Bombas de Calor Geotérmica

1Dr. Javier F. Urchuegua SchlzelCatedrtico de Fsica Aplicada de la Universidad Politcnica de

Valencia, Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Industriales

Responsable del Grupo Sostenibilidad Energtica en Edificios

Instituto de Ingeniera Energtica

Introduccin y aspectos generales de las Bombas

de Calor Geotrmicas

Curso de doctorado sobre Tcnicas Energticas Avanzadas, Prof. Javier Urchuegua, Junio 20062

ndice

1. Panorama y ventajas de los sistemas basados en BCG

2. Aspectos tecnolgicos fundamentales3. Proyectos de geotermia en la UPV4. Modelado5. Propiedades trmicas del suelo6. Anlisis econmicos

3Panorama general


Qu es una bomba de calor acoplada al terreno o geotrmica (BCG)?

Bomba de caloraire - agua

CALEFACCION

PelecCalor

Bomba de caloraire - agua

REFRIGERACIN

PelecExtraer

Calor= Fro

z Bombas de calor aire-agua


Qu es una bomba de calor acoplada al terreno?

MODO refrigeracin

Afectacin trmica del terrenoEl suelo se calienta.


Qu es una bomba de calor acoplada al terreno?

50 100 150 200 250 300 350

5

10

15

20

25

30

35

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

(

V

a

l

e

n

c

i

a

)

Da del ao

1.5m

0 m


Una gran masa trmica

z Permite recuperarenerga trmica paradar calefaccin

Otros elementos:z Agua o medio anticongelantez Sistema hidrulicoz Bomba de calor agua agua o

agua - aire


En resumen .. una bomba de calor geotrmica

z Utiliza la habilidad natural del terreno de almacenar calor para permitir una mejora sustancial de la eficiencia energtica del sistema ( 50%)

z Se trata adems de una tecnologa una opcin fiable, eficiente, econmicamente muy ventajosa y con interesantes ventajas aadidas

z Est ampliamente extendida en otros pases (mayormente, pero no slo, de clima fro)

z Qu factores limitan o han limitado su implantacin en Espaa?


Algunos datos respecto a BCG

z Barreras Desconocimiento del pblico y de las instituciones Mayor costo inicial Mayor complejidad de ingeniera (diseo,

ejecucin, excavacin,)z Ausencia de proyectos en Espaaz Desde 2001: proyectos en la UPV


Una comparativa bsica

BCG

Elctrico

Aire/Agua Aire/Aire

Caldera Fuel/Gas

PetrleoCarbn

Gas

Central el.

1 kWh

1 kWht

0,64 kWh0,36 kWh

0,36 kWh

0,36 kWh

0,15 kWh

0,36 kWh

1,08 kWh1,44 kWh

0,36 kWh

0,72 kWh

0,85 kWh

200 m25000 kWh

3470 kWh

13900 kWh

6950 kWh

5900 kWht

11

Aspectos tcnicos


Aplicaciones

Suelo radiante calefaccin / refrigeracin Fan coil calefaccin / refrigeracin Agua caliente sanitaria Climatizacin de piscinas Derretir nieve o hielo Enfriamiento agua para procesos

industriales


Sistemas relacionados con la BCG

-Caudal suficiente

-TrabasLegislacin?

-Reinyeccin

-Dispo-nibilidad(lagos/mar)

-TrabasLegislacin?

-Limitepotencia


9 buena relacin coste-prestaciones

9 instalacin ms sencilla

9para nuevas construcciones

9uso del terreno mayor

9peligro interferencia constructiva, requiere estricta coordinacin de obra

Bucle horizontal


Configuraciones de bucle horizontal

Tipologas en zanja

Sistema slinky


9 minimiza rea afectada

9 pozos tpicamente de entre 50 y 150 m con material de relleno

9menor longitud relativa de tubera

9 mayores costes de instalacin

9mayor complejidad de obra(/ingeniera)

Bucle vertical


Diseo interior

9 bombas agua-aire o agua -agua + fan coil

9resultado ptimo con suelo radiante en calefaccin

9 instalacin interior convencional


Integracin de BCG en sistemas

Torre de condensacin(disipa el exceso de calor)

Intercambiadores(disipa y/o almacenael exceso de calor y el exceso de fro)


