cimentaciones-termoactivas

Cimentaciones termoactivasCimentaciones termoactivas

Alberto Mazariegos de la Serna

Universidad Politécnica de Madrid

La Cimentación Termoactiva es una tecnología aplicable a los elementos de las estructuras de hormigón armado de las cimentaciones, “pilotes” y “pantallas”, para la obtención de energía para climatización de edificios a partir del subsuelo.

Este tipo de cimentación se basa en el aprovechamiento de la temperatura del terreno para aumentar el rendimiento de las “bombas de calor geotérmicas”.

En estas estructuras, el intercambio geotérmico se realiza por medio de un circuito cerrado instalado en las armaduras de la cimentación. Este circuito cerrado esta formado por tubos “sondas geotérmicas” a través de los cuales circula agua o agua con anticongelante, produciéndose un intercambio de calor entre este fluido y el terreno. El fluido es conducido a una “bomba de calor geotérmica” generando la energía suficiente para la completa climatización de un edificio.

Horizontales VerticalesBucles abiertos

Cimentaciones termoactivas

SelecciSeleccióón del sistema de intercambiador geotn del sistema de intercambiador geotéérmicormico

INTERCAMBIADORES VERTICALES

CIMENTACIONES TERMOACTIVAS

� Menor inversión

� Mayor nº de conexiones exteriores

� Es difícil dar toda la potencia aprovechando sólo la cimentación

� Mejor ratio de disipación W/m

� Menor nº de conexiones exteriores

� Mayor profundidad

� Coste adicional

FACTORIA EADS, COMPLEJO T23. GETAFE (MADRID)

PILOTES TERMOACTIVOSEjemplo de instalación

� 2 hangares de 7.300 m2 cada uno

� Edificio de oficinas de 4 alturas

� Superficie construida 30.000 m2


Diseño de planta. Pilotes termoactivos

22 Pilotes con dos sondas por piloteZONA HANGAR 3

25 Pilotes con dos sondas por piloteZONA HANGAR 2

196 Pilotes con dos sondas por piloteZONA OFICINAS


Caracterización térmica del pilote termoactivo

Características Ensayo 1

Profundidad efectiva de transmisión de calor (m) 15

Diámetro de pilote (mm) 600

Sondas introducidas (ud) 2 (simples)

Conexión de las sondas En serie

Flujo de agua inyectado (m3/h) 0,25

Salto térmico mantenido (ºC) 3

Potencia inyectada (W) 869,77

Potencia inyectada por metro de pilote (W/m) 62,13

Tiempo de ensayo (horas) 75,00

Agresividad media por sulfatos Calidad del agua

- 3,00 mNivel freático

0,00 - 3,00 m. Arenas y arcillas limosas. Relleno3,00 - 10,00 m. Limos, limos arcillosos y arcillas. Substrato terciario10,00 - 19,00 m. Margas yesíferas y yesos a muro. Substrato terciario

Litología


FACTORIA EADS, COMPLEJO T23. GETAFE (MADRID)ESQUEMA DE PRINCIPIO: Instalación geotérmica híbrida apoyada por un sistema de aerocondensadores

La instalación se compone de:• 236 Pilotes termoactivos• Conjunto de bombas de calor VRV condensadas por agua• Batería de aerocondensadores

En el edificio de oficinas la demanda energética de climatización en refrigeración es mucho mayor que la de calefacción, por lo que las bombas de calor cederán más calor al terreno (condensación) que el que absorban en calefacción (evaporación).

Este funcionamiento de las bombas de calor produce un aumento progresivo de la temperatura del terreno, produciéndose un descenso progresivo de la eficiencia (COP) de las bombas de calor.

La potencia pico calculada en este edificio sólo se alcanza en contadas ocasiones, por lo que resulta poco eficiente dimensionar el intercambiador para dicha potencia pico.


La instalación híbrida apoyada por un sistema de aerocondensadores permite:

• Regenerar el terreno.

• Utilizar en todo momento el foco de calor más eficiente.

