocaloportadordeenergía. Lostubosiránenbobinasde100mdelongitud,ylosempalmesentretubosylosde éstosconsusaccesoriosserealizaránmediantesoldaduraportermofusiónosocket. Enlaparteinferiordelasondasedispondráunpiedesondaquefacilitarálaoperación deintroduccióndelasondaenelpozo.Estepiedesondaseráunlastrede25kgdepeso [27],yestarácolocadotalycomosemuestraeneldetallePERFORACIÓN+SONDAdelplano A‐02.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 35 Lassondasseintroduciránenelpozoconlaayudadeunmecanismodesbobinador, evitandoquelostubosrocenconlaembocaduradelaperforaciónolasparedesdela mismaycontrolandolavelocidaddedescenso,puestoqueestaoperaciónsedeberealizar lentamenteyconlasdebidasprecauciones. Además,lassondassecolocaránenelpozoconcentradores‐separadores,que mantendránlostubosseparadosentresíaunadistanciaprevistade90mmentreejes.El centrador‐separadorllevaráenelcentroelregistroparainstalareltubodeinyecciónparael rellenodelpozo.Loscentradoressecolocaránaunadistanciaentreside2m. Lassondassellenarándelíquidoantesdeintroducirlasenelpozo,secerrarány someteránaunapruebadeestanqueidad[28].Sedispondránenelpozoconellastreensu parteinferiorparaquealintroducirelmaterialderelleno,queesdemayordensidad,no resultenaplastadasalaumentarlapresiónexteriorniseanempujadashaciaarriba. Antesdeintroducirelrellenoserealizaráunapruebadepresióna6bardurante30min comprobandoquelapresiónnodesciendemásde0,6barparaqueelresultadosea satisfactorio. Unavezrellenadalaperforaciónserealizaráparacadasondaunapruebadepresión definitivasegúnloestablecidoenlanormaDINV4979‐7. 9.7.RELLENO Unavezquesehaejecutadolaperforación,sehaninstaladolassondasdeintercambio geotérmicoysehanrealizadolaspruebasdepresiónconresultadosatisfactorio,se procederáarellenarelespacioanularquequedaentrelastuberíasdelassondasylas paredesdelhuecodelsondeo,conelobjetivodeobtenerunbuencontactotérmicoentre elintercambiadorverticalyelterrenoypodercerrarelsondeoparaimpedirlaentradade contaminantesexternos. Elrellenoserealizarámediantetuberíade inyeccióndesdelabase[29].Estesistemapermitirá desalojarmejorlasbolsasdeairequepudieran quedarocluidasduranteelllenado,mejorandoasíla conductividadtérmicaentreelmaterialderellenode lasondageotérmicayelterreno.Eltuboparala inyeccióndelrellenohastaelfondodelpozoseráde unmaterialconlasmismascaracterísticasqueelde lassondasgeotérmicas. Elmaterialderelleno[30]deberáreunirvariosrequisitosimportantes:queseaun productoinocuoparalasaguassubterráneasquepuedanencontrarseenelsubsuelo,que suconductividadtérmicaseasimilaralamediadelosvaloresdelaconductividaddel Ilustración 22 – Rellenodelaperforación
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 36 terreno,quetengabajapermeabilidad,buenaadhesiónalasondayalterreno,buena plasticidadyelevadaresistenciaalasheladas. Enbasealodescrito,seinyectaráunasuspensióndearenadesílicedegranulometría de2a4mmybentonitaal10%,impulsandodesdelapartemásbajadelsondeohasta alcanzarlacota‐10mconobjetodenocontaminarlosacuíferos.Labentonitaesun materialqueseencuentracomotalenlanaturalezayestáformadaporunaarcilla compuestapormineralesdelgrupodelasesmectitas[31]. Desdelosúltimos10mhastalasuperficie,seinyectaráunamezcladecementobentonitaconelfindeconsolidarlazonamáspróximaalasuperficie.Lafuncióndel cementoesproducirunasolidificaciónyendurecimientodelamezcla,mientrasquela bentonitagarantizalaestabilidaddelasuspensión,reducelapermeabilidadyproporciona laplasticidadnecesariaquepermitaladilatacióndelassondasdepolietileno. EneldetallePERFORACIÓN+SONDAqueseencuentraelplanoA‐02sepuedeobservar gráficamentecómoestádispuestoelrellenodentrodelaperforación. 9.8.FLUIDOCALOPORTADOR Tienecomomisiónabsorberocedercaloralterrenoatravésdelassondasgeotérmicas mediantecircuitoscerradosconectadosconelprimariodelabombadecalorgeotérmicay quecirculaporestoscircuitosmediantelacorrespondientebombadeimpulsión. Laspropiedadesquedeberáreunirsepuedenresumiren:establequímicamente,queno seatóxico,quenoseacorrosivo,buentransmisortérmico,debajocosteylargaduración. Conestasconsideraciones,elfluidocaloportadorseleccionadoestarácompuestoporuna mezcladeaguaglicoladaconel33%demonoetilenglicolenvolumen,capazdesoportar temperaturasdehasta‐20oC,dadoquelassondasenelperiododecalefacciónpodrían alcanzartemperaturasnegativas,loqueoriginaríaproblemasdefuncionamientoyaverías enlosequiposinstalados. Lascaracterísticasdelfluidoseleccionadoparaestainstalaciónsonlassiguientes: • Composición:Agua67%+Monoetilenglicol33% • Conductividadtérmica:0,453W/mK • Capacidadcaloríficaespecífica:3565J/kgK • Densidad:1068kg/m3 • Viscosidad:0,0076kg/ms • Puntodecongelación:‐21oC Paramejorarelrendimientodelacaptación,lacirculacióndelfluidoatravésdelas sondasdeberáseralmenosenrégimentransitorio,connúmerodeReynoldssuperiora
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 37 2000,puessehacomprobadoenlaprácticaqueseobtieneun15%másderendimientoque enrégimenlaminar[32]. Paralasimulacióndelaevolucióndelatemperaturadelfluido,dependientedeladel terreno,duranteunciclodeutilizacióndelsistemageotérmicode25años,sehautilizadoel programaEarthEnergyDesigner(EED).Talycomoseapreciaenlasilustracionesquese muestranacontinuación,latemperaturafinalmínimadelfluidoenelaño25seráde6,6oC, ylamáximaparaelmismoañode26,46oC. Ilustración23 – Evolucióndelatemperaturadelfluidoduranteunperiodode25años 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 12345678910111213141516171819202122232425 Año Temperatura del fluido (ºC) PICO MINIMO PICO MAXIMO BASE MÍNIMA BASE MÁXIMA
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 38 Ilustración24 – Tem p eratura mensual delfluidoenelaño25 9.9.INFLUENCIATÉRMICAENTRESONDAS Enelprocesodedimensionadodelainstalación,sedeberátenerpresenteelimpactode lainterferenciaconinstalacionesgeotérmicasvecinas.Ladimensióndeestazonade interferenciatérmicayelgradodeinfluenciadependendelascaracterísticasdelsuelo (conductividadycapacidadtérmica),asícomodelapresenciadecorrientesdeagua subterráneas[33]. Dentrodelcampogeotérmicodeledificiodelproyecto,lassondassedistanciaránal menos6,5mentresíparaaminorarenlamedidadeloposiblelainterferenciaentreellas. 9.10.CIRCUITOHIDRÁULICO 9.10.1.Tuberías Lastuberíasdelassondassehandefinidoenelapartado9.6. Lastuberíasutilizadasparaelcircuitodeconexiónentrelassondasgeotérmicasylos colectoresgeotérmicossituadosenlasaladecalderasserándepolietilenodealtadensidad (PE‐HD)conlassiguientescaracterísticas: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC Año 25 Temperatura del fluido Temperatura mensual del fluido Pico de carga de refrigeracion Pico de carga de calefacción