9Eliminacin total o parcial de torres de refrigeracin

9Uso flexible

9Reutilizacin parcial del calor residual (=mejora sustancial de la eficiencia)

Refrigeracin natural(free cooling)

Curso de doctorado sobre Tcnicas Energticas Avanzadas, Prof. Javier Urchuegua, Junio 200620 Refrigeracin mecnica


Calefaccin y refrigeracin(4 tubos)


Calefaccin mecnica


Calefaccin natural, directa o free


Clculo muy preciso de los requerimientosde carga

Buen diseo hidrulico

Buen diseo del intercambiador

Buena ejecucin de sondeos

Coordinacin de obra exacta

Buena ingeniera de proyecto(protocolizacin, certificacin,..)

Aspectos crticos para un buen diseo


Criterios de dimensionado de una BCG

Medio-ambiente

Costosinstalacin

InstalacinBomba de

calor

Emplazamiento

Suelo /geologa

CargaTrmica

Clima

DimensionadoTipologa

Esquema Hidrulico


9requerimientos pico (influye en la evolucin rpida de las temperaturas)

9perfil de carga estacional (influye en la evolucin de temperaturas del terreno a largo plazo)

Perfil estacional de carga trmica


9propiedades trmicas del suelo en el diseo (conductividad y difusividad)

9Ejemplo: diseo en Valencia de un sistema horizontal

Efecto del suelo

Diseo para 15 kW de refrigeracin T de salida 32,5 COP=4.46

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9Valores de conductividad (W/mK)

L

o

n

g

i

t

u

d

d

e

i

n

t

e

r

c

a

m

b

i

a

d

o

r

e

n

t

e

r

r

a

d

o

(

m

)

Curso de doctorado sobre Tcnicas Energticas Avanzadas, Prof. Javier Urchuegua, Junio 200628Periodo de retorno en comparacin con otros sistemas

Informacin tomada del artculo Cost containment for Ground-Source heat pumps by Steven Kavanaugh and Christopher Gilbreath

Aspectos econmicos (TRI)


Evolucin de las emisiones mensuales de CO2 comparativaTomado del artculo CO2 paybacktime assessment of a regional-scale heating and cooling system using a ground source heatpump in a high energyconsumption area in Tokyo publicado en Applied Energy

Aspectos medioambientales

30

ASPECTOS TCNICOS DE MODELADO Y DISEO DE BOMBAS

DE CALOR GEOTRMICAS


INTRODUCCIN

Las primeras aproximaciones para el clculo del trasporte trmico alrededor de tuberas enterradas fue realizado con la teora de la lnea infinita de Kelvin (1861).

El uso prctico de clculos de transporte de calor alrededor de tuberas fue iniciado por Allen (1920).

Primer Algoritmo de transporte trmico en el suelo: Ingersoll & Plass (1948)

Penrod, describe en 3 ejemplos el algoritmo de Ingersoll & Plass para BCG (1954).

Una versin simplificada del algoritmo de Ingersoll & Plass (1948) fue sugerida por Guernsey et al. (1949)

Muchos investigadores formularon modelos analticos y numricos para tratar el problema de la transmisin de calor en el suelo: Kavanaugh, Eskilson, Hellstrom, Sanner, Claesson, Rafferty, Shonder y Hughes, etc


VERANO (REFRIGERACIN)

Bomba de Calor

Intercambiador Enterrado

Pf

Pa

Calor introducido en la tierra

afC PPQ +=&

MODELOS MATEMTICOS PARA BCGs


VERANO (REFRIGERACIN)

Bomba de Calor


Pf

Pa

Calor introducido en la tierra

afC PPQ +=&


Bomba de Calor


Pc

Pa

Calor extrado de

la tierra

ach PPQ =&

INVIERNO(CALEFACCIN)


)1(afc PPQ +=&Del balance en la bomba de calor:

De la ley de Fourier entre el agua y el suelo:

Si se expresa en por unidad de longitud:cQ&

)2(c

cc L

Qq&

=

)3()(

T

sfc R

TTq

=

Reemplazando (1) en (2) e igualando (2) y (3) tenemos:

sf

Tafc TT

RPPL

+=

)(

VERANO

(REFRIGERACIN) cQ&sTfT

MTODO DE ANLISIS EN ESTADO ESTACIONARIO




)1(ach PPQ =&

hQ&

)2(h

hh L

Qq&

=

fs

Tach TT

RPPL

=

)(Del balance en la bomba de calor:

