INTRODUCCIÓ
Antecedents
Objecte
Especificacions i abast
DESCRIPCIÓ DE L’EDIFICACIÓ
Descripció arquitectònica
Condicions climatològiques
Condicions geològiques
CÀLCUL DE CÀRREGUES TÈRMIQUES
- Normativa i reglamentació
- Classificació dels espais
- Condicions exteriors
- Càlcul de les càrregues tèrmiques de refrigeració
- Càlcul de les càrregues tèrmiques de calefacció
Aquí veiem les dades que utilitzarem per calcular les càrregues tèrmiques en mode calefacció. El resultat final del càlcul de cadascun dels ítems calculats es resumeix a la Taula 3.2.
DESCRIPCIÓ DEL SISTEMA DE CAPTACIÓ GEOTÈRMICA
- Principi de funcionament
- Avantatges e inconvenients
- Normativa i reglamentació
- Disseny de l’intercanviador de calor
- Propietats tèrmiques del terreny
- Selecció de la bomba de calor
- Elecció del fluid circulant
- Disposició del captadors
- Canonada seleccionada
- Ubicació del coŀlector geotèrmic
- Perforació
- Esquema de principi
El temps per a la posada en funcionament de la central geotèrmica és inferior al requerit per a altres fonts d'energia. Hem escollit aquesta configuració per minimitzar el nombre d'encesades de la bomba de calor i així allargar al màxim la vida útil de la instal·lació.
DESCRIPCIÓ DEL SISTEMA DE CALEFACCIÓ PER TERRA RADIANT
- Principi de funcionament
- Avantatges del terra radiant
- Normativa
- Classificació dels espais
- Components del sistema
- Disseny i càlcul de la instaŀlació de terra radiant
- Separació dels circuits radiants
- Càlcul de les temperatures i cabals
- Selecció de les canonades per els circuits radiants
- Pèrdues de càrrega
- Selecció del grup d’impulsió
- Avantatges del sostre refrescant
- Normativa
- Classificació dels espais
- Components del sistema
- Disseny i càlcul de la instaŀlació de sostre refrescant
- Sistema de distribució
- Muntatge
La pèrdua de pressió depèn de la rugositat interna de la canonada i de la velocitat de circulació de l'aigua. El següent pas és el càlcul de la xarxa de canonades de connexió entre la sala de màquines i els col·lectors instal·lats a cadascuna de les tres plantes.
NECESSITAT D’AIGUA CALENTA SANITÀRIA
De l'aplicació d'aquests càlculs s'obté la Taula 7.3., on es mostren els cabals d'aigua de servei per a cada mes de l'any amb una ocupació de 4 persones a una temperatura de subministrament de 45°C. Amb aquests valors podem determinar que l'acumulador d'aigua calenta amb una capacitat de 175 litres, que integra la bomba de calor geotèrmica, serà suficient per cobrir la demanda d'aigua calenta sanitària corresponent al nostre habitatge.
REGULACIÓ I CONTROL
ESTUDI DE LA VIABILITAT ECONÒMICA
Comparativa amb altres sistemes
Ajuts i subvencions
Anàlisi del període de retorn de la inversió
RESUM DEL PRESSUPOST
CONCLUSIONS
RELACIÓ DE DOCUMENTS
BIBLIOGRAFIA
Normativa i reglamentació
Caracterització i quantificació de les exigències
A continuació es defineix l'envoltant tèrmica (tanques que limiten espais habitables amb l'entorn exterior i amb espais no habitables) de l'habitatge. D'acord amb l'article 3.1.2 HE1, els espais habitables es poden classificar segons la quantitat de calor que es dissipa al seu interior, segons l'activitat prevista i el període d'ús de l'espai individual.
Càlcul de les càrregues tèrmiques de refrigeració
La diferència de temperatures equivalents és el salt tèrmic corregit tenint en compte la influència de la radiació solar. Utilitzant la mateixa fórmula, obtenim valors de càrrega de calor per a la transmissió a través del sostre.
