ENFRIAMIENTO ASISTIDO POR GEOTERMIA GSHP “Ground Source Heat Pumps”
Intercambiador de Calor Terrestre Vertical de un Sistema de Enfriamiento por Geotermia.
Ilustración de un sistema cerrado vertical y un corte transversal de su intercambiador de calor (GHE por sus siglas en inglés). Fuente: Retscreen International. www.retscreen.net
Intercambiador de Calor Terrestre Vertical de un Sistema de Enfriamiento por Geotermia.
•Ventajas
–Son más eficientes que los horizontales y por tanto más recomendables tratándose de edificios grandes.
–Se pueden instalar con poco terreno disponible.
–Impactan de forma mínima el paisaje.
•Desventajas
–Son más caros por requerir perforaciones más profundas.
–Son más difíciles de accesar en caso de imprevistos.
–Es necesario invertir en materiales de la más alta calidad: tubos de polietileno de alta densidad y conexiones adheridas por fusión.
Ubicación del GCHP Vertical
•Área no boscosa
–Área con vegetación baja y raíces no extensas.
•Cercanía al Río Carrizal
–Existencia de un flujo mayor en el manto freático por escurrimientos a causa de precipitación.
•Capacidad de intercambio de calor por geotermia
–Por tamaño del edificio se puede utilizar: ventilación natural + geotermia; chillers + geotermia.
Diferentes configuraciones del intercambiador de calor terrestre de un sistema cerrado horizontal. Fuente: Retscreen International. www.retscreen.net
•Ventajas
–Instalación más sencilla y rápida.
–Evita costos de perforaciones profundas.
•Desventajas
–Aumenta la cantidad de tubería requerida.
–Requiere de mayor área disponible.
–Impacta de forma considerable el paisaje: es necesario hacer zanjas (1 - 2m) de área grande, las cuales se rellenan luego.
Diagrama de un sistema de Bucle Secundario (SL-GCHP)
ELEMENTOS
Turbo compresor (I)
Extractor de aceite (II)
Placas intercambiadoras de calor (III)
Válvula de expansión (IV)
Válvula de cuatro vias (V)
Placas intercambiadoras de calor (VI)
Bomba de agua circulante (VII)
Radiador/serpentín (VIII)
Bomba de agua circulante (IX)
Intercambiador de calor geotérmico (X)
Tecnología convencional más desarrollada.
Diagrama de un sistema de Expansión Directa (DX-GCHP)
ELEMENTOS
Turbo compresor (I)
Extractor de aceite (II)
Placas intercambiadoras de calor (III)
Válvula de expansión (IV)
Válvula de cuatro vias (V)
Intercambiador de calor geotérmico (VI)
Bomba de agua circulante (VII)
Radiador/serpentín (VIII)
Tecnología en fase experimental. Ingenierilmente más compleja, pero con beneficios de efectividad y económicos al largo plazo según Guo Yonghui, et al (2011).
Inversión Inicial (SL-GCHP):
Elemento
Especificación técnica
Turbo compresor
Modelo: ZB21KQEQ
Extractor de aceite
Modelo: A-W55824
Placas intercambiadoras de calor
Alfa Laval, Modelo: CB26,28 piezas
Válvula de expansión
Modelo: TEN5-3.7
Válvula de cuatro vias
Modelo: STF-0301G
Placas intercambiadoras de calor
Alfa Laval, Modelo: CB26,33 piezas
Bomba de agua circulante
Modelo: GP-125
Radiador/serpentín
Modelo: FP-85
Bomba de agua circulante
Modelo: GP-125
Intercambiador de calor geotérmico
Material: PE; Longitud: 200 m. Diametro exterior nominal: 25.0 mm
Tipo: forma de U
Aparato para secado y filtrado
Modelo: BFK-084S
Costo (USD)
Equipo original e instalación
$ 43000
Costo de perforación de pozos
$ 1400
Excavación de canal de tubos y relleno de cemento bentonita.
$ 1500
Tubería de plastico (PE: F32, 50 m; F25, 220 m) incluyendo las válvulas, conexiones e intalación.
$ 3400
Unidad de radiador serpentín.
$ 3400
Tubería de plastico (PE: F32, 220 m; PVC: F20, 100 m) incluyendo las válvulas, conexiones e intalación.
