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PROYECTO VIVIENDA GEOTERMIA
Autor:
Luis Miguel López-Privado Alcobendas
I.E.S Consaburum (Consuegra –Toledo)
PROYECTO CLIMATIZACIÓN VIVIENDA UNIFAMILIAR MEDIANTE GEOTERMIA
INDICE
MEMORIA DESCRIPTIVA
2.1.1 Descripción y características del edificio .................................................................................. .....32.1.2 Pasos a seguir en el proyecto ..................................................................................................... ..42.1.3 Condiciones de diseño ....................................................................................................... ...........42.1.3.1 Condiciones interiores de cálculo................................................................ ...............................42.1.3.2 Condiciones exteriores de cálculo .................................................................................. ............52.1.4 Cálculo de la transmitancia térmica de los cerramientos ..............................................................52.1.4.1 Zonificación climática ..................................................................................... .............................52.1.4.2 Clasificación de los espacios ......................................................................... ...............................52.1.5 Cálculo de cargas térmicas .............................................................................................................62.1.5.1 Carga térmica de calefacción......................................................................... ..............................62.1.6 Selección del sistema de climatización ...........................................................................................62.1.6.1 Elección de la bomba de calor ...................................................................... ...............................62.1.6.2 Elección del fluido circulante......................................................................... ...............................62.1.6.3 Elección de la configuración ................................................................................................ .........62.1.6.4 Elección de los tubos ..................................................................................... ...............................62.1.6.5 Dimensionamiento del intercambiador de calor enterrado ....................................... ..................62.1.7 Instalación de climatización y configuración de equipos .................................................................6
MEMORIA DE CÁLCULO3.1 Cálculo cargas térmicas…………………………………………………………………………………………………………73.2 Bomba de calor elegida………………………………………………………………………………………………………………….153.3 Datos del terreno:………………………………………………………………………………………………………………………….163.4 Elección de los tubos del intercambiador……………………………………………………………………………………….173.5 Líquido intercambiador…………………………………………………………………………………….……………………………173.6 Diámetro de los tubos del intercambiador……………………………………………………………………………………..193.7 Temperaturas máximas y mínimas del terreno……………………………………………………………………………….203.8 Cálculo temperaturas máxima y mínimas de entrada del fluido a la bomba de calor………………………213.9 Resistencia térmica de los intercambiadores…………………………………………………………………………………..223.10 Cálculo del factor de utilización de la bomba de calor…………………………………………………………………..253.11 calculo bomba circulación…………………………………………………………………………………………………………..…293. 12 Sistemas de climatización……………………………..………………………………………………………………………………30
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INTRODUCCIÓN
En el presente proyecto se establecen y se justifican los elementos para una instalación decalefacción mediante geotermia de baja temperatura.
Energía geotérmica es la energía almacenada en forma de calor por debajo de la superficie de laTierra.
A continuación vemos una clasificación de los yacimientos geotérmicos.
En nuestro caso se trata de una instalación de muy baja temperatura que nos servirá paracalentar la vivienda así como el agua caliente sanitaria. (ACS). Al tratarse de un sistema conbomba de calor, también se van a satisfacer las necesidades de refrigeración de la vivienda.
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2 Memoria
2.1 Memoria descriptiva
2.1.1 Descripción y características del edificioEn este capítulo, se muestran las características y necesidades del edificio a climatizar, así comosu emplazamiento, orientación, climatología y entorno geológico.El edificio a climatizar se encuentra en la Calle xxxxxx, nº1, en el municipio de Madridejos(Toledo).
2.1.2 Pasos a seguir en el proyectoSe debe proceder de forma ordenada, como se indica a continuación, para las instalacionesobjeto de diseño, según recoge el RITE, en su instrucción técnica 1.2. sobre la exigencia deeficiencia energética.Cálculo de cargas térmicas del edificioCálculo de la demanda térmica anual del edificioSelección del sistema de climatización
2.1.3 Condiciones de diseñoPara calcular las cargas térmicas del edificio es necesario establecer unas condiciones de diseñoiniciales, de modo que se cumpla con la limitación de la demanda energética, recogida en lasección HE 1 del Código Técnico de la Edificación (CTE).
