La combinación de refrigeración pasiva y activa en su campo de perforación geotérmico le permite aprovechar lo mejor de ambos mundos. Por un lado, puede beneficiarse de una refrigeración pasiva (o gratuita) altamente sostenible y eficiente y, por otro, puede reducir los costes de inversión mediante un diseño optimizado de la refrigeración activa. Este artículo muestra cómo utilizar GHEtool para llevar a cabo esta inteligente combinación.
Nota
Este artículo se basa en el anterior sobre la metodología para combinar la refrigeración activa y pasiva. Si aún no lo has leído, puedes echarle un vistazo aquí.
Ejemplo: Edificio de oficinas
La siguiente figura muestra la curva carga-duración del edificio de oficinas que vamos a estudiar. Como puede verse, existe una demanda de refrigeración importante debido a las elevadas ganancias internas, típicas de los edificios de oficinas (por ejemplo, numerosos ordenadores, impresoras, infraestructura de red, etc.). Además, la demanda de refrigeración supera a la de calefacción, lo que da lugar a un campo de sondeo dominado por la inyección.
!Note
Si no está familiarizado con los campos de perforación dominados por la inyección y la extracción y sus implicaciones, puede consultar nuestro artículo sobre cuadrantes del campo de perforación para una explicación detallada.
Dimensionado para refrigeración pasiva
La primera situación, digamos “ideal” desde el punto de vista de la eficiencia, es dimensionar nuestro campo de sondeos para la refrigeración pasiva 100%. En este caso, parece que necesitamos 130 perforaciones con una profundidad de 150 m para mantenernos por debajo del límite de temperatura de 17 °C para la refrigeración pasiva. Esto nos da el siguiente perfil de temperatura.
Nota
Los 17 °C son una temperatura media máxima típica del fluido utilizado para la refrigeración pasiva. Dado que se pierden 1-2°C a través del intercambiador de calor pasivo, no se puede superar esta temperatura si se quiere proporcionar la potencia de refrigeración necesaria para, por ejemplo, el sistema de refrigeración del suelo. Por supuesto, esto depende de factores como el sistema de emisiones, el nivel de confort necesario, el punto de condensación del aire y las diferencias de temperatura del sistema hidráulico.
El perfil de temperatura anterior no siempre se mantiene por debajo del umbral de 17 °C que hemos fijado. Si ampliamos la imagen, supera este límite durante tres horas al año. Dadas las incertidumbres inherentes a este tipo de perfiles, se podría argumentar que éste sigue siendo un diseño bien equilibrado. Añadir diez perforaciones más sólo para cubrir este breve pico de enfriamiento sería, en general, económicamente indeseable en la mayoría de las situaciones.
Otro aspecto destacable es que la temperatura media más baja del fluido se mantiene por encima de los 10 °C, una cifra bastante elevada para la región climática de Bélgica. Esto indica que el campo de sondeo está dimensionado principalmente para satisfacer la demanda de refrigeración de forma pasiva, lo que da lugar a un sobredimensionamiento significativo desde el punto de vista de la demanda de calefacción. Por tanto, estudiaremos el dimensionamiento activo para reducir el tamaño necesario del campo de sondeo.
Nota
Si no sabe cómo interpretar estos perfiles de temperatura, puede consultar nuestro artículo sobre el tema aquí.
Dimensionado para refrigeración activa
Cuando dimensionamos el campo de sondeos para refrigeración activa, la temperatura media máxima del fluido puede aumentar, ya que ahora podemos confiar en que la bomba de calor proporcione la refrigeración necesaria. De este modo, podemos reducir el número de perforaciones de 130 a 60, lo que da como resultado el perfil de temperatura que se muestra a continuación.
Atención
Aunque no existe ninguna limitación técnica a la temperatura media máxima del fluido, es aconsejable mantenerla bajo control para evitar daños al medio ambiente. Consulte la legislación local para conocer las restricciones relativas a las temperaturas del fluido.
Como se puede ver, el campo de sondeo muestra ahora menos potencial geotérmico en potencia calorífica. Si no está familiarizado con el concepto de potencial geotérmico, puede leer nuestro artículo sobre el tema aquí. El resultado es un uso más eficiente de nuestra inversión.
Ahora que hemos estudiado ambos extremos -la refrigeración pasiva del 100% y la activa del 100%-, veamos tres diseños que combinan ambos enfoques.