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 39 • Tipodematerial:PE‐HD100PN20SDR‐9 • Diámetronominaldeltubo:32mm(DN32) • Espesordeltubo:3,6mm • Conductividaddeltubo:0,40678W/mK • Rugosidaddeltubo:0,01mm Loscolectoresgeotérmicosestaráncompuestostambiénportubodepolietilenodealta densidad(PE‐HD).Suscaracterísticasseránlasqueseindicanacontinuación: • Tipodematerial:PE‐HD80PN10SDR13,6 • Diámetronominaldeltubo:90mm(DN90) • Espesordeltubo:6,6mm • Conductividaddeltubo:0,40678W/mK • Rugosidaddeltubo:0,01mm Lastuberíasqueuniránloscolectoresgeotérmicosconlasbombasdecalorseránde tubodepolietilenodealtadensidad(PE‐HD),cuyascaracterísticasseránlassiguientes: • Tipodematerial:PE‐HD80PN10SDR13,6 • Diámetronominaldeltubo:63mm(DN63) • Espesordeltubo:4,7mm • Conductividaddeltubo:0,40678W/mK • Rugosidaddeltubo:0,01mm Losdiámetrosdelastuberíasseseleccionarándeformaquelavelocidaddecirculación delfluidoseacercanaa0,7m/s.Ladisposiciónylosdiámetrosdelastuberíasdelcircuito primariogeotérmicoquedandescritosenlosplanosA‐01yA‐02. Elcaudaldefluidocaloportadorsedeterminarádeacuerdoconlasespecificacionesdel fabricantedelasbombasdecalorgeotérmicas,ytieneunvalorde4,86m3/hparaelcircuito decadaunadelasbombasgeotérmicas. 9.10.2.Pérdidasdecargadelainstalación Sedeterminaránlaspérdidasdecargaenlossiguientescomponentesdelainstalación: • Sondasgeotérmicas • Tuberíashastabombasdecalorgeotérmicas,incluyendocolectores • Intercambiadordelabombadecalorgeotérmica LaspérdidasdecargadelcircuitoprimariogeotérmicosecalculanenelANEXO6,y tienenunvalorde12,125m.c.a..
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 40 9.10.3.Bombasdecirculación Lasbombasdecirculaciónnecesariasenelcircuitoprimariogeotérmicosedeberán dimensionarparaunapresióndisponibleigualalaspérdidastotalesdelcircuito,devalor 12,12m.c.a..Habráunabombaparacadaunodelosdoscircuitosprimariosgeotérmicos.El caudaldecirculacióntendráunvalorde4,86m3/h.Lasbombassehandimensionadoy seleccionadoenelANEXO6. Sehanseleccionadobombasenlínea,derotorseco,convariadordefrecuencia,conlas característicasseñaladasenelANEXO6.Losmaterialesconstitutivosdelasbombasserán compatiblesconelfluidocaloportador. 9.10.4.Válvulas Laeleccióndelasválvulasserealizarádeacuerdoconlafunciónquedesempeñanysus condicionesextremasdefuncionamiento(presiónytemperatura),siguiendo preferentementeloscriteriossiguientes: • Paraaislamiento:válvulasdeesfera. • Paraequilibradodecircuitos:válvulasdeasiento. • Paravaciado:válvulasdeesferaodemacho. • Parallenado:válvulasdeesfera. • Parapurgadeaire:válvulasdeesferaodemacho. • Paraseguridad:válvulasderesorte. • Pararetención:válvulasdediscodedoblecompuerta,odeclapeta. Lasválvulasdeseguridadseráncapacesdeevacuarelcaudalparalapotenciamáximadel captadorgeotérmico,demaneraqueenningúncasosesobrepaselapresiónmáximade trabajodelsistema. Ladisposicióndelasválvulasparaelcircuitoprimariogeotérmicoestádetalladaenel planoA‐01. 9.10.5.Vasosdeexpansión Seutilizarán2vasosdeexpansióncerradosconmembrana,unoporcircuitoprimario geotérmico.LosvasosdeexpansióncerradoscumpliránconelReglamentodeRecipientesa Presiónyestarándebidamentetimbrados.Lastuberíasdeconexióndelosvasosde expansiónnoseaislarántérmicamenteytendránelvolumensuficienteparaenfriarelfluido antesdealcanzarelvaso. Elcálculoyseleccióndelosvasosdeexpansiónydelastuberíasdeexpansiónseha realizadoenelANEXO6.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 41 9.10.6.Sistemasdellenado Loscircuitosconvasodeexpansióncerradodeberánincorporarunsistemadellenado quepermitallenarelcircuitoprimariodefluidocaloportadorymantenerlopresurizado. Elsistemadellenadodelcircuitoprimariogeotérmicoserádetipomanualconbombade cargaaspirandodesdedepósitodeaguaglicolada.Habráunsistemadellenadoparatodoel circuitogeotérmico.LadisposicióndedichosistemadellenadosedescribeenelplanoA‐01. 9.11.AISLAMIENTOS Elmaterialquesehaseleccionadoparaelaislamientodelastuberíasdelcircuito primariogeotérmicoserácoquillaflexibledeespumaelastoméricatipoARMAFLEXSHo similar.Todaslasjuntasestaránpegadasconadhesivo520ARMAFLEXosimilaryencintadas concintaadhesiva. Losespesoresdeestosaislamientosseseleccionarándeacuerdoconloindicadoenel ANEXO10.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 42 10.INSTALACIÓNSOLARTÉRMICA 10.1.CONSIDERACIONESSOBREENERGÍASOLARTÉRMICA LaenergíasolartérmicaconsisteenelaprovechamientodelcalorprovenientedelSol medianteelusodepanelessolarestérmicos,tambiéndenominadoscolectores,parala produccióndecaloroenergíatérmica[34].Enelcasodelpresenteproyecto,elcalorsolar seaprovechaparalaproduccióndeaguacalientesanitaria(A.C.S.). 10.1.1.SELECCIÓNDELTIPODEINSTALACIÓNSOLAR Enloquealaproduccióndeaguacalienteparausossanitariosserefiere,cabedecirque haydostiposdeinstalacionessolares:lasde“circuitoabierto”ylasde“circuitocerrado” [35].Enlasprimeras,elaguasanitariapasaporloscolectoressolares,dondeescalentaday llevadaaconsumodirectamente.Enlassegundas,elcalordeloscaptadores,absorbidopor unfluidocaloportadorquediscurreporuncircuitocerrado,estransferidoatravésdeun serpentínencontactoconelaguasanitaria. Deentreestosdostiposdeinstalacionessolares,sehaseleccionadolainstalaciónsolar decircuitocerrado,puesaunquetienemáscostosyesmenoseficiente(energéticamente hablando),presentamenosinconvenientesqueladecircuitoabierto,queenzonascomo Zaragoza,contemperaturaseninviernoquepuedenestarpordebajodelpuntode congelacióndelagua,podríaverseafectadaporconstantesroturasdelcolector.Además,en Zaragozaelaguatienealtaconcentracióndesales,loquepodríaacabarobstruyendolos paneles. 10.1.2.SELECCIÓNDELTIPODECIRCULACIÓNDELFLUIDOCALOPORTADOR Lasinstalacionessolarestambiénpuedenclasificarseen funcióndeltipodecirculacióndelfluido.Así,lacirculación delfluidosepuedeconseguirpor“circulaciónnatural”o “circulaciónforzada”[36]. Lacirculaciónnatural[37]eselcasodeunsistema termosifónico.Sufuncionamientosebasaenunelemental principiofísico;unlíquidosisecalienta,esmenosdensoy tiendeasubirhacialoalto.Enunainstalaciónde circulaciónnatural,elfluidocontenidoenlostubosdel colectorsubehaciaelintercambiadordelinteracumulador cediéndosecalor,mientrasqueelfríovuelveabajarhacia elcolectorsolar.Enestecasoeldepósitodebecolocarse enunnivelsuperioraloscolectoresparapermitirla Ilustración25 – Sistemasolarde circulaciónnatural
