Geotermia + almacenamiento térmico

jamin

Plata
Bueno.
Abro este post para desarrollar una idea que me viene rondando por la cabeza tras ver distintos proyectos en la Comunidad de Madrid.
En alguno de ellos se aprecian ideas que se salen de la bomba de calor con un foco exterior vertical u horizontal que se ve comúnmente.

Especialmente me parece importante el free-cooling (refrigerar el edificio simplemente circulando el fluido sin gastar mas que en las bombas, ya que si hablamos de una temperatura media del suelo de 15-17 grados es muy adecuado para refrigeración.

Ahora, aplicado a mi caso que es el siguiente. Vivo en Torrelodones, donde tenemos diversos factores:
1. Un suelo granítico casi en superficie, con una conductividad térmica (2.1-4.1)W/mK y una capacidad térmica de (2.1-3)Mj/Km³.
2. Una diferencia estacional de temperaturas que tumba, en invierno casi todas las noches bajo cero y en verano los 40 °C llegan fácilmente.
3. La vivienda, pese a ser antigua, nos preocupamos mucho en aislarla, así que con los radiadores convencionales podemos mantener el confort en invierno con la caldera a 40 °C.

Finalmente pensamos que la caldera después de sus 40 años de uso se podría jubilar por algo más eficiente ;) Pensando en ello decidimos que cambiando radiadores por fan coils podríamos sustituir la caldera de gasoil por una bomba geotérmica.

Resulta que yo estudio mucha termodinámica, dinámica de fluidos e instalaciones de cualquier tipo, así que dándole vueltas y gracias a los proyectos que he comentado pensé en almacenar las temperaturas que tengo en verano para usarlas en invierno y viceversa. Para ello rápidamente llegué a la conclusión que es necesario usar dos sondeos distintos (uno para frío y otro para calor).
El sistema trabajaría de la siguiente forma:

Verano: la bomba de calor usa el sondeo frío para sin comprimir suministrar a la casa a unos 17 °C (menos lo que hayamos conseguido bajar la temperatura durante el invierno) por otra parte se bombea el excedente de calor de placas solares e incluso un aerotermo.

Invierno: la bomba trabaja con el sondeo que hemos calentado durante todo el verano, mientras que se enfría el sondeo frío por medio de los aerotermos.

Bueno, aquí esta mi idea a grandes trazos, si alguien a podido terminar de leerla (me enrollo y no paro :eek::eek:) que sepa que estoy deseoso de recibir cualquier comentario al respecto y cualquier aportación.
Un saludo.

P. S.: Se me olvidaba que para el tema de almacenar temperaturas es indispensable que no haya corrientes de agua, pero creo que con el granito impermeable y lo poco que llueve no habrá problemas. Si esto se lleva a cabo un TRT sacará de dudas.
 
Como he ido viendo en mi vida profesional existe la expresión, "en el papel todo se aguanta", para llevar a cabo tu idea tendríamos que aislar los dos almacenes de energia correctamente, y lo más barato es hacerlos separados, cuanto? depende (conductividad térmica roca, velocidad y dirección flujo aguas subterráneas) y además tener bien calculado el régimen de cargas térmicas invierno/verano + ACS (de echo es lo primero que hay que hacer) y dimensionar correctamente los almacenes frio/calor, con almenos TRT y si me apuras un test hidráulico para conocer la transmisividad.

Por la zona que me comentas, puedes tener correctamente balanceado las cargas térmicas de verano y invierno, quiero decir que para tu idea tendrias duplicado todo el circuito con distintos materiales, by passes, etc... cuándo uniendo todo en el mismo sistema de pozos trabajaras con temperaturas más templadas con un coste menor.

De echo en los paises del norte el free-cooling funciona pero con apoyo de placas solares o similar par calentar las perforaciones durante el verano y asi empezar el invierno con temperaturas más templadas. En tu zona climatica donde hay un salto térmico grande entre verano e invierno, y compensado en nº de horas, és más relevante el hecho de balancear las cargas.

