Evaluación de diferentes metodologías para el diseño del campo de captación de sistemas geotérmicos someros
DOI:
https://doi.org/10.17533/udea.redin.20210425Palabras clave:
Climasoft, EED, Sistemas geotérmicos, GSHP, GES-CALResumen
Los recursos geotérmicos de baja entalpía juegan un papel esencial en la mitigación del cambio climático. Para garantizar el funcionamiento de los sistemas de bomba de calor, es obligatorio un diseño preliminar preciso. A la hora diseñar estas instalaciones es posible implementar metodologías con diferentes grados de precisión. Aunque el software más sofisticado constituye la mejor solución, su uso es inviable en determinados proyectos (el aumento de la inversión no está justificado en pequeños sistemas). Este trabajo se centra en evaluar procedimientos utilizados en el diseño de sistemas geotérmicos someros. La investigación incluye el método más simple basado en cálculos manuales, la aplicación gratuita Climasoft, el software Earth Energy Designer (EED) y la herramienta GES-CAL desarrollada por investigadores del Grupo de Investigación TIDOP (Universidad de Salamanca). El objetivo es evaluar este software y comparar los resultados de todas las metodologías detalladas. Esta comparación deriva de la aplicación de estas herramientas sobre el mismo caso de estudio (edificio unifamiliar emplazado en Ávila, España). Los resultados muestran que los métodos más sencillos involucran esquemas de captación sobredimensionados que conllevan inversiones más altas. En cuanto a GES-CAL, se considera una alternativa precisa para el diseño de todas las configuraciones de intercambiadores, especialmente instalaciones ubicadas en la región de Ávila. Se recomienda EED para el cálculo de sistemas geotérmicos de alta entalpía que requieren un análisis exhaustivo del comportamiento del fluido de trabajo.
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A. Casasso and R. Sethi, “Assessment and minimization of potential environmental impacts of ground source heat pump (gshp) systems,” Water, vol. 11, no. 8, Jul. 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.3390/w11081573
S. Boahen, K. H. Lee, S. Cho, and J. M. Choi, “A study on the evaluation of the annual energy consumption for a geotermal heat pump system with open loop and closed loop ground heat exchangers,” International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, vol. 25, no. 3, Jul. 24, 2017. [Online]. Available: https://doi.org/10.1142/S2010132517500249
F. D. Longa, L. P. Nogueira, J. Limberger, J. D. V. Wees, and B. V. D. Zwaan, “Scenarios for geothermal energy deployment in europe,” Energy, vol. 206, Sep. 1, 2020. [Online]. Available: http://www.techweb.com/se/index.html
A. F. Gheysari, H. M. Holländer, P. Maghoul, and A. Shalaby, “Sustainability, climate resiliency, and mitigation capacity of geothermal heat pump systems in cold regions,” Geothermics, vol. 91, Mar. 2021. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2020.101979
L. Rybach and M. Mongillo, “Geothermal sustainability - a review with identified research needs,” Geothermal Resource Council Transactions, vol. 30, 2006. [Online]. Available: t.ly/eHji
D. Saner and et al., “Is it only co2 that matters? a life cycle perspective on shallow geothermal systems,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 14, no. 7, Sep. 2010. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.04.002
G. Wang, W. Wang, J. Luo, and Y. Zhang, “Assessment of three types of shallow geothermal resources and ground-source heat-pump applications in provincial capitals in the yangtze river basin, china,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 111, Sep. 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.05.029
M. Babaei and H. M. Nick, “Performance of low-enthalpy geotermal systems: Interplay of spatially correlated heterogeneity and well-doublet spacings,” Applied Energy, vol. 253, Nov. 1, 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113569
R. M. Singh, A. K. Sani, and T. Amis, “An overview of ground-source heat pump technology,” Managing Global Warming, 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814104-5.00015-6l
S. A. Ghoreishi-Madiseh, A. F. Kuyuk, and M. A. D. Brito, “An analytical model for transient heat transfer in ground-coupled heat exchangers of closed-loop geothermal systems,” Applied Thermal Engineering, vol. 150, Mar. 5, 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.01.020
X. Song and et al., “Numerical analysis of the heat production performance of a closed loop geothermal system,” Renewable Energy, vol. 120, May. 1996. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.12.065