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 49 11.INSTALACIÓNDECLIMATIZACIÓN 11.1.SELECCIÓNDELSISTEMADECLIMATIZACIÓN Sinolvidarqueelobjetivoprincipaldelpresenteproyectoesdiseñarlasinstalacionesque garanticenelconfortadecuadoalosusuariosdeledificioconelmínimocosteenergético,y alutilizarunsistemadegeneracióndecalorofríogeotérmicoprovenientedeunafuente renovable,seesperaqueseseleccioneunainstalacióndeclimatizacióneficientequeno malgasteenergíaalahoradeclimatizarlas viviendasquecomponeneledificio.Porello, seseleccionaelsistemadeclimatizaciónpor sueloradiante/refrescante,queeselque menorconsumorepresenta,elquemejorse adaptaaltipodeenergíaqueseutiliza (geotérmica)[40]debidoalamoderada temperaturadeimpulsióndelaguaque necesitayelquemásgarantíasofrecedecara alconfortdelosusuariosdeledificio.A continuaciónsedesarrollanlosargumentos quefundamentanestaselección. 11.1.1.AHORRODEENERGÍA Elsistemadesueloradiante/refrescanteeselsistemadeclimatizaciónquemenor consumodeenergíarepresenta,yaqueeselsistemaquemásahorroenergéticopresenta [41]. Esteahorrosubyacedelhechodequelasensacióntérmicadelaspersonasno correspondealatemperaturadeaire,sinoqueequivalealadenominadatemperatura operativa.Deformapráctica,latemperaturaoperativaenelinteriordelosedificios equivalealvalorpromedioentrelatemperaturadelaireylatemperaturaradiantemediade lassuperficiesinterioresdelahabitación(suelo,techo,paredes).Esdecir,sieninviernose deseamantenerunatemperaturaoperativaodeconfortdeterminada,sepuededisminuir latemperaturadelaireyaumentarlatemperaturaradiantemedia.Encambio,enverano, sepuedeaumentarlatemperaturadelaireydisminuirlatemperaturarefrescantemedia. Porestarazón,alsermenoreslasdiferenciasdetemperaturasentreelaireinteriory exteriordellocal,eninviernoyverano,tambiénsonmenoreslaspérdidasóganancias energéticas(porcerramientos,porventilaciónyporinfiltración)yaqueéstasson proporcionalesadichasdiferenciasdetemperaturas,porloqueseconsigueunahorro energéticoimportante. Ilustración27 – Ejemplodesueloradiante
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 50 Otrofactorsignificativodeahorroenergéticoloconstituyenladisminucióndepérdidas ógananciasdecalorenSaladeMáquinasyenlasconduccioneshastacolectores,debidoa quelatemperaturadelaguaesmásmoderadadurantetodoelaño. Porotraparte,habráquetenerencuentaqueunodeloscomponentesdelsistemade climatizaciónporsueloradiante/refrescanteeslaplanchadeaislamientodepoliestireno, elementoconelquenocuentanotrossistemasdeclimatizaciónyconelquesecontribuye amejorarelaislamientotérmicodeledificio. 11.1.2.EFICIENCIADELINTERCAMBIODECALOR Elsistemadesueloradiantesebasaenunmediodeintercambiodecalorporradiación, queesmuyeficientealsólonecesitarqueloscuerposesténunofrenteaotroyadistintas temperaturas,independientementedequenoesténencontactoniexistaunfluido intermedio,comosucedeconlossistemasdeairequeutilizanunmediodetransportede energíatérmicapocoeficiente.Elintercambioenergéticoporradiacióndependedela cuartapotenciadelastemperaturasabsolutasdeloscuerpos.Aumentarodisminuirenun gradodelatemperaturadelasuperficieradiantesignificaunfactormultiplicadorquenose alcanzaríasisevariaralatemperaturadelaireenungrado. 11.1.3.GARANTÍADECONFORT Elsistemadeclimatizaciónporsueloradiante/refrescanteeselsistemadeclimatización mássaludable;tanto,queesrecomendadoporlaOrganizaciónMundialdelaSalud(O.M.S.) [42].Estoesdebidoadosmotivos.Elprimeroestárelacionadoconelhechodequela velocidaddemigracióndelascapasdeairecalientehacialaszonasfríasesproporcionalala diferenciadetemperaturasdelaireentreambaszonas,calienteyfría.Unadelascausas quegeneranestefenómenoeslapresenciadecuerposmuycalientes,comolosradiadores. Enunaviviendaconclimatizacióndesueloradiante/refrescante,lasdiferenciasde temperaturasentrelassuperficies(suelo,techo,paredes)yelairesonmínimastantoen inviernocomoenverano,porloqueelmovimientodeaireporconvecciónes imperceptible.Elsegundotienequeverconlasalubridaddelaireinterior:laausenciade movimientodeaireproducemenormovimientodepolvoyunentornomáshigiénicoy saludable,sinónimodeconfort[43]. 11.1.4.EMISIÓNYABSORCIÓNTÉRMICAUNIFORME Otraventajaqueposeeelsistemadeclimatizaciónporsueloradiante/refrescanteesque launidadterminaldelsistemaestodoelsuelodeláreaclimatizada.Estodalugaraqueel intercambiotérmicoseauniformeentodalasuperficie,contraponiéndosealde"zonas calientes"y"zonasfrías"queseobtieneconotrossistemasdeclimatizaciónenloscuales existeunnúmerolimitadodeunidadesterminales.Almismotiempo,esunsistemaversátil,
