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Convención Comercial El calor es nuestro

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• Bombas de calor Geotérmicas.

• Introducción

• Ventajas fundamentales

• Selección de la bomba de calor Geotérmica. Dimensionado

• Instalación y Mantenimiento

• Análisis de costes y ahorros de una instalación geotérmica

• Esquemas de integración Geotermia / Condensación / Solar

Indice



Sistemas geotérmicos.

Introducción

Un sistema geotérmico esta integrado, generalmente, por tres subsistemas principales:

• Un intercambiador de calor subterráneo, extrae el calor del subsuelo o evacua el calor de un edificio.

• Una bomba de calor, que transfiere el calor entre el intercambiador de calor y el sistema de distribución del edificio.

• Un sistema de distribución que encauza el calor o el frío a las diferentes estancias de un edificio.

• Sondeo a 72 paises: capacidad 28.868 MWt; utilización 75.943 GWh



Introducción

Áreas con potencial geotérmico en España.




• Introducción






Indice



Ventajas fundamentales

Eficiencia de la Bomba de Calor Geotérmica.

• Las bombas de calor geotérmicas son más eficientes que las de aire, debido a la estabilidad de la Tª del terreno frente a las fluctuaciones de la Tª amb (diaria y estacional)

• El agua tiene más capacidad de transporte del calor que el aire, mejores propiedades de transferencia de calor y se mueve muy eficientemente con pequeñas bombas de circulación.

• No necesitan unidad exterior.

Frente a calderas• No presentan emisiones de gases por combustión in situ, ni necesitan chimenea ni almacenamiento de combustible.

• Pueden producir frío, calor y acs.

Frente a bombas aire-agua




21

1

21

1

21

11

TTT

sTsTsT

QQQ

WQCOPideal −

=Δ−Δ

Δ×=

−==

12

2

12

2

12

22

TTT

sTsTsT

QQQ

WQEERideal −

=Δ−Δ

Δ×=

−==

El rendimiento de un equipo reversible es:

Frío:

Calor:

Q1, T1

Q2, T2

Líquido

Refrigerante a baja presión y baja temperatura

Fluido que se enfríaAgua: 12ºCAire: 27ºC

QeTs

Gas

Qe = Ke Se Ate

Qe = Potencia del evaporador (kcal/h)Ke = Coeficiente de transmisión (kcal/h m2 ºC)Se= Superficie de intercambio (m2)Ate = Diferencia de temperatura refrigerante-fluido.





No sólo los rendimientos instantáneos , son superiores en las bombas geotérmicas, también los rendimientos estacionales lo son (Condiciones estables de funcionamiento y no función desescarche).

En general, se considera que los rendimientos estacionales de las bombas de calor geotérmicas, son entre un 60%-75% superiores a los rendimientos estacionales de bombas aire-agua.

Tª ambiente/ Agua de Condensación Tª de evaporación Tª agua interior Tª Condensación COP

Equipo Aire-Agua 0ºC -9ºC 40/45ºC 50ºC 2.5

Equipo Agua-Agua 5ºC/0ºC -5ºC 40/45ºC 50ºC 3.9

Ciclo de Calor

Tª ambiente/ Agua de Condensación Tª de evaporación Tª agua interior Tª Condensación COP

Equipo Aire-Agua 40ºC 58ºC 7/12ºC 2ºC 2,1

Equipo Agua-Agua 25/35ºC 35ºC 7/12ºC 2ºC 5,12

Ciclo de Frío





• Introducción






Indice



Selección de la bomba de calor geotérmica

Selección de la Bomba de Calor. Dimensionado.Como recomendación general, intentar que las temperaturas de

trabajo de secundario sean lo más bajas posibles (en modo calefacción). Por principio a las bombas de calor se les aplica lo siguiente:

Consumo de acs, 80-100l/persona al día a 45ºC. Considerar una potencia de caldeo de 0,2kW por persona.

Una reducción de un grado de temperatura de ida, supone un ahorro de aprox. 2,5% en el consumo de energía.

Se recomienda:

_ En modo frío, cubrir el 100% de la demanda.

_ En modo calor, cubrir el 80% de la demanda pico, lo que reduce la potencia de la bomba 20%, y abarata costes.



Selección de la Bomba de Calor. Dimensionado.

La bomba a seleccionar depende tanto de la potencia necesaria en mi instalación, como de las Tª en el lado fuente y uso.

Ejemplo:

Vivienda a calefactar, en la que necesitamos 13,8 Kw para trabajar en un sistema a 35ºC.

Tª de la fuente de calor: 0ºC

Necesaria bomba de calor BC5, que dará una potencia de 14,5kW en esas condiciones

A mayor temperatura del lado fuente, mayor coste pero menor potencia de bomba necesaria.




Comparativa Bomba Aire/Agua – Tierra-Agua.Selección Bomba Agua-Agua. Modo calefacción.

En modo calefacción, a mayor Tª de entrada del lado fuente, mayor potencia de máquina




Comparativa Bomba Aire/Agua – Tierra-Agua.Rendimientos finales según temperaturas.


