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11/02/2010 - 01:00h
Frío pasivo, frío activo y combinación de ambos en la climatización geotérmica
Un sistema geotérmico de baja entalpía se sirve de una bomba de calor y un sistema de captación en el subsuelo para aprovechar esta temperatura. La clave de la eficiencia de este sistema reside en el aprovechamiento de la energía acumulada en el subsuelo de manera constante y estable, de forma que la energía eléctrica consumida por el sistema resulte inferior que en un sistema convencional de bomba de calor. Mediante el presente documento nos centraremos en las diferencias existentes entre el refrescamiento directo o frío pasivo y el frío activo o la posiblidad de combinar ambos sistemas.
Esquema de principio para instalación con bomba de calor geotérmica
Las necesidades de cubir con un sistema básico con bomba de calor geotérmica, al igual que en otros sistemas energéticos, se centran en la calefacción y ACS. Es aquí donde las instalaciones con bomba de calor geotérmica se diferencian de otros sistemas energéticos como fuentes de energía renovable y ofrecen alternativas para contemplar la climatizción sin necesidad de introducir sistemas adicionales, permitiendo alcanzar un confort complejo de manera eficiente y económica.
Para determinar el rendimiento de la bomba de calor geotérmica se utilizan determinados índices en función de la aplicación. Tenemos entonces para caracterizar el rendimiento en calefacción como COP y para la producción de frío como ERR, definiéndose cada uno de ellos de la forma siguiente:
COP= energía útil / electricidad consumida
ERR = energía útil (calor absorbido en el compresor ) /energía consumida en el compresor
A continuación se describen las posibilidades de cobertura con bomba de calor geotérmica, las ventajas que presentan, y sus peculiaridades.
Refrescamiento directo. Frío pasivo
El refrescamiento director o frío pasivo en un sistema geotérmico se basa en el aprovechamiento de la temperatura del subsuelo, más frío que el ambiente del verano, para utilizarlo como foco frío y absorber el calor excedente de la vivienda a través del sistema de calefacción para optimizar una sensación de confort en el interior de la vivienda. Consiste en hacer circular el fluido caloportador del circuito de captación geotérmica (mezcla de agua y anticongelante ) a través de un intercambiador de placas.
Este sistema de refrescamiento no es exclusivo para combinarlo con el suelo radiante, sino que se pueden emplear otro sistema como pueden ser los fancoils.
Control
El control de este sistema se realiza mediante el propio regulador de la bomba de calor, sin necesidad de un controlador adicional externo. Este control actúa sobre las válvulas de tres vías, posicionándolas en función de las necesidades de la vivienda.
Cabe la posibilidad de introducir un sensor de humedad para controlar la mínima temperatura de impulsión, calculando la temperatura de rocío y así evitar las condensaciones en el suelo radiante.
Dimensionamiento
El único elemento a dimensionar en esta configturación es el intercambiaor de placas, que deberá poder intercambiar el calor suficiente para lograr las condiciones deseadas en el interior de la vivienda. No es necesario dimensionar las características de la bomba de calor para cubrir estas necesidades ya que en ningún momento interviene.
Cobertura de las necesidades de ACS
Cuando la instalación necesita cubrir los requerimientos de agua caliente sanitaria, el sistema de control activará el circuito de refrigeración de la bomba de calor que, a través de la acción del compresor, calentará el agua destinada a la preparación de ACS. Mediante esta regulación se dispone de forma simultánea de frío pasivo y ACS.
Ventajas e inconvenientes
Como ventajas hay que destacar que la opción del refrescamietno directo permite alcanzar una sensación de confort en la vivienda sin necesidad de poner en funcionamiento el compresor de la bomba de calor, y por tanto, reduciendo el consumo eléctrico. Por otro lado es una opción más económica que el frío activo, ya que el coste de la instalación es menor; no se necesita introducir un acumulador de inercia adicional para frío, además de no añadir el sobrecoste de la bomba de calor cuando disponde de ciclo reversible. Por último, señalar la regeneración del terreno en verano cuando se activa el refrescamiento.
Como inconveniente se tiene que la capacidad de refrescamiento es menor que empleando frío activo, ya que las temperaturas alcanzadas para refrescar no son tan bajas.
