Post on 05-Oct-2018
Combinación de bomba de calor geotérmica con chimeneas domésticas para la producción de calefacción, refrigeración pasiva y ACS
M. Madero 1 y J.P. Mariño 2 1 Girod Geotermia. Campoamor 14, 28004, Madrid. miguel@girod.es 2 Girod Geotermia. Campoamor 14, 28004, Madrid. juanpablo@girod.es
Área temática III: Aplicaciones para climatización en el sector residencial.
RESUMEN: La climatización mediante energía geotérmica de baja entalpía es en la actualidad el
sistema más eficiente que existe, aportando importantes ahorros energéticos y económicos,
contribuyendo así a la disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero. Por su parte, el
frío pasivo supone un auténtico free cooling que es capaz de refrescar una vivienda con mínimos
consumos, alcanzando COPs muy altos debido a que logramos enfriar con el solo consumo de unas
bombas de circulación y sin usar a un compresor.
Podemos dar un paso más y combinar este sistema con otra fuente de energía renovable que aporte
mayor ahorro y confort a la vivienda pero que no suponga un incremento importante en el coste de
instalación ni un aumento en la complejidad del sistema en cuanto a funcionamiento y
mantenimiento. Dicha combinación es la bomba de calor geotérmica con chimenea doméstica
mediante la solución Extender que permite la conjugación de ambos sistemas para la producción de
calefacción y ACS mediante la bomba de calor, la chimenea o ambas a la vez, todo ello controlado
con el sistema de control de la bomba de calor. Si a ello le añadimos el frío pasivo, obtenemos el
mejor sistema de climatización por economía, ecología y confort. Esta solución se puede aplicar con
placas solares pero en los lugares de mucho frío en invierno donde se quiere usar una chimenea por
su agradable integración en el salon del hogar resulta ser más eficiente y útil que paneles solares
que suelen estropear la estetica de los pueblos o urbanizaciones.
1. ANTECEDENTES
La climatización mediante bombas de calor geotérmicas en nuevas viviendas es ya una realidad,
opción que se contempla como una alternativa real a los sistemas convencionales. Como en otros
países con más tradición en este tipo de sistemas, la inversión inicial y la disponibilidad de espacio
para realizar la captación energética son las principales limitaciones para llevarlas a cabo. Sin
embargo, gracias a los ya demostrados beneficios que proporcionan estas instalaciones
(económicos, confort, robustez, etc.) el número de nuevos proyectos va en aumento.
La disponibilidad de espacio para el campo de captación se puede solventar mediante la ejecución
de las perforaciones debajo de la estructura del edificio y/o realizando perforaciones más profundas
dentro de las limitaciones técnicas que ello suponga.
En cuanto a la inversión inicial, cuanto más pequeña sea la diferencia entre el coste de la inversión
del sistema geotérmico y el sistema convencional, más fácil será la justificación del primero frente
al segundo derivado del menor coste de explotación del sistema de climatización. Es por ello que
las instalaciones que demanden refrigeración serán más fáciles de justificar frente a las que no lo
demandan. Lo mismo puede decirse de los paneles solares para la producción de agua caliente
sanitaria que podrían aportar parte del consumo de una vivienda pero que sin embargo aumentan el
coste de la instalación, haciéndola menos rentable frente a instalaciones convencionales.
En consecuencia, la gran mayoría de las instalaciones de climatización mediante bomba de calor
geotérmica suministran el total de las necesidades de climatización y ACS, sin la ayuda o
aportación de otros sistemas. Sin embargo es habitual instalar en las viviendas una chimenea de
leña, más por razones estéticas y de disfrute de su uso que de necesidad para calentar. Con la
solución que presentamos, la solución Extender, podemos aprovechar este calor generado tanto para
la calefacción de la vivienda como para la producción del agua caliente sanitaria, beneficiándonos
del control de la bomba de calor para la optimización del sistema. El calor generado no solo es
aportado en el salon donde esta ubicada la chimenea sino también se incorpora el calor generado al
circuito hidraulico del primario aportando directamente al suelo radiante y ACS mediante el control
de la bomba geotérmica y su curva de calor.
2. SOLUCIÓN EXTENDER
La solución Extender consiste en un taque de volumen de 392 litros con dos serpentines. Uno de
ellos está conectado a la fuente alternativa, que en nuestro caso es la chimenea, mientras que el
segundo recibe el agua procedente de la red de abastecimiento. Ver Imagen 1
Imagen 1. Volume Estender de Thermia con 392 litros y dos cerpentines para uso de otras energías alternativas junto
con los equipos geotérmicos de Thermia.
