El COP (del inglés Coefficient of Performance) de una bomba de calor se define como la potencia útil que entrega dividido por la potencia que consume.
El COP de una bomba de calor depende del salto térmico que tiene que vencer: por ejemplo para entregar 10kWh a una temperatura de 35ºC con una fuente de calor a 10ºC se necesita menos energía auxiliar que para entregar 10kWh a 50ºC con una fuente de 0ºC.
Entonces el COP de una instalación de bomba de calor geotérmica depende en gran medida del diseño de la instalación: por un lado de la fuente de calor, por el otro lado de la entrega de calor.
Si la fuente geotérmica se ha diseñada muy pequeña, eso resulta en que la temperatura de los captadores baja mucho durante el invierno (y sube mucho durante el verano en caso de dar refrescamiento) y por lo tanto lleva a un salto térmico mayor y a un COP menos favorable.
La entrega de calor, para asegurar un COP alto, tiene que efectuarse a la menor temperatura posible. Entonces no conviene producir calor siempre a una temperatura alta y después mezclar para conseguir la temperatura deseada.
Otro factor que influye en el COP real de una instalación es la cantidad de paros y arranques. Cada vez que arranca la bomba de calor, primero se tienen que establecer los presiones dentro de la máquina, por lo tanto en los primeros instantes la máquina consume, pero no produce al 100%. Por lo tanto no conviene que una máquina arranque y después de pocos minutos ya vuelva a apagarse. Para evitar eso, se tienen que prever inercias en el sistema.
Y por último obviamente el COP depende de la máquina misma. Los fabricantes de bombas de calor geotérmicas dan los COPs a temperatura de 0ºC en el suelo y 35ºC de entrega (B0/W35) y a 0ºC y 50ºC (B0/W50). Al comparar diferentes marcas hay que fijarse en la norma según la cual se han determinado los COPs: ha habido un cambio de norma de la antigua EN 255 a la nueva EN 14511. Los COPs de la norma antigua (EN 255) siempre son algo mejores (debido a un caudal menor en la entrega de calor), por eso muchos fabricantes no quieren sacar estos datos de su hoja de datos. Pero los datos de la norma nueva (EN 15411) se acercan más al funcionamiento real en una instalación.
Bomba de Calor Geotérmica y factor de energía primario
La geotermia normalmente se cita como una fuente de energía renovable. Dicho así es cierto, porque definitivamente, si saco algo de calor del suelo este se enfría y tarde o temprano vuelve a la misma temperatura, así que la energía se ha renovado.
Entonces la pregunta crucial no es, si la geotermia es renovable o no, sino si el aprovechamiento de la geotermia mediante bombas de calor es más ecológico que otras formas de producir calor para calefacción.
Para explicar el problema voy a empezar con un ejemplo a lo mejor un poco tonto, pero después se explica qué tiene que ver con las bombas de calor geotérmicas:
Imaginemos que estamos en el desierto de Arabia y queremos calentar nuestra casa porque hace frío en la noche. Justo frente de casa tenemos un pozo de petroleo, pero como nos creemos ecológicos preferimos calentar la casa con biomasa, que es una energía renovable. Pero como no hay bosque en el desierto vamos en 4x4 a buscar leña a 1000km de la casa. Con eso gastamos 100l de gasolina con lo que hubiéramos podido calentar la casa durante mucho más tiempo que el que nos dura la leña que hemos traído.
Ahora, ¿qué tiene que ver con la bomba de calor geotérmica? Muy fácil: en el caso de la bomba de calor geotérmica también hay que vigilar si no gastamos más energía convencional para aprovechar la renovable.
Entonces comparemos energéticamente una bomba de calor geotérmica con una caldera de gas:
En ambos casos queremos entregar 100kWh de calor a una casa.
Empezamos con el caso de la caldera de gas, que es el más simple: La caldera de gas tiene un rendimiento de 9o% aproximadamente, es decir 90% de la energía que contiene el gas nos va ser útil para calentar la casa, mientras 10% de la energía la perdemos principalmente a través de la chimenea. El total de energía primaria para producir 100kWh de calor mediante caldera de gas es entonces: 100kWh / 90% = 111kWh.