Yo el tema de almacenar lo veo claro en caso de alguna anomalia, por ejemplo una fábrica que genera calor en sus procesos,lo introduce en un almacen dentro la roca, y al lado un barrio de casas con sus bombas de calor lo enfrian en invierno.
 

jamin

Plata
Por supuesto todo esto no es mas que teoria, y como dices tu a la hora de llevarlo a la practica uno se puede encontrar con infinidad de "sorpresas" que no suelen ser muy gratas. el tema es partiendo de que no hay o es casi nulo el flujo de aguas subterraneas porque ya no es que te pueda pasar la temperatura de uno a otro sino que aunque esto no pasara no podrias guradar digamos el calor que hace en junio para usarlo en diciembre.
si esto se cumple y el tema solo consiste en separarlos no habria problema(mas que el de que estaran mas lejos de la bomba). efectivamente un TRT es indispensable.

quiero decir que para tu idea tendrias duplicado todo el circuito con distintos materiales, by passes, etc.
respecto a by-passes y demas valvulas es cierto que habria mas, pero no creo que realmente represente un coste importante respecto a la instalacion. los pozos, a mi parecer no creo que necesitase el doble ya que aunque solo este usando uno en cada momento este se encontraria a una temperatura mas adecuada.

cuándo uniendo todo en el mismo sistema de pozos trabajaras con temperaturas más templadas con un coste menor
¿porque dices que al trabajar con temperaturas mas templadas habria un coste menor? precisamente cuanto mas caliente este xa calefacctar y cuanto mas frio xa refrescar el rendimiento seria mayor ¿no? ¿o te refieres al coste de las perforaciones?

Yo el tema de almacenar lo veo claro en caso de alguna anomalia, por ejemplo una fábrica que genera calor en sus procesos,lo introduce en un almacen dentro la roca, y al lado un barrio de casas con sus bombas de calor lo enfrian en invierno
en mi caso la anomalia que comentas se presenta de dos maneras, en verano las placas solares que tengo para ACS a las 2 horas de sol dejan de circular porque el tanque no acepta mas temperatura, en invierno esa anomalia consiste en que pocas son las noches que no hiela.

A todo esto muchas gracias por tu respuesta y por favor te pido que me corrijas si estoy diciendo una barbaridad.
 
Respecto a anomalia me refiero a que haya una fuente de energia anomala respecto la media, por ejemplo, un flujo de aguas termales, un lago al lado, etc... no que creas tu la anomalia captando calor.

Estoy pensando en voz alta, a falta de hacer numeros, pero insisto en el tema de las cargas térmicas p. ex. que en invierno gastes 30000 kwh de calefaccion y 5000 kwh de ACS, y en verano refresques con 10000 kwh de energia. a grosso modo. si durante el verano el free-cooling no és suficiente, vas a enchufar la bomba de calor,cosa bastante probable, luego vas a calentar el sondeo frio más de la cuenta, luego si en invierno los aerotermos no los arrancas por que ya tienes la bomba de calor, o es un invierno templado, no vas a enfriar suficiente el sondeo para free-cooling y en verano volvera a calentarse más. .... .. en resumen veo bien el apoyo de las placas solares para calentar el sondeo de invierno de echo se trabaja asi, pero tener que enchufar un aerotermo para enfriar el sondeo de verano,... lo que gastes en aerotermo te baja el COP del free-cooling. Otra suposición és que tengas una temperatura adecuada en el subsuelo de 17 ºC, repito lo del agua, que sea todo granito,etc...

Respeto a temperaturas templadas, no he sido claro, me refiero a trabajar con las temperaturas nominales del subsuelo en mas menos 4 o 5 grados, por un tema medioambiental. Hay normas por ahi p. ex la suiza que es de este año SIA 380/4, que habla de estos rangos. Luego esta la longevidad de los tubos de polietileno, yo por ejemplo cuando calculo pongo un rango de 0 a 15 ºC de oscilación a lo largo de la vida de la instalación, esto para mi són temperaturas templadas, fijate que si en los cálculos pongo -10 a 30 ºC me salen menos metros pero apuro la vida útil del polietileno SDR11.

De hecho puedes hacerlo paso a paso, y ya en plan práctico, primero plantearte la instalación "normal" una bomba de calor para invierno y verano y el ACS por placa solar, o con la caldera de momento, y comprovando numeros para ampliar la instalación.

buen fin de semana.
 
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