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 51 yaquelamismainstalaciónpuedeutilizarsetantopararefrigerarcomoparacalefactar,con loqueseahorraelcostodeunasegundainstalación. 11.1.5.INCONVENIENTES Unodelosinconvenientesdelsueloradiante/refrescanteesquelainstalaciónsueleser costosadebidoaque,parasucolocación,setienequelevantartodoelpavimentodeuna viviendaolocal.Estenoeselcasodelpresenteproyecto,quetrataunedificiodenueva construcción,porloqueesposibleeliminarestosgastoseinstalarelsistemadesuelo radiante/refrescantedirectamentedeobra. Otroinconvenientedelsueloradiante/refrescantesonlascondensacionesquese pudieranocasionarenveranoalalcanzarelairehúmedoencontactoconelsuelo refrescantelatemperaturaderocío.Pararesolveresteproblemasepuedeactuaren2 frentes:elprimeroconsisteeninstalarundeshumidificadordeaireounfancoilalimentado conelaguafríadeclimatización;elsegundoconsisteenlimitarlatemperaturamínimade impulsiónparaqueelsuelonoalcancelatemperaturadelpuntoderocío. Portodoloqueaquísehaexplicado,yunavezsehaespecificadocómosesolventaráel únicoinconvenientereseñabledeestesistemadeclimatización,laseleccióndelsistemade calefacción/refrigeraciónporsueloradiante/refrescanteesinmediata. 11.2.PRINCIPIODEFUNCIONAMIENTODELSUELO RADIANTE/REFRESCANTE Elsueloradiante/refrescanteesunsistema queestáconstituidoporunareddetuberías uniformementeesparcidayenterradabajoel pavimentoporlaquecirculaelaguade climatización(calienteeninviernoyfríaen verano),quepreviamentehasidopreparadaen lasbombasgeotérmicas,yquecedeoabsorbe caloralrecintoqueclimatiza.Enelsuelo radiante/refrescanteeselcerramientoelque cedeoabsorbecalor,yaqueelelemento terminalestáincorporadoenelsuelo. Esquemáticamenteunainstalacióndesueloradianteconstade: • Tubosdepolietilenoreticulado • Capaderecubrimiento. • Aislamientotérmicocontetones • Dispositivosderegulaciónycontrol[44]. Ilustración28 – Climatizaciónpor sueloradiante/refrescante
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 52 11.3.SUELORADIANTE/REFRESCANTE Comosehacomentadoanteriormente,elsistemadecalefacciónyrefrigeraciónelegido esporsueloradiante/refrescante,mediantetubosporlosquecirculaelaguacaliente/fría declimatizaciónpreparadaenlasbombasdecalorgeotérmicas.Sehaseleccionadoel sistemadesueloradiante/refrescantedelamarcaUPONORIBERIA[58],queestará compuestoporuncolectormodularplásticopara12circuitosde1"dediámetro,alojadoen unarmarioubicadoenelvestíbulodecadavivienda,queseuniráa12circuitos(como máximo)deaguadeclimatizacióncontuberíasdepolietilenoreticulado(PE‐X)conbarrera deoxígeno(EVAL)ycapadeproteccióndePEmodificado,PROEvalPEX,de16mmde diámetro,quecompondránelsueloradiante/refrescante.Estastuberíasiránfijadassobre unpanelaislantemoldeadodetetones,de960x650mmy20mmdeespesor,de poliestirenoexpandido(EPS),quellevaráencimaunfilmdepolietilenoparaevitarel ascensoporcapilaridaddehumedades.Encimadeestefilmiráunacapademortero autonivelantepreparadoconunaditivoespecial;asíseconseguiráunperfectocontacto entreelmorteroylastuberías,evitandoconelloinclusionesdeairequepodríanaumentar laresistenciatérmicadelsistemaydificultaríanlatransmisióndecalor.Encimadelacapa demorterosecolocaránlasbaldosascerámicasquecompondránelsuelopropiamentee dichodelavivienda. 11.3.1.LOCALIZACIÓNDELOSCOLECTORES Lainstalacióndesueloradiantedispondrádeuncuadrodecolectoresdesuelo radiante/refrescantedeimpulsiónyderetornoquecomunicaráelequipoproductorconlos circuitosdesueloradiante/refrescante. Loscolectoressedispondránenlosvestíbulosdeentradadecadavivienda,talycomose puedecomprobarenlosplanosA‐05yA‐06. Elnúmerodecircuitosquealimentarácadaarmariodecolectoresasícomola localizacióndeestoscircuitosestántambiénincluidosenelANEXO8yenlosplanosA‐05y A‐06. Ilustración29–Composicióndelsueloradiante/refrescante
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 53 11.3.2.LONGITUD,TRAZADOYSEPARACIÓNDELOSCIRCUITOSDESUELORADIANTE Lalongituddeloscircuitosdesueloradiantesehacalculado,medianteunatablaExcel deelaboraciónpropia,enelANEXO8;teniendosiempreencuentaquelalongitudmáxima paracadacircuitonopodrásersuperiora130m.Laseparaciónentretuberíasseha consideradoconstanteeiguala16cm.Eltrazadodeloscircuitos,quepuedeserenespiralo endobleserpentín,sehaseleccionadosegúnlasnecesidadesdelosrecintosaclimatizar,tal ycomosedetallaenelANEXO8. 11.3.3.TEMPERATURASDEDISEÑO Lastemperaturasdediseñoconsideradasparaelcálculodelsueloradianteserecogenen latablaquesemuestraacontinuación: TABLADETEMPERATURAS(oC)CALEFACCIÓNREFRIGERACIÓN Temperaturadelrecinto2124 Temperaturadelaguadeclimatizaciónen impulsión4015 Saltotérmicomediodelaguade climatización55 Zonade permanencia (ocupada) 29‐ Cuartosde baño33‐ Temperaturamáxima delasuperficiedelsuelo Zonaperiférica35‐ Zonade permanencia (ocupada) ‐ 20 Cuartosde baño‐ Temperaturamínima delasuperficiedelsuelo Zonaperiférica‐ ElcálculodelatemperaturaderetornoseharealizadoconelprogramaCYPEensu módulodeClimatización.EstecálculoseadjuntaenelANEXO8. Tabla3 – Temperaturasdediseñoparasueloradiante/refrescante
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 54 11.4.FANCOILS Talycomosehacomentadoantes,ysóloparaelcasoderefrigeración,elsuelo refrescantefuncionaráconlaayudadefancoilsubicadosenelsalóndecadavivienda,conel objetivodecontrolarlahumedadydarapoyoenveranoparacontrarrestarlacargade refrigeracióneliminandoasíelriesgodeformacióndecondensacionesenelsuelo.Los fancoilsestaránalimentadosconelmismoaguafríadeclimatizaciónquevaaloscircuitos desueloradiante. Losfancoilsserántipomural,modeloFPW1delamarcacomercialHITECSA,con sistemadedostubos,potenciafrigoríficatotalnominalde2,04kW(temperaturahúmeda deentradadelaire:19°C;temperaturadeentradadelagua:15°C,saltotérmico:5°C),de3 velocidades,caudaldeaguanominalde0,351m³/h,caudaldeairenominalde440m³/hy potenciasonoranominalde54dBA. 11.5.DEPÓSITODEINERCIA Comoelgeneradoresunabombadecalorgeotérmica,seusaráunpequeñodepósitode inerciaparaevitarquelasmaniobrasdearranqueyparodelcompresordelamáquinasean muycontinuadas,debidoalpequeñosaltotérmicoentrelaidayelretornodelagua.De estemodo,eldepósitodeinerciaacumularáelaguadeclimatizaciónprovenientedel circuitosecundariodelasbombasdecalorgeotérmicasantesdequeestaseadistribuida porlainstalaciónhacialasunidadesterminalesdesueloradiante/refrescante.Coneste depósito,sedisminuiránlosdesequilibrioshidráulicosentrelasbombasdecalor geotérmicasyloscircuitosdesueloradiante,asegurandouncaudalconstantehacialas mismas. SehaseleccionadoundepósitodeinerciadelamarcaVaillantallSTORVPS500/2,conun volumende500litros.ElcálculodelvolumendeldepósitodeinerciaseincluyeenelANEXO 8. 11.6.CAUDALDEAGUADECLIMATIZACIÓN Elcaudalquealimentarálosramalesqueiránalasviviendasparasuclimatizaciónseha calculadoenelANEXO8,ysusvaloressonlossiguientes:paraelramaldelasviviendasA,B yCdelasplantas1ªy2ªseráde7,55m3/hyelcaudalquealimentaráelramaldelas viviendasDyEdelasplantas1ªy2ªseráde3,88m3/h.