Diseño de una instalación geotérmica de baja entalpía para climatización y producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS) en el edificio del Ayuntamiento de Vilamarxant (València)

Abstract

[ES] El objetivo de este trabajo fin de grado (TFG) consiste en el diseño de una instalación geotérmica somera para la climatización y el suministro de agua caliente sanitaria (ACS) mediante una bomba de calor geotérmica en el edificio del Ayuntamiento de Vilamarxant (València).

Para ello, el alumno realizará en primer lugar un trabajo de recopilación de los datos necesarios de partida para el diseño del sistema, determinando las características constructivas del edificio para calcular las cargas térmicas que necesita suministrar el sistema de climatización. También realizará una evaluación mediante bibliografía existente de las características geológicas del terreno donde se localiza el edificio para el correcto dimensionado del intercambiador de calor geotérmico. Una vez recopilados los datos de campo, el alumno diseñará el sistema de climatización, calculando la longitud necesaria del intercambiador geotérmico enterrado (bajo dos hipótesis, una calculando para dar servicio únicamente al edificio del Ayuntamiento y otra segunda hipótesis de un campo geotérmico común para dos edificios municipales); y el resto de elementos que componen la sala de máquinas, realizando una búsqueda de las características de los equipos a instalar y ha llevado a cabo su selección a partir de los datos técnicos. También se diseñará un sistema de monitorización del sistema que proporcione los principales indicadores de eficiencia de la instalación.

Se realizará un detallado análisis de la eficiencia térmica de la nueva instalación, calculando de manera horaria el punto de funcionamiento de la bomba de calor, en función de la carga térmica a suministrar y la temperatura estimada en el intercambiador geotérmico. Este análisis de funcionamiento se comparará con el funcionamiento del sistema de climatización anterior, comprobando los resultados con las facturas eléctricas. Como conclusión, se realizará un análisis económico y medioambiental, calculando los ahorros económicos, energéticos, producción de energía renovable y reducción de emisiones, comparando la solución proyectada con la instalación previa, obteniendo las conclusiones principales del trabajo. Para finalizar, se mostrarán todos los componentes de la instalación planteada en diversos planos y esquemas de principio realizado las mediciones para elaborar un presupuesto de ejecución.

Este trabajo de fin de grado tiene una gran relación con asignaturas vistas durante el grado de Ingeniería de la Energía como pueden ser las asignaturas de Transmisión de Calor, donde se estudian los intercambiadores de calor y los diferentes mecanismo de transferencia de calor, Termodinámica y Termodinámica técnica, en las que en ambas se estudia la determinación de las características térmicas y calóricas y los principios de bombas de calor, y Proyectos donde el alumno adquiere las bases para la elaboración de proyectos de ingeniería y de presupuestos. Tiene principal relación con la asignatura optativa de Geotermia donde se estudian tanto los intercambiadores geotérmicos, caracterización térmica del terreno y el diseño de instalaciones de climatización geotérmicas, adquiriendo las bases para este trabajo.

[CAT] L'objectiu d'aquest treball fi de grau (*TFG) consisteix en el disseny d'una instal·lació geotèrmica succinta per a la climatització i el subministrament d'aigua calenta sanitària (ACS) mitjançant una bomba de calor geotèrmica de l'edifici de l'Ajuntament de Vilamarxant (València). Per a això, l'alumne realitzarà en primer lloc un treball de recopilació de les dades necessàries de partida per al disseny del sistema, determinant les característiques constructives de l'edifici per a calcular les càrregues tèrmiques que necessita proporcionar el sistema de climatització. També realitzarà una avaluació mitjançant bibliografia existent de les característiques geològiques del terreny on es localitza l'edifici per al correcte dimensionament del bescanviador de calor geotèrmica. Una vegada recopilats les dades de camp, l'alumne dissenyarà el sistema de climatització, calculant la longitud necessària del bescanviador geotèrmic enterrat (sota dues hipòtesis, una calculant per a donar servei únicament a l'edifici de l'Ajuntament i una altra segona hipòtesi d'un camp geotèrmic comú per a dos edificis municipals); i la resta d'elements que componen la sala de màquines, realitzant una cerca de les característiques dels equips a instal·lar i ha dut a terme la seua selecció a partir de les dades tècniques. Es realitzarà una detallada anàlisi de l'eficiència tèrmica de la nova instal·lació, calculant de manera horària el punt de funcionament de la bomba de calor, en funció de la càrrega tèrmica a subministrar i la temperatura estimada en el bescanviador geotèrmic. Aquesta anàlisi de funcionament es compararà amb el funcionament del sistema de climatització anterior, comprovant els resultats amb les factures elèctriques. Com a conclusió, es realitzarà una anàlisi econòmica i mediambiental, calculant els estalvis econòmics, energètics, producció d'energia renovable i reducció d'emissions, comparant la solució projectada amb la instal·lació prèvia, obtenint les conclusions principals del treball. Per a finalitzar, es mostraran tots els components de la instal·lació plantejada en diversos plans i esquemes de principi realitzat els mesuraments per a elaborar un pressupost d'execució. PARAULES CLAU: geotèrmia, energies renovables, climatització mitjançant energia geotèrmica, bomba de calor geotèrmica, projecte de climatització, eficiència energètica.

[EN] The aim of this Final Degree Project (TFG) is the design of a shallow geothermal installation for air conditioning and domestic hot water supply (DHW) by means of a geothermal heat pump in the building of the Town Hall of Vilamarxant (Valencia). To do this, the student will first carry out a work of collecting the necessary starting data for the design of the system, determining the constructive characteristics of the building to calculate the thermal loads that need to provide the air conditioning system. An evaluation of the geological characteristics of the ground where the building is located will also be carried out using existing literature for the correct sizing of the geothermal heat exchanger. Once the field data have been collected, the student will design the air conditioning system, calculating the necessary length of the buried geothermal heat exchanger (under two hypotheses, one calculating to serve only the City Hall building and a second hypothesis of a common geothermal field for two municipal buildings); and the other elements that make up the machine room, performing a search of the characteristics of the equipment to be installed and has carried out its selection from the technical data. A detailed analysis of the thermal efficiency of the new installation will be carried out, calculating on an hourly basis the operating point of the heat pump, depending on the thermal load to be supplied and the estimated temperature in the geothermal exchanger. This operation analysis will be compared with the operation of the previous air conditioning system, checking the results with the electricity bills. As a conclusion, an economic and environmental analysis will be carried out, calculating the economic and energy savings, renewable energy production and emissions reduction, comparing the projected solution with the previous installation, obtaining the main conclusions of the work. Finally, all the components of the proposed installation will be shown in various drawings and diagrams of principle made the measurements to develop a budget for implementation.