Modelo de simulación de intercambiador de calor enterrado vertical para bombas de calor geotérmicas

Resumen

Las políticas de ahorro energético y de reducción de las emisiones de CO2 han impulsado la implantación de tecnologías eficientes, como las bombas de calor geotérmicas para su uso en climatización de edificios. Así, el número de países que cuentan con instalaciones de bombas de calor geotérmicas se halla en continuo crecimiento. Los programas de simulación energética de edificios que contemplan esta tecnología necesitan de un correcto modelado del intercambiador de calor enterrado para acoplar el comportamiento térmico del terreno con la bomba de calor geotérmica. El modelo del intercambiador deberá caracterizar el comportamiento térmico de la interacción terreno-bomba de calor atendiendo a las nuevas exigencias de dichos programas de simulación como pueden ser la resolución simultánea del edificio y el sistema de climatización, intervalos de tiempos de simulación compatibles con los tiempos de respuesta de los equipos o la reducción de los tiempos de computación sin comprometer la exactitud de los resultados. En la presente tesis doctoral se desarrollan dos modelos híbridos para caracterizar el comportamiento térmico de intercambiadores de calor enterrados verticales con una tubería simple en U. Dichos modelos se basan en un esquema de resistencias y capacidades térmicas para evaluar la transferencia de calor en el interior de la perforación así como en la utilización de las denominadas ¿funciones g¿, para pasos de tiempos cortos y largos, para la simulación del flujo térmico de extracción-inyección en el terreno. Los parámetros característicos de los modelos han sido ajustados mediante soluciones numéricas. Cabe destacar tanto los reducidos tiempos de computación alcanzados así como la exactitud de los resultados obtenidos en los procesos de validación, tanto numérica como experimental, encontrándose desviaciones medias inferiores a un 0.3% (ó 0.2 ºC) para la temperatura del agua a la salida de la tubería, e inferiores a un 0.5% (ó 0.2 ºC) para la temperatura media de la superficie de la misma.