tecnologia solar geotermica con barrera termica - Isomax

TECNOLOGIA SOLAR GEOTERMICA CON
BARRERA TERMICA COMO AISLAMIENTO
ACTIVO
Página 1 de 11
En el sector de la edificación, las razones del derroche energético son básicamente tres:
1. Existen
límites
físicos
reales a
la eficiencia de algunas transformaciones
termodinámicas.
2. Existen factores culturales importantes que inciden en el gasto energético.
3. Existen factores tecnológicos y de diseño, que hacen que nuestras construcciones
sean ineficientes en energía.
Esto último implica que la forma en que se desarrolla la arquitectura en general, adolece de
un pensamiento energético integral relativo al uso eficiente de la energía y la sostenibilidad a
largo plazo de los modos de construir y utilizar esas edificaciones.
En el límite, es posible suponer que hay que practicar una arquitectura inteligente en energía,
que haga buen uso de la oferta no convencional de los recursos existentes.
Este tipo de construcción se denomina de energía Cero y básicamente se definen como
aquellas construcciones que consumen muy poca energía, presentando un balance de
energía global inferior a 15 kWh / m2 año según definición del Instituto Fraunhofer alemán.
Una construcción de consumo cero, es también un emisor cero de contaminantes, y su
impacto en el medio es mínimo.
La experiencia de miles de construcciones indica que no tiene por qué ser más cara que lo
usual y su nivel de confort es superior al de una construcción convencional.
La perspectiva de la presente propuesta se basa en cubrir el salto desde la gestión racional
de la energía desde unos principios físicos fundamentales a su aplicación integrada
dentro del proceso constructivo. Así se atiende a la energía solar térmica recibida durante
el día en el edificio, su transporte y almacenamiento en el subsuelo y su dosificación hacia el
interior de la vivienda según los criterios de confort establecidos.
La importancia de la climatización basada en el intercambio térmico con el subsuelo esta
cobrando una especial importancia en los últimos años de forma que las características del
terreno apuntan a nuevos criterios de diseño y crecimiento urbano en el inmediato futuro
[Parriaux, 2004] junto a los métodos de extracción de calor en cada caso [Rybach 1978].
Página 2 de 11
El empleo de la corteza terrestre como almacén de la energía captada en el exterior es un
procedimiento de enorme capacidad, coste muy bajo y elevada eficiencia como demuestran
los numerosos trabajos publicados al efecto tanto para calefacción como para refrigeración
[Öztürk, 2004][Rosen,1999], [Yumrutas,2005].
Este intercambio de energía puede realizarse mediante un fluido, usualmente el agua que,
por su densidad y calor especifico, es capaz de mayor capacidad de transporte o por el aire
que se incorpora directamente a la ventilación del interior [Pfafferott, 2003].
La utilización de la cubierta del edificio como superficie capaz de captura de la energía solar
tiene así mismo una larga trayectoria.
Por ello se lleva a cabo en la presente propuesta un esquema integrado de construcción y
gestión de energía que contribuya a la reducción de costes de edificación en unión de
los elementos de gestión térmica en los elementos constructivos para lograr una
drástica disminución del consumo de energía en el uso posterior de la construcción.
La propuesta consiste básicamente en la integración de la gestión de energía dentro de los
elementos constructivos capaces de captar la energía solar en la cubierta, almacenarla en el
subsuelo y transportarla a una barrera térmica que actúa como aislamiento activo ,
dosificando su incorporación al interior de la vivienda para maximizar el confort con el menor
consumo de energía.
Página 3 de 11
FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA SOLAR - GEOTERMICO
En cuanto a su funcionamiento hay que comentar los siguientes puntos:

Absorbedor solar del tejado: Mediante las tuberías de absorción hechas de tubos de
PP y situadas debajo de la cubierta, se utiliza la totalidad de la energía de radiación
solar , complementando con paneles solares térmicos.

El terreno a dos metros de profundidad tiene una temperatura constante entre 12 y
16º C . Necesitamos crear un depósito de almacenamiento que tenga una temperatura
superior a 18º C para calentar y otro con una temperatura inferior a 12 º C para enfriar
ya que queremos utilizarlo para crear una barrera térmica en fachadas y cubierta ,
Página 4 de 11
para ello los circuitos del tejado convergen a través de un colector que está conectado
por el avance y el retorno con el distribuidor de los circuitos del acumulador de materia
sólida tanto para almacenar calor o frío.

Tan pronto como la temperatura del absorbedor sobrepase en 2 grados Kelvin la
temperatura del acumulador situado más al exterior se activará una bomba de
circulación que impulsará el agua al terreno para realizar una transmisión térmica.

Por la alimentación según áreas de temperatura establecidas , ( + 35 º C, 25/34 º
C ,18 /24 º C )y a través de los distribuidores de válvula termostática que dirigen de
forma selectiva, se garantiza que incluso el poco calor del sol del invierno, o la
ganancia adicional de energía solar de las superficies del tejado que no estén
orientadas exclusivamente hacia el sur se aprovechen en el depósito de acumulación.

