Comunicación presentada al II Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Elisabet Palomo, Consultora de proyectos, Industrias REHAU
- Joan Cubedo, Ingeniero Product Manager, Industrias REHAU
Resumen
Descripción de un caso práctico de un edificio de oficinas en Tarragona, con integración de diferentes sistemas de geotermia por agua y aire combinado con un sistema de forjado radiante para calefacción y refrescamiento.
Introducción
A continuación presentamos el caso práctico de un edificio sostenible en Tarragona.
Los arquitectos Coque Claret y Daniel Calatayud propusieron hacer un edificio sostenible para la empresa Swartz-Hautmont dedicada a construcciones metálicas.
La eficiencia energética comienza en la propia piel del edificio con unos materiales aislantes a base de fibra de carbono que recubren todo el edificio.
Para el sistema de producción de energía se pensó en un doble sistema de geotermia que combinara un conjunto de sondas de geotermia que van a un colector de distribución y de aquí a una Bomba de calor geotérmica situada en el cuarto de instalaciones. La bomba de calor se encarga de calentar los forjados radiantes en invierno y de refrescarlos en verano. Por otro lado se diseñó un sistema de geotermia por aire llamada intercambiador aire-tierra Awadukt thermo para tratar el aire de renovación del hall del edificio consiguiendo de esta forma un atemperamiento del aire durante todo el año del volumen de renovación más elevado del edificio.
Sistema geotérmico por agua (con el sistema de distribución por superficie radiante).
Principio de funcionamiento de la geotermia
Cuanto más profundo sea el sistema mejor rendimiento obtendremos del sistema de captación dado que la temperatura del terreno es más estable independientemente de la época del año en que nos encontremos.
Funcionamiento de una Bomba de calor en modo calor.
Esquema de funcionamiento de una bomba de calor en modo frío.
Existen diferentes soluciones para captar energía del terreno por medio de geotermia por agua, en este caso en concreto para este edificio de oficinas los arquitectos eligieron el sistema de sondas verticales.
Ejemplo de dimensionado de una instalación de geotermia (cuántos pozos son necesarios):
Material elegido para las sondas de geotermia.
Sonda PE-Xa sin soldadura.
Durabilidad de la sonda en función de la temperatura del fluido de trabajo.
Para este proyecto se optó por sondas de material Polietileno reticulado por peróxido sin soldadura en la punta, al ser un material de alta durabilidad a fisuras asegurando de esta forma una larga vida útil al pozo de geotermia.
El dimensionado de los pozos y por tanto de la longitud de las sondas se hizo una vez conocida la demanda energética del edificio y el tipo de terreno.
Sistema geotérmico por aire: Intercambiador aire-tierra Awadukt thermo
Para el tratamiento del aire de renovación de la zona del Hall de las oficinas (de gran volumen) se pensó en un intercambiador aire-tierra Awadukt thermo antimicrobiano.
Comparada con la ventilación convencional controlada puede aportar un ahorro energético con mejores condiciones de aire y menor contaminación acústica.
Características del sistema Awadukt thermo:
- Capa interna antimicrobiana: Suministro de aire fresco higiénico y libre de patógenos
- Elevada conductividad térmica gracias al PP optimizado: Mejor transferencia térmica entre el subsuelo y el aire aspirado
- Elevada resistencia y rigidez longitudinal gracias al PP: Protección contra las agresiones externos y nula acumulación de los condensados.
- Sistema impermeable al radón: No puede penetrar radón al sistema
- Variado programa de fitings: Configuración personalizada
Con arreglo a la instrucción VDI 6022 Hoja 1 el aire transportado es considerado un nutriente.
La formulación antimicrobiana del polímero, exclusiva y patentada, con la que está fabricado Awadukt Thermo previene la propagación de los agentes patógenos sobre la cara interna de los tubos. El efecto antimicrobiano se debe a la integración de partículas de plata en el material.
Monitorización real del sistema
Para este proyecto se realizaron varias monitorizaciones en distintas épocas del año consiguiendo unos resultados muy buenos con saltos térmicos de hasta 14ºC en el mes de mayo que no es necesariamente la época del año más calurosa.