Instalación lado uso Funcionamiento Temperatura de entrada del lado fuernte

Temperatura de trabajo del lado de uso

Fan-coil / Radiadores 0ºC 50ºCSuelo Radiante 0ºC 35ºC

Fan-coil / Radiadores 10ºC 50ºC

Suelo Radiante 10ºC 35ºC

Fan-coil / Radiadores 30ºC 7ºC

Suelo Radiante 30ºC 18ºCRefrigeración

2,614,033,45

5,18

5,126,51

Eficiencia EnergéticaCOP en calefacción / EER

en refrigeración (media todos los tamaños)

Sonda Geotérmica (circuito cerrado) Calefacción

Agua de Capa (circuito abierto) Calefacción

Sonda geotérmica o agua de capa

Efectivamente se cumple que, cuanto menor sea la diferencia entre la temperatura del lado fuente y la temperatura de trabajo de mi instalación, mayor rendimiento de máquina.




• Introducción






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Instalación y Mantenimiento

Medidas para la instalación del lado fuente.

Filtros: El agua con impurezas disminuye la eficiencia del intercambio. Se deberá instalar en posición accesible para la limpieza.

Flujostato: Siempre, para garantizar que la unidad se detenga en caso de falta de circulación del agua.

Purgadores: En el punto más alto de la instalación y con separación de microburbujas.

Vaso de expansión y válvula de seguridad: Debido a las oscilaciones de temperatura en el lado fuente, variaciones de volumen deben ser compensadas.

Las temperaturas de trabajo del lado fuente pueden ser inferiores a 0ºC(Protección antihielo 5ºC por defecto). Llenar siempre el lado fuente con agua glicolada al menos al 25%

La pérdida de carga con esta mezcla, entre 1,5 y 1,7 veces superior agua pura. Capacidad volumétrica de bomba 10% inferior.




Medidas para la instalación del lado uso.Gestión de instalaciones mixtas por medio de valvula de mezcla circulador y sonda de impulsio Es posible ajustar la curva climática en función del equipo que trabaja. Tener en cuenta que los fan-coils trabajan en 7-12 y el suelo en 18-23




Medidas para la instalación del lado uso.




Mantenimiento Preventivo.Las operaciones de mantenimiento, ralentizan el deterioro y

mantienen la eficacia de los equipos.

Periodicidad:Semestral: Unidades Refrigeración / Calefacción.

Anual: Unidades Sólo Refrigeración.El servicio de mantenimiento consiste fundamentalmente en actividades de limpieza e inspecciones de funcionamiento.

Actividades de limpieza

Limpieza de Intercambiadores:

Es fundamental que las superficies internas estén siempre libres de suciedad e incrustaciones (filtros).

Si la diferencia entre Tª salida y Tªcondensación > 8-10ºC, LIMPIAR

Actividades de Revisión

Comprobación de las pérdidas del circuito frigorífico.

Comprobación de los dispositivos de protección (valvulas de seguridad, presostatos, termostatos,etc).

Control de los parámetros de trabajo circuito frigorífico.



Parte II. Nuevas tecnologías para instalaciones eficientes

Producción de ACS y mejoras adicionales.

Existen equipos que a la salida del compresor, incluyen un intercambiador adicional para recuperación de gases calientes y producción de acs.

Sistemas de refrigeración pasiva: En verano, Tª pozo inferior a la ambiente, fuente de frio para refirgeración pasiva. Compresor libre para ACS

En bombas de calor geotérmicas de tipo doméstico, la temperatura máxima de acs es de unos 50ºC. Si la máquina esta dando frío y se solicita acs, invierte ciclo, con un cierto retardo para evitar choque térmico.

Mejoras adicionales




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Análisis de costes y ahorros

Costes de instalación doméstica Geotermica.Costes de instalación campo de captación.



Vivienda Unifamiliar.

Demanda de calefacción : 27kW

Demanda de refrigeración : 25 kW

Situada en suelo normal de roca consolidada y sedimento saturado con agua ( ג < 3W/ m K) para 2400 h tenemos 50 W/ m

Consideramos 2400 h / año porque la bomba es para refrigeración + calefacción

Longitud necesaria : 405 m

Nº de pozos : 3 pozos de 135 m

Costes de instalación doméstica Geotermica.EJEMPLO DE INSTALACIÓN: Datos de partida.




Precio de la máquina + Instalación Logafix : 9.744 € ( P.V.P + IVA)

Total : 9.744 + 29.250 = 38.994 €Subvención : 30 % 27.295 €

Costes de instalación doméstica Geotermica.EJEMPLO DE INSTALACIÓN: Costes total y ahorro estimado




Costes y ahorro frente a instalaciones convencionales.Comparativa con bomba de calor aire-agua convencional.

