ENERFICAZ instala en la nueva sede de la firma Trivinco un sistema basado en la combinación de Geotermia y Energía Solar Térmica, con el fin de obtener climatización y agua caliente sanitaria (ACS) de una forma totalmente renovable y limpia.
El proyecto nació con el objetivo de dar a conocer un nuevo método de producción de ACS y climatización, que aprovecha al máximo el uso de fuentes renovables reduciendo las emisiones de CO2 que tienen lugar en las instalaciones convencionales. Se trata de un sistema integrado por diferentes instalaciones térmicas, diseñado para alcanzar un máximo rendimiento mediante la optimización y el control de todos sus niveles.
Las instalaciones basadas en la utilización de energía solar térmica no satisfacen al cien por cien la demanda de ACS y climatización, necesitan normalmente el apoyo extra de combustibles fósiles o electricidad. Para dar solución a esta limitación, se propuso como alternativa la sustitución de un sistema de apoyo convencional por una bomba de calor, que emplea como fuente principal de energía recursos renovables que ayudan a reducir el consumo y las emisiones de CO2.
Al emplear fuentes de energías alternativas, las bombas de calor representan una solución muy interesante que, además está avalada por su experiencia en el mercado europeo, en el que su utilización está consolidada desde hace algunos años.
Éstas se clasifican según la fuente de energía que emplean. Podemos encontrar tanto bombas de calor que extraen la energía del aire como otras que emplean la energía geotérmica aprovechándose de las características del subsuelo, o incluso emplean pozos de agua. Hoy en día es posible encontrar en el mercado una amplia gama de bombas adecuadas a las necesidades de distintos tipos de edificación y para todo tipo de presupuestos.
En esta ocasión, se ha optado por la utilización de una bomba de calor geotérmica para aprovechar la energía almacenada en el subsuelo. La energía geotérmica de baja entalpía, se basa en la capacidad de la tierra para acumular el calor procedente del sol. A partir de una profundidad de entre 1 y 1.5 m, el gradiente de temperatura del terreno se atenúa debido a los cambios de la temperatura exterior, es decir, la temperatura se mantiene aproximadamente constante a lo largo de todo el año. Como consecuencia, el subsuelo se convierte en una fuente de energía de temperatura prácticamente estable desde el punto de vista estacional. Estas condiciones del medio son muy favorables para una bomba de calor, que consigue un Coeficiente de Operación (COP) muy alto.
Las sondas geotérmicas tienen la función de intercambiar calor con el terreno. Las características del terreno, y en especial su conductividad térmica determinan la cantidad y tipo de sonda necesaria. Existen distintos tipos de sondas geotérmicas en el mercado: sondas verticales, horizontales o en espiral.
La bomba de calor es capaz de suministrar tanto frío en verano como calor en invierno. En invierno, cuando la temperatura del subsuelo es mayor que la temperatura ambiente, la bomba extrae calor del terreno y lo cede para calefactar. Durante el verano, la temperatura del subsuelo es menor que la temperatura ambiente y el terreno es el que admite el calor que se extrae de la zona a refrigerar. Por cada kW de energía eléctrica consumida en el sistema geotérmico se generan, aproximadamente, 4.5 kW de refrigeración y 4 kW de calefacción, mientras que los sistemas convencionales generan, por cada kW de potencia eléctrica consumido 2 kW de refrigeración y 2.3 kW de calefacción.
Este sistema innovador no es sólo una alternativa al uso de energía convencional sino que, además, tiene como objetivo el aprovechar la energía solar térmica al máximo. La instalación se estructura en cuatro niveles con el fin de emplear la energía generada de acuerdo con las distintas temperaturas. El nivel 1 (80-120 ºC) genera frío solar mediante una máquina de absorción. En el nivel 2 (45-70 ºC), las temperaturas que se producen en el circuito solar se utilizan en la preparación de ACS. En el nivel 3 (30-45 ºC), se encuentran temperaturas medias destinadas a la calefacción. Finalmente, en el nivel 4 (20-30 ºC), las bajas temperaturas se destinan al sistema geotérmico, que disminuye la temperatura de retorno a los colectores y aumenta la temperatura de la captación geotérmica.
Las temperaturas de funcionamiento de los distintos subsistemas que integran el proyecto son muy importantes para optimizar la instalación. Así, el sistema solar térmico opera con máxima eficiencia cuando el agua del circuito solar entra a los colectores a la menor temperatura posible. Por su parte, las bombas de calor geotérmicas son más eficientes cuando captan el calor de la tierra a elevada temperatura. Este funcionamiento permite que sea el nivel 4 el que consigue aumentar la eficiencia tanto del sistema solar térmico como de la bomba de calor.
Un sistema integrado como el que se plantea en este proyecto, en el que se combinan diversas fuentes de energía, equipos e instalaciones, precisa de una buena monitorización y un control que asegure el correcto funcionamiento de cada subsistema así como del conjunto de la instalación. Además, el sistema debe permitir la aplicación de diferentes estrategias de control encaminadas a un aprovechamiento óptimo de la energía disponible, es decir, elegir el subsistema ideal para cada situación.