2.1.3.1 Condiciones interiores de cálculoLas condiciones interiores de diseño se recogen en la instrucción técnica IT 1.1.4.1.2 delReglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE), en la que se fija la temperaturaoperativa y la humedad relativa en base a la actividad metabólica de las personas y grado devestimenta.Se establece una temperatura de confort de 24 ºC y un 50% de humedad relativa (HR) paraverano, y 21 ºC y 50% HR en invierno.
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2.1.3.2 Condiciones exteriores de cálculoLas condiciones exteriores de cálculo se obtienen de la norma UNE-EN 10001:2001 para lalocalidad de Madridejos. Se establecen las temperaturas de diseño exteriores de acuerdo a losvalores extremos que se alcanzan en la localidad. En invierno, la temperatura será de -3,6 ºC.
2.1.4.1 Zonificación climáticaEl edificio del proyecto se encuentra situado en la localidad de Madridejos. Según el CTE, la zonaclimática a la que pertenece es la D3.
2.1.4.2 Definición de la envolvente térmica del edificio y clasificación de sus componentesLa envolvente térmica del edificio está compuesta por todos los cerramientos que limitan losespacios habitables con el ambiente exterior.
Cerramiento Descripción- Cubierta
Lo compone la zona superior del edificio. Limita con el aire exterior- Suelo
Lo compone la zona inferior del edificio. Limita con terreno.- Fachadas
Lo compone cada una de las paredes verticales del edificio que limitan con el aireexterior.
- VentanasLo compone cada uno de los vidrios que forman parte de las cristaleras montadas a lolargo y ancho de las fachadas. Limita con el aire exterior a las condiciones exteriores dediseño.
Datos coeficientes de transmisión m2k/w
COEFI TRANSMISÓNKSUELO 0,8KEXTERIOR 0,6KINTERIOR 1,3KTECHO 0,55KVIDRIO 3
2.1.5 Cálculo de cargas térmicas
2.1.5.1 Carga térmica de calefacción en inviernoEl cálculo de la carga térmica de calefacción en invierno se realiza mediante la expresión
= +Es decir, sumamos las cargas térmicas por transmisión y por renovación de aire. A estas cargasse les sumará los complementos por orientación norte y por más de 2 paredes al exterior.Cálculo ACS.
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A la carga correspondiente por calefacción, habrá que incrementar la carga correspondiente alACS (agua caliente sanitaria), ya que el mismo sistema geotérmico será el encargado de producir
2.1.6 Selección del sistema de climatizaciónSe climatizará el edificio por medio de una bomba de calor geotérmica. Tras su elección, deacuerdo con las necesidades térmicas del edificio, es necesario dimensionar el intercambiadorde calor enterrado por medio de sondas.
2.1.6.1 Elección de la bomba de calorSe instalará una bomba de calor que cuenta con una potencia de refrigeración de 9,3 KW con unEER de 6’9, y una potencia calorífica de 12’7 KW, con un COP de 4´7. Suficiente para abastecerlas necesidades del proyecto.
2.1.6.2 Elección del fluido circulanteSe empleará agua al 70% mezclado con anticongelante Tyfocor al 30%.
2.1.6.3 Elección de la configuraciónLa configuración de las sondas geotérmica será horizontal. Si bien la configuración vertical esmás eficiente, al tratarse de una vivienda pequeña y al disponer de una parcela contigua a lavivienda, el ahorra en la instalación es considerable.
2.1.6.4 Elección de los tubosSe emplearán tubos de ¾” de diámetro nominal, fabricados en material Polietileno (PE-32).
2.1.6.5 Dimensionamiento del intercambiador de calor enterradoLa longitud de los tubos viene determinada, en función del modo de trabajo de la bomba decalor, por las siguientes expresiones
La longitud necesaria para que la bomba de calor otorgue la potencia que figura en susespecificaciones es de 208 metros en el modo calefacción.La parcela que tenemos es un rectángulo de 34 metros de largo por 20 de ancho.Si dividimos los 208 metros por la longitud de parcela (multiplicado por 2 al ser ida y vuelta),Nos da como resultado 3,05, esto significa que haremos 3 zanjas donde pondremos los tubosdel intercambiador. Si dividimos 20 entre 3 nos dará la separación entre zanjas, que será más de6 m. Una distancia suficiente para que no tengamos interferencias entre intercambiadores. Deesta forma en el cálculo de la resistencia del intercambiador Rs, sólo tendremos en cuenta eltubo de ida y de vuelta de cada intercambiador de forma individual.