• Aumentar el rendimiento del intercambiador geotérmico disponible, puesto que se utiliza para la potencia de refrigeración nominal del edificio, no para la potencia pico.

29 %61.50086.500

Ahorro Consumo eléctricoConsumo eléctrico

Climatización Geotérmica(kWh elec. / año)

Consumo eléctricoClimatización convencional

(kWh elec. / año)

• Conseguir una reducción de emisiones de CO2 a la atmósfera de 22,5 t CO2/año.

Climatización de la Planta Baja del Edificio oficinas: Carga térmica 129 kW calor y 215 kW frío

• Mejorar la eficiencia de la instalación

PANTALLAS TERMOACTIVAS

� Principal ventaja respecto a los pilotes termoactivos: Menor número de conexiones exteriores

Pilotes hormigonados “in situ”

Pilotes prefafricados

PANTALLAS TERMOACTIVAS

APARCAMIENTO DE LA CONCHA. SAN SEBASTIAN

� Remodelación que lleva a cabo el Ayuntamiento de San Sebastian del aparcamiento subterráneo de La Concha en la Plaza de Cervantes

� Incremento del número de plantas de sótano, pasando de 2 a 5 plantas

� Integración de un espacio para la práctica deportiva de personas discapacitadas (FGDA)

PANTALLA TERMOACTIVAEjemplo de instalación

Agua de marCalidad del agua

- 6,00 m (+1,00 m.s.n.m.)Nivel freático

0,00 - 6,00 m. Grava con arcilla y arena. Relleno6,00 - 45,00 m. Arena de playa y arena limosa. Depósitos marinos45,00 - 47,00 m. Calizas arcillosas y margocalizas. Sustrato rocoso

Litología


Caracterización térmica de la pantallaRatios de potencia por ml de colector de 10, 15 y 20 W/m

Espesor: 800 mm. Profundidad media: 40 m. Longitud máxima de armadura: 32,50 m.

El colector geotérmico instalado en esta armadura tiene una longitud de 180 metros, formado por 3 bucles de 60 m de longitud cada bucle.

Características de la pantalla termoactiva


VALIDACIÓN DEL MODELO

� Modelo específico de transferencia de calor

� Ajuste de los parámetros libres del modelo comparando los resultados reales con los simulados

� Error máximo de 0.5 ºC entre ambas tendencias

CAPACIDAD TÉRMICA DE LA PANTALLA

� Evolución de las temperaturas de entrada y salida a un Ratio de potencia por ml de colector de 15 W/m


ESQUEMA DE PRINCIPIO: El sistema de generación principal para climatizar las instalaciones, actualmente en ejecución, consiste en un circuito de intercambio geotérmico con “pantallas termoactivas”, constituidas por:

Este sistema alimentará a una bomba de calor de potencia térmica nominal de 191 kW en calefacción y 179 kW en refrigeración. La carga punta cubierta con la bomba de calor propuesta es:

En calefacción se cuenta para las cargas punta con el apoyo de dos calderas de gas natural de 85 kW de potencia cada una. Estas calderas deben cubrir también parte de la demanda de ACS.

La mayor parte de la demanda de ACS (75%) se dará mediante el sistema de intercambio geotérmico, y el resto se cubrirá mediante las calderas de apoyo de gas natural.

27,50

Longitud media armadura (m)

12.800160240

Colector geotérmico instalado (m)

Longitud de colector por armadura (m)

Nº de armaduras por panel

Nº de paneles con colector

100 %170120Refrigeración

73 %190260Calefacción

Porcentaje (%)Carga cubierta (kW)Carga Punta (kW)

La conjunción de un adecuado diseño y ejecución de las cimentaciones, los ensayos de caracterización y los modelos de simulación permitirán que en cada proyecto se pueda realizar un diseño optimizado de un sistema de bomba de calor geotérmica, haciendo realidad la obtención de una fuente de energía renovable, sostenible y gestionable para la climatización eficientede edificios, consiguiendo una reducción de emisiones de CO2 a la atmósfera.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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