Soluciones Energéticas para Edificios de Energia Casi Nula

Siguiendo con nuestro estudio sobre el uso de intercambiadores tierra-aire, EAHX (tubos canadienses o pozos provenzales) en edificios de Energía casi nula, en este artículo observaremos el comportamiento diario de dicho intercambiador con diferentes condiciones de temperatura del aire exterior, y veremos como el terreno actúa como un amortiguador térmico, no solo estacional, tal como se demostró en el capítulo 1 de esta serie, sino también diario. La información analizada es el resultado de una campaña de mediciones de un intercambiador en funcionamiento en un edificio EECN en uso (edificio CIEM), situado en Zaragoza (España).

Estudio del comportamiento del intercambiador EAHX en el edificio CIEM y edificios de Energía casi nula

 

Una de las ventajas de la monitorización y registro de las variables de funcionamiento del intercambiador, es que nos permite analizar comportamientos en diferentes situaciones. En concreto, analizaremos este comportamiento durante periodos de 5 días en cuatro situaciones representativas  de las cuatro estaciones del año.

 

Comportamiento durante estaciones frias

En este caso se ha seleccionado las condiciones más extremas durante el invierno del año 2012, con cinco días seguidos muy fríos, alcanzando la temperatura mínima de -2,3ºC. La evolución de las temperaturas de entrada-salida en el intercambiador son las que se indican en la figura 1, donde se representan las evoluciones de la temperatura exterior (Te), o temperatura de entrada de aire al intercambiador, y la temperatura del aire a la salida del intercambiador (Ta).

Se puede ver una gran amortiguación de las variaciones de temperatura noche-día, así como del valor medio durante esos cinco días:

F1
Evolución de la temperatura de salida del intercambiador, Ta, con la temperatura de entrada, Te, durante cinco días de invierno. (Gráfica de elaboración propia con los datos capturados en un Edificio de Energía Casi nula EECN)

 

  1. A pesar de alcanzar variaciones de temperaturas exteriores muy bajas (de 10 a -2,3ºC) durante cinco días seguidos, la temperatura de salida del intercambiador se mantiene prácticamente constante (entre 10 y 11,5ºC).
  1. Se aprecia una leve pendiente de disminución de la temperatura de Ta, debida al enfriamiento que estamos generado en el terreno próximo a los tubos, pero esta se recupera rápidamente una vez pasado el periodo frío.
  1. Cuando no se produce circulación de aire (paradas nocturnas y en festivos), se nota un incremento de Ta, debido a que la superficie del conducto recupera la temperatura del terreno.
  1. El mayor salto térmico conseguido fue en el día 3 de Febrero, con 12,7ºC (Te=-2,3ºC, Ta=10,4ºC). Es decir, cuando alcanzamos las temperaturas exteriores mínimas.

 

Comportamiento durante estaciones intermedias

Estos periodos de transición entre estación fría y caliente se caracteriza por ser muy inestables térmicamente. La inercia térmica del terreno permite amortiguar estas bruscas variaciones de temperaturas.

La eficacia del intercambiador durante estos periodos es la mayor, debido  al efecto de recarga térmica que ha sufrido el terreno por el funcionamiento del intercambiador en los meses anteriores (ver capítulo 1). En las gráficas de las figuras 2 y 3 se representan dos periodos típicos de funcionamiento en primavera y otoño.

Comportamiento en primavera:

 En primavera, aparecen los primeros días calurosos del año. Debido al uso del intercambiador durante los periodos fríos, el terreno de su entorno se encuentra a una temperatura todavía inferior a la media anual de 17,09ºC. Ante esta situación, la eficacia del sistema es mucho mayor, obteniéndose las potencias medias frigoríficas más altas del año. En la gráfica de la figura 2 se aprecia este efecto, donde se han tomado 5 días significativos del mes de mayo.

 

Evolución de la temperatura de salida del intercambiador, Ta, con la temperatura de entrada, Te, durante cinco días de primavera. (Gráfica de elaboración propia con los datos capturados)
Evolución de la temperatura de salida del intercambiador, Ta, con la temperatura de entrada, Te, durante cinco días de primavera. (Gráfica de elaboración propia con los datos capturados en Edificios de Energía Casi nula EECN)
  1. La temperatura exterior “Te”, mantiene una tendencia ascendente. Su valor medio se encuentra por encima de la temperatura de salida “Ta” lo que significa que el flujo de calor se dirige hacia el terreno.