2.1.7 Instalación de climatización.La instalación de climatización consta de Fan-Coil en las distintas estancias.
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3. MEMORIA DE CÁLCULO3.1 CÁLCULO CARGAS TÉRMICAS:
UBICACIÓN: MADRIDEJOS (TOLEDO)
CONDICIONES CLIMÁTICAS:
La temperatura del terreno la obtenemos con la siguiente exprexión
Tterr = 0,0068 TA2 + 0,963 TA + 0,6865
TA=4,6 (enero)
Tter=5,26 ºC
Por lo que las condiciones de cálculo de la vivienda para calefacción serán:
ALTURA VIVIENDA (m) 2,8Text -3,6Tint 21Tsuelo 5,26TLNC 14,7
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PLANO VIVIENDA
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CARGA TÉRMICA SALÓN
LOCAL
SALÓNANCH
O ALTO
AREATOTALPARED
AREAVENTANA
AREAPUERTA AREA K VALOR
ESEXTERIOR ∆T
TOTAL(MAZIZO)
TOTALPUIERTA TOTAL VENTANA
MURO1 5,27 2,8 14,756 3,156 11,6 KEXTERIOR 0,6 SI 24,6 171,216 0 232,9128MURO2 3,825 2,8 10,71 10,71 KEXTERIOR 0,6 SI 24,6 158,0796 0 0MURO3 0 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0 0MURO4 0 2,8 0 0 KEXTERIOR 0,6 SI 24,6 0 0 0MURO5 0 2,8 0 0 KINTERIOR 1,3 SI 24,6 0 0 0MURO6 0 2,8 0 0 KEXTERIOR 0,6 NO 6,3 0 0 0
TECHO 5,273,82
5 20,15775 20,158 KTECHO 0,55 SI 24,6 272,734358 0 0
SUELO 5,273,82
5 20,15775 20,158 KSUELO 0,8 SI 15,74 253,826388 0 0SUBTOTAL 855,856346 0 232,9128 TOTAL 1088,76915
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DORMITORIO PRINCIPAL
DORMITORIOPAL
AREA TOTALPARED
AREAVENTANA
AREAPUERTA AREA K
VALOR EXTERIOR ∆T TOTAL(MAZIZO)
TOTALPUIERTA
TOTALVENTANA
MURO12,77
5 2,8 7,77 7,77 KEXTERIOR 0,6 SI 24,6 114,6852 0 0
MURO23,77
5 2,8 10,57 1,2 9,37 KEXTERIOR 0,6 NO 6,3 35,4186 0 22,68
MURO3 0 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0 0
MURO4 0 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0 0
MURO5 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0 0
MURO6 2,8 0 0 KSUELO 0,8 SI 24,6 0 0 0
TECHO2,77
53,77
5 10,475625 10,476 KTECHO 0,55 SI 24,6 141,735206 0 0
SUELO2,77
53,77
5 10,475625 10,476 KSUELO 0,8 SI 15,74 131,90907 0 0SUBTOTAL 423,748076 0 22,68 TOTAL 446,428076
DORMITORIO 1
DORMITORIO 1 AREA TOTAL PARED AREA VENTANA AREA K VALOR ∆T TOTAL(MAZIZO) TOTAL VENTANA
MURO1 3,775 2,8 10,57 10,57 KEXTERIOR 0,6 SI 24,6 156,0132 0
MURO2 3,11 2,8 8,708 1,2 7,508 KEXTERIOR 0,6 SI 24,6 110,81808 88,56
MURO3 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0
MURO4 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0
MURO5 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0
MURO6 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0
TECHO 3,775 3,11 11,74025 11,74 KTECHO 0,55 SI 24,6 158,845583 0
SUELO 3,775 3,11 11,74025 11,74 KSUELO 0,8 SI 15,74 147,833228 0
