Bombas de calor geotérmicas
Las bombas de calor geotérmicas utilizan la tierra o el agua subterránea como fuente de energía térmica en el modo de calefacción y como sumidero para rechazar la energía en el modo de refrigeración. Este tipo de sistemas contienen dos componentes clave:
- Intercambiador de calor terrestre: este es el intercambiador de calor que se utiliza para agregar o eliminar energía térmica de la tierra o el suelo. Son posibles varias configuraciones de intercambiador de calor, que se explican más adelante en esta sección.
- Bomba de calor: en lugar de aire, las bombas de calor geotérmicas utilizan un fluido que fluye a través del intercambiador de calor terrestre como fuente (en calefacción) o sumidero (en refrigeración).
En el lado del edificio son posibles tanto sistemas de aire como sistemas hidrónicos (de agua). Las temperaturas de funcionamiento en el lado del edificio son muy importantes en las aplicaciones hidrónicas. Las bombas de calor funcionan de manera más eficiente cuando calientan a temperaturas más bajas, por debajo de 45 a 50 °C, lo que las hace más adecuadas para pisos radiantes o sistemas fan coil. Se debe tener cuidado al considerar su uso con radiadores de alta temperatura que requieren temperaturas del agua superiores a 60°C, ya que estas temperaturas generalmente exceden los límites de la mayoría de las bombas de calor residenciales.
Dependiendo de cómo interactúan la bomba de calor y el intercambiador de calor terrestre, son posibles dos clasificaciones diferentes del sistema:
- Circuito secundario: se utiliza un líquido (agua subterránea o anticongelante) en el intercambiador de calor del suelo. La energía térmica transferida del suelo al líquido se entrega a la bomba de calor a través de un intercambiador de calor.
- Expansión directa (DX): se utiliza un refrigerante como fluido en el intercambiador de calor del suelo. La energía térmica extraída del suelo por el refrigerante se utiliza directamente en la bomba de calor, sin necesidad de un intercambiador de calor adicional.
En estos sistemas, el intercambiador de calor de suelo forma parte de la propia bomba de calor y actúa como evaporador en modo calefacción y condensador en modo refrigeración.
Las bombas de calor geotérmicas pueden satisfacer una serie de necesidades de confort en su hogar, que incluyen:
- Sólo calefacción: La bomba de calor se utiliza únicamente en calefacción. Esto puede incluir tanto la calefacción de espacios como la producción de agua caliente.
- Calefacción con “enfriamiento activo”: La bomba de calor se utiliza tanto en calefacción como en refrigeración
- Calefacción con “enfriamiento pasivo”: La bomba de calor se utiliza en calefacción y se deriva en refrigeración. En la refrigeración, el fluido del edificio se enfría directamente en el intercambiador de calor del suelo.
Las operaciones de calentamiento y “enfriamiento activo” se describen en la siguiente sección.
Principales beneficios de los sistemas de bombas de calor geotérmicas
Eficiencia
En Canadá, donde las temperaturas del aire pueden descender por debajo de –30 °C, los sistemas terrestres pueden funcionar de manera más eficiente porque aprovechan temperaturas del suelo más cálidas y estables. Las temperaturas típicas del agua que ingresa a la bomba de calor geotérmica generalmente son superiores a 0 °C, lo que produce un COP de alrededor de 3 para la mayoría de los sistemas durante los meses más fríos del invierno.
Ahorros de energía
Los sistemas de fuente terrestre reducirán sustancialmente sus costos de calefacción y refrigeración. El ahorro de costes de energía de calefacción en comparación con los hornos eléctricos ronda el 65%.
En promedio, un sistema de fuente terrestre bien diseñado generará ahorros que son aproximadamente entre un 10% y un 20% más que los que proporcionaría una bomba de calor de fuente de aire para clima frío, la mejor de su clase, con un tamaño que cubra la mayor parte de la carga de calefacción del edificio. Esto se debe a que en invierno las temperaturas subterráneas son más altas que las del aire. Como resultado, una bomba de calor geotérmica puede proporcionar más calor durante el invierno que una bomba de calor geotérmica.
Los ahorros de energía reales variarán según el clima local, la eficiencia del sistema de calefacción existente, los costos de combustible y electricidad, el tamaño de la bomba de calor instalada, la configuración del campo de perforación y el balance energético estacional, y el rendimiento de la eficiencia de la bomba de calor en CSA. condiciones de calificación.
¿Cómo funciona un sistema de fuente terrestre?
Las bombas de calor geotérmicas constan de dos partes principales: un intercambiador de calor terrestre y una bomba de calor. A diferencia de las bombas de calor de fuente de aire, donde un intercambiador de calor está ubicado en el exterior, en los sistemas de fuente terrestre, la unidad de la bomba de calor está ubicada dentro de la casa.
Los diseños de intercambiadores de calor terrestres se pueden clasificar como:
- Circuito cerrado: Los sistemas de circuito cerrado recogen el calor del suelo mediante un circuito continuo de tuberías enterradas bajo tierra. Una solución anticongelante (o refrigerante en el caso de un sistema DX de fuente terrestre), que ha sido enfriada por el sistema de refrigeración de la bomba de calor a varios grados más que el suelo exterior, circula a través de las tuberías y absorbe el calor del suelo.
Las disposiciones de tuberías comunes en sistemas de circuito cerrado incluyen sistemas horizontales, verticales, diagonales y de suelo de estanque/lago (estas disposiciones se analizan a continuación, en Consideraciones de diseño). - Circuito abierto: los sistemas abiertos aprovechan el calor retenido en una masa de agua subterránea. El agua es conducida a través de un pozo directamente al intercambiador de calor, donde se extrae su calor. Luego, el agua se descarga a una masa de agua aérea, como un arroyo o estanque, o de regreso a la misma masa de agua subterránea a través de un pozo separado.
La selección del sistema de tuberías exteriores depende del clima, las condiciones del suelo, el terreno disponible, los costos de instalación local en el sitio y las regulaciones municipales y provinciales. Por ejemplo, los sistemas de circuito abierto están permitidos en Ontario, pero no en Quebec. Algunos municipios han prohibido los sistemas DX porque la fuente de agua municipal es el acuífero.
El ciclo de calentamiento
Observación:
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Hora de publicación: 01-nov-2022