Según las temperaturas del agua que se consigan en el absorbedor del tejado, se
abren o se cierran las válvulas termostáticas y de manera selectiva se alimentan los
respectivos circuitos de alimentación.

La placa de base de la cimentación de hormigón armado y el terreno debajo acumulan
el calor solar o el frío con el cual han sido alimentados.
Se dispone de agua caliente sanitaria desde los paneles solares cuando hay sol y
desde la bomba geotérmica cuando no hay sol.
Ganancia geotérmica.- La construcción como elemento de recogida de calor geotérmico cuyo
transporte se realiza mediante un pequeño sistema de bombeo en distintos circuitos que
adquieren energía de la cubierta, la difunden en el suelo para su almacenamiento, la
distribuyen sobre los muros estableciendo una barrera térmica entre la vivienda y el entorno .
Durante los primeros meses se alimenta la barrera térmica desde los paneles solares cuando
hay sol y desde la bomba geotérmica cuando no hay sol.
En el momento en que se ha conseguido que los depósitos de almacenamiento tengan la
temperatura deseada se alimenta la barrera térmica por free cooling ,con el pequeño
consumo energético de la bomba que impulsa el agua.
Un segundo sistema utilizado para ventilación acondiciona el aire de entrada a la vivienda a
la temperatura idónea haciendo pasar el aire exterior por los tubos coaxiales enterrados en la
Página 5 de 11
zona de calor o frío ,según la época del año y recuperando mediante tubos de acero
concéntricos el calor residual del aire interior expulsado en su renovación con una eficacia
superior al 90%.
Otra opción es instalar una unidad de tratamiento de aire.
La geotermia
natural existente es recogida por la construcción plenamente aislada, de
manera que, incluso con alimentación cero de energía solar en las áreas de acumulación del
núcleo, se producen temperaturas de + 19 º C
y más (dependiendo del tamaño de la
construcción, de la calidad del suelo, etc.). Hasta que no existe esta geotermia natural se
hace uso de la bomba geotérmica.
Es preciso hacer constar que la temperatura de la superficie terrestre es una fuente de
energía respetuosa con el medio ambiente, que no precisa transporte, a prueba de crisis y
precios de mercado, económica y casi infinita , cuyo uso puede ser de inapreciable valor en
climas como el de España donde el equilibrio térmico estacional exige un aporte neto casi
nulo.
A través del sistema de climatización y compensación de las paredes exteriores se utiliza esta
geotermia para la compensación de pérdidas de calor de transmisión a través de la pared
exterior creando una barrera térmica que permite conseguir una temperatura constante con
muy bajo coste energético.
Para ello las fachadas se construyen con un panel sándwich poliestireno/mortero/poliestireno.
Dentro del mortero se aloja un mallazo de hierro que lleva atado serpenteando un tubo de
polipropileno por el que circulará agua para crear la barrera térmica a la temperatura deseada
según la época del año.
Adicionalmente podrá aumentarse el efecto de elemento de recogida de la construcción, si se
prevé un faldón de aislamiento alrededor de la solera y la tierra debajo, hasta una
profundidad de 2 metros. Lo que no encarece la obra al tener previstas dos plantas debajo de
la cota cero.
Página 6 de 11
FLUJO DE AIRE A TRAVÉS DEL ACUMULADOR TÉRMICO DEL SUBSUELO
Este sistema de regulación de temperatura de las paredes cumple con las tareas siguientes:
A. La climatización en los meses de verano mediante la evacuación de energía solar
excedente.
B. La compensación de pérdidas de calor de transmisión durante los meses de invierno
mediante una regulación de la temperatura con energía solar acumulada y geotermia
así como la formación de una barrera de temperatura.
Página 7 de 11
C. Evitar problemas de punto de rocío y mantener seco y proteger contra la
condensación las zonas de humedad ascendente o las zonas de partes constructivas
que estén en contacto con la tierra.
En edificios con un aislamiento óptimo, donde la ganancia adicional de energía interior juega
un papel decisivo, el sistema de barrera térmica se transforma en un sistema de climatización
de muy bajo consumo energético.
Página 8 de 11
La reducción de la pérdida de calor por transmisión aumenta la sensación de confort y crea
un clima ambiental sano.
La temperatura de superficie de la pared interior es idéntica a la temperatura del aire en la
habitación o se sitúa unos grados por encima o por debajo según la temperatura deseada.
En verano se refrigeran las paredes, transportando el exceso de calor de los muros al circuito
periférico alrededor del acumulador de materia maciza.
En invierno se lleva calor procedente del acumulador de materia maciza a las paredes
exteriores alimentándoles
prioritariamente de los acumuladores centrales y periféricos
(BARRERA DE TEMPERATURA)
Así pues EL SISTEMA ESTÁ BASADO en:
1. Paredes construidas con poliestireno y hormigón armado , de acuerdo a los
datos que aporte al proyecto el calculista de estructuras, con un aislamiento
perfecto y que llevan incluidas todas las instalaciones de tuberías integradas en
las paredes (barrera térmica, cables eléctricos, agua y saneamiento.
2. Energía solar disponible que se puede obtener mediante el absorbedor del
tejado. Energía acumulable que se utiliza en el acumulador de materia sólida
para la calefacción o para la compensación de pérdidas de calor de transmisión
de las paredes exteriores. Es muy importante el aprovechamiento de la energía
geotérmica de la corteza terrestre.
3. Hay muchas
experiencias sobre la utilización de la geotermia con bomba
geotérmica cuando es necesaria y de la acumulación a largo plazo de la energía
solar o del frío. .
4. Las ganancias adicionales de energía interior que se producen durante el
funcionamiento de aparatos eléctricos así como por la emisión de calor de los
usuarios. Está prevista la eliminación del exceso de calor producido .
5. Creación de una barrera térmica en las fachadas.
6. Tubo de aspiración dirigido por termostato situado en el exterior para la
ventilación invierno / verano por canal subterráneo, equipado con filtros y, en
caso de necesidad, con tamiz antipolen, dirigirá la corriente del aire entrante a
través de dos circuitos recuperadores de calor ( instalación de contracorriente),
o instalación de unidad de tratamiento de aire.
Página 9 de 11
7. El perfecto funcionamiento del edificio está regulado por un sistema de control
que mueve el agua desde la zona de captación en cubierta o desde la
producción generada por la bomba geotérmica cuando no hay sol a la barrera
térmica o al depósito de almacenamiento y desde el momento que el depósito
de almacenamiento alcanza la temperatura requerida ,desde el depósito de
almacenamiento a la barrera térmica. Todo el calor producido en la cubierta que
no se utiliza para agua caliente sanitaria se almacena en el depósito de
almacenamiento.
La interacción de estos elementos en un sistema de construcción y de energía hace posible
una construcción económica, favorecedora del medio ambiente y favorable en energía
primaria.
Es decisivo en el coste de un edificio y de sus instalaciones, los costes de energía primaria,
así como los gastos corrientes de energía.
Desde nuestro punto de vista existe aquí el punto de partida más importante , no debe
considerarse gasto adicional por la obra gris ni por las instalaciones sino una bajada de los
costes de explotación y de mantenimiento con un máximo ahorro de energía simultáneo
mediante la utilización de energías del medio ambiente y construcciones con aislamiento
óptimo ya que hay que diferenciar entre “gasto” e “inversión” , considerando “gasto” lo que no
se amortiza e “inversión” la cantidad gastada en una mejor construcción o climatización que
se amortiza en un breve plazo de tiempo y a partir de que se amortiza los costes de
explotación y mantenimiento se reducen casi a cero en comparación con una construcción y
climatización convencionales.
Hay que considerar que el coste de la energía irá aumentando cada año.
Esta construcción, al no consumir energía ,no contamina.
En la actualidad se utiliza una elevada proporción de todas las materias primas energéticas
(petróleo, gas y carbón) quemadas exclusivamente para calefacción y climatización, un lujo,
si tenemos en cuenta que ya existen a nuestra disposición una serie de alternativas útiles ,
como la que proponemos ,desde el punto de vista de la política medioambiental.
Página 10 de 11
ANALISIS CONSUMO EXPLOTACION
Desde el punto de vista económico es muy importante estudiar el consumo de explotación del
edificio que proponemos.
Sevilla es zona climática B-4
El valor U (w /m2k) para cumplir CTE es :
Fachadas
Cubiertas
Superficies en contacto con superficies calefactadas
0,82
0,45
0,82
Según IDAE en el documento “ Estrategia de Ahorro y Eficiencia energética en España 20042012
Consumo energía final ( kWh/m2/año ) en Edificio Oficinas
Calefacción
Refrigeración Ventilación+Bombas Total térmico
28,9
94,8
33,2
156,9
Considerando acondicionados 7720 m2 de los 9.000 m2 de superficie útil , que supone
acondicionar el 85,77 % de la superficie útil
En nuestra propuesta el valor U global es 0,24 W/m2K
El consumo energético es menor de 15 kWh / m2 / año
Se acondiciona el 100% de la superficie útil
Tenemos una superficie construida de 25.790,97 m2
Consumo considerando datos IDAE ( siempre se consume más de la media)
25.790,97 m2 x 156,9 kWh/m2 x 0,14726 € / kWh = 595.902,77 € Año 1
Considerando el mismo consumo y un incremento en el coste de la energía del 3% anual
El año 10 habría un gasto de 824.868,74 € / año
Con nuestra tecnología el consumo máximo será :
25.790,97 m2 x 15 kWh/m2/año x 0,14726 € / kWh = 56.969,67 € Año 1
Lo que supone un ahorro superior a 500.000 € el año 1 y 700.000 € el año 10
Página 11 de 11