SUBTOTAL 573,510091 88,56 TOTAL 662,070091
BAÑO
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BAÑO1 AREA TOTAL PARED AREA VENTANA AREA K VALOR ∆T TOTAL(MAZIZO) TOTAL VENTANA
MURO1 1,625 2,8 4,55 0,8 3,75 KEXTERIOR 0,6 SI 24,6 55,35 59,04
MURO2 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0
MURO3 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0
MURO4 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0
MURO5 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0
TECHO 1,625 3 4,875 4,875 KTECHO 0,55 SI 24,6 65,95875 0
SUELO 1,625 3 4,875 4,875 KSUELO 0,8 SI 24,6 95,94 0
SUBTOTAL 217,24875 59,04 TOTAL 276,28875COCINA
COCINA AREA TOTAL PARED AREA VENTANA AREA K VALOR ∆T TOTAL(MAZIZO) TOTAL VENTANA
MURO1 2,425 2,8 6,79 1,2 5,59 KEXTERIOR 0,6 SI 24,6 82,5084 88,56
MURO2 2,625 2,8 7,35 7,35 KEXTERIOR 0,6 SI 24,6 108,486 0
MURO3 5 2,8 14 14 KTECHO 0,55 SI 24,6 189,42 0
MURO4 5 2,8 14 14 KTECHO 0,55 SI 24,6 189,42 0
MURO5 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0
MURO6 2,8 0 0 KTECHO 0,55 SI 24,6 0 0
TECHO 2,425 2,625 6,365625 6,3656 KTECHO 0,55 SI 24,6 86,1269063 0
SUELO 2,425 2,625 6,365625 6,3656 KSUELO 0,8 SI 24,6 125,2755 0
SUBTOTAL 781,236806 88,56 TOTAL 869,796806
TOTAL POR TRANSMISIÓN= 3532,77287W
VENTILACIÓN
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LOCALOCUPACIÓN m2
CAUDALMIN
CAUDALTOTAL
CAUDALEQUILIBRADO
VOLUMEN
RENOVACIONES/h ∆T Pventilación
DORMITORIO PAL 2 18 36 TOTAL ADMISIÓN 115,2 DORMITORIO PAL 36 29,3318 1,227338976 24,6 59,51232
DORMITORIO 1* 1 18 18TOTALEXTRACCIÓN
220,644 DORMITORIO 1 18 32,8727 0,547566826 24,6 29,75616
DORMITORIO 2* 1 18 18 DORMITORIO 2 18 0 0 24,6 0
DORMITORIO 3* 0 18 0 DIFERENCIA105,44
4 DORMITORIO 3 0 0 0 24,6 0
DORMITORIO 4* 0 18 0 DORMITORIO 4 0 0 0 24,6 0
SALON 4 10,8 43,2 SALON148,64
4 56,4417 2,633584743 24,6245,726369
3
COMEDOR 0 10,8 0 COMEDOR 0 0 0 24,6 0
BAÑO1 54 54 BAÑO1 54 102,375 0,527472527 24,6 89,26848
BAÑO2** SI 54 54 BAÑO2 54 0 0 24,6 0LAVADEROTRASTERO 4,2 2,52 10,584 LAVADERO 10,584 4,2 2,52 24,6
17,49662208
COCINA14,17
5 7,2 102,06 COCINA 102,06 93,5747 1,090679571 24,6168,717427
2*PONER 0
OCUPANTES SI NOHAY
TOTAL(w)
610,4773786
**PONER SI O NO441,28
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CÁLCULO ACS
MESTEMPERATU
RA AGUARED (Ta)
TEMPERATURA
CONSUMO(Tc)
SALTOTERMICO
(Tc-Ta)
DEMANDALITROS PORPERSONADIA A 60º
(D)
CONSUMO D*(60-Ta)/(TC-
Ta)
OCUPACIÓN
ESTIMADA
Nº DEPERSONAS
DÍAS DELMES
CONSUMOLITROS AL MES
CONSUMO m3
NECESIDADES DE
ENERGIAENTERMIAS
NECESIDADES EN
MegaJulios(MJ)
NECESIDADES EN MJ AL
DIA
CARGATÉRMICA
ACS EN kW(Necesidad
es enMJ/dia 1
día=24h ->dividimos
por 24