Càlcul de les càrregues tèrmiques de calefacció
La ventilació és la renovació de l'aire interior per mantenir unes condicions adequades a l'interior del local. El cabal mínim de ventilació s'extreu de la taula A.39., extreta del document bàsic de SA sanitari inclòs al codi tècnic de l'edifici.
Resum de les càrregues tèrmiques de l´habitatge
El resultat final del càlcul de cadascun dels ítems calculats es resumeix a la taula A.41. Hem fixat la càrrega calorífica total de l'habitatge en 8,77 kW, que serà el que haurà de superar la nostra instal·lació de calefacció.
Propietats tèrmiques del terreny
La capacitat tèrmica del sòl expressa la calor que és capaç d'emmagatzemar un volum de sòl augmentant la seva temperatura. La difusivitat tèrmica (α) és una propietat que combina les dues anteriors i es defineix com el coeficient entre la conductivitat tèrmica i la capacitat calorífica específica multiplicat per la densitat ρ del material, les seves unitats són m2/s.
Disseny de l’intercanviador de calor
TENT: Temperatura del fluid a l'entrada de la bomba de calor (°C) TSOR: Temperatura del fluid a la sortida de la bomba de calor (°C) CP: Calor específica del fluid (J/kg·K). Valors aplicats al càlcul de la temperatura de sortida de la bomba de calor en mode de calefacció.
Informació complementària de l’energia geotèrmica
L'estudi de l'energia geotèrmica a Catalunya va ser objecte de nombroses obres i inversions als anys 80 després de la crisi del petroli. Així, a les zones de recàrrega dels aqüífers, el gradient geotèrmic disminueix a causa de la circulació descendent d'aigua més freda, mentre que a les zones de descàrrega es produeix el contrari (surgent d'aigües profundes més càlides).
Càlcul de les temperatures i cabals
Disseny de la instaŀlació hidràulica
Pèrdues de càrrega
El procediment de càlcul de les pèrdues de càrrega primària en el circuit de distribució serà el mateix que el que hem seguit a l'apartat anterior. Per aquest motiu, no parlarem del procés de càlcul. En aquesta part de la instal·lació hem tingut en compte les pèrdues de càrrega que es produiran en els col·lectors instal·lats a cada planta.
Disseny de la instaŀlació
Sistema de distribució
Emplaçament de l’habitatge
Planta soterrani
Planta baixa
Planta pis
Sota coberta
Context geològic del maresme
Tal com hem fet per calcular les càrregues de refrigeració, utilitzarem els valors presentats per l'estació de la ciutat de Granollers. Per conèixer la quantitat d'energia en forma de calor que haurem d'extreure de la casa durant la temporada d'estiu, hem tingut en compte l'existència de dos tipus de càrregues tèrmiques: les càrregues sensibles, que es donen com a conseqüència de la diferència de temperatura i radiació tèrmica, i les càrregues latents, que vénen donades per l'aportació de la humitat a l'aire.
Temperatura del terreny en funció de la profunditat
Funcionament del sistema en mode de calefacció
En aquest apartat volem resumir els principals avantatges i inconvenients de la producció i el consum d'energia geotèrmica, analitzar aspectes relacionats amb els costos d'explotació, les inversions necessàries o l'impacte ambiental que pot tenir una planta geotèrmica. Una instal·lació que utilitza energia geotèrmica en comparació amb els sistemes clàssics de bomba de calor o aire condicionat permet un estalvi energètic del 30 al 70% en calefacció i del 20 al 50% en la climatització.
Model de conducció de calor al voltant d’una línia infinita
En el nostre projecte, hem seguit aquesta guia, que desenvolupa el mètode de disseny de la International Ground Source Heat Pump Association (IGSHPA). A partir del càlcul de les càrregues tèrmiques de l'habitatge, que podeu trobar detalladament a l'Annex A d'aquest projecte, vam decidir adquirir l'exclusiva bomba de calor VWS83/2 GeoTHERM de la marca Vaillant.