Ahora miramos el caso de una bomba de calor geotérmica: la bomba de calor tiene un COP de 4, es decir por cada kWh de electricidad que consume entrega 4 de calor. Por lo tanta, para producir 100kWh de calor necesitamos 25kWh de electricidad.
Pero ahora tenemos que ver cómo llegó la electricidad hasta nuestra casa. La electricidad se produce ne una central eléctrica que en la mayoría de los casos consume gas. El rendimiento para producir electricidad a partir de gas el de 40% aproximadamente. Entonces, para producir los 25kWh de electricidad que necesitamos para calentar la casa se tienen que quemar 25kwh/40% = 63 kWh
Entonces, en este ejemplo vemos que con la bomba de calor geotérmica hemos ahorrado casi la mitad del gas comparado con una caldera. La bomba de calor sale más beneficiada si tiene un COP mayor y si la electricidad se produce con un buen rendimiento.
Publicado por Simon Braungart
Entonces la pregunta crucial no es, si la geotermia es renovable o no, sino si el aprovechamiento de la geotermia mediante bombas de calor es más ecológico que otras formas de producir calor para calefacción.
Para explicar el problema voy a empezar con un ejemplo a lo mejor un poco tonto, pero después se explica qué tiene que ver con las bombas de calor geotérmicas:
Imaginemos que estamos en el desierto de Arabia y queremos calentar nuestra casa porque hace frío en la noche. Justo frente de casa tenemos un pozo de petroleo, pero como nos creemos ecológicos preferimos calentar la casa con biomasa, que es una energía renovable. Pero como no hay bosque en el desierto vamos en 4x4 a buscar leña a 1000km de la casa. Con eso gastamos 100l de gasolina con lo que hubiéramos podido calentar la casa durante mucho más tiempo que el que nos dura la leña que hemos traído.
Ahora, ¿qué tiene que ver con la bomba de calor geotérmica? Muy fácil: en el caso de la bomba de calor geotérmica también hay que vigilar si no gastamos más energía convencional para aprovechar la renovable.
Entonces comparemos energéticamente una bomba de calor geotérmica con una caldera de gas:
En ambos casos queremos entregar 100kWh de calor a una casa.
Empezamos con el caso de la caldera de gas, que es el más simple: La caldera de gas tiene un rendimiento de 9o% aproximadamente, es decir 90% de la energía que contiene el gas nos va ser útil para calentar la casa, mientras 10% de la energía la perdemos principalmente a través de la chimenea. El total de energía primaria para producir 100kWh de calor mediante caldera de gas es entonces: 100kWh / 90% = 111kWh.
Ahora miramos el caso de una bomba de calor geotérmica: la bomba de calor tiene un COP de 4, es decir por cada kWh de electricidad que consume entrega 4 de calor. Por lo tanta, para producir 100kWh de calor necesitamos 25kWh de electricidad.
Pero ahora tenemos que ver cómo llegó la electricidad hasta nuestra casa. La electricidad se produce ne una central eléctrica que en la mayoría de los casos consume gas. El rendimiento para producir electricidad a partir de gas el de 40% aproximadamente. Entonces, para producir los 25kWh de electricidad que necesitamos para calentar la casa se tienen que quemar 25kwh/40% = 63 kWh
Entonces, en este ejemplo vemos que con la bomba de calor geotérmica hemos ahorrado casi la mitad del gas comparado con una caldera. La bomba de calor sale más beneficiada si tiene un COP mayor y si la electricidad se produce con un buen rendimiento.
Publicado por Simon Braungart
Captación Geotérmica Horizontal
La energía solar almacenada en el subsuelo es absorbida por la Bomba de Calor (BdC) Geotérmica mediante un intercambiador de calor enterrado formado por tuberías plásticas de alta resistencia y larga vida útil (50 a 100 años), cobre o acero inoxidable.
Por estas tuberías circula agua glicolada que intercambia calor con el terreno. La capacidad de intercambio de calor depende del tipo de terreno y su temperatura, de la longitud del intercambiador, de su aplicación (frío/calor) y el tipo de material de relleno que se coloque entre las tuberías del intercambiador y el suelo, así como de la separación entre las tuberías. Conociendo la cantidad de calor/frío (carga térmica) a disipar o absorber para climatizar una vivienda se puede llegar a un diseño óptimo para cada aplicación.
