Instalación geotérmica en un invernadero con fan coils y valla geotérmica

Se trata de un invernadero, situado en el ayuntamiento de Salceda de Caselas, de 195 m² y 575 m³ . Se climatiza mediante un sistema geotérmico compuesto por una bomba de calor geotérmica de alta potencia.Para la captación se emplean vallas geotérmicas cubiertas por estiércol, que aprovechan el calor generado por la fermentación del estiércol. En el sistema de emisión se instalan 5 fan coils en el interior del invernadero de forma perimetral para que no afecte a la plantación

1. – Cálculos

El aprovechamiento de la energía geotérmica se realizará mediante la circulación en circuito cerrado de un fluido por el intercambiador geotérmico, formado por el conjunto de vallas geotérmicas, situadas en el interior de la pila de estiércol, que alimenta a una bomba de calor agua-agua, produciendo agua caliente de climatización en función de la demanda térmica del invernadero.

El fluido utilizado para el intercambio energético con la pila de estiércol circula continuamente por el circuito cerrado que componen las vallas. En el interior de la bomba de calor, el fluido intercambia calor con el refrigerante en el evaporador de la bomba (cediendo el calor absorbido de la pila de estiércol en invierno).

La instalación de generación de calor del sistema de climatización del invernadero contará con una bomba de calor de tipo agua-agua conectada con el sistema de intercambio geotérmico de muy baja entalpia.

La bomba de calor es una máquina térmica que permite transferir calor de una fuente fría a una más caliente mediante un sistema hidráulico especialmente diseñado para ello, y consigue extraer calor del subsuelo a una temperatura relativamente baja, aumentándola para utilizarla en el sistema de calefacción.

Datos climáticos

Los principales datos climáticos que caracterizan la zona son los siguientes:

  • Radiación solar global: 1.500 (Wh·m-2día-1) (diciembre), 6.600 (Wh·m-2·día-1) (julio) y 3.900 (Wh·m-2·día-1) (Media anual periodo 1998-2007)
  • Horas de sol: 2.269 horas
  • Velocidad media del viento: 11,47 km/h

El principal parámetro en el balance energético de un invernadero es la temperatura exterior, que determina de forma directa las necesidades de calefacción. Existen diferentes valores de temperatura exterior que se pueden utilizar en el diseño de los sistemas de climatización. Los principales valores de temperatura exterior en Salceda de Caselas son:

  • Temperatura seca para un nivel percentil del 99%, TS,99 = 2,8 ºC
  • Temperatura media de las mínimas mensuales: -4 ºC
Demanda energética

El balance energético viene definido por la siguiente expresión:

Donde:

Rn: Radiación neta

Qcli: Energía calorífica que es necesario aportar (Qcal) o eliminar (Qref) del invernadero

Qcc: Calor perdido por conducción-convección

Qren: Calor sensible y latente perdido por la renovación del aire interior

Qevp: Calor latente consumido en la evapotranspiración de las plantas y el suelo

Qsue: Flujo de calor perdido por conducción a través del suelo

 

Obteniéndose la siguiente tabla en la que se recogen los valores de los diferentes términos de calor que entran (valores positivos) o salen (valores negativos) del invernadero. Los datos aparecen referidos a la unidad de superficie (W/m2) para poder compararlos con los de otros invernaderos. En la última columna aparece la potencia que sería necesario instalar en el invernadero de calefacción (valores negativos) estudiado para diferentes casos según las temperaturas exteriores.

Ti (ºC) Te (ºC) Rn (W/m2) Qcc (W/m2) Qren (W/m2) Qevp (W/m2) Qsue (W/m2) Q (W/m2) Q (kW)
12 -4,0 -7.0 -94,6 -52,1 -21,7 -44,0 -204,1 39,8

Se ha considerado la temperatura media de las mínimas mensuales en la zona de Salceda de Caselas en el mes más frío, de -4,0 °C (IDAE) y se intentaría mantener dentro del invernadero una temperatura de 12 °C. Para ello sería necesario un aporte de calor de 39,8 kW.

A continuación se describen las partes de la instalación:

2.- Invernadero

Se trata de un invernadero tipo túnel de 6,50 m x 30 m, con una altura bajo canal de 2,20 m, y 3,30 m de altura máxima. Situado en el ayuntamiento de Salceda de Caselas, de 195 m² y 575 m³

3.- Bomba de calor geotérmica

El equipo generador de calor y frio de la instalación geotérmica es una bomba de calor agua-agua con las siguientes características:

  • Bomba de calor polivalente con control de potencia térmica modulante en un amplio rango (25-100%) y control de caudal modulante en los circuitos de captación y producción (20-100%).
  • Gestión integrada de equipos de apoyo externos auxiliares todo/nada o modulantes, por ejemplo resistencias eléctricas o calderas todo/nada o calderas modulantes.
  • Gestión integrada de bloque de bombas de calor en paralelo.
  • Compatible con e-manager y e-system.
  • Contadores de energía integrados para consumo eléctrico, producción térmica de calor/frío y rendimientos instantáneos y estacionales mensual y anual.

La unidad seleccionada tiene las siguientes características técnicas nominales:

  • Potencia 12 a 40 kW
  • COP 4,6
  • Etiqueta energética A++
  • Rango temperaturas calefacción 10 a 60 ºC
  • Rango temperaturas captación -20 a +35 ºC

4.- Captación

La captación de la energía geotérmica de baja temperatura se realiza mediante vallas geotérmicas situadas en el interior de la pila de estiércol, conformando un campo de captación horizontal de circuito cerrado.

Las vallas captadoras consisten en tubos de absorción trenzados entre sí, por los que circula el fluido caloportador.

  • Las unidades seleccionadas tienen las siguientes características técnicas nominales:
    • Potencia 8 kW
    • Fabricada en PE100
    • Nº de filas de vallas = 5
    • Fluido caloportador: Mezcla de H2O y anticongelante al 10-15%

 

 

 

 

La instalación se realiza directamente en el terreno. La parte superior se cubre con togadas de estiércol en forma de prisma triangular para que la valla geotérmica quede totalmente oculta. Se recubrirá 50 cm por encima del punto mas alto de la valla geotérmica.

Las tuberías de captación están fabricadas en PE corrugado. Disponen de colectores con 54‐64 conexiones, que se conectan directamente a la bomba de calor.

La capacidad de captación de cada tubería es 13‐15 W/m. Para una valla de captación de 54 conexiones la energía captada es de 750 W/m para su aprovechamiento en el evaporador de la bomba de calor (1 kW/m en el condensador).

Nota: se integrarán en la pila de estiércol dos conductos de ventilación para el control de la temperatura interna, con una sonda de temperatura y un extractor de 500 m3/h. Todo ello con el objetivo de controlar la temperatura máxima de trabajo del sistema (60ºC).

5.- Emisión

El sistema de emisión empleado para la transferencia de calor desde la pila de estiércol al interior del invernadero, son fancoils con carcasa metálica para situar sobre bancadas.

Las unidades seleccionadas tienen las siguientes características técnicas nominales:

  • Potencia máxima = 10 kW
  • Carcasa metálica
  • Nº de fan coils = 5