De la ley de Fourier entre el suelo y el agua:

Si se expresa en por unidad de longitud:

)3()(

T

fsh R

TTq

=

Reemplazando (1) en (2) e igualando (2) y (3) tenemos:

hQ&sTfT


INVIERNO

(CALEFACCIN)


Modelo de IGSHPA (Universidad de Oklahoma, USA)

IGSHPA se basa en el modelo de Bose(1984,1988):

MINL

hSPh

hh

h TT

FRRCOP

COPCAPL

+

=

)(1

HMAX

cSPc

cc

c TT

FRRCOP

COPCAPL

++

=

)(1

Donde: cfhc CAPPCAPP ==

=

i

eN

PP D

DLk

R 2

1

=

360

)(SX

SMsL eATXT

+=

360

)(SX

SMsH eATXT

),,( inconfiguracCpkfR ssS =

),.,arg,( horasNaireTempaCBombafFF ch =




Capacidad y Potencia consumida de la bomba de calor

Tubera (Conductividad trmica)

Tipo de suelo (Conductividad trmica y humedad)

Factor de utilizacin

Temperatura del suelo

Temperatura Fluido

DIMENSIONAMIENTO Y DISEO DE BCGs

MINL

hSPh

hh

h TT

FRRCOP

COPCAPL

+

=

)(1

Parmetros importantes en el dimensionamiento:


Efecto de la Temp. en lado fro (Evaporador)

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8 10 12 14C

k

W

3

3.2

3.4

3.6

3.8

4

Capacidad calorifica

COP

EN MODO CALEFACCIN:



CONDUCTIVIDAD TRMICA TUBERA:

Conductividad trmica de varios materiales

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

PE32 PE50A/PE100 PE50B PB(SDR-17)

W

/

m

.

K



TIPO DE SUELO:

Conductividad Trmica de suelo y roca

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Arena Arcila Marga Limo Granito Arenasaturada

Arcillasaturada

C

o

n

d

u

c

t

i

v

i

d

a

d

T

r

m

i

c

a

(

W

/

m

K

)



FACTOR DE UTILIZACIN:



TEMPERATURA DEL SUELO:



TEMPERATURA DEL FLUIDO EN LA BCG:


Influencia de la Temperatura del Fluido en la BCG

2.77

3.4

4.14

4.72

12,473

1,254

363606

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

30 35 40 45 50C

C

O

P

0

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000

COP

longitud


Modelo de EED, GLHEPRO, TRNSYS (Universidad de Lund, Suecia)

);

9

(.2 2

1

1

1

Hr

Httg

kqqTT bin

n

i

iisb

=

= El modelo de Eskilson, 1987:

MTODO DE ANLISIS EN ESTADO TRANSITORIO


++= 351.0

106.0log.1833.0

2

210 tr

rKqTT

ss

El modelo de Ingersoll & Plass, 1948:

12 rt

si

),( pzGKqTTs

s =

El modelo de Kavanaugh, 1985:

2rtz =Donde:

orrp =


SOFTWARE EXISTENTES PARA BCGs

Caractersticas Generales:Entradas:

Propiedades trmicas del sueloTipo de tuberaConfiguracin de la instalacinPropiedades del fluidoInformacin climticaCargas trmicas del edificio para refrigeracin y calefaccinTemperatura del suelo imperturbada

Salidas:Requerimientos de longitudEvolucin de las temperaturas del fluido a lo largo del tiempo...


EED - EARTH ENERGY DESIGNER V 2.0

- Modelo desarrollado en la Universidad de Lund (Suecia) por Hellstrm & Sanner.

- Objetivo: Calcula la evolucin de las temperaturas del fluido (hasta 100 aos) y los requerimientos de longitud del ICE.

- Caractersticas:Slo para configuraciones verticales (308 config. en L, U, I...)Bases de datos para: Suelos, tuberas y fluidos.Las cargas trmicas son entradas por el usuario en base mensual (MWh)Uso de las funciones g para el clculo de la Resistividad y la temperatura del borehole.

- Resultados:Resistividad del borehole, las temperaturas del fluido para carga base y para carga pico y la longitud requerida.