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 55 11.7.CIRCUITOHIDRÁULICO 11.7.1.Tuberías Lastuberíasutilizadasparaelcircuitosecundariodeclimatizacióntendránlassiguientes características:polietilenoreticuladoparaelsistemadedistribucióndelaguade climatizaciónporelinteriordeledificioyparaelsueloradiante/refrescante;tubomulticapa depolietilenoresistentealatemperatura/aluminio/polietilenoresistentealatemperatura paraelsistemadedistribucióndelaguadeclimatizaciónqueestéencontactoconelaireel exterior. Eldimensionamientodelastuberíasparaelsistemadedistribucióndeclimatizaciónse realizateniendoencuentaqueelcaudalquealimentaráelramaldelasviviendasA,ByCde lasplantas1ªy2ªesde7,55m3/hyelquealimentaráelramaldelasviviendasDyEdelas plantas1ªy2ªesde3,88m3/h,considerandocomomaterial,paraelcálculodela rugosidad,polietilenoreticulado(PE‐X)conbarreradeoxígeno.Ladistribuciónylos diámetrosdelastuberíasdelcircuitodeclimatizaciónquedandescritosenlosplanosA‐03, A‐04,A‐05yA‐06. Eldimensionamientodelastuberíasdelcircuitodelsueloradiante/refrescanteserealiza tomandounavelocidadmáximade0,5m/syconsiderandocomomaterial,paraelcálculo delarugosidad,polietilenoreticulado(PE‐X)conbarreradeoxígeno. 11.7.2.Pérdidasdecargadelainstalación Deberándeterminarselaspérdidasdecargaenlossiguientescomponentesdela instalación: • Tuberías • Circuitosdesueloradiante • Intercambiadordelabombadecalorgeotérmica LaspérdidasdecargadelcircuitosecundariodeclimatizaciónsecalculanenelANEXO8, ytienenunvalorde12,13m.c.aparaelramalquealimentalasviviendasA,ByCdelas plantas1ªy2ª,yde10,82m.c.a.paraelramaldelasviviendasDyEdelasplantas1ªy2ª. Lapérdidadepresióndeltramoquecomunicaelintercambiadordelabombadecalor geotérmicaconeldepósitodeinerciatieneunvalorde0,72m.c.a..
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 56 11.7.3.Bombadecirculación Lasbombasdecirculaciónsedimensionantomando,porunlado,lapérdidadecarga másdesfavorablequeresultarádelasumadelaspérdidasdepresiónenlosramalesde distribuciónhastacadaviviendayladelcircuitodesueloradiantemásdesfavorable;y tomando,porotrolado,lasumadecaudalesdeloscircuitosalosquedaráserviciocada bomba. ParalabombadecirculaciónquealimentaráelramaldelasviviendasA,ByCdelas plantas1ªy2ª,elcaudalrequeridoseráde7,55m3/hylapresiónrequeridaseráde12,13 m.c.a..ParalabombadecirculaciónquealimentaráelramaldelasviviendasDyEdelas plantas1ªy2ª,elcaudalrequeridoseráde3,88m3/hylapresiónrequeridaseráde10,82 m.c.a..Paralabombadecirculaciónquealimentaráeldepósitodeinercia,elcaudal requeridoseráde3,726m3/hylapérdidadecargatendráunvalorde0,72m.c.a..Todaslas bombassehandimensionadoyseleccionadoenelANEXO8. 11.7.4.Válvulas Laeleccióndelasválvulasserealizarádeacuerdoconlafunciónquedesempeñanysus condicionesextremasdefuncionamiento(presiónytemperatura),siguiendo preferentementeloscriteriossiguientes: • Paraaislamiento:válvulasdeesfera. • Paraequilibradodecircuitos:válvulasdeasiento. • Paravaciado:válvulasdeesferaodemacho. • Parallenado:válvulasdeesfera. • Parapurgadeaire:válvulasdeesferaodemacho. • Paraseguridad:válvulasderesorte. • Pararetención:válvulasdediscodedoblecompuerta,odeclapeta. LadisposicióndelasválvulasparaelcircuitodeclimatizaciónestádetalladaenelPLANO A‐01. 11.7.5.Vasodeexpansión Seutilizaránvasosdeexpansióncerradosconmembrana.Losvasosdeexpansión cerradoscumpliránconelReglamentodeRecipientesaPresiónyestarándebidamente timbrados.Latuberíadeconexióndelvasodeexpansiónnoseaislarátérmicamentey tendráelvolumensuficienteparaenfriarelfluidoantesdealcanzarelvaso. Elcálculoyseleccióndelvasodeexpansiónydelatuberíadeexpansiónseharealizado enelANEXO8.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 57 11.8.AISLAMIENTOS Elmaterialquesehaseleccionadoparaelaislamientodelastuberíasdelcircuito primariogeotérmicoserácoquillaflexibledeespumaelastoméricatipoARMAFLEXSHo similar.Todaslasjuntasestaránpegadasconadhesivo520ARMAFLEXosimilaryencintadas concintaadhesiva. Losespesoresdeestosaislamientosseseleccionarándeacuerdoconloindicadoenel ANEXO10.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 58 12.INSTALACIÓNDEAGUACALIENTESANITARIA 12.1.CONSIDERACIONESSOBREAGUACALIENTESANITARIA Lossistemasdepreparacióndeaguacalientesanitaria(A.C.S.)sedividenentresgrandes grupos: • Sistemasinstantáneos,enlosqueelaguasepreparadeformainstantánea.Este sistemaproduceelcaudaldeaguaqueencadainstanteseprecisa.Cuandola demandadelosusuarioseslamáxima,elgeneradordecalordesarrolla, evidentemente,sumáximapotencia. • Sistemassemi‐instantáneos,enlosqueelsistemaestádotadodeunpequeño volumendeacumulación.Eldimensionamientodeestossistemassehace, generalmente,parasatisfacerlademandaduranteunperíodopuntadeunos minutosdeterminadosdentrodelperíododemáximademanda.Elsistemaestá constituido,esencialmente,porunsistemagenerador,undepósitoacumuladory unabombadecirculacióndelaguaentreelsistemageneradoryelacumulador. • Sistemasdegranacumulación(osimplementedeacumulación),enlosqueel sistemaestádotadodeungranvolumendeacumulación.Sonprácticamenteiguales quelosanteriores,soloqueelvolumendeacumulaciónesmuchomayor. 12.2.SELECCIÓNDELSISTEMADEPREPARACIÓNDEA.C.S. Esdeentenderqueunsistemadepreparaciónestantomásflexibleysegurocuantomás elevadoessuvolumendeacumulación.Enotraspalabras:lossistemasinstantáneos, especialmentesisondetipocentralizadocomoeselcasodeesteproyecto,entrañanel riesgodeserinsuficientesdurantelosperíodosdemáximademandadelosusuarios. Porello,yconelobjetivodegarantizarelconfortdelosusuariosdeledificioentodo momentoysercapacesdepodersuministrarelaguarequeridadurantelosperíodosde máximademanda,sedescartaelsistemadepreparacióninstantánea. ComobiensecomentaenelANEXO5,laproduccióndeACSestádeterminadaporel binomio“potencia/capacidaddelaacumulación”,dondelacapacidaddeacumulaciónsuele serlavariableaelegir.ParadimensionarcorrectamentelainstalacióndeproduccióndeACS debeconsiderarsequelaenergíaaportada(producciónmásacumulación)hadeigualarala consumidaenlapunta;porello,silosvolúmenesdeacumulaciónsonmenores,las potenciasdeberánsermayores(sistemasdesemi‐acumulación,osemi‐instantáneos);ysi losvolúmenesdeacumulaciónsonmayores;laspotenciaspodránserinferiores(sistemas deacumulación)[45].
