Servicio de Ingeniería de Instalaciones, Control y TelecomunicacionesÁrea de Ingeniería

Próximos proyectos de aprovechamiento de la energía del subsuelo en Metro de Madrid

José Manuel Cubillo Redondo

25-10-2018

ÍN

DI

CE

1. Instalación geotérmica de la estación de Pacífico: la primera instalación geotérmica de Metro de Madrid

2. Instalaciones geotérmicas en edificios singulares de Metro de Madrid

3. Refrigeración de estaciones mediante el aprovechamiento de la energía del subsuelo

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En febrero de 2010 Metro de Madrid pone enservicio su primera instalación geotérmica en laestación de Pacífico .

La instalación geotérmica se desarrolla en elsubsuelo de una subestación eléctrica detracción con una superficie ocupada de unos1.000 m2, en el que se practican 32 sondeos deuna profundidad media de 145 m.

La producción del fluido caloportador queutilizarán los locales climatizados, provendrá debombas de calor. Dichas máquinas utilizarán elintercambiador terrestre para la condensaciónde las mismas.

La instalación atiende a las dependencias de laestación, Puesto de Seguridad (TICS), localescomerciales y andenes de Línea 1.

Instalación geotérmica de la estación de Pacífico: la primera instalación geotérmica de Metro de Madrid1

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Sección esquemática de la instalación geotérmica de la estación de Pacífico

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Planta de sondeos geotérmicos

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32 sondeos de una profundidad media

de 145 metros

Datos técnicos del Proyecto

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Intercambiador de calor terrestre

Numero de sondeos 32 x 145 m (aprox.)

Longitud total 4.686 m

Diámetro de las perforaciones 119 mm

Instalación en la perforación 1 sonda de bucle sencillo

Sonda en perforación PEAD SDR 11, diámetro exterior 40 mm

Conexiones horizontales

Tubos horizontales PEAD SDR 11, diámetro ext. 40 mm

Conexiones electrosoldadas

Esquema de conexión 8 grupos de 4 sondeos

según el sistema Tichelmann

Profundidad

[m]

Tipo de suelo y mezclas Color

0 – 67 Marga (peñuela) gris

67 – 93 Marga (peñuela), fg, mg gris

93 - 106 Marga (peñuela) castaño claro

106 – 119 Marga (peñuela), fg, ms castaño claro

119 – 145 Marga (peñuela) gris

Abreviaciones: fg = gravas finas / mg = gravas medias / ms = arenas medias

Resultados Ensayo de Respuesta Térmica

Conductividad térmica (λ) 1,49 W/m.K

Temperatura media del sondeo 21 ºC

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INTERCAMBIADOR DE CALOR TERRESTRE (ICT)- Sondeos geotérmicos -

PRODUCCIÓN- Bombas de calor -

UTILIZACIÓN- Ventiloconvectores (“fan-coils”) -

Sala

exposiciones

Andenes

(línea 1)

Oficinas y

Puesto TICS

Locales

comerciales

ESPACIOS ACONDICIONADOS

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Equipamiento:

• 1 Ud. Bomba de Calor Geotérmica

reversible de 40 kW.

• 2 Ud. Bomba de Calor Geotérmica no

reversible de 40 kW.

• 1 Ud. Bomba de Calor Convencional no

reversible de 40 kW (*).

• 6 Ud. Bombas de circulación de 6 m³/h.

• Depósitos de expansión, colectores,

válvulas, etc.

(*) Prevista como apoyo al subsistema geotérmico en

momentos punta o en caso de avería.

Croquis del concepto energético

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Fan-coil en andenes L-1 Locales comerciales Puesto TICS

Bombas de calorColector del campo de

sondeos

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La Instalación Geotérmica de Pacífico ha sido referenciada por la Comunidad de

Madrid como uno de los Proyectos Emblemáticos en el ámbito de la Energía

Geotérmica (año 2010). Asimismo fue galardonada por dicha Comunidad con el Primer

Premio a la mejor instalación Geotérmica en el Sector Industrial y de Servicios de la

Comunidad de Madrid en el año 2009.