G. Wang and et al., “Heat extraction analysis of a novel multilateral-well coaxial closed-loop geothermal system,” Renewable Energy, vol. 163, Ene. 2021. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.08.121
K. Nagano, T. Katsura, and S. Takeda, “Development of a design and performance prediction tool for the ground source heat pump system,” Applied Thermal Engineering, vol. 26, no. 14-15, Oct. 2006. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2005.12.003
X. Li, Z. Chen, and J. Zhao, “Simulation and experiment on the thermal performance of u-vertical ground coupled heat exchanger,” Applied Thermal Engineering, vol. 26, no. 14-15, Oct. 2006. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2005.12.007
Q. Gao, M. Li, and M. Yu, “Experiment and simulation of temperatura characteristics of intermittently-controlled ground heat exchanges,” Renewable Energy, vol. 35, no. 6, Jun. 2010. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.renene.2009.10.039
J. C. Ríos, “Integration capacity of geothermal energy in supermarkets through case analysis,” Sustainable Energy Technologies and Assessments, vol. 34, Ago. 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.seta.2019.04.007
H. Skarphagen, D. Banks, B. S. Frengstad, and H. Gether, “Design considerations for borehole thermal energy storage (btes): A review with emphasis on convective heat transfer,” Hindawi, vol. 2019, Apr. 22, 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1155/2019/4961781
C. S. Blázquez, A. F. Martín, P. C. García, L. S. Sánchez, and S. Jiménez, “Analysis of the process of design of a geotermal installation,” Renewable Energy, vol. 89, Abr. 2016. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.11.067
C. S. Blázquez, A. Farfán-Martín, I. Martín-Nieto, P. Carrasco-García, L. S. Sánchez-Perez, and et al., “Thermal conductivity map of the avila region (spain) based on thermal conductivity measurements of different rock and soil samples,” Geothermics, vol. 65, Jun. 2017. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2016.09.001
C. S. Blázquez and A. Farfán-Martín and I. Martín-Nieto and P. Carrasco-García and L. S. Sánchez-Perez and et al., “Efficiency analysis of the main components of a vertical closed-loop system in a borehole heat exchanger,” Energies, Special Issue Low Enthalpy Geothermal Energy, vol. 10, no. 2, Feb. 10, 2017. [Online]. Available: https://doi.org/10.3390/en10020201
C. S. Blázquez, A. F. Martín, I. M. Nieto, and D. G. Aguilera, “Measuring of thermal conductivities of soils and rocks to be used in the calculation of a geothermal installation,” Energies, vol. 10, no. 6, Jun. 10, 2017. [Online]. Available: https://doi.org/10.3390/en10060795
C. S. Blázquez and et al., “Analysis and study of different grouting materials in vertical geothermal closed-loop systems,” Renewable Energy, vol. 114, no. Parte B, Dic. 2017. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.08.011
C. S. Blázquez, D. Borge-Diez, I. M. Nieto, A. F. Martín, and D. González-Aguilera, “Technical optimization of the energy supply in geothermal heat pumps,” Geothermics, vol. 81, Sep. 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2019.04.008
C. S. Blázquez, A. F. Martín, I. M. Nieto, D. González-Aguilera, and P. C. García, “Comparative analysis of different methodologies used to estimate the ground thermal conductivity in low enthalpy geothermal systems,” Energies, vol. 12, no. 9, May. 2, 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.3390/en12091672
II congreso iberoamericano de ciudades inteligentes, Escuela de Ingenierías del Campus de la UVa, Soria, Esp., 2019.
VDI 4640-2, Thermal use of the underground – Ground source heat pump systems, Verlag des Vereins Deutscher Ingenieure, 2013.
C. S. Bláquez, I. M. Nieto, R. Mora, A. F. Martín, and D. González-Aguilera, “Ges-cal: A new computer program for the design of closed-loop geothermal energy systems,” Geothermics, vol. 87, Sep. 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2020.101852
Guía técnica de diseño de sistemas de intercambio geotérmico de circuito cerrado, Asociación Técnica Española de Climatización y Refrigeración (ATECYR), Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), Madrid, 2012.
Diseño, ejecución y seguimiento de una instalación geotérmica somera. Parte 1: sistemas de circuito cerrado vertical, UNE-EN 100715-1, Asociación Española de Normalización, 2014. [Online]. Available: https://www.une.org/encuentra-tu-norma/busca-tu-norma/norma?c=N0052899
Eficiencia energética de los edificios. cálculo del consumo de energía para calefacción y refrigeración de espacios, UNE-EN ISO 13790, Asociación Española de Normalización, Nov. 2011. [Online]. Available: https://www.une.org/encuentra-tu-norma/busca-tu-norma/norma/?c=N0048301
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