Uno de los parámetros de entrada clave para cualquier simulación geotérmica es la demanda de calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria del edificio. Aunque a veces estos valores se conocen gracias a simulaciones o mediciones detalladas, la mayoría de las veces, sobre todo en las primeras fases, es necesario estimarlos. Este capítulo arroja algo de luz sobre este tema y explora varios enfoques para abordar este reto.
Antes de empezar este capítulo, nos gustaría abordar algunos términos importantes. Cuando hablamos del demanda de edificios, los términos ‘calefacción’, ‘refrigeración’ y ‘agua caliente sanitaria’ se utilizan. Dada la eficiencia de la bomba de calor (de la que hablaremos en el capítulo siguiente), éste se convierte en ‘extracción’ y ‘inyección’ carga, que es la carga de tierra.
Demanda de edificios térmicos
Dentro de GHEtool, se pueden utilizar varios tipos de perfil de carga. En primer lugar, se distingue entre por hora y mensualmente con 8.760 y 12 pasos temporales por año, respectivamente. Además de la resolución, la carga suele especificarse para un año completo, partiendo del supuesto de que cada año del periodo de simulación es idéntico. Sin embargo, si no es el caso (por ejemplo, si el proyecto se realiza por fases), puede utilizar entradas multianuales.
En las próximas secciones se analizarán las resoluciones mensuales y horarias.
Resolución mensual
Si no se dispone de datos horarios, puede realizarse una simulación mensual. Para ello se necesitan cuatro datos clave: la potencia pico de calefacción y refrigeración y la demanda anual de energía para calefacción y refrigeración. Si se incluye la demanda de agua caliente sanitaria, se necesita un quinto dato. Cada uno de ellos se analiza con más detalle a continuación.
Potencia máxima para calefacción
El pico de calefacción corresponde a la potencia máxima de la bomba de calor del edificio. Si la capacidad de la bomba de calor es de 10 kW, el edificio no puede consumir más, por lo que este valor debe fijarse como pico de calefacción. Dependiendo de las normas regionales de construcción, la capacidad de la bomba de calor suele determinarse mediante un cálculo estático de las pérdidas de calor basado en una temperatura exterior de referencia (por ejemplo, -8 °C en Bélgica).
La situación es ligeramente diferente cuando bombas de calor modulantes se utilizan. Supongamos que la pérdida de calor estática calculada de un edificio es de 7 kW. Un instalador podría optar por instalar una bomba de calor de 8 kW para permitir cierto sobredimensionamiento. Sin embargo, esto daría lugar a un yacimiento sobredimensionado, ya que el yacimiento debe ser capaz de hacer frente a los picos de demanda. Si el sistema utiliza una bomba de calor modulante, a menudo se puede fijar una potencia máxima inferior en el controlador de la bomba de calor -por ejemplo, limitando el funcionamiento de la bomba de calor de 8 kW a un máximo de 7 kW-, evitando así un sobredimensionamiento innecesario del campo de sondeo. El mismo razonamiento se aplica si el sistema de emisión (por ejemplo, radiadores o calefacción por suelo radiante) no puede utilizar toda la capacidad de la bomba de calor.
Fase inicial
Si aún no se conocen las especificaciones de la bomba de calor, la demanda máxima de calefacción puede estimarse utilizando reglas empíricas establecidas. Éstas se basan en la capacidad del sistema de emisión o en orientaciones generales relacionadas con el tipo y la antigüedad del edificio. A continuación se ofrece una tabla de valores típicos. No obstante, tenga en cuenta que estas cifras son específicas de cada región y deberán adaptarse a su contexto local.
| Tipo | Potencia de emisión en calefacción | Potencia de emisión en refrigeración |
|---|---|---|
| Calefacción por suelo radiante | 40-80 W/m | 15-25 W/m |
| Techo climático | 30-55 W/m | 25-50 W/m |
| Calefacción mural | 30-70 W/m | 25-60 W/m |
| Unidad de ventiloconvector (sin condensación) | 200-2000 W | 250-500 W |
| Unidad de ventiloconvector (condensación) | 200-2000 W | 1000-2000 W |
(Datos obtenidos del proyecto Cooling 2.0)
| Tipo | Demanda de calor |
|---|---|
| Edificio residencial (después de 2002) | 45 W/m |
| Edificio de oficinas (antiguo) | 89 W/m |
| Edificio de oficinas (nuevo) | 59 W/m² |
| Escuela (antigua) | 109 W/m |
| Escuela (nueva) | 60 W/m |
| Venta al por menor (antiguo) | 56 W/m |
| Comercio minorista (nuevo) | 54 W/m |
(Datos obtenidos de nPro, valores para el clima de Berlín)
Simultaneidad
Cuando se conectan varias bombas de calor a un pozo central compartido, la potencia máxima resultante no es simplemente la suma de las unidades individuales. En su lugar, debe aplicarse un factor de simultaneidad. El problema de la simultaneidad y sus soluciones se tratarán más adelante en este curso.
