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El Funcionamiento Basico de La Bomba de Calor Geotermica y La Distribucion de Calorfrio en Los Edificios
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Organitza: Amb el suport:
El funcionamiento básico de la bomba de calor geotérmica y la distribución de
calor/frío en los edificios
Pati Manning,
Barcelona
29 Octubre 2014
1. Fundamentos Teóricos : Bomba Calor Geotérmica o Bomba de Calor Agua – Agua
• Elementos de un circuito frigorífico
• Funcionamiento reversible : Bomba de Calor
• Clasificación Equipos Refrigeración
2. Tipos de equipos Geotérmicos
3. Sistemas Geotérmicos
• ¿Cómo funciona un Sistema Geotérmico?
• Tipos de Sistemas Geotérmicos
• Ventajas
• Criterios de Diseño
• Distribución de Frío/Calor
• Elementos Terminales
4. Conclusiones
Índice 2
1. Fundamentos Teóricos
Bomba de Calor Geotérmica o Bomba de Calor Agua-Agua
3
4Elementos de un circuito frigorífico
Elementos de un circuito frigorífico 5
Básicamente son cuatro:
Condensador: en este elemento se cede calor a un medioexterno, de forma que el refrigerante se condensa.
Evaporador: el refrigerante se evapora completamente eneste elemento al absorber calor del medio circundante.
Compresor: se encarga de aspirar el refrigerante en estadogaseoso, aumentar su presión y su temperatura, y hacerlomoverse por el circuito frigorífico. Es el elemento queconsume energía externa (electricidad).
Válvula de expansión: realiza la expansión del refrigerante,que se evapora parcialmente, absorbiendo calor y, por tanto,enfriándose.
6
La válvula de 4 vías permite la
reversibilidad del ciclo.
BATERÍA
EXTERIOR BATERÍA
INTERIOR
GAS
CALIENTE
VÁLVULA
DE 4 VÍAS
LÍNEA
LÍQUID
O
REFRIGERACIÓN
Módulo 3.- EQUIPOS DE PRODUCCIÓN
• 3.1.- EQUIPOS DE PRODUCCIÓN DE FRÍO
ALTA PRESIÓN BAJA PRESIÓN
VÁLVULA EXPANSIÓN
COMPRESOR
CALEFACCIÓN
Módulo 3.- EQUIPOS DE PRODUCCIÓN
3.1.- EQUIPOS DE PRODUCCIÓN DE FRÍO
BATERÍA
EXTERIOR BATERÍA
INTERIOR
GAS
CALIENTE
LÍNEA
LÍQUIDO
COMPRESOR
VÁLVULA
DE 4 VÍAS
VÁLVULA EXPANSIÓN
ALTA PRESIÓN BAJA PRESIÓN
Funcionamiento reversible : Bomba de Calor
Qué conseguimos con ello ?
Reversibilidad en el circuito y que
la unidad pueda dar frío o calor
por cualquiera de los dos costados
(evaporador-condensador)
EXPANSIÓN DIRECTA
Los intercambios de energía se
realizan directamente del refrigerante
al medio exterior y a los locales a
climatizar
EXPANSIÓN INDIRECTA
Se utiliza un fluido intermedio al
que se le cede o extrae calor del
refrigerante que circula por la unidad
exterior
Clasificación equipos Refrigeración 7
Clasificación equipos Refrigeración 8
Condensación por AIRECondensación por AGUA
9Clasificación equipos Refrigeración
2. Tipos de Equipos Geotérmicos 10
Tipos de equipos Geotérmicos 11
Por lo tanto, un equipo (sólo frío o bomba de calor) que disipe calor o lo absorba del terreno para transportarlo hacia el interior, será considerado un equipo geotérmico.
Tipos de equipos Geotérmicos 12
Los sistemas de Geotermia
utilizan las propiedades
naturales de la Tierra para
aportar calor y frío a un
edificio.
El intercambio de calor tiene
lugar en el interior de la tierra,
con cientos de metros de
tubos enterrados.
Tipos de equipos Geotérmicos Daikin 14Daikin Altherma Geotérmica :
Sistema de Calefacción y producción de Agua Caliente Sanitaria ALTHERMA para aplicación Geotérmica.
Tipos de equipos Geotérmicos Daikin 15Daikin Altherma Geotérmica :
Tipos de equipos Geotérmicos Daikin 16VRV DAIKIN Condensado por agua sobre bucle Geotérmico :
Sistema de Expansión Directa (multi-
split, hasta 48 unidades interiores
conectables por sistema).