Elements principals de la bomba de calor
L'oscil·lació de la temperatura superficial és el valor mitjà entre la temperatura màxima (38,2 °C) i la temperatura mínima (-5,2 °C). Valors utilitzats per calcular la temperatura de sortida de la bomba de calor en mode de refrigeració.
Captació horitzontal
Captació de sistemes oberts
Captació vertical
Hem calculat la longitud de l'intercanviador de calor tant en mode de refrigeració com de calefacció. Hem previst la col·locació de pesos als extrems de les sondes geotèrmiques, per facilitar la caiguda de les sondes durant la seva instal·lació.
Extrem de la sonda
L'execució de perforacions per a la captació d'energia constitueix una part molt important de la inversió inicial de la planta geotèrmica i en alguns casos arriba fins al 60% del total de la planta. Per tant, és un tema molt important i per això hem estudiat diferents sistemes de perforació per trobar el que millor s'adapti a les característiques del nostre projecte (duresa del sòl, possibilitat d'instal·lar màquines grans, profunditat de perforació)...).
Model i ubicació del coŀlector geotèrmic
També es tanquen amb aquesta massa les capes d'argila impermeables que es van creuar durant la perforació, evitant així una possible contaminació de les aigües subterrànies. De les diferents opcions de connexió que ofereix la bomba de calor seleccionada, el disseny final es pot veure a la figura 4.10, on es mostra l'esquema de les connexions hidràuliques.
Esquema de principi
L'accés a la màquina de perforació s'ha de pavimentar i s'ha de tenir en compte el radi de gir. Com podeu veure a l'esquema, hem previst dos dipòsits: un per a l'ACS integrat a la bomba de calor i l'altre per a l'anticongelant del sistema de climatització.
Comparativa de diferents sistemes de calefacció
La norma especifica els requisits de disseny dels sistemes de calefacció per terra radiant i es refereix exclusivament als sistemes de calefacció per terra radiant que utilitzen aigua calenta o fluids de calefacció diferents de l'aigua en edificis residencials, oficines i altres llocs on l'ús és comparable a edificis residencials. Dissenyades especialment per a sistemes de calefacció per terra radiant, les canonades de polietilè reticulat tenen una barrera de difusió d'oxigen.
Instaŀlació del tub radiant
Secció del terra radiant
Tm: Temperatura mitjana anual del sòl (°C) As: Oscil·lació de la temperatura superficial (°C) Xs: Profunditat d'exploració (cm). Abans de calcular la pèrdua de càrrega primària, cal determinar el coeficient de fricció.
Diferents dissenys dels circuits radiants
Localització dels coŀlectors i disseny dels circuits
Corbes característiques de les bombes
Panell de tubs capil·lars
Per calcular la temperatura mínima que pot assolir l'aigua, hem de determinar el punt de rosada de l'aire. Fixem el salt tèrmic a 2 °C, la qual cosa significa que la temperatura de retorn serà de 17 °C.
Maniguets d'unió
Per tal d'evitar la condensació al sostre, per raons de seguretat, establim la temperatura d'entrada un grau per sobre del punt de rosada, és a dir, la temperatura d'entrada s'estableix en 15 °C. Per determinar la capacitat de refrigeració dels panells, haurem de trobar la diferència entre la temperatura mitjana de l'aigua i la temperatura ambient dissenyada.
Connexió de les series de panells als coŀlectors
La connexió dels panells als col·lectors de cada planta es realitza tal com es mostra a la figura 6.3, amb un màxim de 4 sèries de 4 panells connectats a cada sortida/entrada del col·lector. En primer lloc, els panells capil·lars s'han de connectar entre si, utilitzant les connexions ràpides de les canonades de distribució.
Fixació mitjançant grapes dels panells capiŀlars al sostre
Forats per a la sortida de cables elèctrics
Projecció d’arrebossat de guix sobre els panells capiŀlars
Comparativa de consum durant 1 any
Període de retorn de la inversió de la bomba de calor geotèrmica
Distribució planta soterrani
Distribució planta baixa
Distribució planta pis
Distribució sota coberta
Condicions climatològiques
Hem seleccionat aquest valor com a temperatura exterior per al càlcul, ja que aquest és el valor recomanat per a habitatges. La suma d'aquestes dues càrregues és la quantitat final d'energia que hem de contrarestar amb el nostre sistema de refrigeració.