Refrescamiento mediante frío activo
Otra posibilidad es producir frío mediante la inversión del ciclo de refrigeración de la bomba de calor. Para ello se deberá actuar sobre una válvula de cuatro vías en el ciclo de frío para poder enfriar el circuito de calefacción mediante el aprovechamiento geotérmico.
Cabe destacar que las principales diferencias en le esquema de principio de una instalación con inversión de ciclo con otra que emplee refrescamiento directo son:
- la bomba de calor realiza la inversión de ciclo para producir frío. Es decir, hay consumo eléctrico por parte del compresor.
- Introducción de un acumulador de inercia para frío
- Se requiere un número mayor de válvulas de tres vías que con el refrescamiento directo.
- Mayor capacidad de refrigeración
Control
Al igual que con frío pasivo, el control del sistema completo lo realiza el controlador, actuando sobre la válvula de cuatro vías en el interior de la bomba de calor para invertir el ciclo de la máquina, sobre las válvulas de tres vías para trabajar con otra una inercia u otra, y controlando las temperaturas de trabajo.
Al igual que antes, y sobre todo con un sistema por suelo radiante, es conveniente introducir un sensor de humedad que proporcione información a a la centralita de control para que calcule la temperatura adecuada de impulsión y evitar condensaciones.
Dimensionamiento
Al contrario que en el caso de refrescamiento directo, la cobertura de las necesidades de frío sí que incluyen en el dimensionamiento de la bomba de calor y , en consecuencia, de la captación geotérmica a realizar. Hay que prestar atención a las cargas térmicas de frío ya que éstas, en determinados climas, pueden ser mayores que las de calefacción, o simplemente la aplicación nos determina unas mayores necesidades de frío en comparación con las de calor.
Cobertura de las necesidades de ACS
Cuando se dispone de una bomba de calor geotérmica con inversión de ciclo resulta importante poder asegurar la producción de agua caliente para la preparación del ACS.
En verano, cuando la máquina trabaja para producir frío, atenderá la demanda de ACS de forma prioritaria. Una vez que es necesario producir agua caliente, la centralita invertirá el ciclo de la bomba de calor para producir agua a una temperatura de hasta 60ºC, acumulándola en el depósito y teniéndola lista en todo momento para su utilización en el módulo de producción instantánea de ACS.
Ventajas e inconvenientes
La principal ventaja de estos sistemas es la capacidad que tienen para cubrir por completo las necesidades de refrigeración de la vivienda con el dimensionamiento adecuado. Por otro lado, al igual que con el refrescamiento directo, se consigue una regeneración del terreno en el verano.
Como inconvenientes hay que señalar:
- mayor consumo energético por parte del compresor
- mayor coste de la instalación
- sobrecoste de la bomba de calor
Por otro lado, hay que tener presente que, debido a las altas temperaturas de descarga hacia el subsuelo, se debe dimensionar adecuadamente la captación y emplear sondas de material diseñado para asegurar la vida útil de las sondas a esas temperaturas y por consiguiente, de la captación.
Frío pasivo y activo simultáneamente
La bomba de calor geotérmica ofrece la posibilidad de combinar los dos sistemas anteriormente descritos. Al igual que antes, habrá que tener en cuenta el dimensionamiento de los diferentes elementos, calculándolos de forma análoga.
Conclusiones
- El refrescamiento directo o frío pasivo necesita únicamente de un intercambiador de placas de dimensiones adecuadas y dos válvulas de tres vías
- El frío activo necesita una bomba de calor con inversión de ciclo, un acumulador de inercia adicional para frío y tres válvulas de tres vías
- Es importante el dimensionamiento de la bomba de calor y de la captación en función de las necesidades a cubrir en el caso de frío activo
- Se consigue una regeneración del terreno con ambos sistemas
- Es importante un sensor de humedad para impulsar a la temperatura más adecuada y evitar condensaciones cuando se combina la bomba de calor geotérmica con suelo radiante
- El control del sistema completo lo asume la propia regulación de la bomba de calor
- Estas opciones de refrescamiento se pueden combinar con sistemas de calefacción como suelo radiante o fancoils
Mayor coste con frío activo que con frío pasivo, pero se consigue mayor capacidad de refrigeración.
Fuente: Ecoconstrucción
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