JORNADA TCNICA: BOMBAS DE CALOR GEOTRMICAS - Valencia, Noviembre 29 - 30 de 2004



47


EED V 2.0


GLHEPRO V 3.0

- Modelo desarrollado en IGSHPA-Universidad de Oklahoma (USA) por J. Spitler.

- Objetivo: Calcula la evolucin de las temperaturas del fluido (hasta 100 aos),los requerimientos de longitud del ICE y la potencia consumida por la bomba de calor (COP, SPF)

- Caractersticas:Slo para configuraciones verticales (308 config. en L, U, I...)Bases de datos para: Suelos, tuberas, fluidos y bombas de calor.Las cargas trmicas son entradas por el usuario en base mensual (MWh)Uso de las funciones g para el clculo de la Resistividad y la temperatura del borehole.

- Resultados:Las temperaturas para carga base y para carga pico, la potencia consumida por la bomba de calor y la longitud requerida.



GLHEPRO V 3.0SOFTWARE EXISTENTES PARA BCGs


RESULTADOS OBTENIDOS CON LOS SOFTWAREDimensionamiento de la BCG Proyecto Geotermia


Tuberas: Polietileno 100 PN10 DN 1Clima: ValenciaSuelo: Arcilla HmedaCarga trmica: 9kW para calefaccin y 16 kW para refrigeracinBomba de calor: IZE 80 de CIATESAFluidos en el ICE: Agua

RESULTADOS OBTENIDOS CON LOS SOFTWAREDimensionamiento de la BCG Proyecto Geotermia

DATOS DE DISEO:

Configuracin: Horizontal 3Distancia entre tubos de ida y vuelta en cada bucle: 0.6mDistancia entre cada bucle: 0.8mProfundidad: 1.5m


Influencia de la Temperatura en la BCG (Verano)

28615

52022882 2009 1554 1092 859

4,724,49

3,8

3,4

2,77

2,25

4,14

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

30 32,5 35 37,5 40 45 50Temperatura de salida de la Bomba de Calor (C)

m

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5Longitud (m) COP

Clculos con ICE Proyecto GeotermiaRESULTADOS OBTENIDOS CON LOS SOFTWARE

Influencia de la Temperatura en la BCG (Invierno)

3,16

3,21

3,24

3,28

8791233

2045

5824

3,1

3,12

3,14

3,16

3,18

3,2

3,22

3,24

3,26

3,28

3,3

5 6 7 8Temperatura de Salida de la Bomba de Calor (C)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

m

COP Longitud(m)


Arena Gruesa

Arena Fina

Arena Fina, separadas las capas geolgicas por bentonita

EED V2.0 y GLHEPRO V 3.0 - Proyecto Geocool

Arena Fina

Arena Gruesa

Arena Gruesa

Con espaciadores Con espaciadores

Con espaciadores

Con espaciadores

RESULTADOS OBTENIDOS CON LOS SOFTWARE


DATOS DE DISEO:

BOREHOLEConfiguracin: 3 x 2, configuracin rectngularProfundidad: 50 mDistancia entre Borehole: 3 mTipo de instalacin: SINGLE-UDimetro del Borehole 0.220 mDimetro de la tubera: 0.032 mConductividad trmica del tubo: 0.420 W/m,K

FLUIDO Agua

BOMBA DE CALOR IZE70(CIATESA)

SUELOConductividad trmica: 1.6 W/m,KCapacidad de calor volumtrica: 2400 kJ/m,KTemperatura del suelo imperturbado: 18.5 CResistencia Trmica del Borehole: 0,1178 K/(W/m)[calculada con EED]

EED V2.0 y GLHEPRO V 3.0 - Proyecto Geocool



Area = 200 m2

El software usado para la evaluacin de las cargas trmicas es CALENER

Perfil de Carga Trmica - Edificio Geocool

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

J

a

n

u

a

r

y

F

e

b

r

u

a

r

y

M

a

r

c

h

A

p

r

i

l

M

a

y

J

u

n

e

J

u

l

y

A

u

g

u

s

t

S

e

p

t

e

m

b

e

r

O

c

t

o

b

e

r

N

o

v

e

m

b

e

r

D

e

c

e

m

b

e

r

k

W

h

periodo vacacional de la universidad



Average Water temperature in the GCHE

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289

Months

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

e

C

GLHEPROEED

2.6 C

Perfil de la Temperatura promedio del agua en la BCG



HSPF and CSPF for GCHE

3.4

3.6

3.8

4.0

4.2

4.4

4.6

4.8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25years

HSPF CSPF

HSPF y CSPF para el sistema de BCG con bentonita 10% en agua y configuracin rectangular 3x2.

