Efecto de las condiciones climáticas en el modelado de intercambiadores enterrados verticales para bombas de calor geotérmicas

Resumen

Las políticas de ahorro energético y 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 [1]. Los programas de simulación energética que contemplan esta tecnología necesitan de un correcto modelado del intercambiador de calor enterrado. Existen muchos modelos en la literatura que contemplan dicho fenómeno multidimensional transitorio, desde complejas soluciones numéricas mediante el uso de elementos finitos [2] a simples soluciones analíticas unidimensionales [3]. Debido a que dichos intercambiadores verticales enterrados suelen ser de gran longitud, es frecuente que los modelos no consideren el efecto de los primeros metros cercanos a la superficie, donde las variaciones de las condiciones climáticas exteriores tienen su mayor efecto [4]. Así, se suelen realizar las simulaciones estableciendo unas condiciones iniciales del terreno, ya sean uniformes e igual a la temperatura media anual superficial, o considerando una variación con la profundidad, en ambos casos, sin un acoplamiento posterior con el exterior. En el presente artículo se presenta un estudio del efecto que tendrían las condiciones ambientales exteriores en los primeros metros del intercambiador de calor enterrado vertical y, por tanto, en la temperatura de salida del agua, necesaria para la evaluación de la eficiencia de la bomba de calor geotérmica. Los resultados se han obtenido realizando un modelado por volúmenes finitos en régimen transitorio para diferentes condiciones climáticas y regímenes de flujos de operación.