El volumen del interior de este tanque procede de la bomba de calor geotérmica, tal y como se
muestra en la Imagen 2. Este esquema pertenece a una instalación realizada en San Cristóbal de
Segovia en la que se instaló una bomba de calor marca Thermia, modelo Comfort Optimum 8 unida
a una perforación vertical de 140 m de longitud situada debajo de la estructura de la vivienda. Este
equipo tiene la particularidad de incorporar de serie el sistema de frío pasivo1 y bombas de
circulación de velocidad variable.
1 Recordar que el frío pasivo es cuando se aprovecha directamente la temperatura del agua del circuito primario de la
perforación en el circuito del suelo radiante, sin que entre en funcionamiento la bomba de calor.
Imagen 2. Esquema de principio.
3. FUNCIONAMIENTO
Cuando se está trabajando en modo
calefacción, la válvula de tres vías 1 gira a la
derecha y envía el agua caliente al sistema de
distribución de suelo radiante previo paso por
el tanque Extender. Mediante la válvula de tres
vías 2 se regula la temperatura de impulsión al
suelo radiante mediante el control de la bomba
de calor según sus parámetros de
funcionamiento (curva de calor, histéresis,
temperatura exterior, etc.).
El agua de red entra al primer serpentín del
tanque Extender donde es precalentada,
pasando posteriormente al tanque de ACS
ubicado dentro del equipo.
Si la chimenea está en funcionamiento, el agua
que calienta se conecta al segundo serpentín
del tanque Extender, calentando de esta manera
todo su volumen. Por tanto, si coinciden las
necesidades de calefacción con la producción
que se genera en la chimenea, la vivienda se
estará calentando con su funcionamiento, no
siendo necesaria la aportación de la bomba de calor geotérmica. La temperatura de impulsión al
suelo radiante se sigue controlando mediante la válvula de tres vías mezcladora 2, controlada por el
ordenador del equipo. También podrá calentar el agua de red hasta una temperatura tal que no sea
necesaria la entrada en funcionamiento de la bomba de calor.
Lógicamente, en caso de que la aportación de la chimenea no sea lo suficiente para hacer frente a
las necesidades de calefacción o ACS, la bomba de calor entrará en funcionamiento para aportar la
energía necesaria para conseguir la temperatura de confort y de ACS requeridos en cada momento.
En verano, la válvula de tres vías 1 girará de forma tal que el frío pasivo procedente de la
perforación irá directamente al suelo refrescante, sin pasar por la válvula de tres vías 2, ya que la
válvula de mezcla para conseguir una determinada temperatura de impulsión está situada dentro de
la bomba de calor (además de la bomba de circulación de la perforación que en este modelo es
electrónica de velocidad variable y del
intercambiador de frío). Esto tiene la ventaja
que si por cualquier razón, en periodo
estival o cuando no es necesaria la
calefacción, se pone en marcha la chimenea,
se podrá seguir precalentando (o
calentando) el agua caliente sanitaria
independiente-mente del sistema de frío.
Lógicamente se puede realizar una
instalación que en vez de frío pasivo, sea
frío activo, tal y como se muestra en la
Imagen 3. En este caso la válvula de tres
vías 1 se ha colocado después de la 2 para
discriminar entre calefacción y frío activo. Imagen 3. Extender y frío activo.
4. CONCLUSIÓN
La climatización mediante bomba de calor geotérmica es a día de hoy el sistema más eficiente que
existe que, sin embargo, presenta los dos inconvenientes antes expuestos (coste inicial de
instalación y disponibilidad de espacio para la captación). Es por ello que si se buscan nuevas
soluciones que aporten mayores ahorros económicos, harán más fácil el obtener retornos de
inversión cada vez más cortos que faciliten el llevar a cabo nuevas instalaciones que beneficiarán no
solo a los propietarios y usuarios, sino al conjunto de la sociedad gracias al ahorro energético y a la
disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero que ello conlleva.
Gracias a esta solución Extender que se muestra conseguimos mayores ahorros energéticos y por
tanto económicos gracias al aprovechamiento de una energía que de otra manera sería difícil de
aprovechar, beneficiándonos además del control de la bomba de calor que garantiza el máximo
rendimiento global del sistema.
Además, en esta instalación se ha optado por el frío pasivo, auténtico frío gratuito o free cooling,
que es capaz de mantener una temperatura de confort sumamente buena al mínimo coste posible.