Además de la potencia pico en sí, también es importante la duración de este pico. Cuando se trabaja con un perfil de carga horario, esto está incluido en el propio perfil. Sin embargo, en el caso de un perfil de carga mensual, debe especificarse explícitamente. La dirección duración máxima puede definirse como periodo más largo en el que la bomba de calor funciona a máxima potencia. Por ejemplo, si la bomba de calor se enciende y funciona a máxima potencia durante ocho horas seguidas, la duración máxima es de ocho horas.
Potencia máxima de refrigeración
El enfoque para definir la potencia de refrigeración máxima depende de si el campo de sondeo está diseñado activamente para la refrigeración o si la refrigeración se considera un beneficio secundario, algo ‘agradable de tener’.
Design para refrigeración
En climas más cálidos, donde la refrigeración desempeña un papel más importante que la calefacción, el campo de perforación suele estar limitado por la temperatura máxima de inyección. En tales casos, la demanda de refrigeración suele determinarse de acuerdo con la normativa local de construcción, teniendo en cuenta factores como la superficie acristalada, el valor g y el valor U. A partir de estos cálculos, la demanda de refrigeración del edificio se obtiene de forma similar a la demanda de calefacción.
Agradable de tener
En las regiones donde la refrigeración no es una preocupación primordial, el sistema de emisión no suele diseñarse para garantizar el confort térmico en verano. En estos casos, la refrigeración se suele considerar una característica ‘adicional’, una ventaja añadida de la instalación de un campo de sondeo geotérmico. En estos casos, la potencia máxima de refrigeración suele basarse en la capacidad del sistema de emisión, que originalmente se diseñó para calefacción. Consulte la tabla de capacidades típicas del sistema de emisión proporcionada anteriormente.
Fase inicial
En las primeras fases de un proyecto, la demanda máxima de refrigeración, al igual que la de calefacción, puede estimarse utilizando reglas empíricas básicas. Para ello, puede recurrirse a la capacidad del sistema de emisión o a valores de edificios de referencia similares.
Demanda de energía para calefacción
Aunque la potencia pico es un aspecto importante del perfil energético de un edificio, el otro parámetro clave para el diseño de un campo de sondeo es la demanda anual de energía para calefacción. Puede calcularse de varias maneras, por ejemplo, utilizando horas de carga completa, reglas empíricas o grados-día de calefacción.
Horas a plena carga
Utilizar las horas de plena carga es una forma sencilla de estimar la demanda anual de energía basándose en la potencia pico conocida (o estimada). Si un sistema funciona a carga máxima durante x horas al año, la demanda total de energía viene dada por la siguiente fórmula: $$energía = pico \cdot FLH$$La tabla siguiente proporciona valores indicativos de horas a plena carga para varios tipos de edificios.
| Tipo | Horas a plena carga |
|---|---|
| Residencia de ancianos | 1300-1900 |
| Hospitales | 1500-2000 |
| Oficinas | 900-1600 |
| Escuelas | 800-1300 |
| Residencial | 1200-1500 |
| Otros | 1000-2000 |
(Datos obtenidos de SenterNovem, Cijfers en Tabellen 2007)
Regla general
Al igual que ocurre con la potencia máxima, la demanda anual de calefacción puede estimarse utilizando valores empíricos basados en la superficie de suelo. La tabla siguiente proporciona valores típicos de demanda de calor para edificios de la región climática de Berlín.
| Tipo | Demanda de calor |
|---|---|
| Edificio residencial (después de 2002) | 72 kWh/m² |
| Edificio de oficinas (antiguo) | 125 kWh/m² |
| Edificio de oficinas (nuevo) | 65 kWh/m² |
| Escuela (antigua) | 120 kWh/m² |
| Escuela (nueva) | 60 kWh/m² |
| Venta al por menor (antiguo) | 95 kWh/m² |
| Comercio minorista (nuevo) | 65 kWh/m² |
(Datos obtenidos de nPro)
Grados-día de calefacción
Otro método para estimar la demanda de calefacción consiste en utilizar los días-grado de calefacción (HDD). Los HDD cuantifican en qué medida y durante cuánto tiempo la temperatura del aire exterior es inferior a una determinada temperatura de base, denominada temperatura de punto de equilibrio. Por debajo de esta temperatura, el edificio necesita calefacción. El HDD total es la suma de las diferencias entre la temperatura base y la temperatura exterior real cada día durante la temporada de calefacción.
En comparación con el FLH, los métodos basados en el HDD ofrecen una estimación más refinada porque tienen en cuenta las características del edificio (por ejemplo, el aislamiento y la ganancia solar) y las condiciones climáticas por separado.
Demanda de energía para refrigeración
Los mismos principios que se aplican a la calefacción también se aplican a la refrigeración. Si no se dispone de datos horarios detallados, la demanda de refrigeración puede estimarse utilizando las horas de carga completa (FLH) o una regla empírica.
