Intercambiador de calor aire-tierra

Un intercambiador de calor aire-tierra (también conocido con los nombres de pozos provenzales , calor subterráneo , chimenea solar o, más recientemente, pozos climáticos ) es un intercambiador geotérmico de muy baja energía que se utiliza para enfriar o calentar el aire que entra en un edificio. Este tipo de intercambiador se utiliza en particular en viviendas pasivas .

Principio

El intercambiador aire-tierra se utiliza para suministrar aire a un edificio haciéndolo circular primero en un conducto enterrado que, según las condiciones climáticas, lo enfría o precalienta utilizando la inercia térmica del suelo. El aire sirve como fluido de transferencia de calor mientras que el tubo actúa como intercambiador de calor mientras canaliza el aire hacia el edificio.

El pozo provenzal, aunque se utiliza principalmente como sistema de refrigeración natural, también se puede utilizar en invierno para precalentar el aire entrante o para mantener una casa libre de heladas. Lo mismo ocurre con el pozo canadiense.

Este sistema se basa en la simple observación de que la temperatura bajo tierra:

Estos hallazgos deben compararse con los siguientes datos:

En la práctica, el tubo se enterrará al menos a 1,5 metros de profundidad y, como tal:

Como el proceso es pasivo y se basa en la capacidad térmica del suelo, un intercambiador aire / suelo puede ser contraproducente para el precalentamiento / enfriamiento en ciertas partes del día y / o año en comparación con el aire exterior. Para evitar esto, se recomienda una entrada de aire directa y una válvula (manual o eléctrica) para desviar el pozo.

Utilizando el principio de inercia térmica, el sistema es tanto más eficiente cuando las amplitudes térmicas externas diarias son fuertes o cuando se enfrenta a eventos climáticos extremos de corta duración, como una ventisca , siempre que la entrada de aire esté protegida de la nieve.

Bien elementos

Intercambiador de calor: el tubo

El tubo constituye un intercambiador de calor entre un flujo de aire y el suelo (o cualquier otro material que tenga una alta capacidad calorífica específica ).

El tubo debe cumplir con varias restricciones dependiendo de su entorno:

Si el tubo no es de una sola pieza, las juntas entre los diferentes tramos también deben cumplir estas características.

La conductividad térmica del material que compone el tubo incide de forma insignificante en la eficiencia térmica del sistema (una ganancia de solo el 8% entre PE-HD y hierro fundido, por ejemplo).

Las redes de hierro dúctil o polietileno de alta densidad cumplen muy bien estos criterios para esta aplicación. Su reciclabilidad, resistencia mecánica (resistencia a las raíces, rectitud a largo plazo, resistencia a la ovalización, etc.) e inercia térmica son propiedades muy interesantes. Es posible instalar estas redes debajo de la calzada e incluso debajo del edificio para optimizar el espacio.

Los tubos de PVC Nf tienen una capa extruida en el interior que reduce el intercambio de calor. No se recomienda el PVC para este tipo de aplicaciones porque contiene cloro.

Circulación aérea

El funcionamiento del intercambiador aire / suelo se basa en la circulación de aire en el tubo que puede tener lugar:

El flujo de aire está destinado a circular en el edificio:

Dado que el flujo de aire fresco entrante actúa como un fluido caloportador, los conductos que distribuyen el aire en las habitaciones deben aislarse para que el calor / frío no se pierda en el ático o en el sótano, por ejemplo, durante su avance.

Un CMV de doble flujo tiene otra ventaja que ser la extensión de un intercambiador aire / tierra, en términos de ganancias térmicas. Permite la instalación de un intercambiador aire / aire que utiliza el calor / frío del aire saliente para calentar / enfriar el aire entrante. En cuanto al pozo, el intercambio no siempre es útil y una tubería así como una válvula de bypass (que permite el bypass de este intercambiador) son más que recomendables.