$ 12500
Total
$ 65200
Consideraciones
•Para una carga térmica del sistema de 20 TON
•En condiciones de humedad relativa de Villahermosa, Tabasco.
•En base al método convencional de estimación preliminar para el intercambiador de calor terrestre, el tamaño de los tubos de PE deberá ser de 25 mm y la capacidad de longitud total de 200 m.
Costo Anual(SL-GCHP)
Variación del costo anual contra la vida operativa del sistema
Consideraciones
•Vida útil del sistema de 15 años.
•Tasa de interés de 5.6%
•Tasa de escalamiento anual del combustible del 5%.
•Precio de electricidad de 1,2 MXN/kWh
Thermalsolar Cooling
ENFRIAMIENTO POR EL METODO DE ABSORCIÓN UTILIZANDO ENERGÍA SOLAR SISTEMAS TERMOSOLARES
Sistema de enfriamiento por absorción a base de energía solar
•Colector solar
–Colector de Cama Plana (FPC)
–Colector de Tubos al Vacío (ETC)
–Colector Parabólico Compuesto (CPC)
•Enfriador por absorción
–Bromuro de Litio y Agua
–Agua y Amoniaco
•Torre de enfriamiento
•Torre de almacenamiento de agua caliente
•Torre de almacenamiento de agua fria
Sistema implementado de termosolares en techos
Fuente: Energie Solaire, Solar Roof
Fuente: China Honger Solar Water Heater Co.
Enfriadores por absorción
•Existen algunos tipos de enfriadores por absorción que utilizan diferentes soluciones para realizar la función de absorción. Los más comerciales son el Bromuro de Litio – Agua y el Agua – Amoniaco.
•En este caso, se recomienda considerar en mayor medida los sistemas que utilizan LiBr-H2O por su menor temperatura de operación comparada con la del H2O-NH3.
•Existen diferentes implementaciones con la misma solución para el proceso de enfriamiento. Las más comerciales son las de Efecto Sencillo (SE) y las de Doble Efecto (DE).
•Los sistemas de Efecto Sencillo tienen un menos Coeficiente de Desempeño (0.7 promedio) que los sistemas de Doble Efecto (1.4 promedio), sin embargo, los sistemas de Doble Efecto requieren una fuente de calor auxiliar, la cual generalmente proviene de la quema de gas.
Ventajas y Desventajas
•Ventajas
–Disminuye el gasto de energía eléctrica
–Utiliza energía alterna
–Es sustentable
–Reduce emisiones de CO2
–No se ve afectado por bajas en el abastecimiento de energía eléctrica
•Desventajas
–Alto costo inicial
–Se requiere un espacio grande para su implementación
–Requiere mantenimiento adicional, pues además del mantenimiento del enfriador se incluiría el de los calentadores solares.
Referencias
•ASHRAE, Commercial/Institutional Ground-Source Heat Pump Engineering Manual, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., 1791 Tullie Circle, N.E., Atlanta, GA, USA, 1995.
•ASHRAE, Handbook, Fundamentals, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., 1791 Tullie Circle, N.E., Atlanta, GA, USA, 1981.
•ASHRAE, Handbook, Fundamentals, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., 1791 Tullie Circle, N.E., Atlanta, GA, USA, 1985.
•ASHRAE, Handbook, Fundamentals, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., 1791 Tullie Circle, N.E., Atlanta, GA, USA, 1997.
•ASHRAE, Handbook, HVAC Systems and Equipment, American Society of Heating, Refrigerating and Air- Conditioning Engineers, Inc., 1791 Tullie Circle, N.E., Atlanta, GA, USA, 1992.
•Minister of Natural Resources Canada. Clean Energy Project Analysis: Retscreen Engineering and Cases Textbook. Gruond Source Heat Pump project analysis. Retscreen International, Clean Energy Decision Support Centre. www.retscreen.net. 2001 - 2005.
•Yonghui, G., Guoqiang, Z., Jin, Z., Jiasheng, W., & Wei, S. (n.d). A techno-economic comparison of a direct expansion ground-source and a secondary loop ground-coupled heat pump system for cooling in a residential building. Applied Thermal Engineering, 3529-39. doi:10.1016/j.applthermaleng.2011.09.032
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