ENERO 6 45 39 3041,538461
5 100% 4 31 5150,769235,1507692
3 200,88 840,48192 27,11232 1,13
FEBRERO 7 45 38 3041,842105
3 100% 4 28 4686,315794,6863157
9 178,08 745,08672 26,61024 1,11
MARZO 9 45 36 30 42,5 100% 4 31 5270 5,27 189,72 793,78848 25,60608 1,07
ABRIL 11 45 34 3043,235294
1 100% 4 30 5188,235295,1882352
9 176,4 738,0576 24,60192 1,03
MAYO 12 45 33 3043,636363
6 100% 4 31 5410,909095,4109090
9 178,56 747,09504 24,09984 1,00
JUNIO 13 45 32 30 44,0625 100% 4 30 5287,5 5,2875 169,2 707,9328 23,59776 0,98
JULIO 14 45 31 30 44,516129 100% 4 31 5520 5,52 171,12 715,96608 23,09568 0,96
AGOSTO 13 45 32 30 44,0625 100% 4 31 5463,75 5,46375 174,84 731,53056 23,59776 0,98SEPTIEMBRE 12 45 33 30
43,6363636 100% 4 30 5236,36364
5,23636364 172,8 722,9952 24,09984 1,00
OCTUBRE 12 45 33 3043,636363
6 100% 4 31 5410,909095,4109090
9 178,56 747,09504 24,09984 1,00NOVIEMBRE 9 45 36 30 42,5 100% 4 30 5100 5,1 183,6 768,1824 25,60608 1,07
DICIEMBRE 6 45 39 3041,538461
5 100% 4 31 5150,769235,1507692
3 200,88 840,48192 27,11232 1,13
PROMEDIO 10,3333333 4534,666666
743,058711
9 1CONSUMOTOTAL TOTAL 9098,69376
PROMEDIOLITROSPERSONA/DÍA
43,0587119
4PERSONAS
172,234847
MAYOR(KW) 1,13
ACS en W 1129,68
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TOTAL CALEFACCIÓNCARGA TÉRMICA POR TRANSMISIÓN DE CALOR 3532,77287CARGA TÉRMICA POR RENOVACIÓN 610,477379
TRANSMISIÓN + RENOVACIÓN 4143,25025
SUPLEMENTOS SI/NO COEFTOTALSUPLEMENTO
Por orientación NORTE SI 0,06 248,5950148Por intermitencia reducción nocturna NO 0,05 0Por intermitencia de 8 a 9 h parada NO 0,1 0Por intermitencia más de 10 horas de parada NO 0,2 0Más de dos paredes al exterior SI 0,05 207,1625124Últimas plantas edificios gran altura NO 0,02 0
TOTALSUPLEMENTOS 455,7575272
TOTAL TÉRMICA EN EDIFICIO (transm. + renova. +suplementos) 4599,00777
TOTAL ACS 1129,68
TOTAL POTENCIA MÍNIMA BOMBA DE CALOR 5728,7
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3.2 BOMBA DE CALOR ELEGIDA
La bomba de calor elegida es una Valliant gama GEOTHERM VWS que con 9,3 kw de potencia caloríficasupera la potencia necesaria.
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3.3 Datos del terreno:
El tipo de terreno es tierra arcillosa. Tomamos como valor de conductividad térmica 1, ya que elterreno es ligeramente húmedo:
Difusividad térmica α: α = = 1 /1,5 ·pasando los kw a watios y las horas a segundos tenemos:
α=1/1500*3600=1,85 x 10-7 m2/s=1,85 x 10-3 cm2/s
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3.4 ELECCIÓN DE LOS TUBOS DEL INTERCAMBIADOR:
De los 2 tipos de materiales de tubos hemos elegido el polietileno, que tanto por precio como porcaracterísticas es la mejor opción.
