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28/01/2010 - 10:16h
Climatización geotérmica: nuevo hospital de Mollet del Vallés, centro pionero en geotermia hospitalaria
La climatización geotermica alcanza rendimentos de hasta un 600%, por lo cual grandes instituciones se empiezan ya a interesar seriamente por este tipo de climatización. El metro de Madrid ya ha comenzado a instalarlo en una de sus estaciones, RENFE también lo usará en estaciones del AVE, y el hospistal en construcción de Mollet del Vallés, Barcelona, también utilizará este sistema para climatizar todas sus instalaciones, lo que producirá un ahorro enorme de energía.
El nuevo hospital de Mollet del Vallés, Barcelona, ha apostado por la energía geotérmica para climatizar parte de sus dependencias. La instalación llevada a cabo durante los años 2007 y 2009, la ha convertido en uno de los edificios más sostenibles de España, ya que cubrirá más de un MW de potencia de climatización sólo mediante geotérmica. El intercambiador de calor terrestre cuenta con más de 20.000 m de perforación geotérmica vertical consistente en 144 sondeos de bucle cerrado de 145 m de profundidad. Este proyecto es actualmente el más grande de España y pionero en climatización hospitalaria mediante geotermia de Europa.
Una vez terminado, se convertirá, además, en una referencia de la sostenibilidad en España, ya que ha apostado por la energía geotérmica para su climatización, además de incluir sistemas de reaprovechamiento de aguas pluviales y aislamientos de última generación, entre otros.
En este proyecto se ha tratado de optimizar los rendimientos energéticos de los equipos y sistemas que han de satisfacer esta demanda energética, sin tener que recurrir a las torres de refrigeración y así evitar el riesgo asociado a la contaminación por legionella.
Para cubrir las necesidades de climatización se han realizado más de 20.000 metros lineales de perforaciones para la construcción del intercambiador geotérmico vertical que cubrirá una potencia de 1.200 kW para la calefacción y 1.000 kW para refrigeración. El sistema cuenta con dos bombas de calor geotérmicas de 600 kW en modo calefacción y 500 kW en modo refrigeración con la que se pretende satisfacer la demanda de calefacción y refrgieración base del hospital. El resto de potencia no cubierta mediante el sistema geotérmico, será satisfacha con métodos de climatización convencional, como chillers y calderas.
Principio del sistema geotérmico: fases del proyecto
La tecnología de almacenamiento térmico subterráneo mediante sondeos geotérmicos se basa en el almacenamiento e intercambio geotérmico con el subsuelo con el fin de climatizar edificios de forma eficiente. El intercambio de energía térmica con el subsuelo se realiza por medio de la conexión de la bomba de calor con el intercambiador de calor terrestre.
Es una tecnología que se ha desarrollado con mucho éxito en países del norte de Europa y Estados Unidos, tanto en edificios residenciales como industriales, comerciales e institucionales. Una de las mayores ventajas es que permite una reducción de las demandas y consumos de energía eléctrica.
Se describen a continuación etapas del poryecto llevadas a cabo durante los años 2007 y 2009:
Ensayo de respuesta térmica
El primer paso consistión en la realización de un sondeo geotérmico piloto y su correspondiente ensayo de respuesta térmico ERT, también conocido como TRT - Thermal Response Test.
Para ello, se realizó la perforación del sondeo exploratorio de 145 m. de profundidad. El ensayo consiste en producir la circulación de un fluido portado de calor a través de la sonda durante 72 horas y monitorizar la temperatura de entrada y salida al sondeo. El ERT es un procedimiento experimental que permite determinar in situ la conductividad térmica del subsuelo. Una condición importante es que durante todo el período del experimento la potencia de inyección de calor permanezca constante y conocida.
Con los resultados obtenidos en el ensayo y el perfil de cargas y demandas de climatización, se realizó la simulación y modelización del sistema para dimensionar el proyecto. De esta forma, se optimiza al máximo el proyecto en función de las propiedades del terreno, evitando así tanto posibles sobredimensionamientos y extracostes innecesarios como posibles pérdidas de rendimiento.