Se disponen de dos sistemas posibles :
Bomba de Calor (Frío o Calor) o
Recuperación de Calor (Frío y Calor
simultáneo)
17Tipos de equipos Geotérmicos Daikin
VRV DAIKIN Condensado por agua sobre bucle Geotérmico :
Sistema VRV
Condensación por Agua (Geotermia)
Bomba de Calor
Frío o Calor según zonas
Sistema VRV
Condensación por Agua
Recuperación de Calor
Frío y Calor simultáneo según dependencias
Recuperación de Calor 1 :
dentro del propio circuito
refrigerante (VRV)
Recuperación de Calor 2 :
en el núcleo hidráulico ,
entre unidades exteriores
Una bomba de calor de condensación por
agua es una enfriadora de condensación
por agua capaz de suministrar AGUA
CALIENTE mediante el control del calor
disipado en el condensador.
En este caso, sólo trabajaríamos en modo
CALEFACCIÓN.
El circuito de condensación se conecta directamente con las unidades
terminales (UTA, FCU …) suministrando agua caliente hasta 50-55ºC de
temperatura en invierno.
Los sistemas bomba de calor de condensación por agua son los sistemas de
MAYOR EFICIENCIA en comparación con las aplicaciones tradicionales con
caldera.
Tipos de equipos Geotérmicos Daikin 18Enfriadoras /Bombas de Calor DAIKIN Condensadas por agua :
Unidades enfriadoras de condensación por agua
de alta eficiencia con posibilidad de cambio de
modo desde el control en el evaporador (MODO
REFRIGERACIÓN) a control en el condensador
(MODO CALEFACCIÓN).
No es necesario reversión de ciclo (en el lado
del refrigerante), se puede hacer
hidráulicamente.
MODO REFRIGERACIÓN:
Evaporador Unidades Interiores.
Condensador Bucle de tierra.
MODO CALEFACCIÓN:
Evaporador Bucle de tierra.
Condensador Unidades Interiores.
Tipos de equipos Geotérmicos Daikin 19Enfriadoras /Bombas de Calor DAIKIN Condensadas por agua :
En el caso que las queramos reversibles para usarlas en modo refrigeración (VERANO)…
3. Sistemas Geotérmicos 20
Los sistemas geotérmicos utilizan el
calor acumulado en la tierra,
continuamente suministrado en
forma de energía solar.
A una profundidad de aproximadamente 10 metros, la temperatura de la
tierra se mantiene prácticamente constante, con una media de
temperatura entre 10 y 20ºC (Europa), dependiendo de la región del país
y el terreno.
¿Cómo funciona un sistema geotérmico? 21
Variación de la media de la temperatura de la tierra (undisturbed ground
temperature) para diferentes profundidades.
La temperatura de la tierra se mantiene constante a lo largo del año para
profundidades superiores a los 10 metros.
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 90 180 270 360
Day of the Year
Vari
ati
on
Fro
m A
vera
ge (
°C)
1 Meter 2 Meters 10 Meters
¿Cómo funciona un sistema geotérmico? 22
La tierra actúa como un disipador de
calor
Se transfiere el exceso de calor absorbido
desde el edificio hasta la tierra
En modo refrigeración, la tierra actúa
como un sumidero de calor, permitiendo
al condensador de la ENFRIADORA
transferir el exceso de calor absorbido
del edificio a la tierra.
MODO REFRIGERACIÓN
Uso del terreno como fuente de calor o almacenamiento del mismo
¿Cómo funciona un sistema geotérmico? 23
MODO CALEFACCIÓN
Uso del terreno como fuente de calor o almacenamiento del mismo
La tierra actúa como un depósito de
calor
En modo calefacción, se revierte
el ciclo y la tierra actúa como una
fuente de calor, permitiendo al
evaporador de agua extraer calor
natural de la tierra y transferirlo
al edificio donde puede ser usado
para calefacción.
¿Cómo funciona un sistema geotérmico? 24
BUCLE ABIERTO BUCLE CERRADO
HORIZONTAL VERTICAL
Un sistema de bucle abierto
introduce el agua del subsuelo
directamente en el edificio y
calienta o enfría las bombas de
calor.
El bucle horizontal consiste en
un intercambiador de tuberías
que va paralelo y cercano a la
superficie terrestre (1-2m).
En este caso la temperatura
del terreno (undisturbed ground
temperature) cambiará con las
estaciones.
El bucle vertical discurre
perpendicular a la superficie
terrestre, y los pozos pueden
tener cientos de metros de
profundidad (80-200 m). A
estas profundidades, la
temperatura del terreno no
cambia a lo largo del año.
Tipos de sistemas Geotérmicos 25
La capacidad de una
enfriadora disminuye a
medida que la
temperatura del agua en
el circuito exterior sea
mayor.
El consumo eléctrico
aumenta.
Comportamiento DAIKIN EUW5-KZW en refrigeración (7ºC)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Temperatura circuito exterior
Po
ten
cia
(kW
)
Capacidad de refrigeración
Consumo eléctrico
Los sistemas
geotérmicos trabajan a
temperaturas bajas,
resultando en un
rendimiento alto.