4.55

3.93

4.16

4.02

Clculo del SPF para el sistema de BCG



Porcentaje de Mejora del sistema BCG vs CB aire-agua


BCG con bentonita 10% en agua y configuracin rectangular 3x2.

59

Investigacin y Modelado de Sistemas Trmicos IMSTInstituto de Ingeniera Energtica IIEUniversidad Politcnica de Valencia UPVLunes 29 de Noviembre de 2004

ASPECTOS TCNICOS DE DISEO (II): PROPIEDADES TRMICAS DEL SUELO


1. Efecto profundidad sobre Temperatura Estacional2. Clasificacin del Terreno: Suelos y Rocas

a. Suelosb. Rocas

3. Tcnicas de Medida de Conductividad4. Mapas Geolgicos5. Mapas de Suelo

CONTENIDOS:

61

1. Efecto de la Profundidad sobre la Temperatura estacional


Annual temperature variation in Valencia (soil diffusivity = 0,005cm2/s)

10

12

1416

18

20

2224

26

28

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

month

t

e

m

p

e

r

a

t

u

r

e

Air temperatureTemperature at 1,5mTemperature at 5m

Variacin anual de la temperatura en Valencia (difusividad del suelo= 0.005 cm2/s)

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

(

C

)

mes

Temperatura aire

Temperatura a 5 mTemperatura a 1.5 m

EFECTO DE LA PROFUNDIDAD SOBRE T ESTACIONAL:

63

2. Clasificacin del Terreno: Suelos y Rocas


SUELOS: Conjunto de material slido no litificado, compactado. Poroso, compactable y deformable, capaz de almacenar y conducir fluidos.

Tiene su origen en la roca madre.

ROCAS: Cualquier agregado mineral litificado formado de forma natural.

CLASIFICACIN DEL TERRENO:DIFERENCIA ENTRE ROCAS Y SUELOS


- El mtodo se basa en la ecuacin de Stokes

relaciona el dimetro de las partculas (x) con el tiempo de cada (t) y unparmetro que no es constante durante el proceso de sedimentacin

DENSMETRO- Se agita el suelo en una solucin alcalina diluida en metafosfato sdico

: densidad suspensin del sueloC: concentracin de partculas en la suspensin

Pl : densidad del lquido

PS: densidad de las partculas

+=sPPCP 11 11000

( ) 2/1/ tx =2/1

1 )(301000

=

PPgh

s

SUELOS

TCNICAS DE DETERMINACIN DE LAS TEXTURAS DEL SUELO


0.050.250.51

TAMAO APERTURA TAPIZ (mm)

TAMICES- Colocacin de tamices superpuestos de apertura :

- Se hace pasar una dispersin con metafosfatosdico y la muestra se lava en cascada durante 30 min.

- Las fracciones obtenidas en cada tamiz se secan y pesan.


Los suelos se clasifican segn su tamao de grano:

mezcla de grano grueso y finoMARGAGRANO GRUESO Y GRANO FINO

< 0.002ARCILLA

0.05 0.002LIMOGRANO FINO

2 0.05ARENA

> 2GRAVAGRANO GRUESO

TAMAO PARTCULA (mm)TIPO DE SUELOTIPO DE GRANO

CLASIFICACIN DE SUELOS


UNA ROCA PUEDE TRANSFERIRSE A OTRA A TRAVS DE CAMBIOS FSICOS-QUMICOS

ROCAS

CLASIFICACIN DE ROCAS


ROCAS GNEAS

GABRO GRANITO DIORITABASALTO

CLASIFICACIN DE ROCAS

ROCAS METAMRFICAS

MRMOL ESQUISTO GNEISS COQUINA ARENISCA

ROCAS SEDIMENTARIAS

70

3. Tcnicas de Medida de Conductividad.


TCNICAS DE MEDIDA DE CONDUCTIVIDAD:

Qu informacin obtengo de un test de conductividad? Conductividad trmica del terreno: capacidad del terreno

para transmitir el calor.

Difusividad Trmica del terreno: ratio entre la capacidad de conduccin del terreno y la capacidad de almacenamientotrmico.