3.5 LÍQUIDO INTERCAMBIADOR.
El líquido que circula por el intercambiador será agua con anticongelante TYFOCOR
Si vemos las condiciones climáticas de la localidad de Madridejos, obtendremos la temperaturamínima registrada. Vemos que se trata de -11,9
Vemos en la tabla de las características del líquido que con una mezcla al 30% sería suficiente. Ennuestro caso, por seguridad y por tratarse de una instalación pequeña la mezcla será al 40%
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Comprobamos que la viscosidad cinemática de la mezcla es de 24 mm2/s
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3.6 DIÁMETRO DE LOS TUBOS DEL INTERCAMBIADOR
Condición que asegura la turbulencia:
Donde:
-Q: caudal en m3/s
-ϑ viscosidad cinemática del fluido m2/s
-D diámetro tubería m
-Re nº de Reynolds
< 4 · 1,936/3600· 0,000024 · 2300 = 0,00974 = 9,74La tubería más pequeña que se utiliza en este tipo de proyectos es de 3/4”. Por lo tanto elegiremosesta tubería que tiene un diámetro interior de 17,6 mm.
Por otro lado la velocidad requerida en tuberías de materiales plásticos está comprendida entre 0,5 y3,5 m/s. Adoptaremos un valor de 3,2 m/s para asegurarnos la turbulencia. Para cumplir estacondición el diámetro debe ser:
= 4 ··Donde Q es el caudal en m3/s, v es la velocidad en m/s y D el diámetro.
En nuestro caso no es necesario realizar este cálculo puesto que no existe tuberías menores de9,75mm de diámetro.
Si comprobamos en la tabla de características de la bomba de calor vemos que la presión del circuitode captadores es de 3 bar. Elegiremos el tubo de 4 bar de presión:
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3.7 TEMPERATURAS MÁXIMAS Y MÍNIMAS DEL TERRENO
Las fórmulas para determinar las temperaturas máximas y mínimas del terreno son.
Donde Xs es la profundidad del terreno, Tm la temperatura media del terreno (podemos sumir comola temperatura media seca anual) AS la amplitud anual de la temperatura media diaria, α=difusividadtérmica del terreno.
Hemos optado por un intercambiador horizontal a una profundidad de 1,5. (El mínimo recomendadoestá en torno a 1,2 m).
Tm: haremos la media de las temperaturas medias mensuales secas:
Obtenemos que TA=TM=13,91 ºC es la temperatura media diaria.
AS=(Tmax en agosto-Tmin enero)/2. Estos valores los obtendremos de las condiciones climáticas.
AS= (35,3-(-3,6))/2=19,45 ºC
= 13,9 − 19,45 · [ · · , · · ]TL=13,9- 19,45*0,33=7,43 ºC
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De la misma forma obtenemos que TH=20,37 ºC
3.8 CÁLCULO TEMPERATURAS MÁXIMA Y MÍNIMAS DE ENTRADA DEL FLUIDO A LA BOMBA DECALOR
El fabricante ya nos indica las temperaturas máximas y mínimas del fluido de calor.
TMAX = 20 ºC
TMIN= -10 ºC
DIFERENCIAS DE TEMPERATURAS
∆Tc=|TL – TMIN|=7,43-(-10)=17,43 ºC
∆Tf=|TH-TMAX|=20,37-20=0,37 ºC
RESISTENCIA DE LOS TUBOS AL FLUJO DE CALOR (Rp)
= 12 · · · ln[ 1]Donde
Do= diámetro exterior del tubo (m)
D1= diámetro interior del tubo (m)
Kp= conductividad térmica del tubo W/mK= 12 · · 0,40678 · ln 2017,6 = 0,05 /
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3.9 RESISTENCIA TÉRMICA DE LOS INTERCAMBIADORES
Elección de la configuración a emplearLos tipos de configuraciones más usuales suelen atender a los siguientes criterios de clasificación:• Según el tipo de instalación– Horizontal, según el número de tubos puede ser
- Simple- Doble- Etc.
– Vertical, según el tipo de tubería instalada- Simple U- Doble U- Coaxial
– “Slinky”
- En zanja horizontal- En zanja vertical
• Según la trayectoria del fluido–Serie–Paralelo
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Las separaciones en los intercambiadores verticales serán de 6 metros en sondas y profundidadesentre 50 y 150m.
