¿Cómo se compara un cálculo con Earth Energy Designer (EED) con un cálculo con GHEtool Cloud? Ambas herramientas tienen modelos diferentes y utilizan parámetros de importación ligeramente distintos. En este artículo, te mostraremos cómo convertir un proyecto EED a un proyecto en GHEtool Cloud y discutiremos las principales diferencias que puedes esperar entre las dos herramientas.
Importar un proyecto EED
Para introducir tu proyecto Earth Energy Designer (EED) en GHEtool Cloud, necesitas tener el archivo de exportación EED. Normalmente se trata de un archivo de texto que contiene todos los parámetros de entrada y algunos resultados de una simulación. En esta sección, repasaremos cada sección del archivo de exportación por orden y te mostraremos dónde introducir los datos en GHEtool.
Sugerencia
Si quieres seguirnos, puedes descargarte el archivo EED aquí.
Suelo
Tras ignorar los ‘Datos rápidos’ (ya que no son necesarios en GHEtool), llegamos a la sección de datos de diseño. Aquí encontramos la siguiente información:
- Conductividad térmica del suelo: 1,76 W/(m-K)
- Capacidad calorífica del suelo: 2,41 MJ/(m³-K)
Ambos valores pueden introducirse directamente en GHEtool Cloud, pero asegúrese de que la ‘Resolución de los datos del terreno’ está ajustada a ‘Homogénea’. Dado que el DEE no puede manejar datos del terreno estratificados, se supone que todos los datos del terreno en el archivo de exportación son homogéneos.
- Temperatura de la superficie del suelo: 9,5 °C
- Flujo de calor geotérmico: 0,08 W/m²
Estos valores pueden introducirse ajustando la ‘Fuente de los datos de temperatura del suelo’ a ‘Personalizada’ y seleccionando ‘Flujo’ para la variación de temperatura.
Nota
En la mayoría de los casos, la información de la exportación del DEE procede de una base de datos de selección, pero no se indica explícitamente qué punto de datos se ha utilizado. Si conoce la ubicación del proyecto, puede utilizar la base de datos para seleccionar su ubicación. Para garantizar una comparación precisa, le sugerimos que introduzca los valores tal y como se ha descrito anteriormente.
Perforación
La siguiente sección de la exportación del DEE se refiere a la perforación. Parte de la información se introduce en la pestaña ‘Borefield’ de GHEtool Cloud, mientras que otros datos se introducen en ‘Borehole resistance’.
- Configuración: 9 (“10 : 1 x 10 línea”)
Esta información puede introducirse en la pestaña ‘Borefield’. EED utiliza un conjunto limitado de campos de sondeo predefinidos, que exporta como ‘Configuración’. En este caso, establezca un campo de sondeo rectangular con 1 sondeo en la dirección longitudinal y 10 en la dirección transversal.
- Profundidad de perforación: 123 m
Esta es una diferencia clave entre EED y GHEtool. La EED no tiene en cuenta la profundidad enterrada, lo que significa que la profundidad y la longitud del sondeo son iguales. En GHEtool Cloud, la profundidad enterrada debe introducirse como parámetro adicional. (Encontrará más información en este artículo.)
Atención
Esta pequeña diferencia dará lugar a resultados ligeramente distintos. EED supone que la superficie del suelo está aislada, lo que significa que no hay transferencia de calor entre la temperatura circundante y el campo de sondeo. GHEtool utiliza un modelo científico más reciente en el que se tiene en cuenta este efecto. Por eso se requiere la profundidad enterrada. En este caso, utilizando una profundidad enterrada de 0,7 m y una profundidad de perforación de 123 m se obtiene una longitud de perforación de 122,3 m, ligeramente inferior al valor EED.
- Distancia entre perforaciones: 7 m
Dado que EED no permite espaciamientos diferentes en las direcciones de longitud y anchura, ambas deben ajustarse a 7 m en GHEtool (aunque para una configuración de línea, esto no importa).
Ahora, pasamos a la pestaña ‘Resistencia de perforación’ en GHEtool. Selecciona ‘Calculada’ en la sección ‘General’.
- Instalación de perforaciones: Doble U
En GHEtool se introduce un tubo en U doble seleccionando ‘Tubo en U’ como intercambiador de calor y ajustando ‘Número de tubos en U’ a 2.
- Diámetro de la perforación: 140 mm
- Diámetro del tubo en U: 32 mm
- Espesor del tubo en U: 3 mm
- Conductividad térmica del tubo en U: 0,42 W/(m-K)
Estos valores pueden introducirse directamente en GHEtool.
