intercambiadores tierra-aire en la climatización de

CEDEX-JORNADA SOBRE APROVECHAMIENTO
GEOTÉRMICO SUPERFICIAL EN EDIFICACIÓN
Joan Escuer GEÓLOGO CONSULTOR
INTERCAMBIADORES TIERRA-AIRE EN LA
CLIMATIZACIÓN DE CONSTRUCCIONES.
POZOS PROVENZALES Y TÉCNICAS
EMPARENTADAS
CONTENIDO
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INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES
ASPECTOS TECNICOS DE DISEÑO
MANTENIMIENTO
RENDIMIENTO ECONOMICO
CONCLUSIONES
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LOS ORÍGENES
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El “intercambiador” más simple
viene siendo usado de forma
intuitiva por el hombre desde la
Prehistoria
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ANTECEDENTES
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Grad de Predjamski, en Postojna, Eslovenia, fue construido en la primera
mitad del siglo XII
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ANTECEDENTES
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ANTECEDENTES
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INTRODUCCIÓN
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Pozos provenzales
y Intercambiadores
tierra aire: Que
son?
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POZO PROVENZAL
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El pozo provenzal tiene su origen
en las construcciones
tradicionales del sur de Francia.
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INTERCAMBIADORES
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INTERCAMBIADORES
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Para que se utilizan?: Ejemplos
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ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO
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1. Materiales utilizados
2. Dimensionado del sistema
3. Tipo de suelo
4. Profundidad de instalación
5. Controles
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MATERIALES
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INSTALACIÓN
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PARAMETROS DE DISEÑO
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Ts=f(Te)La temperatura de salida del aire depende fuertemente de la temperatura de entrada.
La variación diurna de la temperatura del suelo es aproximadamente sinusoidal, la amplitud
decrece rápidamente en profundidad y el momento de la máxima y la mínima se desplaza con el
tiempo existiendo un retraso en la medida que la onda térmica penetra el suelo.
Las características del suelo son muy importantes: las propiedades térmicas del mismo
influencian fuertemente el comportamiento térmico del sistema.
A mayor longitud del conducto existe mayor transferencia de calor. Los valores usuales para
longitud de conductos se encuentran en el intervalo comprendido entre los 10 y los 100 m.
Para la velocidad del flujo del aire se consideran óptimos valores alrededor de 4 m/s para
conductos de 20 cm de diametro, existiendo un compromiso entre la potencia necesaria para
hacer circular el aire y el acondicionamiento resultante.
cálculo adecuado del balance entre la transferencia de calor y el soplado de aire en los
conductos. Valores entre 20 y 60 cm de diámetro son típicos pudiendo alcanzarse valores
superiores al metro en grandes edificios (hoteles, centros comerciales, etc.).
Es más eficiente un conjunto de conductos más cortos que menor cantidad de conductos de
mayor longitud.
El espaciado entre tubos debe ser aquel que permita que los conductos sean térmicamente
independientes.
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TIPO DE SUELO
• Profundidad: Condiciona la excavación y la viabilidad
(susbtratos rocosos).
• Presencia de nivel freático: Afecta a los coses de
instalación y puede llegar a comprometer la viabilidad.
• Tipo de material geològico: Afecta a la conductividad
térmica y en menor medida los costes de excavación.
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CONDUCCIÓN EN SUELO
Altura
10.0 m
05:00
El suelo tiene una
capacidad calorífica alta,
entre 0.27 y 0.80
cal/g/ºC, lo que significa
que es un buen
acumulador de calor, y
una baja conductividad
térmica, que hace que la
penetración del calor en
el suelo sea lenta, al
igual que su
enfriamiento.
08:00
10:00
12:00
15:00
18:00
2.40 m
1.20 m
60 cm
30 cm
15 cm
-2 cm
-5 cm
-15 cm
30
35
40
T (ºC)
45
50
Perfiles en verano
(datos: media meses julio y agosto, basado en A. H. Strahler, Geografía Física)
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PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS SUELOS
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PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS SUELOS
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CONDUCTIVIDAD TÉRMICA EN SUELOS
• Los suelos son complejos agregados de
minerales y partículas orgánicas.
• La conductividad en los suelos depende
mayormente de su porosidad y su grado de
saturación.
• Los suelos granulares que contienen limo o
arcilla presentan mayores conductividades que
los suelos arenosos limpios.
• Los suelos arenosos limpios presentan bajas
conductividades en seco pero altas
conductividades cuando están saturados
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PROPIEDADES TÉRMICAS DE LAS ROCAS
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CONDUCTIVIDAD TÉRMICA EN ROCAS
• La conductividad en las rocas también depende
mayormente de su porosidad y su grado de
saturación.
• Un aumento en la porosidad disminuye la
conductividad, pero un aumento en la saturación
la aumenta, siempre que exista una cierta
permeabilidad.
• El conocimiento del nivel freático y sus
variaciones es significativo
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MANTENIMIENTO: FILTROS
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MANTENIMIENTO: FILTROS
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EVACUACION DE CONDENSADOS
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EVACUACION DE CONDENSADOS
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RENDIMIENTO ECONÓMICO
• La economia que permite un pozo
canadiense o un intercambiador depende
de numerosos parámetros: (clima,
distribución, energía).
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RENDIMIENTO ECONÓMICO
• El rendimiento económico de los
intercambiadores tierra aire es positivo
para las aplicaciones de refrigeración.
• El rendimiento de los intercambiadores
por si solos como sistema de calefacción
es claramente insuficiente
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CONCLUSIONES
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•
Los intercambiadores de calor tierra aire, pozos provenzales y
canadienses se utilizan para reducir la temperatura del aire que
ingresa en los edificios durante el verano y aumentárla durante el
invierno.
Las ventajas de estos sistemas son:
– una inversión mucho menor que una climatización reversible
convencional
– los requerimientos energéticos son completamente marginales
– entretenimiento y mantenimiento sobrios
– son completamente sostenibles y ecológicos.
•
En la actualidad estos sistemas son optimizados mediante el uso de
dispositivos que aprovechan las inercias térmicas diarias y
estacionales existentes en el subsuelo implementando
acumuladores térmicos que retardan la oscilación térmica en vez de
simplemente templarla.
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CONCLUSIONES
•
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•
La conductividad térmica del suelo es el factor limitante más
importante que se ha de tener en cuenta en el diseño de un
intercambiador.
Es de vital importancia clasificar el terreno según su conductividad
térmica para lo que deben identificarse los tipos de suelo y rocas
presentes en la zona así como las variaciones de las propiedades
físicas relevantes desde un punto de vista térmico.
El rendimiento económico de los intercambiadores tierra aire es
positivo para las aplicaciones de refrigeración y permite prescindir
de un sistema de aire acondicionado convencional con un gran
ahorro aunque para ello es imprescindible que la construcción a
climatizar posea un aislamiento eficiente.
Por último la simplicidad del principio no debe hacer olvidar el
diseño y la puesta en obra que debe ser confiada a profesionales
que garantizarán una correcta implementación y rendimiento del
sistema.
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