En el caso de sondas horizontales las separaciones van desde 30 cm a 80 cm. En el caso de tuberíadoble horizontal la separación mínima debe ser de 30 cm. En cualquier caso las profundidades de losintercambiadores horizontales oscilan entre los 1,2 a los 1,5 m.
En nuestro caso hemos optado por una separación de 80 cm y una profundidad de 1,5m
La expresión para calcular Rs es:
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La función integral exponencial la podemos desarrollar así:
Donde ϒ es la constante de Euler = 0,5772
El tiempo de funcionamiento de la bomba de calor es un factor que debemos aproximar. Nopodemos considerar un funcionamiento de 24 horas al día durante todo el invierno ya que no es real.Una vez alcanza la temperatura en la vivienda, el sistema realizará arranques y paradas. Se estimaque para una vivienda unifamiliar el tiempo de utilización de la bomba de calor es de 1800 horas alaño. Para otras instalaciones como residencias, hoteles etc. Se considera un uso de 2400 horas.
Luego t=1800 x 3600 =6480000 s
La disposición será:
Donde B=0.8m, D=3m y L=3.1048 cm
Para el cálculo de Rs hemos utilizado una hoja de cálculo con el desarrollo.
Hay que aplicar la fórmula para calcular la Rs a todas las distancias calculadas en el punto anterior(importante: también se calcula Rs de cada tubo real por separado. Esto significa que hay que hacerun cálculo de Rs con la distancia correspondiente al radio exterior de la tubería). Sumar el valor Rs delos tubos del intercambiador enterrado y restar el valor Rs de los tubos imágenes.
El valor Rs del intercambiador geotérmico será el resultado del valor obtenido en el apartado 2dividido por el número total de los tubos (sin contar los tubos imagen).
Los cálculos a realizar serán:TUBO r(m) RSde 1 a 1 0,01de 1 a 2 0,8de 1 a 1' 3de 1 a 2' 3,1048
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de 2 a 2 0,01de 2 a 1 0,8de 2 a 2' 3de 2 a 1' 3,1048
Vemos a continuación el cálculo de Rs en el caso del “tubo de 1 a 1”Cálculo de la Resistencia Térmica del suelo
r 0,01 n n! n*n! (-1)^n cte euler X -0,5772
α 0,000000185 0 1 0 -1 x 2,08542E-05 2,08542E-05
t 6480000 1 1 1 1 ln(x)= 10,77795579
2 2 4 -1 x^2/2*2! -1,0872E-10
λ 1 3 6 18 1 x^3/3*3! 5,03857E-16
4 24 96 -1 x^4 -1,9702E-21
5 120 600 1 6,57378E-27
6 720 4320 -1 -1,904E-32
func integral exponencial Ei(-x)= 10,20077664
RS 0,811752013
Cambiando el valor de r en cada caso, obtenemos:TUBO r(m) RSde 1 a 1 0,01 0,81175201de 1 a 2 0,8 0,12460597de 1 a 1' 3 0,00446821de 1 a 2' 3,1048 0,00359308de 2 a 2 0,01 0,81175201de 2 a 1 0,8 0,12460597de 2 a 2' 3 0,00446821de 2 a 1' 3,1048 0,00359308
El resultado final de Rs será en mK/w:RS entre tubos reales Rs entre tubos reales e imaginarios
0,811752013 0,0044682070,124605972 0,0035930750,811752013 0,0044682070,124605972 0,003593075
Σ 1,87271597 0,016122564
nº tubos 2
Rs 0,928296703
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3.10 CÁLCULO DEL FACTOR DE UTILIZACIÓN DE LA BOMBA DE CALOR
El factor de utilización representa la fracción de tiempo que está en marcha la bomba de calor y, portanto, el tiempo de funcionamiento estacional de la instalación.Es un factor muy importante en el diseño de sistemas geotérmicos, ya que determina la cantidad decalor que el sistema va a intercambiar con el suelo a lo largo del año, es decir, el calor que se va aextraer del subsuelo durante el modo calefacción y el que se va a inyectar al subsuelo durante el modorefrigeración.Una manera simple de calcular la carga térmica es asumir que es una función lineal de la temperaturadel aire exterior. De este modo, sólo se necesita conocer la carga calorífica o frigorífica para dos valoresde temperatura exterior. Además, si se asume, por ejemplo, que el edificio sólo demandará calor paracondiciones inferiores a 16 °C exteriores o que demandará frío a temperaturas superiores a los 21 °Cexteriores, se puede definir perfectamente esta relación lineal tomando como segundo punto el valorde cargas de diseño (condiciones más desfavorables en calefacción o refrigeración).Para determinar el Factor de Utilización tendremos que de determinar la Fracción de Marcha adistintas horas. La Fracción de Marcha es cociente entre potencia de la bomba de calor y la cargatérmica a una hora determinada y por lo tanto a una temperatura determinada.También es necesario conocer los rangos de temperaturas por hora, lo que se conoce como bin hours.El bin hour expresa durante cuantas horas a lo largo de un mes, hay una temperatura determinada.Estos datos los podemos obtener de la AEMET.