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 65 13.2.1.FUNCIONAMIENTODELSISTEMADEREGULACIÓNDECLIMATIZACIÓN Elfuncionamientodelsistemaderegulacióndetemperaturaparaclimatizaciónesel siguiente:atravésdelasondadetemperaturaexterior,elcontroladorrecibeinformación sobrelatemperaturaexteriorreinanteencadamomentoylaevolucióndelamismaalo largodeltiempo.Conlacurvaseleccionadaenelcontroladorylatemperaturadereferencia fijadaenelmismo,elsistemamodificadentrodeunrango,segúnlasnecesidades,la temperaturadelaguadeclimatizaciónalasviviendas,mediantelasválvulasmotorizadasde 3víassituadasenlastuberíasdeimpulsiónquemezclanenproporciónvariableelaguade impulsión/retorno.Lassondasdetemperaturadeimpulsiónsituadasaguasabajodelas mismasproporcionaninformaciónalcontrolador,quemodificalaposicióndelactuadorde laválvulamezcladora,modificandolaproporcióndemezclaimpulsión/retornosegún convenga.Conestaactuación,elsistemaseanticipaalaevolucióndelatemperatura exterior,evitandoelexcesodecalor/fríoenlasviviendascomoconsecuenciadelaelevada inerciatérmicadelsueloradiante/refrescante. Paramantenerconstantelatemperaturadelaguadeclimatizacióndeldepósitode inercia,elcontroladorrecibeinformacióndelasondadeinmersióndispuestaendicho depósitoyactúasobrelasbombasdecalorgeotérmicas,poniéndolasenfuncionamiento escalonadamentesegúnlaevolucióndelademanda,porlainformaciónsuministradaporla sondadetemperaturaderetornosituadaenelcircuitoderetornoquetranscurredel depósitodeinerciaalasbombasdecalorgeotérmicas. Latemperaturadesalidadelaguadeclimatizacióndelasbombasdecalorgeotérmicas, tantoenelmododecalefaccióncomoenelderefrigeración,esdetemperaturaconstante (40oCy15oC)ysecontrolamedianteelsistemaderegulacióninternodelaspropias máquinas. Cuandoelsistemaderegulacióndesconectadelsistemaaunaoambasbombasdecalor geotérmicas,estasquedaránhidráulicamenteaisladasdeldepósitodeinerciamediantelas válvulasmotorizadasdedosvíasdispuestasalefecto,gobernadasporelpropiosistemade regulación. Elcontroldelsistemaderegulaciónactúatambiénsobrelasbombasdeimpulsióndelos circuitosdeclimatizacióndelasviviendas.Estasbombasdeimpulsiónhansidoelegidasde caudalvariable,graciasalcorrespondientevariadordefrecuenciaquellevanincorporado, conelobjetivodeadaptarelflujocirculantealnúmerodecircuitosqueesténutilizandoen cadamomentoelsistemadeclimatización. Asimismo,lasbombasdecalorgeotérmicasposeenundispositivoderegulacióninterno paraelcircuitoprimariogeotérmicoquecontrolalatemperaturadelfluidogeotérmicoala entradadelabombadecalor,desconectándolacuandolosvaloresesténfueradelrango‐ 5/+20oC.Estemismodispositivoactúatambiénsobrelasbombasdeimpulsióndelcircuito primariogeotérmico,quellevanincorporadovariadordefrecuencia,modificandoelcaudal
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 66 decirculacióndelfluidoparamantenerlatemperaturadelmismodentrodelcampode trabajodelabombadecalorgeotérmica. 13.2.2.FUNCIONAMIENTODELSISTEMADEREGULACIÓNDEA.C.S. Lasbombasdecalorgeotérmicasllevanunsistemadeproduccióninstantáneadeagua calientesanitariamedianteintercambiadordeplacas.Atravésdelaválvulamotorizadade3 víasdispuestaenelcircuitofrigorífico,labombadecalorgeotérmicadapreferenciaala produccióndeA.C.S..CuandolasondadispuestaeneldepósitoacumuladordeA.C.S. detectaquelatemperaturadelaguaestápordebajodelvalorprefijado,elsistemade regulaciónactúaponiendoenfuncionamientotantolabombadecargadelcircuitodeA.C.S. ycomolabombadecalorgeotérmica,hastaquenuevamentesealcanzalatemperaturade referenciaeneldepósitoacumuladordeA.C.S.. Elsistemaderegulacióntambiéncontrolalatemperaturadedistribucióndelagua calientesanitariaalasviviendasmedianteunasondadeinmersiónubicadaenlatuberíade salidadelaguadeldepósitoacumuladorhacialasviviendas,queenvíaunaseñalalsistema deregulaciónparaqueesteactúesobrelaválvulamezcladorade3víasA.C.S./A.F.S., posicionándolademodoquelatemperaturadelA.C.S.dedistribuciónnosobrepasela temperaturadeseada. Estemismosistemaactuarásobrelaresistenciaeléctricadispuestaeneldepósito acumuladordeA.C.S.paraelevarlatemperaturahastalos70oC,evitandoasílaposible aparicióndelegionela.Estaoperaciónserealizaráconunaperiodicidaddiariadurante2 horas,entrelas2ylas4hdelamadrugada. 13.2.3.REGULACIÓNDETEMPERATURAENLASVIVIENDAS Cadaviviendaposeeuncontrolindividualdetemperaturamediantetermostatosde temperaturaambienteparacaloryfríoqueactúansobreloscabezaleseléctricosdelas válvulassituadasenelcolectorderetornodecadavivienda. Paraeledificioenestudio,cadaviviendadispondráde3termostatos,ubicadosenel salónyencadaunadelosdormitoriosprincipales.Elprincipiodefuncionamientoseráel siguiente:laelectroválvulade3víasdetipo“todo‐nada”dispuestaenlacentralizaciónde contadorespermitiráelpasodeaguadeclimatizaciónalaviviendasielinterruptoreléctrico deaccionamientomanualsituadoenelcircuitoeléctricodealimentaciónalabobinadela electroválvulaestácerradoyasuvezalgunodelostrestermostatosdelaviviendademanda suministrodecalor/frío. Eltermostatosituadoenelsalón,cuandoactúeenmododefrío,pondráen funcionamientoelfancoildeestadependenciaayudandoalsuelorefrescantea
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 67 contrarrestarlacargatérmicaderefrigeración,manteniendolahumedadrelativadentrodel margendeseguridadparaevitarlaformacióndecondensadosenelsuelodelavivienda. Paraunatemperaturadeimpulsiónmínimade15oC,latemperaturadelsueloseráde 20oC,porloqueparaalcanzarelpuntoderocíoenelsuelo,lahumedadrelativadel ambientedeberáserdel70%paraunatemperaturainteriorde24oC.Teniendoencuentala humedadrelativaexistenteenZaragozaparalosmesesdeverano,queesdel40%,resulta improbablelaaparicióndefenómenosdecondensacionesenelsuelo. Noobstante,ytalycomosehaindicadoanteriormente,comosistemadeseguridadse instalaráuntermostatodoblequelimitarálatemperaturadeimpulsióneninviernoa40oCy enveranoa15oC. Elconsumoenergéticodecadaviviendasecontrolarámedianteuncontadorcalórico situadoenelarmariodecentralizacióndecontadores.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 68 14.DILATACIONES Dadoqueenlaejecucióndelainstalaciónsehanutilizadotuberíasdematerialplástico, queposeenunelevadocoeficientededilataciónlineal,lainstalacióndelasmismasseha realizadodisponiéndolassobrebandejasenrejilladasenlostrazadoshorizontales,yen soportesconguíadeslizanteenlostramosverticales,permitiendoenamboscasoslalibre contracciónydilatacióndelasmismas.Laabsorcióndeladilataciónsevefavorecidaporlos continuoscambiosdedireccióndelastuberías,necesariosparaunirlaSaladeMáquinas conlascentralizacionesdecontadoresdelasviviendas.Alserlatemperaturamáximadel aguadeclimatizaciónde40oCyde15oClamínima,losvaloresdeaumento/disminuciónde longitudseránmenoresqueparaunsistemadedistribucióndecalefacciónconvencional, contemperaturasdelaguadecalefacciónhasta80oC. Enloreferentealastuberíasdeaguacalientesanitaria,seaplicaráelmismocriterioque paralainstalacióndetuberíasdeclimatización. Enlastuberíasdecobredelcircuitoprimariodeenergíasolarsedispondránlirasde dilataciónenlostramosrectosdelongitudmayora5m. Ilustración30 – Liradedilataciónparatuberíadecobre