TPO2 NON-STEADY-STATE PROBE

Formado por una vaina que contiene un cable de calentamiento y 2 termopares unidos donde uno acta de referencia.

2 ensayos de duracin mayor a 60s y espaciados en el tiempo 100s.

1

2

ttln

T4Q

=

TCNICAS DE MEDIDA DE CONDUCTIVIDAD DE SUELOS


0.0061.67ARCILLA SATURADA

0.00932.50ARENA SATURADA

0.00490.91MARGA

0.00541.11ARCILLA

-1.67LIMO

0.00450.77ARENA ( O GRAVA)

DIFUSIVIDAD TRMICA [cm2/seg]

CONDUCTIVIDAD TRMICA [W/m K]TIPO DE SUELO

TCNICAS DE MEDIDA DE CONDUCTIVIDADES

Conductividad y Difusividad de los distintos tipos de Suelo


Influencia humedad en la ConductividadArena seca: 0.21 W/m K Arena hmeda: 1.10 W/m K

TCNICAS DE MEDIDA DE CONDUCTIVIDAD:SUELOS


Se utiliza el mismo equipo que para medida de conductividades en suelos.

Es necesario un pretaladro, = 6 mm , en la roca para introducir la sonda de medida.

Tras introducir la sonda de medida es necesario introducir material de contacto (gel, pasta de dientes o pegamento de silicona) entre la sonda y la roca.

Se ha de evitar la introduccin de materiales de contacto que puedan tener conveccin trmica.

El ciclo de calentamiento se incrementa entre 100-1000 s.

TCNICAS DE MEDIDA DE CONDUCTIVIDAD:

ROCAS

TPO2 NON-STEADY-STATE PROBE


ROCAS

Conductividad de los distintos tipos de Roca


CONDUCTIVIDAD DEL POZO

Determina laresistencia del pozo donde se va a instalar el intercambiador.

Tiene en cuenta el tipo y material de relleno.

Se realiza a la profundidad de diseo del intercambiador.

CONDUCTIVIDAD DE SONDEOS: TEST IN SITU


resistencia del pozo pendiente

PENDIENTE

Resultados del test in situ

79

ANLISIS ECONMICO DE LAS BOMBAS DE CALOR GEOTRMICAS


z CALEFACCIN

Elctrica Propano/Butano/Diesel Gas Natural Bomba de Calor Agua Bomba de Calor Aire Bomba de Calor

Geotrmica (BCG)

z REFRIGERACIN

Enfriadora Condensadas por agua/aire

Bomba de calor por Absorcin Bomba de Calor Agua Bomba de Calor Aire Bomba de Calor Geotrmica

(BCG)

OPCIONES PARA CALEFACCIN Y REFRIGERACIN


CULES SON LOS ASPECTOS ECONMICOS DE LAS BCGs?

MAYOR COSTE DE INSTALACIN

AHORRO ENERGTICO SIGNIFICATIVO (40% - 60%)

INCENTIVOS AL AHORRO ENERGTICO

ESQUEMAS DE FINANCIACIN ESPECIALES

PERODO DE RETORNO EJEMPLO


UNIVERSIDAD DE ALABAMA REALIZ UN ESTUDIO DE COSTOS EN BCGs: (Encuesta a 547, respuesta de 285, 57%)

CONCLUSIN: Los altos costes de la instalacin de BCGs se deben principalmente al alto coste de la excavacin.

Identificar el coste total y de componentes actuales de BCGs. Comparar el coste de equipo y de instalacin de BCGs con el

coste de sistemas similares.

COSTE DE INSTALACIN


Coste medio de BCG:Horizontal: 675 U$/kW (17.5 kW)Vertical: 860 U$/kW (10.5 kW)

Comparndolo con un equipo convencional (17.5 kW) el coste agregado era de 350-450 U$/kW

Reducir los costes de componentes ms relevantes. (Excavacin y bomba de calor) Evitar bajar costes a expensas de la calidad. Compartir el coste de entrenamiento, investigacin y desarrollo con los fabricantes.