 

  1. La temperatura de salida, también mantiene una pendiente ascendente, pero con una pendiente inferior a la temperatura exterior, y por debajo de la temperatura media anual del terreno de 17,09ºC; lo que indica que el terreno
    en las proximidades del intercambiador ha sido enfriado durante las estaciones frías.

 

  1. A pesar de las fuertes oscilaciones diarias en la temperatura exterior, la temperatura de salida queda muy amortiguada, superando sin esfuerzo los picos más altos de temperatura exterior.

 

Comportamiento en otoño

Aquí ocurre la situación inversa al caso anterior; el terreno se ha cargado de calor durante las estaciones cálidas. Los primeros días fríos del otoño aprovecha esta situación calentando de una forma muy eficaz el
aire de entrada. Para apreciar este comportamiento, hemos seleccionado cinco días de octubre de 2012, representados en la gráfica de la figura 3.

 

Evolución de la temperatura de salida del intercambiador, Ta, con la temperatura de entrada, Te, durante cinco días de otoño. (Gráfica de elaboración propia con los datos capturados en un Edificios de Energía Casi nula EECN)
  1. Las temperaturas del aire exterior tienen un valor por debajo de la temperatura media anual, con una tendencia descendente.
  1. La temperatura de salida sigue por encima del valor medio anual, notándose también un descenso aunque menos acusado.
  2. La temperatura de salida es superior en todo momento al de entrada, lo que supone un aporte de calor procedente del terreno.
  1. Aquí también, el sistema es capaz de soportar las bruscas caídas de temperatura exterior (10,5ºC entre los días 26 y 27), manteniendo una temperatura se salida prácticamente constante de 18ºC.

 

Comportamiento durante las estaciones cálidas

La climatología de Zaragoza se caracteriza por veranos muy cálidos, con grandes variaciones de temperatura entre el día y la noche. Este periodo es el más crítico en el funcionamiento del intercambiador, porque durante los meses de primavera la temperatura del terreno se ha ido incrementando, llegando a superar la temperatura media anual, con lo que la eficacia del sistema se ha ido reduciendo.

Sin embargo, como veremos a continuación, el sistema todavía es capaz de actuar favorablemente aún en los momentos más cálidos.

Nos centraremos en el análisis del funcionamiento durante los días más cálidos en los cuatro últimos años, para ello tomaremos los datos registrado entre los días 10 y 14 de Agosto de 2012, donde se alcanzó el pico máximo de temperatura de los últimos tres años con 42,2ºC. (figura 4).

Evolución de la temperatura de salida del intercambiador, Ta, con la temperatura de entrada, Te, durante cinco días de verano. (Gráfica de elaboración propia con los datos capturados en un Edificios de Energía Casi nula EECN)

 

  1. La curva de temperatura exterior presenta grandes oscilaciones con variaciones térmicas de hasta 21,3ºC en menos de tres días, y con temperaturas medias por encima de 30ºC durante varios días seguidos.
  1. A pesar de los picos de temperatura exterior, la salida de aire se mantiene en torno a los 25ºC, lo que da idea de la gran capacidad de absorción de calor que tiene el terreno.
  1. La temperatura media del aire exterior se encuentra por encima de la de salida, por lo que el sistema está enfriando el aire de entrada.
  1. Existen momentos en los que la temperatura exterior puede ser inferior a la temperatura superficial de los conductos. En esta situación el intercambiador calienta el aire en lugar de enfriarlo. El uso del intercambiador durante la noche permite refrescar los tubos y utilizar el terreno como almacén nocturno.

 

Conclusiones

Un intercambiador tierra-aire instalado en Edificios de Energía Casi nula, no solo se comporta como un sistema de amortiguamiento térmico estacional, sino que es capaz también de absorber las variaciones térmicas diarias, este comportamiento es mucho más acusado durante las estaciones más cálidas, que son los periodos donde se producen variaciones térmicas más importantes entre el día y la noche.

Este efecto nos permite reducir la potencia de los equipos de climatización tradicionales, ya que no precisan superar condiciones extremas de temperatura exterior.

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