Aportaciones al conocimiento del comportamiento real de instalaciones de climatización con bomba de calor geotérmica

Resumo

El objetivo principal de este trabajo es el análisis del funcionamiento de una instalación de climatización con bomba de calor geotérmica, en una vivienda unifamiliar habitada, con consumos de ACS, calefacción y piscina. Una instalación situada en la provincia de Pontevedra, real y común aunque con ciertas particularidades como son los radiadores de baja temperatura y el calentamiento de piscina. Se realizó en base a una gran cantidad de datos obtenidos de forma continua a lo largo de dos años completos de funcionamiento de la instalación. Se emplearon distintos parámetros y variables, medidos y calculados, que permiten determinar la evolución del sistema y estudiar su comportamiento con respecto a la eficiencia energética. En el capítulo 1 se comienza con un breve repaso de la energía geotérmica y su historia desde sus inicios, el desarrollo tecnológico e industrial, y la evolución prevista en el futuro. Posteriormente, se describe el comportamiento de los principales elementos que configuran un sistema de bomba de calor geotérmica: el terreno, definiendo su comportamiento térmico, el dispositivo de bomba de calor que enfría o calienta la zona deseada, describiendo su funcionamiento y la partes que la componen, y el sistema de captador geotérmico, en el que se hace un breve repaso de los sistemas geotérmicos actuales y de su clasificación. Finalmente se justifican los objetivos de la tesis y se muestra como está estructurada toda la documentación que la constituye. En el capítulo 2 se proporciona una descripción detallada de todos los componentes de la instalación de la vivienda unifamiliar. El sistema de climatización se compone de una serie de radiadores de baja temperatura, también conocidos como de bajo consumo de agua, conectados en cuatro circuitos y situados en las diferentes zonas a climatizar, la bomba de calor geotérmica, un intercambiador enterrado de un pozo de 150 m de profundidad y todos los elementos de apoyo necesarios. En este capítulo se detallan los cálculos realizados para dimensionar la instalación necesaria, como el cálculo de las cargas térmicas, tamaño del intercambiador geotérmico, potencia de la bomba de calor, potencia del intercambiador de la piscina o potencia de los radiadores. Finalmente, en los últimos apartados, se describe el sistema de adquisición de datos que consta de sensores de temperatura, caudalímetros, sensores propios de la bomba de calor, tarjetas multiplexoras, fuentes de alimentación, tarjeta de adquisición de datos y software de gestión del sistema de adquisición de datos. En el capítulo 3 se describe la metodología experimental seguida y el plan de ensayos realizado. Los estudios de los ensayos se clasifican en días típicos, días extremos, evolución anual, ensayos de análisis, ensayos específicos de piscina y ensayos específicos de ACS. Se define cada grupo de ensayos y que tipo de ensayos engloba. Finalmente se detalla el tratamiento de datos realizado, desde la obtención de datos hasta la representación final en tablas o gráficas y se indican los pasos de cálculo seguidos para determinar los distintos parámetros que definen el funcionamiento de la instalación. En el capítulo 4 se exponen los resultados obtenidos a lo largo del periodo de adquisición de datos desde septiembre de 2014 hasta diciembre de 2016. Los resultados se dividen en 3 grupos, resultados sobre el sistema de captación, sobre la bomba de calor y sobre el análisis de la vivienda. Se analizan los días con condiciones típicas, los días con condiciones extremas y los ensayos realizados al margen del funcionamiento normal de la instalación geotérmica, en los que se evalúan aspectos concretos de su comportamiento. En el capítulo 5 se hace un breve repaso de la instalación, su instrumentación y el tratamiento de datos para presentar las conclusiones generales obtenidas a partir de los ensayos experimentales realizados y de sus resultados. Finalmente, se exponen las futuras líneas de investigación que darían continuidad a esta tesis y al sistema de adquisición de datos instalado.