Metro EM (Espacio Museo)

CM CCTM (Centro Coord. Transportes Madrid (CRTM)

Metro CTA (Centro Técnico-Administrativo) - Nueva Sede

Metro CTO (Centro Tecnológico Operativo) – Puesto de Mando + COMMIT

En la actualidad se han especificado instalaciones térmicasde confort basadas en geotermia en dos edificios singularesde Metro de Madrid. Estos edificios son:

• Nuevo Edificio Social de Plaza de Castilla. Los edificiosCTA y CCTM con una superficie de 3.834 m² (Alcance1) se encuentran en fase de licitación.

• Nueva Cochera de Cuatro Caminos. Esta cochera seencuentra en fase de ejecución del proyectoconstructivo. El recinto albergará las instalaciones decocheras presenta forma rectangular que se adapta allímite edificatorio bajo rasante, con unas dimensionesinteriores de 265 metros de largo por 50,4 metros deancho (13.356 m²).

Instalaciones geotérmicas en edificios singulares de Metro de Madrid2

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Parcela de 17.637 m²

Nueva Cochera de Metro de Madrid en Cuatro Caminos

2.1) Nueva Sede Social de Metro de Madrid en Plaza de Castilla

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Planta de sondeos geotérmicos

Resumen de superficies:- Sobre rasante: 19.812 m² (edificable: 17.887 m²)- Bajo rasante: 4.146 m² (edificable: 603 m²)- TOTAL: 23.958 m² (edificable: 18.490 m²)

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Equipamiento de producción térmica en Nueva Sede de Metro de Madrid y Edificio CCTM:

EDIFICIO CTA (Nueva Sede Social de Metro de Madrid):- 2 enfriadoras condensadas por aire de 637 kW (cada una).- 2 bombas de calor geotérmicas de 272 kW (cada una).- 2 calderas de condensación de 280 kW (cada una).- 56 pozos geotermia 150 m de profundidad (sonda bucle sencillo).

EDIFICIO CCTM (Centro Coordinación de Transportes de Madrid):- 2 enfriadoras condensadas por aire de 162 kW (cada una).- 2 bombas de calor geotérmicas de 115 kW (cada una).- 2 calderas de condensación de 115 kW (cada una).- 15 pozos geotermia 150 m de profundidad (sonda bucle sencillo).

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2.2) Nueva Cochera de Metro de Madrid en Cuatro Caminos

La altura libre recinto en la zona de vías

es de 6,5 metros en zona de máxima

altura, donde se ubicarán los equipos

automáticos para el lavado de trenes,

reduciéndose de manera gradual hasta

el nivel de la calle.

La planta baja se encuentra al mismo

nivel que la zona de vías; en esta

planta y en el primer sótano es donde

se desarrollan todos los usos

relacionados directamente con los

procesos de las cocheras: talleres,

almacenes, etc.

En la planta primera se proyectan salas que dan servicio al personal como

vestuarios y comedor.

En la planta sótano 1 además de talleres y almacenes también se incluye un

espacio para vestuarios. En la esquina noroeste de la cochera se dispone la

subestación eléctrica de tracción.

En planta sótano 2 se disponen usos de instalaciones convencionales de la

edificación, así como aparcamientos para vehículos ligeros.

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- Equipamiento de producción térmica en Nueva Cochera de Metro de Madrid en Cuatro Caminos

- 40 sondeos de 2x150 m (sonda bucle sencillo).- 3 Bombas de calor agua-agua de 200 kW (cada una).

Localización de sondeos en sótano 2

Metro de Madrid dispone en sus túneles y estaciones deequipos de ventilación. Desde el punto de vista térmico lainstalación de ventilación permite la renovación del aire,introduciendo aire desde el exterior permitiendo controlarel salto térmico (interior – exterior).