Una vez realizados todos los cálculos anteriores se concretó el diseño final de la instalación y, finalmente, se inció la ejecución materia del intercambiador geotérmico.
Consturucción de intercambiador de calor terrestre
El intercambiador de calor terrestre se realizó durante los meses de junio a septiembre de 2007 en el espacio que ocupará el futuro Hospital. Durante la ejecución llegaron a trabajar hasta tres equipos de perforación simultáneamente.
Las operaciones de perforación convivieron con los trabajos de cimentación del hospital como apertura de zanjas para las risotras y encepados. Ello exisió una gran coordinación con la jefatura de la obra y el resto de subcontratas presentes en el hospital.
El diseño definitivo del intercambiardor de calor terrestre consiste en 144 sondeos de bucle cerrrado de 145 metros de profundidad que están conectados en cuatro grupos de 36 pozos que se unen en arquetas de las que parten los colectores principales de la sala técnica.
Como se ha comentado para pozo tiene una profundidad media de 145 m, en los que se realizó la instalación de sondas de polietiileno de alta densidad, de bucle sencillo de 40 mm de diámetro y 3.7 mm de espesor, certificadas y probadas en fábrica. En cada sonda instalada se realziaron dos pruebas de estanquidad aplicando una presión de 3 bar en cada prueba. La primera prueba se realiza previa al momento de introducirlas en el terreno y una vez se han introducido en la perforación y antes de inyectar el pozo con el relleno de cemento - bentonita, se les realiza la segunda prueba con el fín de certificar que la sonda no ha sido dañada en la operación de instalación. Posterioremente, se realizó el sellado de los pozos mediante la inyección de lechada de cemento - bentonita de alta conductividad térmica.
La perforación del campo de sondeos se realizó de forma neumática aunque las intercalaciones de arenas existentes en el terreno hicieron que en algunos pozos se requiriese la circulación de lodos naturales con adición de polímeros biodegradables.
Asímismo, durante las labores de instalación de la red horizontal para conectar los sondeos con la sala técnica existió una esmerada coordinación con las subcontratas intaladoras de las redes de abastecimiento, saneamiento y drenajes, ya que fueron realizadas simultáneamente.
Diseño y montaje de la sala técnica
Para un total éxito de la instalación geotérmica el diseño es fundamental, con un especial cuidado en el establecimiento de los puntos de partida definitivos y el cálculo de las principales dimensiones del sistema geotérmico. Los principales resultados que se deben obtener de la etapa de diseño son el diseño integrado del sistema, la explicación técnica del mismo y la planificación de los trabajos de montaje. para ello hay que contar y conocer perfecgamente la interacción entre el intercambiador geotérmico terrestre y el sistema de climatización del hospital, la localización excata de los sondeos y de la sala técnica, recorrido de los tubos de conexión horizontal entre los sondeos y la sala técnica, organización y distribución de los equipos de la sala técnica y planificación de los trabajos.
La sala técnica planificada para el hospital contiene los siguientes elementos:
- colectores de ida y retorno en la sala técnica para conectar el campo de sondeos
- colectores frío y caliente, en la sala técnica para conectar el sistema de climatización del hospital.
- bombas de calor geotérmicas
- tuberías y accesorios incluyendo componentes, en la sala técnica.
- bombas de circulación
- depósitos de inercia y vasos de expansión
El hospital contará con una potencia de 1.200 kW para calefacción y 1.000 kW para refrigeración cubierta mediante la instalación geotérmica.
Para ello cuenta con dos bombas de calor geotérmicas de 600 kW en modo calefacción y 500 kW en modo refrigeración con las que se pretende satisfacer parte de la demanda de calor y frío base del hospital. En cuanto a las características de estas bombas de calor, es fundamental que las bombas seleccionadas cumplan las siguientes características para proyectos geotérmicos de gran tamaño y en los que, además, es necesario suministrar calefacción y refrigeración simultáneamente durante una parte del año:
- funcionamiento en modo calefacción y refrigeración
- funcionamiento en condiciones de carga parcial hasta un 10% de la carga pico.
