Loading...

El Blog de IdeyaRed

Compartiendo ideas en torno a la sostenibilidad

Geotermia por aire en edificios de energia casi nula

Geotermia por aire para la reducción del consumo energético en edificios de energía casi nula: respuesta térmica del terreno con la profundidad.

INTRODUCCIÓN: GEOTERMIA POR AIRE 

Este es el primero de una serie de artículos, que nos enseñarán distintas medidas destinadas a conseguir elevados niveles de eficiencia energética en edificios de energía casi nula (EECN).

Todos ellos están basados en los resultados reales del funcionamiento de estos sistemas en un edificio EECN en uso (edificio CIEM), situado en Zaragoza (España), y que ha sido monitorizado durante un periodo de tres años.

En la primera serie de artículos nos centraremos en el estudio y resultados del funcionamiento de un intercambiador tierra-aire EAHX (Earth-air heat exchanges), más conocido como tubos canadienses o pozo provenzal.

Uso de los EAHX para la Geotermia por Aire

En diversos países europeos la técnica de la geotermia por aire se está introduciendo sobretodo en viviendas unifamiliares. Cada vez es mayor el interés de arquitectos y diseñadores de utilizarla para reducir el gasto energético. Sin embargo, todavía existe una cierta desconfianza sobre su utilización debido a la falta de información de los rendimientos reales obtenidos.

Un intercambiador tierra-aire consiste en la instalación de una serie de tubos enterrados a cierta profundidad, a través de los cuales se hace circular el aire exterior empleado en la ventilación del edificio. Este sistema permite tanto calentar, como enfriar gracias a la transferencia térmica que se produce con el terreno.

Uno de los aspectos más importantes a la hora de diseñar un EAHX es conocer como varía la temperatura del terreno con la profundidad, ya que ello repercutirá en su eficiencia, la inversión económica y en la amortización de la instalación.

 

TEMPERATURA DEL TERRENO EN FUNCIÓN DE LA PROFUNDIDAD

La temperatura del terreno varía con la profundidad, desde una temperatura superficial que coincide con la temperatura exterior hasta un valor prácticamente constante a lo largo de todo el año, y que se corresponde con temperatura media del aire exterior durante un periodo de un año.

La forma como varía la temperatura depende de aspectos como la temperatura media del aire en el exterior, la profundidad, y de una característica propia del terreno que llamamos difusividad. Existen otros factores particulares como la presencia de aguas termales o vulcanismo que no vamos a considerar.

Hasta una profundidad de unos 10-12 m, la temperatura del terreno está básicamente determinada por el intercambio térmico con la atmósfera y el sol, así como la presencia de aguas subterráneas, resultando ser sustancialmente constante a partir de 8m.

Por debajo de dicha profundidad y hasta profundidades de unos 60-80 m existe una zona neutral, donde la temperatura se mantiene prácticamente constante. Por debajo de dicha profundidad suele establecerse ya un gradiente geotérmico claro y la temperatura generalmente se incrementa con la profundidad entre 15-30 °C/km([1]).

Intercambiadores EAHX para geotermia por aire

Para el uso de intercambiadores tierra-aire, nos centraremos en el comportamiento del terreno en las capas más superficiales (hasta 10m de profundidad), ya que el profundizar por debajo supone un coste excesivamente elevado.

La variación de la temperatura con la profundidad sigue una regla que se puede definir matemáticamente de la siguiente forma([2]):

Variación de la temperatura con la profundidad para el cálculo de geotermia por aire

Siendo:

  • T0: la temperatura exterior media anual (ºC);
  • z : la profundidad del suelo (m); t el tiempo (días);
  • A,: es la amplitud de la variación de la temperatura del suelo (ºC);
  • w : es la frecuencia de la variación de la temperatura del suelo, definida como w=2π/365;
  • D : el número de días al año con una temperatura media igual a la temperatura media del año;
  • α : es la difusividad térmica del suelo (Para un terreno arcilloso tomaremos un valor de 2,5×10-7 m2/s).

 

Se trata de una función senoidal cuyo periodo es de un año. Su amplitud va decreciendo con la profundidad y se produce un cierto desfase a medida que penetramos en el terreno.

 

[1] IDAE:  “Guía Técnica diseño de sistemas de intercambio geotérmico de circuito cerrado”. (2012)

[2] Ref: “Earth temperatures and underground buildings”. B.Givoni, L.Katz (1985).

 

Manuel Sánchez Iturbe

Energy Manager en IDEYA

Si quieres el artículo completo pincha en el siguiente enlace: Artículo Completo

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

*
*