Bomba de calor geotérmica como solución eficiente para la climatización de grandes instalaciones

La climatización de grandes superficies implica no solo un desarrollo arquitectónico adecuado, sino además un desarrollo de instalaciones que permita conseguir el confort de todos los usuarios. Tradicionalmente, el uso de sistemas mixtos entre calderas de gasóleo C y bomba de calor aire/agua, eran la única alternativa a la climatización de las instalaciones, pero ello, repercutía en el consumo energético.

Entre las diferentes alternativas existentes para climatización y producción de ACS, el aprovechamiento geotérmico de muy baja temperatura a través de la bomba de calor geotérmica, se caracteriza por ser una tecnología desarrollada, fiable y ampliamente disponible, que destaca por la utilización de un recurso renovable y por alcanzar unos niveles de eficiencia notablemente superiores a los de otros equipos de climatización, consiguiendo una importante reducción de emisiones contaminantes gracias al aprovechamiento de la constancia de temperaturas presente en el subsuelo.

La climatización consiste en crear las condiciones de temperatura?humedad que permita obtener un confort dentro de los espacios habitados con el fin de mejorar la calidad de vida de los usuarios del mismo. Dentro de las instalaciones de climatización, las grandes instalaciones suponen un reto diferente a las pequeñas, debido a la necesidad de crear distintas condiciones en función de su situación y uso de las instalaciones, por lo que por regla general se encuentra con la necesidad de generar condiciones de calefacción y refrigeración a la vez, con el fin de dar servicio a diferentes áreas y cubrir todas las necesidades.

Por ello, el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan cubrir las necesidades de grandes instalaciones sin que ello repercuta, como actualmente, en el coste de operación, es una necesidad por parte de las ingenierías y estudios de arquitecturas. La bomba de calor geotérmica es una solución a esta necesidad, aportando a la instalación una mayor eficiencia energética y en general, y por sus características hidrogeológicas, la Comunidad Autónoma de Galicia se caracteriza por presentar una composición geológica con predominanciade suelos ígneos y metamórficos, asociados a valores de conductividades térmicas importantes; presentando, por tanto, una tipología de suelos muy adecuada para la realización de aprovechamientos geotérmicos de muy baja temperatura (t<30ºC).

Fruto del potencial existente para aprovechamientos geotérmicos de muy baja temperatura en la Comunidad Autónoma de Galicia y del interés y la necesidad de analizar el comportamiento de la tecnología en su territorio, se firma un convenio, en noviembre de 2009, entre la Consellería de Economía e Industria de la Xunta de Galicia y el Centro Tecnológico EnergyLab para llevar a cabo un proyecto demostrativo de bomba de calor geotérmica, financiado con un millón de euros, y que incluye la instalación y monitorización de sistemas de bomba de calor geotérmica en cinco edificios públicos representativos ubicados en la comunidad gallega, donde se encuentra l abiblioteca Central de la Universidad de Vigo, como representante del sector de grandes instalaciones.

El principal objetivo del acuerdo anteriormente mencionado es que estas instalaciones puedan servir como demostrativa de los ahorros energéticos, económicos y de emisiones contaminantes que puede ofrecer esta tecnología, así para lograr establecer los ratios e indicadores tanto deinstalación como de operación en la región de Galicia que puedan permitir un mayor conocimiento de esta tecnología en todos los niveles de la sociedad y permitir, a su vez, la obtención de unos criterios claros que garanticen unos estándares mínimos de calidad y prestaciones en este tipo de instalaciones.

Descripción de instalación

En los siguientes apartados se procederá a describir los trabajos de instalación y monitorización de una de estas instalaciones de bomba de calor geotérmica incluidas dentro del proyecto demostrativo: la Biblioteca Central de la Universidad de Vigo, ubicada en el municipioponte vedrés de Vigo. Además, se procederá a exponer los datos de consumos, prestaciones y principales indicadores de la instalación transcurridos un año desde su puesta en marcha y monitorización.

Como se ha mencionado en el apartado anterior, el edificio acoge una biblioteca pública, ubicada en el Campus de la Universidad de Vigo de Lagoas?Marcosende. La arquitectura de la edificaciónes singular, siendo un bloque interno con distintos niveles interconectados por pasarelas que conforman un único volumen demandante de climatización, tanto de calefacción como de refrigeración. La biblioteca tiene una capacidad de 525 usuarios y de 35 trabajadores repartidos en una superficie a climatizar de 2.500 m2 mediante sistemas de distribución por aire.

El sistema generador de climatización del cual disponía la biblioteca consistía en una caldera de gasóleo C de 300 kW, una bomba de calor a 2 tubos de 341 kW y una bomba de calor a 4 tubos de 110 kW. Este sistema contaba, además, con 3 depósitos de 3.000 litros de acumulación, tanto para la calefacción como para la refrigeración. El sistema de impulsión se basa en climatizadoras de aire, por lo que la demanda en impulsión de agua para el fan coil de calefacción ronda los 55ºC y en refrigeración los 8ºC.

El funcionamiento del sistema es de 8?20 horas en horario laboral, proporcionando simultáneamente frío o calor, en función de las zonas, que están controladas por termostatos. El histórico económico de consumo de combustible tanto de gasóleo como eléctrico es de unos 19.000 €/año para cubrir todas las demandas de calefacción y refrigeración del edificio.

Así pues, la ejecución de la sustitución de la instalación térmica existente, llevada a cabo por las empresas Geotics Innova, Sondeos Ferramenteiros y Tecgal, se propone como solución a través de la instlación de un sistema compuesto de 3 bombas de calor geotérmicas de 60 kW, que proporcionará cerca del 80% de la demanda energética de la climatización, apoyándose sobre la actual caldera de gasóleo C para la calefacción y la bomba de calor de 4 tubos de 110 kW para calefacción y refrigeración, eliminando del actual sistema la bomba de calor de 2 tubos de 340kW.

El esquema de la instalación presenta dos circuitos principales, el circuito de la instalación de bomba de calor geotérmica y el circuito de los sistemas de apoyo. Por lo tanto, las bombas de calor geotérmicas están conectadas en paralelo a la instalación de lacaldera y de la bomba de calor de aire, gracias a dos acumuladores de 1.500 litros, correspondiendo uno para calefacción y otro para refrigeración. Además, los circuitos de frío y de calefacción están separados de las tuberías de distribución mediante intercambiadores, con lo que se evita la introducción de refrigerante en el circuito de distribución.

Con el objetivo de mantener una elevada eficiencia del sistema permite la producción simultáneade frío y de calor en las bombas de calor geotérmicas, consiguiendo dentro de las condiciones defuncionamiento un COP elevado. Para el dimensionado del captador geotérmico se llevó a cabo un TRT (“Test de respuesta Térmica”) para determinar, entre otros parámetros, la conductividad térmica del subsuelo, detectándose una importante presencia de agua subterránea con un nivel freático situado a unos 6 m. y, tras la correspondiente cubierta vegetal, una predominancia de subsuelo con estructura granítica.