Comunicación presentada al IV Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Íñigo Urra, Investigador del Área de Energía Térmica, Tecnalia Research & Innovation
- Mercedes Gómez de Arteche, Investigador del Área de Energía Térmica, Tecnalia Research & Innovation
Resumen
En esta comunicación se describen las actuaciones llevadas a cabo dentro del proyecto europeo Geotech, en el que se pretende conseguir una reducción del consumo de energía primaria en calefacción, refrigeración y producción de ACS en edificación. Concretamente la herramienta de simulación Geotool, desarrollada dentro del proyecto europeo Geotech, pretende estimar la capacidad de intercambio térmico de la cimentación ejecutada mediante muros pantalla termoactivados. Para ello, se han realizado una serie de ensayos de respuesta térmica de este tipo de soluciones constructivas en obra y se ha validado el software Geotool comparando los resultados de las simulaciones con los resultados de ensayo. A su vez, todos los materiales que intervienen en el intercambio térmico entre el fluido calorportador y el terreno (tuberías de plástico, hormigón y el terreno adyacente) han sido analizados mediante diferentes técnicas y se han caracterizado todas sus propiedades térmicas (densidad, capacidad calorífica y conductividad térmica).
Palabras clave
Eficiencia Energética, Energías Renovables, Cimentación Termoactivada, Geotermia, Simulación
Introducción
El consumo energético de los edificios preocupa cada vez más en Europa y las medidas de eficiencia energética son claves para alcanzar los objetivos medioambientales a medio plazo. Las instalaciones térmicas son un factor muy a tener en cuenta para la reducción de energía primaria en edificación debido a que se trata de uno de los sectores con mayor potencial para la reducción de dicho consumo. El proyecto Europeo Geotech trata de reducir el consumo de energía primaria de calefacción, refrigeración y ACS de los edificios, utilizando la energía geotérmica como fuente de calor y frío combinándola con la bomba de calor para alcanzar las condiciones de confort en el edificio.
Tecnalia Research & Innovation, dentro del marco del proyecto Geotech ha desarrollado y validado un algoritmo de cálculo que facilita el cálculo del potencial térmico de un tipo elemento de cimentación activado térmicamente, concretamente de la pantalla termoactivada. El modelo de cálculo simula el comportamiento térmico del sistema tubería-hormigón-terreno-fluido calor portador mientras se somete a una perturbación térmica inducida mediante un bombeo a diferente temperatura y caudal a lo largo del tiempo. A dicho algoritmo se le ha denominado Geotool.
Herramienta Geotool
El objetivo final de la herramienta Geotool consiste en ayudar a dimensionar una bomba de calor para climatizar un edificio en el que la cimentación mediante pantallas termoactivadas pase a ser uno de sus focos térmicos. Lo que se pretende con la misma es valorar el grado se saturación que sufrirá el terreno al intercambiar calor con el fluido circulante por su interior y valorar la potencia térmica intercambiada, así como estimar el rendimiento que presentará la bomba de calor trabajando en esas condiciones. Para ello, se realiza una discretización del conjunto mediante nodos y se realizan balances de energía en cada uno de ellos para calcular la distribución de temperaturas en todo el sistema mediante la técnica de diferencias finitas.
Validación Herramienta Geotool
Para la validación de la herramienta de cálculo, Tecnalia Research and Innovation ha desarrollado un equipo de realización de ensayos de Respuesta Térmica, y se han reproducido los ensayos realizados y comparado las temperaturas de salida del muro pantalla monitorizados con los resultados de la simulación.
El muro pantalla termoactivado, se activa uniendo la tubería de polietileno a la armadura metálica y se introduce en el interior de la excavación utilizando grúas. Y posteriormente, una vez finalizado el proceso de fraguado del hormigón, se ensaya utilizando el equipo de Respuesta Térmica.
Finalmente, la herramienta se valida comparando los resultados de la simulación con las medidas realizadas mediante el equipo de Respuesta Térmica. Para ello, se introduce la temperatura y caudal de impulsión medida en el Test dentro del software Geotool y se comparan las temperaturas de retorno calculadas con el software y las medidas registradas en el ensayo.
La herramienta Geotool permite el cálculo de la potencia térmica intercambiada y la visualización de la distribución de la temperatura en el interior del muro pantalla termoactivado. Conociendo el grado de saturación del terreno puede calcularse la temperatura de retorno del fluido tras intercambiar calor con el terreno, lo que permite calcular el COP de la bomba de calor que utiliza el muro pantalla termoactivado como foco térmico. De esta forma, puede optimizarse el COP de la bomba de calor durante su vida útil teniendo en cuenta la época del año en la que se utiliza, el horario de operación y las características térmicas de los materiales involucrados en el intercambio térmico.
Discusión y conclusiones
Los resultados de la herramienta de simulación Geotool se ajustan razonablemente bien a las medidas realizadas en los muros pantalla termoactivados ensayados.
Sin embargo, en las diferentes obras en las que se ha trabajado se ha observado el gran riesgo que presenta este tipo de activación térmica en cuanto a su integridad se refiere. Las tuberías de polietileno empleadas para la activación son muy frágiles (comparando con el resto de materiales de la obra) y el riesgo de rotura, no tanto en la instalación sino en lo que dura toda la obra) es muy elevado. Por ello, a medida que se han ido ejecutando diferentes muros pantalla termoactivados, se han tomado medidas de seguridad cada vez estrictas, pero no se ha eliminado completamente el riesgo de rotura de los circuitos hidráulicos embebidos.
La configuración de las tuberías también ha sufrido una modificación a lo largo del proyecto. El riesgo de acumulación de aire en los cambios de dirección vertical de los circuitos hidráulicos (tuberías ascendentes y descendentes) ha derivado en un cambio de la geometría de la instalación de tuberías en forma de “peine” por lo que se ha tenido que modificar el software GEOTOOL y ahora se está realizando una segunda validación con la nueva geometría empleada en los muros pantalla ejecutados recientemente.
Agradecimientos
Para la validación del software, ha sido necesaria la ejecución de varios muros pantalla termoactivados en obras de edificios de diferente naturaleza en las que la cimentación termoactiva no estaba planificada desde un inicio. Para lo que ha sido imprescindible la colaboración de las empresas cimentaciones Abando, S.A. y Comsa. A las que se quiere mencionar expresamente en este apartado de agradecimientos.
Referencias
- Proyecto GEOED, Integración de la Geotermia en la edificación. Memoria proyecto. Año 2012
- Proyecto GEOCIM, Cimentación termoactiva. Memoria del proyecto. Año 2011.
- Eklöf, C., Gehlin, S., 1996. TED. A Mobile Equipment for Thermal Respones Test.