En las siguientes tablas vemos las BIN HOURS en Madridejos y el cálculo del factor de utilización:
BIN HOURS EN MADRIDEJOS
rango bin hours
-5,4 0
-4,4 2
-3,4 3
-2,4 9
-1,4 22
-0,4 40
0,6 62
1,6 65
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27
2,6 70
3,6 80
4,6 89
5,6 82
6,6 70
7,6 55
8,6 44
9,6 21
10,6 18
11,6 6
12,6 4
13,6 2
14,6 0
El factor de utilización le vemos calculado en la siguiente tablarango
temperaturas bin hours carga térmica(w)
Potencia bombade calor (w)
FRACCIÓN DEMARCHA HORAS MARCHA
-5,4 0 6017,14561 9300 0,647004904 0-4,4 2 5856,891257 9300 0,629773253 1,259546507-3,4 3 5696,636904 9300 0,612541603 1,837624808-2,4 9 5536,38255 9300 0,595309952 5,357789565-1,4 22 5376,128197 9300 0,578078301 12,71772262-0,4 40 5215,873844 9300 0,56084665 22,4338660,6 62 5055,619491 9300 0,543614999 33,704129941,6 65 4895,365138 9300 0,526383348 34,214917632,6 70 4735,110785 9300 0,509151697 35,64061881
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28
3,6 80 4574,856432 9300 0,491920046 39,353603714,6 89 4414,602079 9300 0,474688396 42,24726725,6 82 4254,347726 9300 0,457456745 37,511453066,6 70 4094,093372 9300 0,440225094 30,815756577,6 55 3933,839019 9300 0,422993443 23,264639368,6 44 3773,584666 9300 0,405761792 17,853518859,6 21 3613,330313 9300 0,388530141 8,159132965
10,6 18 3453,07596 9300 0,37129849 6,68337282611,6 6 3292,821607 9300 0,354066839 2,12440103712,6 4 3132,567254 9300 0,336835189 1,34734075413,6 2 2972,312901 9300 0,319603538 0,63920707514,6 0 2812,058547 9300 0,302371887 0
TOTAL HORASMES 744
TOTAL HORASFUNCIONAMIENTO 357,1659093
FACTORUTILIZACIÓN 0,480061706
3.10 CÁLCULO LONGITUD DEL TUBO DEL INTERCAMBIADOR.
La longitud del intercambiador la obtenemos con la siguiente expresión.
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Q calef 9300COP cal 4,7Rp 0,05Rs 0,9282967fcalef 0,48006171TL-TMIN 17,43
LCAL 208,18791
Por lo que nos hace falta una longitud de tubería de 208,18
9999
3. 11 CALCULO BOMBA CIRCULACIÓN
La mayoría de las bombas de calor incorporan la bomba de circulación, tanto del circuito decaptación cómo del circuito de calefacción.El esquema de montaje recomendado por el fabricante es el siguiente:
3. 11 CALCULO BOMBA CIRCULACIÓN
El sistema de climatización consiste en ventiloconvectores (FAN COIL) situados en cada estancia.Estos ventiloconvectores reciben el flujo de agua caliente y fría e incorporan un electroventiladorpara la extracción del calor.
Además se incorpora un termostato en cada habitación, que regulará la temperatura de la habitacióny que también se conectará al termostato de la unidad del FAN COIL que detectará si el agua está a lasuficiente temperatura.
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