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 69 15.SALADEMÁQUINAS ElReglamentodeInstalacionestérmicasenlosEdificios,ensuInstrucciónTécnicaIT 1.3.4.1.2.1definelasalademáquinascomo“localtécnicodondesealojanlosequiposde produccióndefrioocaloryotrosequiposauxiliaresyaccesoriosdelainstalacióntérmica, conpotenciasuperiora70kW”. Ennuestrocaso,lapotenciatotaldelasbombasdecalorgeotérmicasparael funcionamientoenmododecaloresde44.2kWyde44.8kWparafrío,porloquenose alcanzalaprecitadapotenciay,enconsecuencia,ellocaltécnicodondesesitúannotendrá laconsideración,entérminosdenormativa,desalademáquinas;porloquenoseráde aplicaciónloseñaladoenlaInstrucciónTécnicaIT1.3.4.1.2.2.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 70 16.SISTEMASEMPLEADOSPARAELAHORRODEENERGÍA Lossistemasutilizadosparaelahorrodeenergíasonprincipalmentelossiguientes: • SistemadeproducciónyacumulacióndeA.C.S.porcalentamientomediante radiaciónsolar,ahorrandoun63%deconsumodeenergíaalaprovecharunrecurso naturalenergéticamentegratuito. • SistemadeproducciónyacumulacióndeA.C.S.porcalentamientomediantebombas decalorgeotérmicas,queaprovechanlatemperaturaconstantequeelsuelotiene durantetodoelañoparaproducirA.C.S.. • SistemadegeneracióndeA.C.S.semi‐instantáneo.Porunlado,aldisponerde depósitoacumuladoraseguraelabastecimientoparaelconsumopunta.Porotro lado,laproduccióninstantáneapermiteacumularmenoscantidaddeagua,conlo quelasuperficiedelosdepósitosesmenory,portanto,laspérdidasdcalortambién seránmenores. • Losaparatos,equiposyconduccionesdelasinstalacionesdeA.C.S.parausos sanitariosestaránaisladostérmicamenteconelfindeevitarconsumosenergéticos superfluosyconseguirquelosfluidosportadoreslleguenalasunidadesterminales contemperaturaspróximasalassalidasdelosequiposdeproducción,asícomopara podercumplirlascondicionesdeseguridadparaevitarcontactosaccidentalescon superficiescalientes. • Sistemadeclimatizaciónmediantebombasdecalorgeotérmicas,tantopara calefaccióncomopararefrigeración,queaprovechanlatemperaturaconstanteque elsuelotienedurantetodoelañoparaclimatizareledificioobjeto.Estesistemade climatizaciónestádiseñadoparafuncionarenparaleloconregulaciónencascada, quepermiteadaptarlaentregadepotenciaalperfildelademandatérmica. • Sistemaderegulaciónycontrolcentralparaelsistemadeclimatizaciónmediante centralderegulaciónconsondadetemperaturaexterioryválvulasdetresvías,que permiteimpulsarelaguadeclimatizaciónalasviviendasalatemperaturaadecuada enfuncióndelatemperaturaexterior. • Controldelatemperaturaindividualdelsistemadeclimatizaciónmediante termostatosdispuestosencadavivienda. • Losaparatos,equiposyconduccionesdelasinstalacionesdeclimatizaciónestarán aisladostérmicamenteconelfindeevitarconsumosenergéticossuperfluosy conseguirquelosfluidoscaloportadoreslleguenalasunidadesterminalescon temperaturaspróximasalassalidasdelosequiposdeproducción,asícomopara
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 71 podercumplirlascondicionesdeseguridadparaevitarcontactosaccidentalescon superficiescalientes. • Laconsideracióndelabombadecalorconfuentededisipacióngeotérmicaesensí unsistemadeahorrodeenergía,yaquevaintrínsecamenteligadaaloselevados coeficientesdeeficienciaenergéticadeestosequipos,enelsentidodequela produccióndefríoocalorqueaportansuperaampliamentelaenergíaprimariaque consumenensufuncionamiento.Además,graciasalaprovechamientodelciclo frigoríficoyalatemperaturauniformedelfocodeintercambio(lacortezaterrestre), esposibleunreducidoconsumoeléctrico. • Cabedecirque,aunquenoseaunsistemaactivo,elprimerpasoparaconseguirun ahorrodeenergíaeneledificiodeesteproyecto,quesehadeproyectar energéticamenteeficiente,seconsiguealmodificarymejorarlacalidaddelos aislamientosdeledificio,talycomosehizoenapartadosanteriores. CALIFICACIÓNENERGÉTICADELEDIFICIO Elahorrodeenergíayunabuenacertificaciónenergéticasondosconceptosquevande lamano.Porello,yconelobjetivodecumplirelRealDecreto47/2007queentróenvigoren Noviembrede2007marcandolaobligatoriedaddelaCertificaciónEnergéticaparaedificios denuevaconstrucción,sehaanalizadoeledificioconelprogramaCALENERVYP[65],dando comoresultadounacalificaciónenergéticadeclase“C”.conunindicador11,8kgde CO2/m2,valormuycercanoallímiteimpuestoparalaclase“B”,fijadoen11,1kgdeCO2/m2. UnestudiopormenorizadodelasemisionesdeCO2seincluyeenelapartado18deesta mismaMEMORIA. Ilustración31 – CalificaciónEnergéticaproporcionadaporelprogramaCALENERVYP
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 72 17.ENERGÍAUTILIZADAPORLOSEQUIPOSDELAS INSTALACIONES 17.1.FUENTESDEENERGÍAUTILIZADAS Paralaclimatizaciónyproduccióndeaguacalientesanitariadeledificio,seutilizantres tiposdeenergía: • Energíageotérmica,utilizablemediantelasbombasdecalorgeotérmicas • Energíasolar,utilizablemediantelospanelessolaresocaptadores • Energíaeléctrica,utilizadaporelcircuitofrigoríficodelasbombasdecalor geotérmicasyporlosequiposdeimpulsión 17.2.DEMANDAENERGÉTICAANUALDELEDIFICIO TalycomosehacalculadoenlosANEXOS4y5,lasnecesidadesenergéticaspara calefacción,refrigeraciónyA.C.S.sonlassiguientes: • Energíanecesariapararefrigeración:28925,81kWh/año • Energíanecesariaparacalefacción:102508kWh/año • EnergíanecesariaparaproduccióndeA.C.S.:14151kWh/año Laenergíatotaldemandadaporeledificioparacubrirlasnecesidadesdetodoslos servicioses:145.584,81kWh/año.