La idea es aprovechar la infraestructura de ventilación paraaminorar la temperatura del aire en la estación, haciendopasar previamente este aire por baterías intercambiadoras.

Por otra parte los sistemas a utilizar han de ser muyeficientes desde el punto de vista energético, dado que lossistemas a acondicionar son abiertos.

Refrigeración de estaciones mediante el aprovechamiento de la energía del subsuelo3

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3.1) Refrigeración de estaciones mediante el aprovechamiento del agua de escorrentía

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Esquema conceptual de un sistema de refrigeración de estaciones mediante el aprovechamiento del agua de escorrentía

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• En la estación de Avda. de América, línea 9 (andén 2) se va a implantar un sistema de refrigeración, aprovechando el gran caudal de agua de escorrentía que se recoge en el pozo de bombeo existente (20.000 l/h).

• Para ello se ha de crear una nueva sala de ventilación que ha de interceptar la chimenea del pozo de bombeo existente. En esta sala se ubicará un ventilador de 20.000 m³/h, un intercambiador de calor, filtro y silenciador disipativo.

Pozo de Ventilación/Bombeo

Nueva galería de ventilación

Conexión con andén 2 de L-9

Instalación proyectada en la estación de Avda. de América

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Caudal aire Qw PC agua

kW kcal/h (m³/h) BSe(ºC) HRe(%) BSs(ºC) HRs(%) (kg/h) T (ºC) Tipo (kPa)

Batería de Frío -93,0 -80.020 40.000 35,0 30,0 27,7 45,0 20.000 18/22 Agua 27,1

Potencia Aire entrada Aire salida Datos de cálculo

Agente térmico

Sección esquemática de la solución adoptada

3.2) Refrigeración de estaciones mediante el aprovechamiento geotérmico

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El subsuelo, debido a su gran masa, mantiene una gran estabilidad térmica, lo cual permite independizarse de la temperatura exteriorque la atmósfera a lo largo del año, lo que evita los picos de frío y de calor. Esta característica puede resultar muy ventajosa, para realizarel atemperamiento del aire, tanto en verano como en invierno, si bien para Metro de Madrid es especialmente ventajoso su utilizacióndurante la temporada estival, ya que se demanda principalmente frío, para poder refrigerar las estaciones, al objeto de poder combatireficazmente la carga térmica, principalmente producida por los trenes. En general hasta los 15 metros de profundidad no tiende aestabilizarse térmicamente el terreno, si bien Madrid, debido al efecto isla de calor, en muchos lugares se podría superar esta cifra.

Actualmente los pozos de ventilación, de manera natural, hacen de intercambiadores de calor mediante las paredes (“efecto pozoProvenzal/Canadiense”), aprovechando también el efecto de enfriamiento adiabático, ya que habitualmente estos pozos suelen tener undeterminado grado de humedad debido a filtraciones.

Se contemplan tres soluciones:

a) Sistema pasivo: Se basa en crear un intercambiador de calor a través de un haz de conductos en contacto con el terreno, en el que lamasa de aire se fuerce a circular por dicho haz. Se deberá determinar la superficie de contacto del intercambiador con el terreno parauna adecuada transferencia, sin que queda saturado.

b) Sistema activo: Se trata de utilizar un intercambiador de calor aire agua a través de una batería convencional de tubos/aletas. Elsuministro de agua fría para alimentar a este intercambiador se realizará a través de la circulación forzada de agua, mediante bombas,por sondeos geotérmicos (por ejemplo, sondeos de 150 m de profundidad con colectores “U” de Ø 32 mm).

c) Sistema mixto: Se trata de utilizar el sistema descrito en el apartado anterior (b) y sustituyendo el intercambiador convencional detubos/aletas por uno similar al descrito en la solución (a), si bien conteniendo tubos embebidos en la masa del terreno para aumentarel intercambio térmico con el terreno.

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Esquema conceptual de un sistema de refrigeraciónde estaciones por aprovechamiento geotérmico

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