Tomado de:Steven Kavanaugh and Christopher Gilbreath, 1995

COSTE DE INSTALACIN


Porcentaje(%) de instalaciones de varios tipos (resultado de la encuesta)


Longitud Promedio de Tubera y Zanja/Pozo por TON

(T) = Excavadora de cadena(B) = Retroexcavadora

TON = 3.5 kWFeet = 0.3048 m


Costes del resto de la Instalacin (sin Intercambiador enterrado)

TON = 3.5 kW

1971 $/TON

1748 $/TON

1620 $/TON

1580 $/TON

1393 $/TON1205 $/TON

20 % 20 %25 %


Costes de unidades de Bombas de Calor Aire - Agua

TON = 3.5 kW


Comparacin del Coste Total de Sistemas Convencionales y BCG

TON = 3.5 kW


AHORRO ENERGTICO

Componente Energtica(kWh ahorrados)

Componente de mantenimiento

Componente de Potencia(kW contratados)$

$$


INCENTIVOS AL AHORRO ENERGTICO

Energa geotrmica para generacin de calor

Clasificada como energa renovable por el libro blancode la energa de la Unin Europea

Subvencionabilidad de proyectos energas renovables

Hasta el 40% del coste atribuible al carcter renovable


PERODO DE RETORNO

Coste inversin Ahorro anual

Mantenimiento

VAN(PERIODO DE RETORNO)

Estudio dinmico de la rentabilidad de la inversin.

Agenteseconmicos: c, i, e

c-> revalorizacin de la energai -> inflacine-> inters bancario


EJEMPLO

Estudio de rentabilidad de una instalacin de bomba de calor geotrmica

42 KW de refrigeracin 38 KW de calefaccin 500 metros cuadrados

Intercambiador vertical 9 pozos de 50 metros de profundidad

Parmetros de diseo

Programas de apoyo a las energas renovables

Coste sin subvencin - Caso I ---> 17100 eurosCoste con subvencin (40 %) - Caso II ---> 10260 euros

Coste de inversin I = 17100 - Coste de inversin II = 10260


Determinacin de ahorro anual.

Energa ahorradapor ao = 11200 kWh

0.082 /kWh

Ahorro anual ---> 1990

Mejora del 40 % en calefaccin

Ahorro calefaccin = 920

Energa ahorrada por ao = 13100 kWh

Mejora del 40 % en refrigeracin

Ahorro refrigeracin = 1070


Costes de Mantenimiento

Coste de mantenimiento anual ---> 0

Supone un ahorro frente al coste diferencial de la instalacin convencional!!

Sistema convencionalMantenimiento alto

(torres de refrigeracin)

Sistema bomba calor geotrmicaMantenimiento bajo

CMgeotrmico CMconvencional < 0


Evolucin del Valor Actual Neto de la instalacin

-20000

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tiempo (aos)

V

a

l

o

r

A

c

t

u

a

l

N

e

t

o

(

V

A

N

)

Uso moderado SIN Subvencin Uso bajo SIN Subvencin Uso elevado SIN SubvencinUso moderado CON Subvencin Uso bajo CON Subvencin Uso elevado CON Subvencin

Periodo de retornoCaso CON Subvencin SIN Subvencin

Uso bajo 13,6 21,5Uso moderado 4,7 8,1

Uso alto 3,2 4,9


Influencia de la financiacin

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

20000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tiempo (aos)

V

a

l

o

r

A

c

t

u

a

l

N

e

t

o

(

V

A

N

)

Inters bajo Inters medio Inters alto

c-> revalorizacin de la energai -> inflacine-> inters bancario

Fijos


Diseo: Compromiso Longitud - Ahorro

221

2601762

7064

313

387 560788

0

5

10

15

20

25

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Longitud en funcin de la temperatura de salida de la bomba de calor

P

a

y

b

a

c

k

E

s

t

t

i

c

o

(

a

o

s

)


Vida til

CosteMantenimiento

CosteOperacin

CosteInicial

VAN(Perodo Retorno)

Nuevos Sistemas

El peor3 ms bajoEl ms alto

El ms bajo

El peorBC aire

2 mejor

El ms alto3 ms bajo

Muy Alto3 mejorSistemas(4Tubos)

3 mejor

2 ms bajo2 ms bajo

2 ms bajo

2 mejorBC agua

El mejor

El ms bajoEl ms bajo

Muy AltoEl mejorBCG

GIOVANNI E. ROMERO. Anlisis Econmico de las Bombas de Calor Geotrmicas

(COMPARACIN SISTEMAS CONVECIONALES VS BCG)

CONCLUSION

Bombas de Calor Geotérmica

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