Los gráficos de temperatura son fundamentales para un buen diseño de campos de sondeo. Estos gráficos le indican todo lo que necesita saber sobre su diseño, pero también tienen algunas limitaciones. En este artículo se explicará la interpretación de estos gráficos de temperatura (gráficos de interpretación) y también se discuten algunos de los efectos que no se incluyen (no incluido).
Interpretación de los gráficos de temperatura
En GHEtool Cloud, puede tener dos tipos de resolución de perfiles de temperatura: perfiles mensuales y perfiles horarios.
Atención
En este artículo se utiliza la terminología de ‘carga del edificio’, es decir, ‘calefacción’ y ‘refrigeración’. Si se trabaja con una carga geotérmica directamente en la pestaña Demanda térmica, la terminología pasa a ser ‘extracción’ e ‘inyección’.
Perfil mensual de temperatura
En esta sección, analizaremos algunas de las conclusiones que pueden extraerse de la observación y el estudio de un perfil de temperatura mensual.
Al observar la figura anterior, se puede ver que tenemos 3 líneas diferentes en el gráfico de temperatura. Las dos líneas punteadas son respectivamente la temperatura media máxima y mínima permitida del fluido en el sistema geotérmico. Este parámetro se puede ajustar en la pestaña ‘Tierra’. Las otras curvas son:
- Temperatura de la pared de la perforación Se trata de la temperatura de la pared de la perforación, es decir, del suelo próximo a la perforación. Tenga en cuenta que esta línea suele ser invisible, ya que se encuentra debajo de las demás líneas del gráfico.
A continuación, hay dos temperaturas relacionadas con los picos de carga: es decir, la cantidad máxima de potencia tanto en calefacción como en refrigeración. Estos picos elevados dan lugar a las temperaturas de fluido más extremas y son, por tanto, las más cruciales en el diseño de los campos de perforación.
- Temperatura del fluido enfriamiento máximo Es la temperatura media del fluido entre la entrada y la salida que se obtiene durante el pico de refrigeración.
- Pico de calentamiento de la temperatura del fluido Es la temperatura media del fluido entre la entrada y la salida que se obtiene durante el pico de calefacción.
Perfil horario de temperatura
Cuando se tiene un perfil de temperatura por horas, se ven menos líneas en el gráfico de temperatura. Mientras que el perfil mensual debe tener en cuenta que cada mes tiene potencialmente tanto calefacción como refrigeración, un perfil horario sólo tiene una de las dos. Por lo tanto, un perfil horario sólo muestra una línea para la temperatura del fluido.
¡! Nota
En sentido estricto, incluso sobre una base horaria, podría haber un cambio entre la inyección y la extracción de calor en el plazo de una hora. Sin embargo, esto requeriría simulaciones de temperatura con una resolución de carga inferior a la horaria, lo que resulta excesivo para un proceso de diseño geotérmico.
Las dos líneas de puntos son, respectivamente, la temperatura media máxima y mínima permitida del fluido en el sistema geotérmico. Este parámetro se puede ajustar en la pestaña ‘Tierra’. Las otras curvas son:
- Temperatura de la pared de la perforación Se trata de la temperatura de la pared de la perforación, es decir, del suelo próximo a la perforación. Tenga en cuenta que esta línea suele ser invisible, ya que se encuentra debajo de las demás líneas del gráfico.
- Temperatura media del fluido Es la temperatura media del fluido entre la entrada y la salida para cada hora del periodo de simulación.
¿Qué efectos no se incluyen en los gráficos?
Aunque GHEtool Cloud exige numerosos parámetros en sus distintas pestañas para generar un resultado único, es esencial señalar que hay ciertos factores que no se tienen en cuenta y merecen una atención especial. El diseño de un sistema geotérmico, sobre todo en proyectos de gran envergadura, plantea un reto intrigante que requiere amplios conocimientos, complementados con valiosas herramientas como GHEtool Cloud.
Comportamiento dinámico
Todos los modelos de suelo de GHEtool son lo que se denomina ‘estáticos’ o ‘de estado estacionario’. Esto significa que no se tiene en cuenta la inercia térmica del fluido y la lechada de cemento de la perforación. Cada kilovatio (kW) de potencia que se obtiene fuera del campo de sondeo se extrae instantáneamente del suelo, lo que, por supuesto, no es lo que ocurre, ya que primero se enfría el fluido, después la lechada y, al cabo de cierto tiempo, el suelo. Esta suposición puede considerarse una característica de seguridad intrínseca a la hora de diseñar sistemas geotérmicos, ya que las temperaturas medias del fluido que se obtienen son muy probablemente mejores de lo que serán en realidad cuando exista inercia térmica.
¡! Nota
GHEtool está trabajando actualmente junto con la KU Leuven (The SySi Team) sobre cómo podemos modelizar eficazmente este comportamiento a corto plazo del campo de sondeo. Una vez que el modelo esté totalmente validado, lo implementaremos en GHEtool Cloud para usted. Puede encontrar algunos enlaces a la investigación más abajo en las referencias.
Variable SCOP/SEER
GHEtool Cloud funciona bajo el supuesto de que la carga geotérmica permanece constante todos los años. Esto implica también que el coeficiente de rendimiento estacional (SCOP) y el coeficiente de eficiencia energética estacional (SEER) son idénticos para el primer y el último año. Sin embargo, en el caso de un sistema con un desequilibrio importante, esta suposición es muy conservadora.
Por ejemplo, consideremos un escenario en el que existe un desequilibrio persistente que enfría progresivamente el suelo cada año. En la práctica, a medida que la temperatura del suelo disminuye, la SCOP también disminuirá, lo que se traducirá en una menor extracción de calor del suelo. Esto contrarresta el desequilibrio inicial, compensando sus efectos. Esto se muestra en la figura siguiente. Donde el SCOP disminuye a lo largo del periodo de simulación, pero lo hace de forma decreciente.
¡! Nota
GHEtool está trabajando actualmente con los fabricantes de bombas de calor para obtener una imagen más detallada de la eficiencia de las bombas de calor implementada en GHEtool Cloud. Esté atento a las novedades.
Conclusión
Este artículo le ha mostrado lo que puede hacer con los gráficos de temperatura de GHEtool Cloud, pero también lo que no puede hacer. El diseño geotérmico es una práctica compleja que requiere formación y experiencia. Sin embargo, gracias a nuestro desarrollo continuo y a la colaboración con socios de la investigación y la industria, queremos ofrecerle la mejor y más fiable herramienta para el diseño de sistemas geotérmicos.
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Referencias
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- Meertens, L. (2024). Reducing Capital Cost for Geothermal Heat Pump Systems Through Dynamic Borefield Sizing. Revista AIE HPT 42(2), https://doi.org/10.23697/9r3w-jm57.
- Meertens, L., Peere, W., Helsen, L. (2024). Influencia de los efectos dinámicos a corto plazo en el tamaño de los yacimientos geotérmicos. En Actas de la Asociación Internacional de Bombas de Calor Geotérmicas. Montreal (Canadá), 28-30 de mayo de 2024.