Resum de carregues tèrmiques de refrigeració
Resum de carregues tèrmiques de calefacció
És possible que no hi hagi prou espai per perforar, la composició del lloc pot fer que el cost de la perforació sigui massa elevat o que les màquines especials de sondes d'energia no entrin al lloc per manca d'espai. Per al disseny de la conca geotèrmica, hem calculat la conductivitat tèrmica a partir de la relació entre les proporcions dels diferents materials trobats en la investigació geotècnica.
Característiques principals de la bomba de calor
Com es pot veure a la figura 4.4. la bomba de calor està equipada amb un acumulador d'acer inoxidable per a aigua calenta sanitària amb una capacitat de 175 litres. Tenint en compte la baixa viscositat i l'alta transferència de calor del propilenglicol, el refrigerant escollit va ser una barreja d'aigua destil·lada (80%) i propilenglicol (20%), les principals característiques de la qual es poden veure a la taula 4.2.
Propietats físiques de l’anticongelant
Característiques de la canonada seleccionada
Per determinar el diàmetre de les canonades i per garantir un bon funcionament del circuit, la velocitat del fluid circulant ha de ser com a mínim de 0,6 m/s i no superar els 2 m/s. També s'ha de garantir l'existència de turbulències del fluid a l'interior del tub, de manera que s'afavoreixi la transferència tèrmica entre el fluid circulant i la paret interior.
Longitud del captador segons el mode de funcionament
Hem buscat una ubicació dins d'aquest espai central que no pertorbi l'aspecte estètic de l'espai habitable, per això hem col·locat els col·leccionistes: al fons de l'armari encastat del vestíbul de la planta baixa, a l'interior des de l'armari del bany a la planta baixa i sota la finestra de la planta baixa. El disseny dels circuits de calefacció per terra radiant és un punt delicat, perquè no totes les estances de la casa tenen la mateixa superfície. Tanmateix, és molt important garantir un bon equilibri hidràulic que la longitud dels circuits de calefacció per terra radiant sigui comparable.
Distribució de circuits de calefacció
Amb una canonada Wirsbo-ebalPEX 32x2,9 obtenim un rang de velocitat que compleix els requisits de la instal·lació. Les canonades escollides per als circuits d'impuls són: Wirsbo-ebalPEX 40x3,7 per al circuit de la planta baixa i Wirsbo-ebalPEX 32x2,9 tant per a la planta baixa com per al terra sota coberta.
Resum pèrdues de càrrega del terra radiant
És per aquest motiu que hem considerat dos tipus de pèrdues de càrrega en el càlcul: primàries i secundàries. Com a resultat, a la Taula 5.2., podeu veure el resum dels circuits amb les pèrdues de càrrega més altes.
Punts característics de les instaŀlacions
Hem seleccionat la bomba en funció del punt característic de la instal·lació, determinat pel cabal i la pèrdua de pressió del circuit més desfavorable més l'alçada que haurà de superar la bomba, aquestes dades es poden trobar resumides a la taula 5.3. Per reduir el preu d'instal·lació i com que els criteris de col·locació dels col·lectors són idèntics als del sistema de calefacció per terra radiant, els col·lectors utilitzats pel sistema de refrigeració són els mateixos que en el sistema de calefacció.
Nombre de panells a instaŀlar per habitació
Circuits refrigerants connectats als coŀlectors
Demanda d’aigua a 60 °C
Temperatures de mitjanes de l’aigua de xarxa
Cabal d’ACS diari amb una ocupació de 4 persones
Dades de referència
El càlcul de la resistència tèrmica de l'intercanviador és una de les parts més delicades de tot el procés de disseny. Per determinar la fracció de funcionament de la instal·lació, cal conèixer el moment en què la temperatura de l'aire exterior es troba dins d'un interval determinat.