- Distancia entre vástagos de tubos en U80 mm
Para describir la posición de los tubos en el interior de la perforación, la DEE utiliza la distancia entre vástagos. La distancia entre mangos es la distancia perpendicular entre las dos patas de la tubería en "U". GHEtool utiliza la distancia entre la tubería y el centro de la perforación, que es la mitad de la distancia entre vástagos. Por lo tanto, introduzca 40 mm en GHEtool.
- Conductividad térmica del relleno: 1,5 W/(m-K)
Esto puede ajustarse en ‘Conductividad térmica de la lechada’.
- Resistencia de contacto tubo/relleno: 0 (m-K)/W
GHEtool no tiene en cuenta este parámetro.
Nota
GHEtool incluye un parámetro de ‘Rugosidad de la tubería’. EED asume que todas las tuberías son lisas, por lo que este valor suele ser muy pequeño.
Si introducimos toda esta información, obtendremos el siguiente resultado.
Resistencias térmicas
Esta sección contiene más información sobre los cálculos internos del DEE y no tiene importancia para nosotros.
Fluido caloportador
Para introducir los datos del fluido caloportador desde EED, permanezca en la pestaña ‘Resistencia de perforación’ y vaya a ‘Datos de fluido’. Seleccione ‘Personalizado’.
Atención
Los parámetros del fluido dependen de la temperatura. En EED, los parámetros de entrada están preestablecidos para temperaturas específicas. En GHEtool Cloud, las propiedades térmicas se calculan en función de la temperatura media mínima del fluido introducida por el usuario, que puede diferir de los valores de la DEE. Para garantizar una comparación justa, utilice ‘Personalizado’ en GHEtool. Para obtener un resultado más realista, ajuste manualmente la mezcla de agua y %.
- Conductividad térmica: 0,47 W/(m-K)
- Capacidad calorífica específica: 3930 J/(Kg-K)
- Densidad: 1029 Kg/m³
- Viscosidad: 0,0045 Kg/(m-s)
Estos parámetros pueden ajustarse directamente.
- Punto de congelación: -9 °C
Este parámetro no es necesario en GHEtool.
- Caudal por perforación: 0,43 l/s
También se puede configurar directamente en GHEtool.
Carga base y máxima
Para los últimos parámetros de entrada, vaya a la pestaña ‘Demanda térmica’ en GHEtool. Establezca ‘Tipo de carga’ en ‘Edificio’.
Carga de base
- Carga anual de ACS: 0 MWh
En este caso concreto, no hay demanda de agua caliente sanitaria, por lo que podemos poner ‘No’ en GHEtool en ‘¿Añadir agua caliente sanitaria?’.
- Carga anual de calefacción (sin ACS): 86,3 MWh
- Carga anual de refrigeración: 30 MWh
Estos valores no son necesarios si queremos comparar EED con GHEtool.
Nota
Si desea realizar una comparación rápida de los resultados, puede establecer el ‘Tipo de carga’ en ‘Relativa’ e introducir estos valores en la sección Carga mensual. Sin embargo, para que la comparación sea justa, debe ajustar la ‘Resolución de la carga térmica’ en ‘Mensual’ y el ‘Tipo de carga’ en ‘Absoluta’ para introducir las cargas máximas y las cargas mensuales por mes directamente en GHEtool Cloud.
- Factor de rendimiento estacional (ACS): 3
- Factor de rendimiento estacional (calefacción): 5
- Factor de rendimiento estacional (refrigeración): 1E5
Estos parámetros pueden ajustarse en la sección de datos de la bomba de calor del GHEtool.
Nota
A menudo, verá un factor de rendimiento estacional (refrigeración) de 1E5 en una exportación EED. Se trata de un supuesto tradicional en el que se considera que la refrigeración pasiva (o gratuita) tiene un consumo eléctrico nulo. Puede introducir este valor en GHEtool sin problemas, pero recomendamos utilizar un valor más realista de 20-25.
Carga máxima
En este caso ocurre lo mismo que con la carga base. Para que la comparación sea justa, debe introducir manualmente todos los valores pico de calefacción y refrigeración en la sección Carga mensual. Si desea realizar una comparación rápida, seleccione ‘Relativa’ como ‘Tipo de carga’, sólo tiene que introducir el valor de pico de carga más alto tanto para calefacción como para refrigeración, y se distribuirá entre todos los meses utilizando una distribución estándar. Por ejemplo, puede introducir 55 kW como pico de calefacción y 30 kW como pico de refrigeración.