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 73 17.3.POTENCIAELÉCTRICACONSUMIDAPORLOSEQUIPOS EQUIPO CAUDALDE CIRCULACIÓN (m3/h) PÉRDIDA DE PRESIÓN (m.c.a.) POTENCIA (kW) CANTIDAD (uds) CAL:5,6 REF:5,2 BOMBADECALOR GEOTÉRMICA‐ ‐ A.C.S.:7,5 2 EQUIPOCIRCULACIÓNPRIMARIO GEOTÉRMICO 4,8612,120,442 EQUIPOCIRCULACIÓNPRIMARIOSOLAR0,631,210,061 EQUIPOCIRCULACIÓNSECUNDARIO CLIMATIZACIÓN RAMALVIVA,B,C 7,5512,130,61 EQUIPOCIRCULACIÓNSECUNDARIO CLIMATIZACIÓN RAMALVIVD,E 3,8810,820,361 EQUIPOCIRCULACIÓNSECUNDARIO CLIMATIZACIÓN IMPULSIÓNHACIA DEPÓSITODEINERCIA 3,720,720,032 EQUIPOCIRCULACIÓNSECUNDARIOA.C.S. IMPULSIÓNHACIA DEPÓSITOAUXILIAR 4,713,40,151 EQUIPOCIRCULACIÓNSECUNDARIOA.C.S. RETORNO 0,470,740,041 Lapotenciamínimasimultáneaeléctricaqueseránecesariocontratarparaelcorrecto funcionamientodelosequiposseráde13,35kW.Lapotenciaeléctricanormalizadaa contratarseráde17,3kW. ParaelcumplimientodelRITEsedeberáatenderaloespecificadoenelartículo12del ReglamentoyasuInstrucciónTécnicaIT1.2.4.2.5..Paraello,sejustificaparacadacircuitola potenciaespecíficadelossistemasdebombeo,denominadoSFP,ydefinidacomola
GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 74 potenciaabsorbidaporelmotordivididaporelcaudaldefluidotransportado,medidaen W/(m3/s).EstosvaloressecalculanmedianteunprogramaExcel,yseadjuntanenlatabla queapareceacontinuación: CIRCUITO POTENCIA CONSUMIDA (kW) CAUDALDE CIRCULACIÓN (m3/s) SFP (W/(m3/s)) PRIMARIOGEOTÉRMICO(2gruposde circulación,unoporBCG)0,440,00135325925,93 PRIMARIOSOLAR0,060,000175342857,14 SECUNDARIOCLIMATIZACIÓNRAMALVIVA,B,C0,60,00209286092,72 SECUNDARIOCLIMATIZACIÓNRAMALVIVD,E0,360,00107334020,62 SECUNDARIOCLIMATIZACIÓNIMPULSIÓNHACIA DEPÓSITODEINERCIA(2gruposdecirculación, unoporBCG) 0,030,0010329032,26 SECUNDARIOA.C.S.IMPULSIÓNHACIADEPÓSITO AUXILIAR0,150,00130114649,68 SECUNDARIOA.C.S.RETORNO0,040,00013306382,98 Encuantoalosmotoreseléctricos,laInstrucciónTécnicaIT1.2.4.2.6delRITEespecifica valoresmínimosderendimientodelosmotoreseléctricosdeinducciónconjauladeardilla, trifásico,protecciónIP54oIP55,de2ó4polos,dediseñoestándar,de1,1a90kW.Enel casoqueocupaalpresenteproyecto,lamayorpotenciadelosmotoresdelasbombas seleccionadas(0,65kW)quedafueradelrangodelatablaquesemuestraacontinuación, conloquelaInstrucciónTécnicaIT1.2.4.2.6noesdeaplicación. 17.4.CONSUMOANUALDEENERGÍAELÉCTRICA Paraladeterminacióndelconsumoanualdeenergíasehantenidoenconsideraciónlas horasdeutilizacióndelosdistintosequiposdelsistemadeclimatizaciónyproducciónde A.C.S.ylaspotenciasindividualesabsorbidasporlosmismos.Estecálculo,quesepuede encontrarenelANEXO11,seharealizadomediantelaayudadeunatablaExcelde elaboraciónpropia.Elconsumoanualdeenergíaeléctricaobtenidotieneunvalorde 39.534,77kWh/año. Tabla4 – Valoresmínimosderendimientodelosmotoreseléctricosdelasbombasdecirculación
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GEOTERMIA Y ENERGÍA SOLAR EN CLIMATIZACIÓN Y ACS COMO SISTEMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Jorge E. Bergua Díez MEMORIA - Página 85 SOFTWAREUTILIZADO 1.“Therm5”,deLawrenceBerkeleyNationalLaboratory(LBNL)Software. 2.“ProgramaLIDER”,delMinisteriodeViviendayelInstitutoparalaDiversificacióny AhorrodelaEnergía(IDAE). 3.“ProgramaCALENERVYP”,porelMinisteriodeIndustria,TurismoyComercio,através delInstitutoparalaDiversificaciónyAhorrodelaEnergía(IDAE),yporelMinisteriode Vivienda. 4.“ProgramaCYPE‐MóduloInstalaciones:Aislamiento,Salubridad,Climatización,Solar Térmica”,deCYPEIngenieros,SoftwareparaArquitectura,IngenieríayConstrucción. 5.“GeoCIATESA”,delamarcaCIATESA. 6.“CalcGeoVAILLANT”,delamarcaVAILLANT. 7.“EED‐EarthEnergyDesigner”,deBuildingphysics.com,Softwareforheattransferand groundheat. 8.“SistemasSolaresBuderus”,delamarcaBUDERUS: 9.“ProgramasTécnicosSedicalS.A.–MódulosBombas,Vasos,K‐Flows”,delamarca SEDICAL. 10.“Autocad2009”,deAutodeskSA. 11.“MSOfficeExcel2003”,deMicrosoft.