Bomba de calor geotérmica con intercambiadores de calor verticales cerrados en Coyhaique

Abstract

La ciudad de Coyhaique tiene serios problemas de contaminación ambiental, debido a la combustión de leña para calefacción. Este problema es crítico durante los meses de otoño e invierno, por lo que la ciudad fue declarada zona saturada por material particulado respirable MP10 debido a la concentración diaria y anual. Este trabajo propone utilizar bombas de calor geotérmicas para reemplazar el uso de leña y así contribuir a descontaminar la ciudad. Con este propósito se analiza el funcionamiento de una bomba de calor geotérmica, con intercambiadores de calor verticales cerrados, para climatizar el edificio del Gobierno Regional de Aysén y entonces predecir la sustentabilidad técnica y económica de implementar esta tecnología en edificios de características similares. Para predecir la sustentabilidad técnica, se modela el funcionamiento de una bomba de calor geotérmica con intercambiadores de calor verticales cerrados durante 25 años, considerando el requerimiento energético del edificio, la geometría de las unidades geológicas en profundidad, así como sus propiedades hidráulicas y térmicas, además de la circulación de agua subterránea. El modelo de transferencia de calor entre los intercambiadores de calor verticales cerrados y el subsuelo, así como el modelo de flujo de agua subterránea fueron realizados con software FEFLOW desarrollado por DHI. En el caso del edificio del Gobierno Regional de Aysén, el sistema de climatización geotérmico requiere 8 intercambiadores de calor verticales cerrados dobles, de 90m de profundidad, para entregar calefacción y refrigeración con un factor de planta de 11,2% en modo calefacción y 5,4% en modo refrigeración. Es importante calentar y refrigerar con el sistema de climatización, para renovar la temperatura del subsuelo después de las épocas de mayor demanda en el año (invierno y verano). Después de 25 años de funcionamiento del sistema, la zona de afectación térmica mayor que 0,5°C no sobrepasa los 20m, desde el arreglo de intercambiadores de calor en su máxima extensión, por lo que no se afecta el recurso geotérmico de los vecinos. Para predecir la sustentabilidad económica, se compara la geotermia con el aire acondicionado convencional, considerando la inversión inicial de ambas opciones y el ahorro económico en operación, debido al mejor rendimiento de la geotermia. No se consideran alternativas de combustión, porque no suplen demandas de calefacción y refrigeración. El escenario actual, indica un tiempo de retorno de la inversión de ~32 años para la geotermia, debido principalmente al elevado costo de perforación. Es importante considerar que esta tecnología es novedosa en el país y, por lo tanto, implica una alta inversión inicial en los primeros prototipos.