Por último, la duración máxima en GHEtool sólo debe introducirse una vez. En la sección ‘General’, ajuste la duración máxima a 36 horas para calefacción y 8 horas para refrigeración.
Nota
Cuando se diseña un campo de sondeo, éste siempre está limitado por un caso concreto: el mes con la potencia máxima y la duración máxima más elevadas. Por tanto, basta con introducir el valor máximo para que el resultado sea fiable, ya que los demás meses tienen un impacto insignificante en el dimensionamiento final.
La entrada final debería tener este aspecto.
Los últimos valores que se encuentran en el archivo de exportación son el ‘Número de años de simulación’ y el ‘Primer mes de funcionamiento’. Ambos pueden ajustarse en la pestaña ‘General’ de GHEtool Cloud, en ‘Ajustes de simulación’.
Resultados
En esta sección, compararemos los resultados de un cálculo GHEtool Cloud con nuestro cálculo EED, destacando dos diferencias clave.
Resistencia térmica efectiva de la perforación
El archivo exportado sólo contiene valores numéricos, pero un parámetro crítico es la ‘Resistencia térmica efectiva de la perforación’, que en este proyecto es de 0,07675 (m-K)/W. Esto difiere del resultado obtenido en GHEtool, que es 0,0984 (m-K)/W-28% superior. Esta discrepancia se debe a la forma en que las dos herramientas tratan los distintos regímenes de fluidos. La EED supone que la transición del flujo laminar al turbulento se produce instantáneamente en Re = 2300, mientras que la GHEtool Cloud emplea modelos de fluidos más recientes que tienen en cuenta una zona de transición entre el flujo laminar y el turbulento. Esto conduce a un cálculo más preciso de la resistencia térmica efectiva de la perforación, en particular para los números de Reynolds cercanos al umbral crítico. En este caso, nuestro valor de 2408 entra dentro de ese rango. (Para más detalles sobre este tema, consulte nuestro artículo sobre el artículo sobre el número de Reynolds.)
Nota
Si desea ignorar este efecto, puede introducir la resistencia térmica de la perforación como un valor constante en la pestaña ‘Resistencia de la perforación’ ajustando ‘Datos para la resistencia de la perforación’ a ‘Medido’.
Temperatura mínima del fluido
Aunque la exportación del DEE no contiene un perfil de temperaturas, los valores máximos pueden encontrarse en formato de tabla. A partir de ella, vemos que la temperatura más baja durante el pico de calefacción se produce en febrero y es de -1,5°C (línea 138 del archivo). En cambio, en GHEtool Cloud, la temperatura media mínima del fluido es de -2,03°C, es decir, bastante más baja.
Parte de esta diferencia puede atribuirse a la variación de la resistencia térmica de la perforación. Si eliminamos este factor fijándolo como constante (cf. supra), obtenemos un perfil de temperatura revisado en el que la temperatura media mínima del fluido es ahora de -1,26 °C, ligeramente más optimista que la EED.
Esta diferencia también puede explicarse por los supuestos relacionados con la superficie del suelo. Como ya se ha mencionado, la EED supone que el suelo está aislado, lo que significa que no hay transferencia de calor del aire circundante al suelo. El resultado es que el campo de sondeo está aislado térmicamente del entorno. En cambio, el GHEtool utiliza un modelo más reciente que tiene en cuenta la transferencia de calor del aire al suelo, lo que compensa parcialmente el desequilibrio. Aunque este efecto es relativamente pequeño cuando se promedia a lo largo de un periodo de 50 años, sigue siendo perceptible y da lugar a un rendimiento térmico ligeramente mejor en GHEtool en comparación con EED.
Conclusión
Este artículo ofrecía una guía detallada sobre cómo convertir un proyecto de Earth Energy Designer (EED) a GHEtool. Observamos que GHEtool requiere parámetros de entrada adicionales, como la profundidad enterrada, debido a sus cálculos más precisos. Además, GHEtool simplifica el proceso de introducción de datos de carga en comparación con EED.
Las diferencias en los resultados pueden atribuirse al uso de modelos distintos en ambas herramientas. GHEtool calcula la resistencia térmica del sondeo con mayor precisión al incorporar el régimen transitorio de fluidos. Además, EED supone que la superficie del suelo está aislada, mientras que GHEtool considera la transferencia de calor entre el aire y el suelo. Esto da lugar a un comportamiento de refrigeración a largo plazo ligeramente más optimista, aunque realista, en GHEtool.
Referencias
- Vea nuestro vídeo explicativo en nuestra página de YouTube haciendo clic en aquí.