Existen distintas configuraciones de intercambiador enterrado y su elección depende de las características específicas de cada instalación.
Captación Geotérmica Horizontal: Entramado de tubos de polietileno de 25 a 40 mm de diámetro dispuestos en horizontal y enterrados a 0,8 a 1,2 mts de profundidad por los circula agua glicolada que captan la energía del sol, bien sea por conducción de la radiación solar directa o por la que transporta el agua lluvia que se filtra. La ventaja que ofrece este tipo de captación, es el bajo coste pero con la desventaja de penalizar una superficie amplia en la que no se puede edificar para permitir una renovación del terreno.
En el caso de una vivienda unifamiliar de nueva construcción, es necesario disponer de una superficie 1,5 veces la superficie útil a calefactar de la vivienda y hasta 3 veces para las casas antiguas con malos aislamientos térmicos. Debido a la escasa profundidad en la que se encuentra la captación geotérmica horizontal, el rendimiento de la Bomba de Calor Geotérmica se ve afectado en mayor medida por la fluctuación ambiental.
Por estas tuberías circula agua glicolada que intercambia calor con el terreno. La capacidad de intercambio de calor depende del tipo de terreno y su temperatura, de la longitud del intercambiador, de su aplicación (frío/calor) y el tipo de material de relleno que se coloque entre las tuberías del intercambiador y el suelo, así como de la separación entre las tuberías. Conociendo la cantidad de calor/frío (carga térmica) a disipar o absorber para climatizar una vivienda se puede llegar a un diseño óptimo para cada aplicación.
Existen distintas configuraciones de intercambiador enterrado y su elección depende de las características específicas de cada instalación.
Captación Geotérmica Horizontal: Entramado de tubos de polietileno de 25 a 40 mm de diámetro dispuestos en horizontal y enterrados a 0,8 a 1,2 mts de profundidad por los circula agua glicolada que captan la energía del sol, bien sea por conducción de la radiación solar directa o por la que transporta el agua lluvia que se filtra. La ventaja que ofrece este tipo de captación, es el bajo coste pero con la desventaja de penalizar una superficie amplia en la que no se puede edificar para permitir una renovación del terreno.
En el caso de una vivienda unifamiliar de nueva construcción, es necesario disponer de una superficie 1,5 veces la superficie útil a calefactar de la vivienda y hasta 3 veces para las casas antiguas con malos aislamientos térmicos. Debido a la escasa profundidad en la que se encuentra la captación geotérmica horizontal, el rendimiento de la Bomba de Calor Geotérmica se ve afectado en mayor medida por la fluctuación ambiental.
Pozos Canadienses.
Pilotes Geotérmicos
GEOEFICIENCIA LE COMUNICA QUE ESTAMOS TRABAJANDO PARA OFRECERLE INFORMACIÓN DE PRIMERA CALIDAD.
Diseño Intercambiador Geotérmico
Test de Respuesta Térmica (TRT)
2 factores importantes a tener en cuenta en aplicaciones para el aprovechamiento de la Geotermia Solar mediante Bomba de Calor Geotérmica (BdC) son: Conocer la demanda de energía del edificio a climatizar y el comportamiento térmico del subsuelo. El cálculo de la demanda térmica del edificio real, no es algo complicado de determinar pero la conductividad térmica del terreno es hasta ahora complicada debido a diferentes factores dentro de los que destaca:
• Propiedades físicas del terreno
• Caudal y velocidad de flujo del agua subterránea
• Propiedades de los intercambiadores geotérmicos
• Condiciones climatológicas
Uno de los parámetros más relevantes en una medición geotérmica es la conductividad térmica, que determina la cantidad de energía que pasa por unidad de tiempo y por una superficie de 1 m2 a una distancia de un metro para crear un aumento de temperatura de 1 K. Sus unidades en el S.I. λ [W/(m.K)]. Es también un patrón para el conocimiento de la velocidad con la que se va a realizar tanto la extracción como disipación energética en el terreno a través del intercambiador geotérmico (sonda geotérmica).
