Geotermia superficial edificación

CEDEX-JORNADA SOBRE APROVECHAMIENTO
GEOTÉRMICO SUPERFICIAL EN EDIFICACIÓN
Joan Escuer GEÓLOGO CONSULTOR
INTERCAMBIADORES TIERRA-AIRE EN LA
CLIMATIZACIÓN DE CONSTRUCCIONES.
POZOS PROVENZALES Y TÉCNICAS
EMPARENTADAS

CONTENIDO
• INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES
• ASPECTOS TECNICOS DE DISEÑO
• MANTENIMIENTO
• RENDIMIENTO ECONOMICO
• CONCLUSIONES
19.12.08 CEDEX-JORNADA SOBRE APROVECHAMIENTO GEOTÉRMICO
SUPERFICIAL EN EDIFICACIÓN

LOS ORÍGENES
• El “intercambiador” más simple
viene siendo usado de forma
intuitiva por el hombre desde la
Prehistoria

ANTECEDENTES
• Grad de Predjamski, en Postojna, Eslovenia, fue construido en la primera
mitad del siglo XII

ANTECEDENTES

INTRODUCCIÓN
• Pozos provenzales
e Intercambiadores
tierra aire: Que
son?

POZO PROVENZAL
• El pozo provenzal tiene su origen
en las construcciones
tradicionales del sur de Francia.

INTERCAMBIADORES

Para que se utilizan?: Ejemplos

ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO
• 1. Materiales utilizados
• 2. Dimensionado del sistema
• 3. Tipo de suelo
• 4. Profundidad de instalación
• 5. Controles

MATERIALES

INSTALACIÓN

PARAMETROS DE DISEÑO
• Ts=f(Te)La temperatura de salida del aire depende fuertemente de la temperatura de entrada.
• La variación diurna de la temperatura del suelo es aproximadamente sinusoidal, la amplitud
decrece rápidamente en profundidad y el momento de la máxima y la mínima se desplaza con el
tiempo existiendo un retraso en la medida que la onda térmica penetra el suelo.
• Las características del suelo son muy importantes: las propiedades térmicas del mismo
influencian fuertemente el comportamiento térmico del sistema.
• A mayor longitud del conducto existe mayor transferencia de calor. Los valores usuales para
longitud de conductos se encuentran en el intervalo comprendido entre los 10 y los 100 m.
• Para la velocidad del flujo del aire se consideran óptimos valores alrededor de 4 m/s para
conductos de 20 cm. de diámetro, existiendo un compromiso entre la potencia necesaria para
hacer circular el aire y el acondicionamiento resultante.
• cálculo adecuado del balance entre la transferencia de calor y el soplado de aire en los
conductos. Valores entre 20 y 60 cm de diámetro son típicos pudiendo alcanzarse valores
superiores al metro en grandes edificios (hoteles, centros comerciales, etc.).
• Es más eficiente un conjunto de conductos más cortos que menor cantidad de conductos de
mayor longitud.
• El espaciado entre tubos debe ser aquel que permita que los conductos sean térmicamente
independientes.

TIPO DE SUELO
• Profundidad: Condiciona la excavación y la viabilidad
(susbtratos rocosos).
• Presencia de nivel freático: Afecta a los coses de
instalación y puede llegar a comprometer la viabilidad.
• Tipo de material geològico: Afecta a la conductividad
térmica y, en menor medida, a los costes de excavación.

CONDUCCIÓN EN SUELO
30 35 40 45 50
El suelo tiene una
capacidad calorífica alta,
entre 0.27 y 0.80
cal/g/ºC, lo que significa
que es un buen
acumulador de calor, y
una baja conductividad
térmica, que hace que la
penetración del calor en
el suelo sea lenta, al
igual que su
enfriamiento.
T (ºC)
10.0 m
2.40 m
1.20 m
60 cm
30 cm
08:00
10:00
05:00
12:00
15:00
18:00
Altura
15 cm
-2 cm
-5 cm
-15 cm
Perfiles en verano
(datos: media meses julio y agosto, basado en A. H. Strahler, Geografía Física)

PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS SUELOS

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA EN SUELOS
• Los suelos son complejos agregados de
minerales y partículas orgánicas.
• La conductividad en los suelos depende
mayormente de su porosidad y su grado de
saturación.
• Los suelos granulares que contienen limo o
arcilla presentan mayores conductividades que
los suelos arenosos limpios.
• Los suelos arenosos limpios presentan bajas
conductividades en seco pero altas
conductividades cuando están saturados

PROPIEDADES TÉRMICAS DE LAS ROCAS

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA EN ROCAS
• La conductividad en las rocas también depende
mayormente de su porosidad y su grado de
saturación.
• Un aumento en la porosidad disminuye la
conductividad, pero un aumento en la saturación
la aumenta, siempre que exista una cierta
permeabilidad.
• El conocimiento del nivel freático y sus
variaciones es significativo

MANTENIMIENTO: FILTROS

EVACUACION DE CONDENSADOS

RENDIMIENTO ECONÓMICO
• La economia que permite un pozo
canadiense o un intercambiador depende
de numerosos parámetros: (clima,
distribución, energía).

RENDIMIENTO ECONÓMICO
• El rendimiento económico de los
intercambiadores tierra aire es positivo
para las aplicaciones de refrigeración.
• El rendimiento de los intercambiadores
por si solos como sistema de calefacción
es claramente insuficiente

CONCLUSIONES
• Los intercambiadores de calor tierra-aire, pozos provenzales y
canadienses se utilizan para reducir la temperatura del aire que
ingresa en los edificios durante el verano y aumentarla durante el
invierno.
• Las ventajas de estos sistemas son:
– una inversión mucho menor que una climatización reversible
convencional
– los requerimientos energéticos son completamente marginales
– entretenimiento y mantenimiento sobrios
– son completamente sostenibles y ecológicos.
• En la actualidad estos sistemas son optimizados mediante el uso de
dispositivos que aprovechan las inercias térmicas diarias y
estacionales existentes en el subsuelo implementando
acumuladores térmicos que retardan la oscilación térmica en vez de
simplemente templarla.

CONCLUSIONES
• La conductividad térmica del suelo es el factor limitante más
importante que se ha de tener en cuenta en el diseño de un
intercambiador.
• Es de vital importancia clasificar el terreno según su conductividad
térmica para lo que deben identificarse los tipos de suelo y rocas
presentes en la zona así como las variaciones de las propiedades
físicas relevantes desde un punto de vista térmico.
• El rendimiento económico de los intercambiadores tierra aire es
positivo para las aplicaciones de refrigeración y permite prescindir
de un sistema de aire acondicionado convencional con un gran
ahorro aunque para ello es imprescindible que la construcción a
climatizar posea un aislamiento eficiente.
• Por último la simplicidad del principio no debe hacer olvidar el
diseño y la puesta en obra que debe ser confiada a profesionales
que garantizarán una correcta implementación y rendimiento del
sistema.

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