Presentació realitzada per Ferran Ginnete (Novaterra) a la Jornada sobre Exploració i aprofitaments d'energia geotèrmica de -molt- baixa temperatura (24/11/2015)

1. Jornada sobre
exploració i
aprofitaments d'energia
geotèrmica de - molt-
baixa temperatura
24 de novembre de 2015
Organitza:
Participants: Patrocinador: Col·laborador:

2. JORNADA SOBRE EXPLORACIÓ I
APROFITAMENTS D'ENERGIA
GEOTÈRMICA DE - MOLT- BAIXA
TEMPERATURA
24 de novembre de 2015
Organitza:
Participants: Patrocinador: Col·laborador:
GEOTÈRMIA
TIPUS I CONCEPTES BÀSICS
Ferran Ginette
ENVIRO ENGINEERING
Comissió de Geotèrmia del COLGEOCAT

3. GEOTÈRMIA
CONCEPTES BÀSICS
TERMOGEOLOGIA
ESTUDI DE LA OCURRÈNCIA, MOVIMENT I EXPLOTACIÓ DE LA
CALOR DE BAIXA ENTALPIA A LA SUPERFÍCIE DE L’ESCORÇA
ENTALPIA
MESURA DE LA CALOR CONTINGUDA EN UN COS PER UNITAT
DE MASSA
GEOTÈRMIA DE MOLT BAIXA ENTALPIA
CALOR AMB TEMPERATURES NO SUPERIORS A 30º
SUPERFÍCIE DE L’ESCORÇA
FONDÀRIES NO SUPERIORS A 400 m
• ÉS UBIQUA, APROFITABLE, EN TEMPERATURES “NORMALS”,
A QUALSEVOL EMPLAÇAMENT
• TÉ UN COMPONENT D’ENERGIA DE L’INTERIOR DE LA
TERRA I UN D’ENERGIA SOLAR ABSORBIDA I
EMMAGATZEMADA

4. GEOTÈRMIA
CONCEPTES BÀSICS
ORIGEN DE LA CALOR

5. GEOTÈRMIA
CONCEPTES BÀSICS
MOVIMENT DE LA CALOR
LLEI DE FOURIER
Q = - λ (dθ / dx)
Q= flux de calor (J s- 1)
λ = Conductivitat tèrmica (W /mK)
Θ =Temperatura (ºC)
X = Distància en la direcció del flux (m)

6. GEOTÈRMIA
CONCEPTES BÀSICS
MOVIMENT DE LA CALOR
CONDUCTIVITAT TÈRMICA
DEFINEIX COM ÉS DE BÓ UN MATERIAL CONDUINT LA CALOR
És el flux calorífic generat per una diferència d’1 K/m, en un material
homogeni , sota condicions estables (W/mK)
CAPACITAT TÈRMICA (VOLUMÈTRICA ) ESPECÍFICA
DEFINEIX COM ÉS DE BÓ UN MATERIAL EMMAGATZEMANT
CALOR PER UNITAT DE MASSA (VOLUM)
Quantitat de calor emès per unitat de massa (volum) en augmentar
la temperatura 1 K (MJ/ kg(m3)K
DIFUSSIVITAT TÈRMICA
RELACIÓ ENTRE LA CONDUCTIVITAT TÈRMICA I LA
CAPACITAT TÈRMICA DEL TERRENY (m2/s)

7. GEOTÈRMIA
CONCEPTES BÀSICS

8. GEOTÈRMIA
CONCEPTES BÀSICS

9. GEOTÈRMIA
CONCEPTES BÀSICS
EXPLOTACIÓ DE LA CALOR

10. GEOTÈRMIA
TIPUS
ANALOGIES ENTRE HIDROGEOLOGIA I TERMOGEOLOGIA

11. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES OBERTS
SÓN AQUELLS QUE APROFITEN L’ENERGIA CONTINGUDA A
L’AIGUA
G = Z · ∆θ · SVCa
G: Quantitat de calor
Z: Flux d’aigua l/s
∆θ: Diferencial de temperatura K
SVCa: capacitat calorífica específica de l’aigua 4.180J/lK
Tipus :
• Aigua subterrània
• Rius, llacs, mar
• Mines, túnels, etc
TEMPERATURA CONSTANT

12. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES OBERTS
Informació bàsica:
• Litologia de l’aqüífer
• Disseny de la fondària del pou
• Disseny del diàmetre del pou
• Disseny del cabal a bombar

13. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES OBERTS
HIDROGEOQUÍMICA
• Desgassificació de CO2 Increment de pH i precipitació de
carbonats
• Dissolució d’O2 Oxidació de Mn++ i Fe++ a òxids poc
solubles i precipitació
• Corrosió per H2CO3, H2S, etc
• Formació de biofilms per acumulació de bacteris

14. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES OBERTS
AVANTATGES:
• Recurs natural, a temperatura constant, amb una capacitat tèrmica específica
elevada
• Permet obtenir més calor per pou que un sistema tancat
• Pot ser un subministrament d’aigua potable
• És independent de la qualitat de l’aigua

15. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES OBERTS
DESAVANTATGES:
• És dependent de la geologia, l’aigua subterrània no és ubiqua, i requereix
poder explotar un cabal adequat i constant
•Requereix d’un disseny expert per un hidrogeòleg
• El pous han de ser construïts amb criteris de durabilitat (alta inversió)
•Cal controlar la hidroquímica amb cura
• Cost de bombament i injecció alt
• Cost de manteniment alt. Prevenció de obturació per precipitació, per
biofilms, corrosió
• L’aigua “residual“ ha de ser abocada d’acord amb la normativa
• Autoritzacions administratives complexes. Aqüífers protegits

16. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
La calor del subsòl s’aprofita mitjançant un circuit pel que circula un fluid que la
bescanvia (Llei de Fourier)

17. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
Descripció general
Bomba de calor: Màquina que transfereix la calor des d’un focus fred
a una altra calent utilitzant una quantitat de treball relativament petita
COP: relació entre la potència tèrmica produïda per la bomba de
calor i la potencia elèctrica consumida per a subministrar-la

18. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
DISPOSITIUS HORITZONTALS

19. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
DISPOSITIUS HORITZONTALS

20. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
DISPOSITIUS HORITZONTALS
• És molt econòmic
• Requereix d’una gran superfície
• Oscil·lacions tèrmiques importants
• Sols és aplicable a subministraments domèstics petits

21. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
DISPOSITIUS HORITZONTALS
Dimensionament en base a aproximacions
VDI: escalfament 1.800hores 20-30 W/m2
escalfament 2.400hores 16-24 W/m2
extracció anual < 50/70 W/m2

22. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
DISPOSITIUS VERTICALS
Criteris de dimensionament bàsic
• Definició de les demandes tèrmiques de l’edifici/procés a climatitzar
• Temperatura del terreny: a 15 m de fondària, mitjana anual de la temperatura
de l’aire
• Conductivitat tèrmica del subsòl: mitja ponderada de les λ dels materials
travessats o TRT
• Fondària de l’intercanviador
• Diàmetre de l’intercanviador
• Distància entre intercanviadors
• Geometria dels intercanviadors
• Resistència tèrmica de l’intercanviador: Σ resistències tèrmiques rebliment de
la perforació i de les canonades

23. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
DISPOSITIUS VERTICALS
Criteris de dimensionament bàsic

24. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
DISPOSITIUS VERTICALS
Criteris de dimensionament bàsics
• Geometria dels intercanviadors

25. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
DISPOSITIUS VERTICALS
Criteris de dimensionament bàsic (potència < 30KW):
• Geometria dels intercanviadors

26. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
DISPOSITIUS VERTICALS
Criteris de dimensionament bàsics
• Geometria dels intercanviadors

27. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
DISPOSITIUS VERTICALS COMPLEXES
Exemple: Instal·lació de 10 KW calefacció i 2100 hores de càrrega
Conductivitat tèrmica del sòl λ= 2,5 W/m/k
TIPUS DE TUB
Doble U-BCG 165 m de longitud
Simple U-BCG 195 m de longitud
Un tub Doble U té un 10-15% mes d’eficiència que un tub simple
LONGITUD DE LA PERFORACIÓ
Un intercanviador únic = 165 m de longitud
Dos intercanviadors = 82 x 2 = 184 m de longitud
Per a un ús de, exclusivament, calefacció, un intercanviador es mes eficient que dos
mes curts
DIÀMETRE
Diàmetre de 152mm = 165m de longitud
Diàmetre de 180mm = 178 m de longitud
El diàmetre mes petit és un 10% mes eficient
SEGELLAT
Reblert de ciment -bentonita = 165 m de longitud
Reblerts tèrmics especials = 128 m de longitud
Los reblerts tèrmics especials tenen un 15% mes de eficiència

28. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
DISPOSITIUS VERTICALS
Criteris de dimensionament bàsic
ABSORCIÓ TÈRMICA ESPECÍFICA
Calor màxima transmesa entre el subsòl i l’intercanviador dividida entre la
longitud de l’intercanviador (W/m)
• USA: 68 – 82 W/m
•Suïssa: SIA <75W/m
•Àustria: de 30W/m per a sediments secs fins a 70W/m per a granit
•Alemanya: VDI

29. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
DISPOSITIUS VERTICALS
Criteris de dimensionament bàsic
•Alemanya: VDI

30. GEOTÈRMIA
TIPUS
APROFITAMENT: SISTEMES TANCATS
DISPOSITIUS VERTICALS
Criteris de dimensionament complex
Quan el dispositiu d’intercanvi implica calefacció i refrigeració i/o la
instal·lació te una potència >30KW, les aproximacions de les normes
VDI, etc., no es poden emprar, atès que hi ha un elevat risc de
infradimensionament de l’intercanviador.
Les mateixes normes estableixen la obligatorietat de definir
acuradament els paràmetres termogeològics del subsòl (TRT) i
recomanen emprar model numèrics pel disseny.
Els programaris de disseny més populars són. EED, GLHEPRO,
GAIA, GLD