Si las leyes vigentes imponen en general una tasa mínima de renovación de aire en los hogares, en cambio no está prohibido aumentar la frecuencia, especialmente en verano. La ventilación mecánica elegida debería ser idealmente ajustable y suficientemente dimensionada para que su consumo eléctrico no aumente desproporcionadamente.

En el caso de una casa RT2012, la experiencia ha demostrado que es necesario un caudal de tres volúmenes por hora para poder enfriar el edificio. Un CMV de doble flujo acoplado al pozo canadiense no permite obtener este resultado. En paralelo, se debe agregar un ventilador capaz de extraer entre 600 y 900  m 3 / h del pozo canadiense. En este caso, el pozo canadiense deberá estar compuesto por dos o tres conductos (DN200) en una longitud de 35  m para mantener un caudal máximo de 3,5  m / sy bajas pérdidas de carga.

Protección contra la contaminación

La renovación del aire dentro de una casa o una sala de estar permite luchar contra la contaminación interna y el intercambiador aire / tierra, al limitar la pérdida de calor, contribuye a ello. Los contaminantes evacuados por la renovación tienen diversas formas, en particular formas gaseosas. Pueden ser de origen humano y relacionados con la respiración como el dióxido de carbono o de origen natural como el radón . Este último no es el único gas que emerge del suelo pero representa un peligro para la salud por ser más pesado que el aire y sobre todo un contaminante radiactivo . Presente de forma natural en todos los continentes y en todas las regiones, lo es más en las zonas graníticas , volcánicas o portadoras de uranio y las autoridades sanitarias nacionales elaboran periódicamente los mapas. Por sus características tiende a acumularse en depresiones (sótanos o lugares mal ventilados): el riesgo aumenta con su concentración en el aire respirado, allí es particularmente cancerígeno para los pulmones . Se debe prestar especial atención en el diseño del intercambiador aire / tierra al nivel de impermeabilidad a este gas del tubo y de sus posibles uniones para que no se conviertan en difusores en el edificio. Sin embargo, un pozo en funcionamiento diluye estas posibles infiltraciones gaseosas con aire fresco llevando las concentraciones de radón a un umbral aceptable (con una radiactividad inferior a 150 Bq / m³). El problema surge durante un cierre prolongado o uso intermitente del pozo, este gas más denso que el aire puede haberse infiltrado lentamente y acumulado en el tubo: en este caso, es mejor purgarlo gracias a una válvula dedicada (llamada by-pass , es decir “bypass”) descargando el aire directamente al exterior sin pasar por el edificio, antes de reiniciar. Otra solución que consiste en invertir el flujo de aire conduce a contaminar los tubos de suministro con las emisiones atmosféricas de la casa. Cabe señalar que esto puede ocurrir de forma natural si la ventilación del pozo simplemente se detiene sin que este último se bloquee.

La posible proximidad de una zona industrial clasificada normalmente proporciona un plan de prevención de desastres que incluye medidas de contención , incluida la interrupción de la ventilación. En este caso, ya sea natural o mecánico, la ventilación debe poder detenerse rápidamente. En el primer caso, el pozo y posiblemente su derivación deben poder bloquearse fácilmente. En el segundo caso, un interruptor de fácil acceso, un fusible o un disyuntor diferencial dedicado en el panel eléctrico debe permitir un apagado rápido del sistema. Después de un desastre industrial, particularmente un desastre químico, se debe tener especial cuidado antes de reiniciar el pozo, cuyo tubo puede haber acumulado gases tóxicos pesados ​​( por ejemplo, cloro ).