- elevado COP en condiciones de carga parcial, tanto en modo calefacción como refrigeración
El sistema geotérmico del Hospital de Mollet se ha diseñado buscando el máximo aprovechamiento energético, por lo cual permite diferentes modos de funcionamiento, ofreciendo:
-refrigeración directa o free cooling. En este caso, el intercambio térmico se produce por medio de la circulación directa del fluido del intercambiador de calor desde el campo de sondeos hasta el interior del hjospital, sin necesidad de funcionamiento de la bomba de calorr. Este modo de funcionamiento reduce el consumo eléctrico en la instalación ya que únicamente las bombas de circulación éstán en funcionamiento pudiéndose así alcanzar una elevada eficiencia del sistema
- refrigeración: utilizando las bombas de calor o refrigeración activa. Ene este caso, el frío se obitene de las bombas de calor geotérmicas disipando el calor del condensador al subsuelo. En este modo de funciomamiento, el subsuelo recibe el calor proveniente del condensador de la bomba de calor
- calefacción: utilizando las bombas de calor o calefacción activa. En este caso, el calor para suminsitar al Hospital se obtiene de las bombas de calor geotérmicas. La bomba de calor utiliza el subsuelo como fuente de calor del evaporador.
- refrigeración y calefacción simuoltáneas. Pueden existir dos casos, cuando la carga dominante es la calefacción, el fluido del evarporador es utilizado como fuente de refrigeración para la zona del hospital que lo necesite. En el caso opuesto, cuando el modo refrigeración es la carga principal, el calor del condensador generado en la producción de frío es utilizado como fuente de calefacción para otras zonas del edificio.
Gracias a estos modos de funcionamiento, el subsuelo es utilizado únicamente para la demanda dneta del hospital, mejorando notablemente la eficiencia y COP global del sistema. Cuando la demanda de calor es mayoritaria en el hospital, y la de frío es minoritaria, se utiliza el claor del condensador como fuente de calor y únicamente la parte restantes se obtiene del subsuelo.
Cabría resaltar también que todo el diseño de este sistema se basa en la posibilidad de la cesión del sobrante de energía (tanto para calefacción como para refrigeración) dentor del sistema de climatización a diferentes temperaturas de trabajo, como es el caso del sistema de climatización mediante calderas y chillers versus techo radiante.
Además, en verano, el calor del condensación generado por el sistema será utilizado para el precalentamiento del agua caliente del hospital.
Conclusiones
El sistema geotérmico del nuevo Hospital de Mollet del Vallés está diseñado para obtener los mejores rendimientos y eficiencia. Podría suponer un ahorro de hasta un 75% de la energía destinada a climatización y una reducción del 50% en emisiones de CO2 en comparación con sistemas convencionales.
Comparado con los equipamientos de climatización tradicionales, este sistema de energía geotérmica presenta varias ventajas, como un mayor ahorro energético, una menor dependencia del suministro eléctrico de la red, bajos costes de mantenimiento y un incremento de la vida útil de la instalación.
Las estimaciones llevadas a cabo apuntan a que el sistema geotérmico podrá alcanzar rendimientos muy elevados, superiores a COP 4 en calefacción y superiores a COP 6 en refrigeración. Además, como se ha comentado, en épocas de primravera, este sistema podría realizar refrigeración directa sin coste energético aprecialbe con los consiguientes incrementos de rendimiento.
La instalación de aprovechamiento geotérmico para el hospital Mollet del Vallés es puntera en cuanto a diseño y optimización de uso, y es un referente para futuras instalaciones similares en el ámbito sanitario, tradicionalmente de gran consumo energértico.
Fuente: Obras Urbanas, Noviembre - Diciembre 2009
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