Temperatura umbral con 60 perforaciones
Un buen primer paso es mantener el mismo número de perforaciones que en el diseño activo 100% y comprobar qué porcentaje de la carga puede satisfacerse de forma pasiva. Para ello, utilizamos el método de la temperatura umbral (lea el artículo aquí), fijándolo en 17°C. Aplicando este enfoque, encontramos que 58% de la refrigeración pueden proporcionarse pasivamente, lo que resulta en una media de SEER de 11,22.
Nota
Esta 58% es una media de todo el periodo de simulación. En los primeros años, el porcentaje de refrigeración pasiva será mayor que en los últimos (véase más adelante).
Si observamos más de cerca la cuota de refrigeración activa a lo largo de los años, podemos ver en la siguiente figura que aumenta año tras año. Esto se debe al desequilibrio. Como ya se ha mencionado, en este yacimiento predomina la inyección, lo que significa que se calienta con el tiempo, reduciendo el potencial de refrigeración pasiva en los últimos años del periodo de simulación.
Este efecto también puede observarse en el perfil de la demanda de refrigeración que figura a continuación, donde la proporción de refrigeración pasiva disminuye visiblemente año tras año.
Temperatura umbral con 80 perforaciones
Las 60 perforaciones del caso activo 100% proporcionaron 58% de refrigeración pasiva. Si aumentamos el número de perforaciones a, por ejemplo, 80, podemos observar el efecto sobre la cuota de refrigeración pasiva. Cuando lo hacemos, conseguimos 79% de refrigeración pasiva y una media de SEER de 14,41 durante todo el periodo de simulación. Sin embargo, debido al desequilibrio geotérmico, la cuota de refrigeración activa volverá a aumentar año tras año.
Si observamos detenidamente el perfil de temperaturas que se muestra a continuación, veremos que la temperatura media del fluido se mantiene siempre por debajo del límite de 25 °C establecido para la refrigeración activa. Esto se debe a que hemos perforado 20 pozos adicionales que, desde el punto de vista estricto del diseño, no eran necesarios, ya que utilizamos tanto la refrigeración activa como la pasiva. El hecho de que la temperatura media del fluido sea más baja que antes explica por qué aumenta la proporción de refrigeración pasiva cuando se instalan más perforaciones.
Meses fijos
Una alternativa al uso de una temperatura umbral consiste en aplicar una refrigeración activa por defecto durante los meses de verano. Aunque esto da lugar a una cuota pasiva más baja (como se explica aquí), puede haber razones válidas para elegir este enfoque, como una estrategia de control más sencilla, un sistema de emisiones de refrigeración diferente o la necesidad de deshumidificación.
Si calculamos la cuota de refrigeración pasiva utilizando la refrigeración activa por defecto en julio y agosto, obtenemos una media de SEER ligeramente inferior de 10,53 y una cuota de refrigeración pasiva de 52% para las mismas 60 perforaciones (en comparación con una SEER de 11,22 y 58% al utilizar el método de la temperatura umbral).
La diferencia en la cuota geotérmica se hace evidente al examinar el perfil de refrigeración. Abajo puede verse que no hay refrigeración pasiva durante los meses de verano, mientras que en el caso de la temperatura umbral seguía habiendo algo de refrigeración pasiva. Se trata de una ineficiencia inherente al método de los meses fijos.
Una última observación sobre este método es que no se puede estar totalmente seguro de que se pueda proporcionar refrigeración pasiva en los meses no predeterminados (por ejemplo, junio y septiembre en este caso). Si observamos detenidamente el perfil de temperaturas del primer año, veremos que en mayo, junio y septiembre las temperaturas de algunos fluidos superan el umbral de los 17 ºC. Esto sugiere que la potencia de refrigeración necesaria en esos momentos puede no suministrarse en su totalidad, lo cual es una consideración importante a tener en cuenta.
Conclusión
En este artículo se analiza el diseño de un campo de sondeos para un edificio de oficinas utilizando refrigeración pasiva, activa y combinada pasiva y activa. Al pasar de 100% pasivos a 100% activos se redujo el número de perforaciones de 130 a 60, pero se comprobó que alrededor de 58% de la refrigeración podían seguir proporcionándose pasivamente. Aumentando el número de perforaciones a 80 se obtuvo una cuota pasiva de 79%. La metodología de los meses fijos arrojó unos resultados ligeramente inferiores a los del método de la temperatura umbral, con una cuota pasiva de 52%. Aunque más sencillo de aplicar en la práctica, este método exigía una mayor precaución en los meses no activos.
Referencias
- Vea nuestro vídeo explicativo en nuestra página de YouTube haciendo clic en aquí.