MODELLING AND EXPERIMENTAL VALIDATION OF AN INNOVATIVE COAXIAL HELICAL BOREHOLE HEAT EXCHANGER FOR A DUAL SOURCE HEAT PUMP SYSTEM
[ES] La energía geotérmica de baja entalpía es una alternativa eficiente y renovable a los sistemas convencionales para proporcionar calefacción, refrigeración y producir agua caliente sanitaria (ACS) de forma sostenible. El proyecto GEOTeCH plantea el desarrollo de sistemas con bomba de calor geoté...
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2019 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Politècnica de València (UPV) |
| Repositorio: | RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valéncia |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:riunet.upv.es:10251/125696 |
| Acceso en línea: | https://riunet.upv.es/handle/10251/125696 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Ground Source Heat Pump Borehole Heat Exchanger Dynamic modelling B2G model Coaxial helical borehole heat exchanger Dual Source Heat Pump Heating and cooling MAQUINAS Y MOTORES TERMICOS |
| Sumario: | [ES] La energía geotérmica de baja entalpía es una alternativa eficiente y renovable a los sistemas convencionales para proporcionar calefacción, refrigeración y producir agua caliente sanitaria (ACS) de forma sostenible. El proyecto GEOTeCH plantea el desarrollo de sistemas con bomba de calor geotérmica más eficientes y con un coste menor en comparación con el mercado. Para ello, se ha desarrollado un nuevo tipo de intercambiador enterrado coaxial con flujo helicoidal en el tubo externo que presenta una mayor eficiencia y permite reducir la longitud de intercambiador a instalar, así como una bomba de calor dual con compresor de velocidad variable, capaz de trabajar con el terreno o el aire como fuente/sumidero, seleccionando la que proporcione un mejor rendimiento del sistema. El principal objetivo es desarrollar un sistema eficiente y replicable para proporcionar calefacción, refrigeración y producir ACS en el sector de mercado de pequeños edificios con un tamaño menor en el campo de intercambiadores enterrados y un aumento de la eficiencia. Para demostrar la aplicabilidad de estos sistemas, se han construido tres instalaciones demostración en tres países europeos. En esta tesis doctoral se ha desarrollado un modelo dinámico completo del sistema en el software TRNSYS, capaz de reproducir el comportamiento de los diferentes componentes y del sistema en general. Este modelo constituye una herramienta útil para el desarrollo y análisis de diferentes estrategias de control sin la necesidad de implementarlas en instalaciones reales, así como analizar el comportamiento del sistema funcionando bajo condiciones diferentes. Para este propósito, es necesario desarrollar modelos detallados de los nuevos componentes desarrollados en el proyecto: el intercambiador enterrado coaxial helicoidal y la bomba de calor dual; para poder acoplarlos al resto de componentes en el modelo completo del sistema. Por ello, se ha desarrollado un modelo dinámico del nuevo intercambiador, capaz de reproducir con precisión el comportamiento a corto plazo del intercambiador, enfocado a la evolución de la temperatura del fluido, y se ha validado con datos experimentales en diferentes condiciones de operación. Para poder reproducir no solo el comportamiento dinámico del intercambiador enterrado, sino también la respuesta a largo plazo del terreno y la interacción entre intercambiadores en un campo, se ha desarrollado otro modelo en TRNSYS que realiza esta función. De esta manera, al acoplar ambos modelos es posible reproducir el comportamiento a corto plazo del intercambiador enterrado a la vez que la respuesta a largo plazo del terreno. Por otro lado, se ha implementado en TRNSYS un modelo de la bomba de calor dual desarrollado. Con este modelo es posible calcular la capacidad de la bomba de calor dependiendo del modo de operación en que esté funcionando, de la frecuencia del compresor y otras variables y condiciones de operación. El modelo del sistema dual en TRNSYS se ha utilizado para hacer un análisis de su comportamiento funcionando en diferentes climas, para ello se han seleccionado tres ciudades en España y en Europa con diferentes climas y se han realizado simulaciones del sistema funcionando en cada ciudad. Por otro lado, también se ha modelado en TRNSYS una de las instalaciones demostración del proyecto GEOTeCH, incluyendo el edificio climatizado y el acoplamiento con los fan coils. Con este modelo se estudia una nueva estrategia para controlar la frecuencia del compresor en base a la temperatura de las habitaciones, en lugar de controlarla en base a la temperatura de suministro, con el objetivo de reducir el consumo del compresor cuando ya se haya conseguido el confort. Además, otras estrategias de optimización se han analizado con el modelo.Por tanto, los modelos desarrollados constituyen herramientas útiles para ayudar en el diseño del sistema y los diferentes componentes, el análisis de su comportamiento y el d |
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