Si no está protegido por un colador y filtros , el pozo se convierte en la puerta de entrada a las plagas para los seres humanos ( roedores , reptiles , insectos , artrópodos , pólenes, etc.) que para algunos son vectores de enfermedades que de otro modo causarían problemas. Las protecciones se instalan desde el exterior hacia el interior con malla cada vez más fina. Los filtros más finos, contra el polen, por ejemplo, si desea protegerse de él, requieren más mantenimiento y deben cambiarse con más frecuencia so pena de obstruirse y bloquear la entrada de aire. Al cerrar el acceso a estos animales, se limita la acumulación de materia orgánica y vegetal al evitar la excreción , el almacenamiento de alimentos , la acumulación de suelo o material vegetal para la construcción de nidos . Los filtros también evitan que el tubo “succione” hojas y polvo que vuelen por el aire. Sin esto, la acumulación a lo largo del tiempo de todos estos elementos mezclados con agua de condensación puede formar un sustrato para hongos , mohos y / o bacterias . Los malos olores que siguen al reinicio de un intercambiador de aire / suelo después de un apagado prolongado indican la presencia de materiales en descomposición o fermentación .

La evacuación del condensado del pozo, si se realiza en una red de aguas residuales , requiere la instalación de un sifón . De lo contrario, la succión creada por un VMC no diferenciará entre el aire proveniente del pozo y el insalubre de las alcantarillas trayendo un riesgo para la salud y malos olores en todo el edificio ventilado. Para que sea eficaz y no sea por sí mismo una fuente de contaminación, el sifón debe permanecer lleno y el agua no estancada, lo que es difícil de conseguir en la práctica y requiere un seguimiento constante de las instalaciones.

Sin embargo, el mantenimiento y la prevención siguen siendo la mejor forma de evitar cualquier contaminación durante la vida útil de la instalación. El mantenimiento rutinario consiste en la sustitución y / o limpieza de los filtros, de lo contrario las caídas de presión aumentarán al mismo tiempo que el consumo eléctrico de la planta para instalaciones mecanizadas. La prevención implica examinar el tubo de forma regular, por ejemplo, cada tres años, para inspeccionar su limpieza e integridad, especialmente en áreas de caída de presión, como en los codos.

Implementación e ingeniería

Eficiencia del intercambiador de calor

La eficiencia del intercambio de calor entre el flujo de aire y el suelo depende de:

Bibliografía

Notas y referencias

Notas

  1. Este es el calor latente de condensación, ver el artículo Entalpía de cambio de estado.
  2. Un tiro de chimenea solar / provenzal es de piedra, que se proyecta desde la amplia fachada sur. Como resultado, incluso en el verano sin fuego, la chimenea tiene un tiro natural que aumenta con la cantidad de luz solar. Cuanto más cálido es el aire interior en comparación con el aire exterior, más se eleva por convección . Se crea un tiro (depresión) en la base de la chimenea que permite la entrada de aire fresco / tibio del pozo. Luego, la casa debe estar sellada herméticamente.

Referencias

  1. Ver legislación francesa, belga, etc.
  2. En Francia, el IRSN es responsable de realizar estudios e investigaciones sobre los riesgos asociados con la radiactividad y, como tal, lleva a cabo campañas de medición de radón (ver Radón: Campaña nacional de medición de radón , www.irsn .Fr,22 de junio de 2005[ leer en línea ] ).
  3. Margot Timarche, Dominique Laurier, Hélène Baysson, Olivier Catelinois, Evaluación del riesgo de cáncer por inhalación de radón , www.irsn.fr, 16/06/2007 [ leer en línea ]
  4. En Francia, la clasificación en la zona Seveso II por ejemplo (ver Directiva Seveso ) incluyendo entre otras la Directiva Europea 96/82 / EC [ leer en línea ] .
  5. "  CANADIAN WELL: Build and Do It Yourself  " , en bien-canadien.autoconstruction.info (consultado el 9 de abril de 2019 )
  6. "  Raisonné Guide to Green Building - Healthy Building  " , en batirsain.org (consultado el 9 de abril de 2019 )
  7. "  Uso de intercambiadores de aire / suelo para la calefacción y refrigeración de edificios  " , en www.unige.ch (consultado el 9 de abril de 2019 )
  8. "  CETIAT - Documentation - Publications  " , en www.cetiat.fr (consultado el 29 de abril de 2020 )
  9. [ leer en línea ]

Ver también

Artículos relacionados

enlaces externos