Nota: Fan-coilsVerano: 7/12ºCInvierno: 45/40ºC

Características técnicas bomba agua-agua

Potencia Frigorífica (kW) 25,6Pot abs. Compresor (kW) 5,79EER 4,41ESEER 4,87Potencia Calorífica (kW) 29,5Pot abs. Compresor (kW) 7,05COP 4,18

Datos de los equipos suponiendo temperaturas del lado fuente de 35ºC en modo refrigeración y de 10ºC en modo calefacción:

Características técnicas bomba aire-agua

Potencia Frigorífica (kW) 30Pot abs. Compresor (kW) 13,8EER 2,2ESEER 2,6Potencia Calorífica (kW) 29,9Pot abs. Compresor (kW) 9,1COP 2,5

El coste de una bomba de calor convencional aire-agua reversible, puede ser de aprox. 7.400€ - 8.500€. Diferencia inicial de la inversión en la instalación que nos ocupa: 18.795€ (incluyendo la subvención de geotermia)




Costes y ahorro frente a instalaciones convencionales.Comparativa con bomba de calor aire-agua convencional.

En esta instalación, podemos conseguir ahorros de costes del 40,19% en calefacción y 46,61% en refrigeración instalando una bomba de calor geotérmica, frente a una aire-agua convencional.

Conseguimos ahorrar en el ejemplo 1.342 €/ año en calefacción + refrigeración

A tener en cuenta, coste inicial de la inversión y el periodo de amortización.

EN MODO CALEFACIÓNEN MODO REFRIGERACIÓN

Bomba agua-agua Bomba aire-agua

Potencia Calefacción demandada (kW) 27 27Coeficiente de simultaneidad vivendas 1 1Días de calefacción al año 180 180Horas de calefacción al día 10 10Demanda energetica total de la instalación (kWh/año) 48.600 48.600Consumo de energía eléctrica del compresor (kWh/año) 11.626,8 19.440Coste energético (€/kwh) 0,117759 0,117759Coste energético anual (€/año) 1.369 2.289,2

Bomba agua-agua Bomba aire-agua

Potencia Refrigeración demandada (kW) 25 25Coeficiente de simultaneidad vivendas 1 1Días de refrigeración al año 100 100Horas de refrigeración al día 8 8Demanda energetica total de la instalación (kWh/año) 20.000 20.000Consumo de energía eléctrica del compresor (kWh/año) 4.106,7 7.692,3Coste energético (€/kwh) 0,117759 0,117759Coste energético anual (€/año) 483,6 905,8




Costes y ahorro frente a instalaciones convencionales.Comparativa con caldera a gas natural de condensación.

Nota: Fan-coilsVerano: 7/12ºCInvierno: 45/40ºC

Costes de instalación de una caldera:

Costes de una instalación Caldera Gas Natural

Coste Caldera+ Regulación asociada 4.200 €Chimenea 300-350€Sala de máquinas convencional 3.000 €Instalación de gas (incluido equipos) 4.000 €TOTAL DE INSTALACIÓN 11.550 €

La diferencia de coste inicial con respecto a la instalación que nos ocupa: 15.784€(incluyendo la subvención)

Características técnicas bomba agua-agua

Potencia Calorífica (kW) 29,5Pot abs. Compresor (kW) 7,05COP 4,18

Características técnicas Cald. Condensación

Potencia Calorífica (kW) 29,9Rendimiento estacional 45/40 109%




Costes y ahorro frente a instalaciones convencionales.Comparativa con caldera a gas natural de condensación.

La instalación de una bomba de calor geotérmica sólo para calefacción, frente a una caldera de condensación, supone un ahorro del 31,6% (635 €/anuales en el ejemplo)

El mayor aprovechamiento, es el uso combinado de la bomba de calor geotérmica para calefacción, acs y refrigeración.

Bomba agua-agua Caldera

Potencia Calefacción demandada (kW) 27 27Coeficiente de simultaneidad vivendas 1 1Días de calefacción al año 180 180Horas de calefacción al día 10 10Demanda energetica total de la instalación (kWh/año) 48.600 48.600Consumo de energía eléctrica del compresor (kWh/año) 11.626,8Consumo de gas natural de la caldera cond (m3/año) 4.972Consumos comparativos en kWh/año (1m3=10,825kwh) 11.626,8 53.820Coste energético (€/kwh) 0,117759 0,03725163Coste energético anual (€/año) 1.369 2.004




Periodos de Amortización

N1-N010

(E9)

N1

1

3

4

KW

N1-B3(R3)2

N1-N05(M13)

13

N1-N03(M11)

TC

EV

N1-N06(M18)

T

N1-B2(R2)

TN1-B1(R1)

En general como ratio de inversión necesaria para cada tipo de tecnología, se da lo siguiente:

Amortización según uso y sin consideración de suvenciones:

Geotermia Bomba de calor Gas Gas-Solar GasoilInversión por kW instalado (€ / Kw)

Calefacción 300 300 400Refrigeración 600 600 600Agua Caliente (según nº de personas) 200Total €/kW 1.400 600 900 1100 1000





• Introducción






Indice



Geotermia + Apoyo caldera

Integración de diferentes tecnologías



Geotermia + Apoyo caldera + ACS




Geotermia + Apoyo caldera




Geotermia + Apoyo caldera + Solar




2 Bombas de Calor Geotérmicas




BuderusGRACIAS POR SU ATENCIÓN

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