En España, por ejemplo en clima continental se pueden alcanzar saltos térmicos de 17-18ºC en verano y de 12ºC en invierno lo cual se traduce en una energía gratuita kWh/a pudiendo servir en verano como sistema de refrescamiento pasivo.
En invierno unido a un ventilador con recuperador de calor conseguimos una alta eficiencia energética y permite reducir el tamaño de los equipos de tratamiento de aire.
Ejemplo de dimensionado de un intercambiador aire-tierra Awadukt thermo:
Elegiremos una u otra configuración (sistema parrilla o sistema anillo en función del aire a renovar).
A partir de 350m3/h necesitaremos un sistema de parrilla.
Por ejemplo si tenemos que hacer un proyecto con una demanda de ventilación de 7.500m3/h necesitaremos una parrilla de 7500 /750= 10 salidas.
Es decir, las tuberías serán DN 350 y necesitaremos un campo de 10 m de ancho (la separación entre tuberías es de 1m) con una longitud de entre 50 y 60 m (a la velocidad de paso del aire en estos sistemas ,entre 1 y 3 m/s es la longitud óptima de las mismas).
El espacio ocupado será de 50*10=500m2 de superficie.
Dicha superficie ocupada por el intercambiador aire-tierra puede ir en parcela anexa al edificio o bien bajo el mismo (con la premisa de que en este caso la técnica constructiva debe ser por medio de losa de cimentación para que se tenga un reparto homogéneo de cargas en todas las tuberías).
Sistema de distribución de energía para calefacción y refrescamiento
El sistema de distribución de energía consistió en un sistema de ”forjado radiante” que permite trabajar a unas temperaturas del fluido caloportador incluso más moderadas que en un suelo radiante, mejorando así el COP de la Bomba de calor geotérmica. En refrescamiento la temperatura del fluido caloportador oscilará aproximadamente entre 17ºC y 19ºC y en calefacción entre 28ºC y 26ºC.
Las potencias específicas en un sistema de forjado radiante estándar serían las siguientes:
Debido a que en el caso que nos ocupa la carga sensible en verano a disipar es cuantitativamente más elevada que la carga de calefacción, se optó por un forjado colaborante situando los tubos más cercanos al techo. De esta manera se incrementa la superficie de techo y se aumenta la potencia específica de disipación en refrescamiento.
Las temperaturas superficiales obtenidas en el forjado radiante en modo refrescamiento siempre se mantienen por encima del punto de rocío en condiciones estándar de confort de 24ºC o 25ºC y 55% HR. El sistema de control dispone de sondas de humedad y temperatura por zonas para determinar el punto de rocío más desfavorable y gestionar la temperatura de impulsión adecuada en el forjado y el control de la humedad relativa interior.
Conclusiones
La influencia del sistema radiante en cuanto a eficiencia energética no solo queda patente en la mejora del COP de la bomba de calor. La temperatura del aire será más alta en verano y más baja en invierno, reduciendo el aporte energético en el tratamiento del aire de renovación. Las temperaturas medias radiantes más altas en invierno y más bajas en verano darán como resultado una temperatura operativa o de confort según RITE, con temperaturas de aire más moderadas.
Ejemplo de cálculo de la temperatura operativa con sistemas radiantes
TEMP.OP = (TEMP. MEDIA RAD. + TEMP. AIRE) / 2.
Ejemplo invierno: Temp. Op = 22ºC.
Caso 1 (Sistema Radiante) Temp. Media Rad.= 24ºC y Temp. Aire = 20ºC.
Caso 2 (Sistema por aire) Temp. Media Rad.= 20ºC y Temp. Aire = 24ºC.
Ejemplo verano: Temp. Op = 24ºC.
Caso 1 (Sistema Radiante) Temp. Media Rad.= 22ºC y Temp. Aire = 25ºC.
Caso 2 (Sistema Por aire) Temp. Media Rad.= 25ºC y Temp. Aire = 22ºC.