eduardo collado

Micropilotes como intercambiador geotérmico de muy baja entalpía

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Como consecuencia de mi participación en el Tribunal de una Tesis Doctoral sobre el estudio de micropilotes como intercambiador geotérmico de baja entalpía, se detalló el tema de la Cimentación Termoactiva, una tecnología aplicable a los elementos de las estructuras de hormigón armado de las cimentaciones especiales, “pilotes”, “pantallas” y “losas”, para la obtención de energía para climatización de edificios a partir del subsuelo.

Para que se pueda realizar este tipo de aprovechamiento geotérmico es necesario partir de edificaciones que ya necesitan de cimentaciones especiales tipo pilote o pantalla bajo el punto de vista estructural, aprovechando la funcionalidad geotérmica que se puede tener con este tipo de cimentaciones, ya que se realiza el aprovechamiento de la temperatura del terreno para aumentar el rendimiento de las bombas de calor geotérmicas. En estas estructuras de hormigón armado o metálicas, el intercambio geotérmico se puede realizar por medio de un circuito cerrado instalado en las armaduras de la cimentación.

Este circuito cerrado está formado por tubos llamados sondas geotérmicas adosadas a las armaduras de los pilotes o por el interior de los pilotes metálicos, a través de los cuales circula agua o agua con un anticongelante, produciéndose un intercambio de calor entre este fluido y el terreno. El fluido es conducido a una bomba de calor geotérmica, generando la energía suficiente para la completa climatización de un edificio.

El Código Técnico de la Edificación en su apartado de Ahorro de Energía, exige la aplicación mínima de energías térmicas renovables, como fotovoltaica para edificación y solar térmica para agua caliente sanitaria. Pero dejó una puerta abierta a otras renovables. En la Directiva 2009/28/CE se dice que la geotermia es una “energía albergada en forma de calor bajo la superficie de la tierra sólida”. La geotérmica de muy baja entalpía, con una temperatura inferior a 25°C, se fundamenta en la capacidad que tiene el suelo y subsuelo para acumular el calor del sol, manteniendo su temperatura constante a lo largo del año, a partir de determinada profundidad. Una instalación geotérmica es por eso una fuente de energía renovable sostenible y limpia.

La temperatura del subsuelo comienza a ser más o menos estable, independientemente de las condiciones meteorológicas exteriores, a partir de los 15 metros, cuando se estabiliza, fluctuando cada vez menos con la profundidad y aumentando en función del gradiente geotérmico. La consiguiente estabilidad térmica supone que en verano el subsuelo esté considerablemente más fresco que el ambiente exterior y en invierno a una temperatura más favorable de la existente en el exterior.

La Cimentación Termoactiva es una tecnología aplicable a los elementos de las estructuras de hormigón armado (realizadas in situ o prefabricadas) y metálicas de las cimentaciones, para la obtención de energía para climatización de edificios a partir del subsuelo y el agua subterránea. Se basa en el aprovechamiento de la temperatura del terreno para aumentar el rendimiento de las bombas de calor. Que funcionan básicamente en dos condiciones: en modo calefacción, transfieren calor del subsuelo al edificio, mientras que en modo refrigeración actúan a la inversa, al eliminar el calor que genera el edificio conduciéndolo al subsuelo. El circuito cerrado que llevan los pilotes está formado por tubos llamados sondas geotérmicas a través de los cuales circula agua o agua con anticongelante, produciéndose un intercambio de calor entre este fluido y el terreno. El fluido es conducido a una bomba de calor geotérmica, para la completa climatización de un edificio.

Los pilotes termoactivos se definen como una cimentación profunda (función resistente) con la capacidad de llevar a cabo intercambio geotérmico (función térmica) con el subsuelo y el agua subterránea. Las pantallas termoactivas se definen como un elemento de contención de tierras para realizar excavaciones verticales (función resistente) con la capacidad de llevar a cabo intercambio geotérmico (función térmica) con el subsuelo y el agua subterránea.

Previamente, mediante ensayos es posible conocer los valores que vamos a obtener de aprovechamiento térmica, ya que estos ensayos dependen directamente, entre otros parámetros, tanto de la conductividad del terreno como de la temperatura no alterada de este. El ajuste de los datos obtenidos mediante ensayos previos con sondeos nos van a mostrar una cierta equivalencia del funcionamiento de los pilotes en su función geotérmica. En todo caso, en un diseño a escala real de una obra pilotada mediante tecnología de pilotes termoactivos, es preciso la realización de un Test de Respuesta Térmica, para poder obtener información a partir de la cual ajustar los modelos térmicos de la cimentación termoactiva. Esto permite concluir que el pilote es capaz de absorber la potencia de unos 60 W/m de una manera satisfactoria a lo largo de un pulso sostenido de inyección de calor, obteniéndose unas temperaturas de trabajo en un rango inferior a 30°C, muy satisfactorios para el rendimiento de un sistema basado en bombas de calor.

La conclusión de este tipo de trabajos es la viabilidad de estos intercambiadores, si es que estos se van a ejecutar por causas estructurales y geotérmicas (es decir, si ya están prescritos en algún proyecto de recalce, cimentación nueva, pantalla, anclaje), ya que prácticamente, y casi sin incremento de coste, se dispondrán de intercambiadores geotérmicos para realizar instalaciones con energía renovable, y dependiendo del subsuelo puede llegar a tener rendimientos muy parecidos a los sistemas geotérmicos verticales cerrados sin necesidad de realizar sondeos que encarecen las instalaciones geotérmicas, consiguiendo así una huella de carbono menor.

Además la tecnología empleada en este ámbito es la más eficiente para calefacción y refrigeración a día de hoy y tiene una tecnología clásica que permite un ahorro de energía en calefacción de entre un 30 y un 70%, y en refrigeración entre un 20 y un 50%, con un gran ahorro económico debido al hecho del menor consumo de las bombas de calor geotérmicas, del menor coste de mantenimiento, y del rápido retorno de la inversión, según la intensidad de uso. Además de mejorar la estética de los edificios ya que elimina equipos de azoteas y fachadas, la eliminación o reducción de riesgo de legionelosis y, como ya se ha dicho, de la reducción de las emisiones de CO2.

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