Ventajas de un sistema geotérmico 26
Qué sucede en verano? Cómo reacciona una unidad condensada por aire a
temperaturas exteriores altas?
Métodos de transferencia de calor
Bucle CERRADO Geotermia
Bucle ABIERTO
Aire
AEROTERMIAHorizontal Vertical
Volumen Agua
(estanque, río pozo agua)
Tranferencia de Calor 15 - 40 W/m² 30 - 100 W/ml - - 1 m³/s for 10 kW
Temp de la fuente de calor (°C)
-5 a 15 -2 a 10 +5 a +8 +2 a +15 -
Costes de instalación Medio Medio-Alto Medio Medio-Alto Bajo
Dificultades físicas/químicas
Riesgo congelación (salmuera)
Riesgo congelación (salmuera)
Suciedad, Algas u otros
elementos
Suciedad, Algas u otros
elementos
Suciedad baterias, corrosión (s/zonas)
Espacio Requerido Grande Pequeño Medio-Alto Neutro Pequeño
Intercambiador agua-agua necesario
Ventajas de un sistema geotérmico 27
TEMPERATURA DEL BUCLE DE TIERRA:
MODO REFRIGERACIÓN
MODO CALEFACCIÓN
De 10ºC to 20ºC más caliente que la temperatura del terreno
(undisturbed ground temperature)
De 6ºC to 10ºC más frío que la temperatura del terreno
(undisturbed ground temperature)
16ºC temperatura de terreno Refrigeración: 26-36ºC CEWT
Calefacción: 6-10 ºC EEWT (agua con glicol !!!)
OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO:
MEJOR compromiso entre la eficiencia del sistema y el coste de instalación del bucle de tierra (análisis del tiempo de
amortización).
• MODO REFRIGERACIÓN En cuanto más bajo sea el CEWT, mayor es la eficiencia de la unidad y más largo es el
bucle de tierra.
• MODO CALEFACCIÓN En cuanto más alto sea el EEWT, mayor es la eficiencia de la unidad y más largo es el bucle
de tierra.
Criterios de diseño 28
1. Áreas diáfanas-no diáfanas 2. Áreas de baja ocupación
3. Áreas de alta ocupación 4. Áreas a distintas fachadas
Norte
Aplicaciones : Viviendas gran tamaño, oficinas gran tamaño y mucha compartimentación
Distribución de frío / calor 29
Climatizadores Fan Coils
Suelo Radiante
Elementos Terminales 30
Elementos Terminales 31
…y en los sistemas VRV Geotérmicos, con todas las unidades compatibles
con los sistemas VRV ya conocidos :
4. Conclusiones 32
SOLUCIÓN MUY EFICIENTE - Ahorros en costos de energía anual
Los sistemas geotérmicos se encuentran entre los sistemas de mayor eficiencia tanto para aplicaciones de
calefacción como de refrigeración: 25% a 50% de ahorro de energía Vs sistemas tradicionales (torres de
refrigeración, calderas…).
EER/COP de 4.0 a 5.0 Vs 2.5 to 3.0 en una enfriadora estándar de condensación por aire.
Bajos costes de mantenimiento
Los costes de mantenimiento se reducen significativamente, al no existir la necesidad de calderas y torres
de refrigeración las cuales requieren operaciones de mantenimiento continua. El bucle de tierra no
requiere ninguna clase de mantenimiento.
Gran durabilidad
Los únicos elementos en movimiento son las bombas de circulación de agua en el bucle de tierra.
Bajo nivel de emisiones
Las unidades de geotermia se localizan dentro de los edificios, y no emiten ningún tipo de calor residual
(torres de refrigeración, calderas,…). El bucle de tierra es totalmente invisible. No existe ninguna fuente
de ruido acústico en el exterior.
Contribución al medio ambiente
Los sistemas de geotermia son tan eficientes que pueden reducir
significativamente el consumo de residuos fósiles, lo que redunda en una
reducción de las emisiones de CO2 emitidos a la atmósfera.
Conclusiones 33
Amenazas: altos costes de instalación
La instalación del bucle de tierra supone una inversión alta incluso en aquellos países cuya
tecnología está más avanzada. Sin embargo, en algunos países done esta tecnología no
está tan desarrollada, puede doblarse o triplicarse el coste.
Siempre es recomendable un estudio en profundidad en términos de eficiencia y costes de
instalación entre un sistema geotérmico y un aplicación convencional para estimar el
periodo de amortización.
Amenazas: los sistemas geotérmicos no siempre son aplicables.
Siempre es necesario un estudio del subsuelo para evaluar la viabilidad técnica y el coste
de las perforaciones para la instalación del bucle de tierra.
Conclusiones 34
Organitza: Amb el suport:
Gracias por su atención
Gràcies per la vostra atenció
