Guía Técnica. Diseño de sistemas de bomba de calor geotérmica

Guía técnica
Diseño de sistemas de bomba de calor geotérmica
Ejemplo de cálculo de la Rs para intercambiador
horizontal:
- Intercambiador horizontal geotérmico: dos tuberías
enterradas
- Difusividad térmica: 0,645e-6 m 2 /s
- Conductividad térmica: 1,3 W/mK
- Profundidad de tuberías: 1,2 m
- Separación entre tuberías: 0,6 m
- Radio tubería: 25 mm
- Horas de uso del intercambiador: 1.000 horas
a) Calcular la distancia de cada tubo a todos los
demás incluyendo los tubos imagen y calcular la
Rs asociada a dicha distancia:
Distancia
Rs
Tubo 1 a 1
0,0125 m
(radio del tubo)
0,6376
Tubo 1 a 2 0,600 m 0,1660
Tubo 1 a 3
(tubo imagen)
2,400 m 0,0267
Tubo 1 a 4
(tubo imagen)
2,474 m 0,0251
Tubo 2 a 1 0,600 m 0,1660
Tubo 2 a 2 0,0125 m 0,6376
Tubo 2 a 3
(tubo imagen)
2,474 m 0,0251
Tubo 2 a 4
(tubo imagen)
2,400 m 0,0267
b) Cálculo de la resistencia térmica por tubería:
Rs = (0,6376+0,1660-0,0267-0,0251+0,1660+0,6376-
0,0251-0,0267)/2=0,7518 mK/W
Para intercambiadores verticales
Es importante señalar que este procedimiento
sólo es válido para sistemas geotérmicos que estén
balanceados energéticamente. En caso de que
exista un flujo neto de calor estacional el procedimiento
únicamente será válido para un periodo no
superior a T=H 2 /(9α), siendo H la profundidad de
la perforación en metros , α la difusividad térmica
(m 2 /s) y T el tiempo (s).
2 Para llevar a cabo un cálculo más refinado de intercambiadores
geotérmicos verticales, teniendo en
cuenta el efecto a largo plazo de la existencia de un
flujo de calor neto, se aconseja consultar el método
descrito en “Thermal Analysis of Heat Extraction
Boreholes” P. Eskilson y, en todo caso, acudir a programas
de dimensionado específicos.
Cálculo del factor de utilización
El factor de utilización representa la fracción de tiempo
que está en marcha la bomba de calor y, por tanto, el
tiempo de funcionamiento estacional de la instalación.
Es un factor muy importante en el diseño de sistemas
geotérmicos, ya que determina la cantidad de calor que
el sistema va a intercambiar con el suelo a lo largo del
año, es decir, el calor que se va a extraer del subsuelo
durante el modo calefacción y el que se va a inyectar al
subsuelo durante el modo refrigeración.
Una manera simple de calcular la carga térmica es
asumir que es una función lineal de la temperatura
del aire exterior. De este modo, sólo se necesita conocer
la carga calorífica o frigorífica para dos valores
de temperatura exterior. Además, si se asume, por
ejemplo, que el edificio sólo demandará calor para
condiciones inferiores a 16 °C exteriores o que demandará
frío a temperaturas superiores a los 21 °C
exteriores, se puede definir perfectamente esta relación
lineal tomando como segundo punto el valor de
cargas de diseño (condiciones más desfavorables en
calefacción o refrigeración). En la figura A.I.2 se observa
la distribución lineal carga térmica-temperatura
exterior para una vivienda ubicada en Valencia.
Las distancias entre tubos se consideran con respecto a
una sección horizontal paralela al suelo.
1 Seguir los mismos pasos 1-3 del procedimiento
empleado para intercambiadores horizontales pero
sin incluir tubos imagen, ya que éstos simulan los
efectos de las oscilaciones superficiales de temperaturas
que en el caso de los verticales no se tienen
en cuenta.
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