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Joan Escuer GEÓLOGO CONSULTOR INTERCAMBIADORES TIERRA-AIRE EN LA CLIMATIZACIÓN DE CONSTRUCCIONES. POZOS PROVENZALES Y TÉCNICAS EMPARENTADAS CEDEX-JORNADA SOBRE APROVECHAMIENTO GEOTÉRMICO SUPERFICIAL EN EDIFICACIÓN

Pozos provenzales

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Joan Escuer GEÓLOGO CONSULTOR

INTERCAMBIADORES TIERRA-AIRE EN LA CLIMATIZACIÓN DE CONSTRUCCIONES.

POZOS PROVENZALES Y TÉCNICAS EMPARENTADAS

CEDEX-JORNADA SOBRE APROVECHAMIENTO GEOTÉRMICO SUPERFICIAL EN EDIFICACIÓN

19.12.08 CEDEX-JORNADA SOBRE APROVECHAMIENTO GEOTÉRMICO SUPERFICIAL EN EDIFICACIÓN

CONTENIDO

• INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES• ASPECTOS TECNICOS DE DISEÑO• MANTENIMIENTO• RENDIMIENTO ECONOMICO• CONCLUSIONES

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LOS ORÍGENES

• El “intercambiador” más simple viene siendo usado de forma intuitiva por el hombre desde la Prehistoria

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ANTECEDENTES

• Grad de Predjamski, en Postojna, Eslovenia, fue construido en la primera mitad del siglo XII

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ANTECEDENTES

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ANTECEDENTES

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INTRODUCCIÓN

• Pozos provenzales e Intercambiadores tierra aire: Que son?

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POZO PROVENZAL

• El pozo provenzal tiene su origen en las construcciones tradicionales del sur de Francia.

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INTERCAMBIADORES

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INTERCAMBIADORES

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Para que se utilizan?: Ejemplos

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ASPECTOS TÉCNICOS DE DISEÑO

• 1. Materiales utilizados• 2. Dimensionado del sistema• 3. Tipo de suelo• 4. Profundidad de instalación• 5. Controles

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MATERIALES

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INSTALACIÓN

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PARAMETROS DE DISEÑO

• Ts=f(Te)La temperatura de salida del aire depende fuertemente de la temperatura de entrada.• La variación diurna de la temperatura del suelo es aproximadamente sinusoidal, la amplitud

decrece rápidamente en profundidad y el momento de la máxima y la mínima se desplaza con el tiempo existiendo un retraso en la medida que la onda térmica penetra el suelo.

• Las características del suelo son muy importantes: las propiedades térmicas del mismo influencian fuertemente el comportamiento térmico del sistema.

• A mayor longitud del conducto existe mayor transferencia de calor. Los valores usuales para longitud de conductos se encuentran en el intervalo comprendido entre los 10 y los 100 m.

• Para la velocidad del flujo del aire se consideran óptimos valores alrededor de 4 m/s para conductos de 20 cm. de diámetro, existiendo un compromiso entre la potencia necesaria parahacer circular el aire y el acondicionamiento resultante.

• cálculo adecuado del balance entre la transferencia de calor y el soplado de aire en los conductos. Valores entre 20 y 60 cm de diámetro son típicos pudiendo alcanzarse valores superiores al metro en grandes edificios (hoteles, centros comerciales, etc.).

• Es más eficiente un conjunto de conductos más cortos que menor cantidad de conductos de mayor longitud.

• El espaciado entre tubos debe ser aquel que permita que los conductos sean térmicamente independientes.

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TIPO DE SUELO

• Profundidad: Condiciona la excavación y la viabilidad(susbtratos rocosos).

• Presencia de nivel freático: Afecta a los coses de instalación y puede llegar a comprometer la viabilidad.

• Tipo de material geològico: Afecta a la conductividadtérmica y, en menor medida, a los costes de excavación.

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30 35 40 45 50T (ºC)

08:0010:00

05:00

12:00

15:00

18:00

Altura

15 cm30 cm

60 cm

1.20 m

10.0 m

2.40 m

-2 cm-5 cm

-15 cm

Perfiles en verano (datos: media meses julio y agosto, basado en A. H. Strahler, Geografía Física)

CONDUCCIÓN EN SUELO

El suelo tiene una capacidad calorífica alta, entre 0.27 y 0.80 cal/g/ºC, lo que significa que es un buen acumulador de calor, y una baja conductividad térmica, que hace que la penetración del calor en el suelo sea lenta, al igual que su enfriamiento.

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PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS SUELOS

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PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS SUELOS

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CONDUCTIVIDAD TÉRMICA EN SUELOS

• Los suelos son complejos agregados de minerales y partículas orgánicas.

• La conductividad en los suelos depende mayormente de su porosidad y su grado de saturación.

• Los suelos granulares que contienen limo o arcilla presentan mayores conductividades que los suelos arenosos limpios.

• Los suelos arenosos limpios presentan bajas conductividades en seco pero altas conductividades cuando están saturados

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PROPIEDADES TÉRMICAS DE LAS ROCAS

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CONDUCTIVIDAD TÉRMICA EN ROCAS

• La conductividad en las rocas también depende mayormente de su porosidad y su grado de saturación.

• Un aumento en la porosidad disminuye la conductividad, pero un aumento en la saturación la aumenta, siempre que exista una cierta permeabilidad.

• El conocimiento del nivel freático y sus variaciones es significativo

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MANTENIMIENTO: FILTROS

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MANTENIMIENTO: FILTROS

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EVACUACION DE CONDENSADOS

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EVACUACION DE CONDENSADOS

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RENDIMIENTO ECONÓMICO

• La economia que permite un pozocanadiense o un intercambiador dependede numerosos parámetros: (clima, distribución, energía).

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RENDIMIENTO ECONÓMICO

• El rendimiento económico de los intercambiadores tierra aire es positivo para las aplicaciones de refrigeración.

• El rendimiento de los intercambiadores por si solos como sistema de calefacción es claramente insuficiente

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CONCLUSIONES

• Los intercambiadores de calor tierra-aire, pozos provenzales y canadienses se utilizan para reducir la temperatura del aire queingresa en los edificios durante el verano y aumentarla durante el invierno.

• Las ventajas de estos sistemas son: – una inversión mucho menor que una climatización reversible

convencional– los requerimientos energéticos son completamente marginales – entretenimiento y mantenimiento sobrios – son completamente sostenibles y ecológicos.

• En la actualidad estos sistemas son optimizados mediante el uso de dispositivos que aprovechan las inercias térmicas diarias y estacionales existentes en el subsuelo implementando acumuladores térmicos que retardan la oscilación térmica en vez de simplemente templarla.

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CONCLUSIONES

• La conductividad térmica del suelo es el factor limitante más importante que se ha de tener en cuenta en el diseño de un intercambiador.

• Es de vital importancia clasificar el terreno según su conductividad térmica para lo que deben identificarse los tipos de suelo y rocaspresentes en la zona así como las variaciones de las propiedades físicas relevantes desde un punto de vista térmico.

• El rendimiento económico de los intercambiadores tierra aire es positivo para las aplicaciones de refrigeración y permite prescindir de un sistema de aire acondicionado convencional con un gran ahorro aunque para ello es imprescindible que la construcción a climatizar posea un aislamiento eficiente.

• Por último la simplicidad del principio no debe hacer olvidar el diseño y la puesta en obra que debe ser confiada a profesionales que garantizarán una correcta implementación y rendimiento del sistema.