Existen 2 métodos para conocer la conductividad térmica que presenta el terreno a perforar. Hay que tener presente que en una perforación lo habitual es que nos encontremos con diferentes tipos de materiales (arenas, arcillas, rocas, etc) y con diferentes cantidades de agua. Por tanto un primer método para conocer el valor de es, en el momento de la perforación, ir tomando muestras de los diferentes estratos o materiales que nos vamos encontrando y medir su conductividad térmica en laboratorio. Como es lógico, este método se antoja bastante laborioso, complicado y caro y que además no nos va a proporcionar información de la influencia del agua subterránea presente en la zona y el segundo método reconocido como Test de Respuesta Térmica es el más sencillo y nos permite tener en cuenta factores como son la presencia de agua, conductividad del material de relleno, tipo de sonda empleada, etc.
El Test de Respuesta Térmica se realiza normalmente sobre el primer sondeo geotérmico de un campo de captación geotérmica que deberá tener idénticas características a los demás sondeos. Consiste en aplicar una cantidad constante de calor en el subsuelo mediante resistencia eléctrica y a través del fluido caloportador a emplear durante 48-72 horas. Durante todo ese tiempo, la temperaturas de entrada y salida de la perforación, la potencia suministrada y por supuesto el tiempo serán medidos y los datos serán almacenados en ordenador y empleados para realizar la simulación con software especializado que nos permitirá determinar la distancia de las perforaciones, configuración de los sondeos geotérmicos, metro lineales de perforación necesarios, etc.
El Test de Respuesta Térmica es altamente recomendado para instalaciones que superen los 30 kW de potencia ya que garantizan el correcto funcionamiento de la instalación y los rendimientos esperados, al igual que ahorro en metros lineales de perforación de entorno al 20% en la mayoría de los casos
• Propiedades físicas del terreno
• Caudal y velocidad de flujo del agua subterránea
• Propiedades de los intercambiadores geotérmicos
• Condiciones climatológicas
Uno de los parámetros más relevantes en una medición geotérmica es la conductividad térmica, que determina la cantidad de energía que pasa por unidad de tiempo y por una superficie de 1 m2 a una distancia de un metro para crear un aumento de temperatura de 1 K. Sus unidades en el S.I. λ [W/(m.K)]. Es también un patrón para el conocimiento de la velocidad con la que se va a realizar tanto la extracción como disipación energética en el terreno a través del intercambiador geotérmico (sonda geotérmica).
Existen 2 métodos para conocer la conductividad térmica que presenta el terreno a perforar. Hay que tener presente que en una perforación lo habitual es que nos encontremos con diferentes tipos de materiales (arenas, arcillas, rocas, etc) y con diferentes cantidades de agua. Por tanto un primer método para conocer el valor de es, en el momento de la perforación, ir tomando muestras de los diferentes estratos o materiales que nos vamos encontrando y medir su conductividad térmica en laboratorio. Como es lógico, este método se antoja bastante laborioso, complicado y caro y que además no nos va a proporcionar información de la influencia del agua subterránea presente en la zona y el segundo método reconocido como Test de Respuesta Térmica es el más sencillo y nos permite tener en cuenta factores como son la presencia de agua, conductividad del material de relleno, tipo de sonda empleada, etc.
El Test de Respuesta Térmica se realiza normalmente sobre el primer sondeo geotérmico de un campo de captación geotérmica que deberá tener idénticas características a los demás sondeos. Consiste en aplicar una cantidad constante de calor en el subsuelo mediante resistencia eléctrica y a través del fluido caloportador a emplear durante 48-72 horas. Durante todo ese tiempo, la temperaturas de entrada y salida de la perforación, la potencia suministrada y por supuesto el tiempo serán medidos y los datos serán almacenados en ordenador y empleados para realizar la simulación con software especializado que nos permitirá determinar la distancia de las perforaciones, configuración de los sondeos geotérmicos, metro lineales de perforación necesarios, etc.
El Test de Respuesta Térmica es altamente recomendado para instalaciones que superen los 30 kW de potencia ya que garantizan el correcto funcionamiento de la instalación y los rendimientos esperados, al igual que ahorro en metros lineales de perforación de entorno al 20% en la mayoría de los casos
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