Para la generación de ACS, la bomba de calor sólo se pone en marcha cuando los captadores solares no aportan energía suficiente para cubrir la demanda energética del edificio, por lo que la instalación está diseñada para dar siempre preferencia al uso de la energía solar. El modo de control de la bomba de calor se realiza a través del termostato del tanque de acumulación de ACS, que detecta cuando la temperatura en su interior es inferior a la necesaria así como cuando el sistema solar no está generando energía suficiente para elevar la temperatura. Es sólo cuando se cumplen estas condiciones cuando la bomba se pone en funcionamiento.
En el caso de necesidad de calefacción el funcionamiento es similar. Cuando los termostatos de la instalación determinan que es necesario activar la calefacción, comienza a circular fluido desde el tanque de acumulación de calefacción. Al detectar que su temperatura interior es menor a la necesaria y que el sistema solar no aporta la energía suficiente, se pone en marcha la bomba de calor.
Cuando hablamos de refrigeración se plantean más variantes. Cuando es necesario refrigerar pero la temperatura ambiente no es todavía muy elevada, por ejemplo durante la primavera, se utiliza la refrigeración pasiva que utiliza la geotermia. Esta configuración no necesita usar la bomba de calor, sino que hace circular el refrigerante por toda la configuración para refrigerar intercambiando calor directamente con las sondas geotérmicas.
Cuando es necesario obtener una mayor capacidad de refrigeración y el circuito solar es capaz de generar altas temperaturas se utiliza el frío solar. La implementación de instalaciones de refrigeración por absorción, los cuales aprovechan fuentes de calor como la energía solar para la producción de frío, es muy adecuada para la climatización en zonas de alta radiación solar, puesto que permiten aprovechar la coincidencia de los periodos de máxima radiación solar con los de mayor demanda de refrigeración. La integración de este sistema con una instalación solar térmica resulta muy eficiente, y es una tecnología en desarrollo que vislumbra un crecimiento importante en el mercado de la climatización.
Por último, cuando el frío solar no es suficiente debido a la ausencia de radiación elevada, la bomba de calor se activa en modo de refrigeración. Al ser reversible, la bomba de calor se activa en modo refrigeración pasando a ceder calor al subsuelo usando las sondas geotérmicas para disipar calor.
Finalmente, para conseguir la máxima eficiencia y ahorro energético se utilizan medios de climatización basados en agua, como son el suelo radiante y fancoils. Estos elementos permiten obtener el confort deseado mediante pequeños gradientes de temperatura, aumentando a su vez el COP de la bomba de calor.
Cómo se llevó a cabo la puesta en marcha
La instalación y puesta en marcha de este innovador proyecto, que consiste en la combinación de diferentes energías renovables para la producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS), calefacción y refrigeración, y en la utilización de un sistema de control de eficiencia energética, se desarrolló a través de 7 fases de diferente duración, de entre 1 y 3 meses.
A continuación, explicamos de forma breve las tareas que se desarrollaron en cada fase del proyecto y el perfil profesional de aquellos que las llevaron a cabo.
Fase 0
El proyecto comenzó con la creación del Departamento I+D+i de la empresa, inicialmente integrado por 3 ingenieros industriales, 1 ingeniero de minas, personal técnico y de administración, que durante esta fase, llevaron a cabo el estudio preliminar de investigación.
Fase 1
En la fase 1 del proyecto, el departamento de I+D+i realizó el cálculo de las necesidades térmicas del edificio así como la elección de los equipos más eficientes para el aprovechamiento solar y geotérmico.
Fase 2
Una vez hechos los análisis necesarios y elegidos los equipos, se procedió a realizar las perforaciones geotérmicas y a la colocación de las sondas geotérmicas.
Fase 3
Tras finalizar la colocación de las sondas, se efectuó el Test de la Respuesta Térmica del terreno por medio del equipo (TRT) diseñado por el departamento de I+D+I, que permitió obtener la temperatura del terreno y conocer su conductividad térmica.
Fase 4
En esta fase, profesionales de fontanería con la asistencia del equipo de ingenieros, llevaron a cabo la instalación de captadores solares térmicos de tubos de vacío.
Fase 5
Posteriormente, el equipo de fontaneros y electricistas de la zona procedió a instalar los circuitos hidráulicos, suelo radiante y fancoils, de acuerdo a los diseños elaborados por el equipo de ingenieros para el proyecto.
Fase 6
Una vez finalizadas las tareas de la fase anterior, se realizaron las conexiones eléctricas necesarias para controlar el funcionamiento de la instalación.
Fase 7
Por último, se hizo la puesta en marcha de la instalación que consistió en efectuar con éxito sucesivos tests para probar las 23 configuraciones de funcionamiento posibles en la instalación.
Valoración del proyecto y desarrollo futuro
Los resultados obtenidos en la puesta en marcha han sido muy positivos, obteniendo ahorros energéticos del 70% en calefacción, del 40% en producción de ACS y del 75% en refrigeración, en comparación a los sistemas tradicionales.
Ante el éxito del proyecto, la empresa ha decidido ampliar la instalación con la incorporación de un equipo de refrigeración basado en la tecnología de absorción de pequeña potencia, que utilizará la energía solar para climatizar.
Este nuevo desarrollo será implementado en los próximos meses.