Horas a plena carga
Para el clima de Bélgica, el valor FLH típico para refrigeración oscila entre 500 y 1.000 horas. Una vez determinada la potencia máxima de refrigeración, la demanda energética puede calcularse del siguiente modo:
$$energía = pico \cdot FLH$$
Regla general
Como alternativa, puede utilizar el valor de referencia de la demanda anual de refrigeración por metro cuadrado. En la tabla siguiente se indican estos valores.
| Tipo | Sector servicios | Sector residencial | Media |
|---|---|---|---|
| Austria | 83 kWh/m² | 38 kWh/m² | 49 kWh/m² |
| Bélgica | 50 kWh/m² | 23 kWh/m² | 28 kWh/m² |
| Alemania | 74 kWh/m² | 33 kWh/m² | 46 kWh/m² |
| Países Bajos | 37 kWh/m² | 16 kWh/m² | 22 kWh/m² |
| España | 130 kWh/m² | 59 kWh/m² | 69 kWh/m² |
(Datos obtenidos del Hoja de ruta del calor en Europa)
Grados-día de enfriamiento
Al igual que los grados-día de calefacción (HDD) pueden utilizarse para estimar la demanda de calefacción, los grados-día de refrigeración (CDD) pueden utilizarse para estimar las necesidades de refrigeración. Los CDD se calculan a partir de la diferencia entre una temperatura de equilibrio (normalmente 18 °C) y la temperatura exterior real, siempre que esta última sea superior.
Dos fórmulas empíricas, desarrolladas por la Comisión Europea (ENER/C1/2018-493, doi: 10.2833/158083) son
Para la refrigeración de espacios en el sector residencial:
$$FLH=96+0.85\cdot CDD$$
Para la refrigeración de espacios en el sector terciario:
$$FLH=475+0.49\cdot CDD$$
Demanda de energía para ACS
Un parámetro cada vez más importante en el diseño de los campos de perforación es la demanda de agua caliente sanitaria. En la mayoría de los contextos residenciales, el valor típico ronda los 1.000 kWh por persona y año. Sin embargo, esta cifra puede ser significativamente superior en edificios como hoteles y hospitales.
Resolución horaria
1TP8El análisis de un campo de sondeo con una resolución horaria proporcionará los resultados más precisos, ya que no es necesario estimar las potencias máximas (ni sus duraciones). Esto tiene la ventaja de que se superan automáticamente problemas complejos como la combinación de refrigeración activa y pasiva, y la simultaneidad (ambos se tratarán más adelante en este curso). Normalmente, los datos horarios se generan a partir de simulaciones dinámicas de edificios (con programas como IESVE, DesignBuilder, VICUS Buildings, IDA ICE, etc.) o, en el caso de una renovación, pueden basarse en datos de mediciones.
Crear perfiles horarios de carga en GHEtool
Dado que los datos de carga horaria añaden un valor considerable al diseño de los campos de sondeo (esto quedará claro más adelante en el curso), pero a menudo no están disponibles, GHEtool ha sido equipado con un método para crear un perfil de carga horaria. Inspirado en el método de los grados-día, este método puede utilizarse para escalar las potencias máximas estimadas de calefacción y refrigeración, así como las demandas anuales de energía, a un perfil horario basado en las temperaturas exteriores. El método consta de tres pasos consecutivos.
- Partiendo de un fichero meteorológico y de una temperatura umbral inicial, por encima de la cual comienza el calentamiento, se obtiene un perfil horario. Los valores más altos se producen en las horas en que la temperatura es más baja y, por tanto, la diferencia entre la temperatura y el umbral es mayor. Es en estos momentos cuando también se esperan los picos de demanda más elevados. El mismo razonamiento puede aplicarse a la demanda de refrigeración.
- A continuación, este perfil horario se escala con la demanda anual de energía (que es un dato de entrada) para crear una carga horaria que tenga la misma demanda anual que el edificio.
- Por último, debe comprobarse la potencia pico. Si la potencia pico del perfil es diferente de la demanda pico del edificio, se ajusta el umbral de temperatura para que la calefacción empiece antes o después, y se repite el segundo paso.
Conclusión
En este capítulo hemos hablado de la demanda del edificio y de cómo puede estimarse en las primeras fases, utilizando los grados-día de calefacción o reglas empíricas. Se ha distinguido entre una carga mensual y una carga horaria y se ha introducido una metodología para crear una carga horaria. Dado que hasta ahora todas las demandas eran de edificios, se requiere una eficacia para traducirlas a cargas de suelo. Este es el tema del capítulo siguiente.
Preguntas
Referencias
-
- https://www.duurzamekoeling.be/publicaties.html [fecha de acceso 22/01/2026].
- https://www.npro.energy/main/en/load-profiles [fecha de acceso 22/01/2026].