ACUMULADOR GEOTÉRMICO CON BARRERA DE VAPOR Y PROCEDIMIENTO PARA LA UTILIZACIÓN DEL CALOR DE EVAPORACIÓN EN EL ACUMULADOR GEOTÉRMICO.

Acumulador geotérmico para una utilización de energía doméstica con un sistema de humidificación (70),

que está configurado a partir de una masa acumuladora de calor conteniendo un fluido no saturada, que comprende al menos un primer subsistema para el aporte de energía térmica y a una distancia definida al menos un segundo subsistema para la extracción de energía térmica, en el que los sistemas se disponen, con sus subsistemas correspondientes que aportan y extraen el calor, en un espacio acumulador abierto hacia abajo, realizado parcialmente estanco a gases y que configura el acumulador geotérmico, caracterizado porque al menos se realiza una impermeabilización (60O, 60S) estanca al gas, a modo de campana por arriba y que circunda lateralmente, del espacio acumulador (40) del acumulador geotérmico (80), de forma que el calor (10) puede suministrarse a través del al menos un primer sistema al medio acumulador del acumulador geotérmico (80) que contiene el fluido no saturado, calor que provoca el calentamiento de la masa acumuladora de calor y del fluido y una evaporación del fluido dentro del acumulador geotérmico (80) con una presión atmosférica normal esencialmente constante, por lo que a través de la capacidad térmica / entalpía de evaporación específica correspondiente del fluido líquido y gaseoso puede acumularse una cantidad de calor en el acumulador geotérmico (80) en el interior de la impermeabilización (60O, 60S) de tipo campana, que puede extraerse por el al menos un segundo sistema (20) con condensación del fluido y con enfriamiento de la masa acumulador de calor del acumulador geotérmico (80) y del fluido (80) presente en el acumulador geotérmico (80) para el uso del calor en una central de energía doméstica, estando dispuesto el sistema de humidificación (70) al menos en la zona bajo la impermeabilización superior (60O)

La invención se refiere a un acumulador geotérmico (en el texto mencionado acumulador geotérmico) y un procedimiento para la gestión de energía para la acumulación de calor con las características mencionadas en el preámbulo de la reivindicación 1 y 11.

El objetivo de la técnica doméstica consiste en regular los factores climatológicos del entorno a través de la influencia orientada sobre las necesidades / deseos de las personas. Al llevar a cabo estos cambios existe la necesidad de suministrar energía la mayoría de las veces del ambiente o convertirla a partir de los portadores de energía. El clima de la tierra muestra de forma impresionante cuan importante es perturbar lo menos posible el equilibrio climático / ecológico. Como consecuencia de los esfuerzos para un mejor uso de las fuentes de energía y para aprovechar fuentes de energía que no podían utilizarse hasta ahora o sólo con un bajo rendimiento, es más el centro cada vez, entre otros, el uso del sol como fuente de energía disponible sin costes. La energía radiante se capta con colectores solares térmicos, se utiliza directamente y se descarga en instalaciones que acumulan el calor. Con esta energía se calientan, por ejemplo medios líquidos, en el caso tecnológicamente más sencillo agua. Los costes de funcionamiento de un colector solar son bajos. Las dificultades consisten en que oscila fuertemente la cantidad de la energía solar incidente en el ritmo diario y en el periodo anual y nunca coincide en realidad con la necesidad correspondiente. Por consiguiente se necesitan acumuladores de calor correspondientes cuando deben utilizarse en particular sistemas de bomba del calor para el suministro de energía doméstica. Se conocen acumuladores de calor con base química, acumuladores de calor en los que se acumula energía en forma de agua caliente, y también acumuladores de calor en los que el simple suelo se considera como medio acumulador. El suelo húmedo se ofrece como medio acumulador, ya que está a disposición prácticamente sin costes. La capacidad calorífica calorimétrica con aproximadamente el 20% en volumen de la fracción de agua se corresponde aproximadamente con 0,3 veces la capacidad térmica del agua pura.

Tales acumuladores geotérmicos determinados para el calentamiento de casas se colocan en el jardín o sencillamente en el entorno de la casa a calentar. Por muchos motivos, entre otros debido a un mal aislamiento y debido a un bajo rendimiento en la transición del calor al acumulador y del acumulador, los acumuladores geotérmicos conocidos exigen un elevado volumen. Correspondientemente debe excavarse mucha tierra para hacer bajar y montar los diferentes aislamientos. Esto exige por su lado unos gastos elevados. Están limitados el terreno perteneciente a una casa o la tierra disponible. Con acumuladores geotérmicos conocidos, una acumulación de la energía solar desde el momento de la mayor incidencia de calor en el verano hasta el momento del mayor consumo en invierno no es posible en absoluto o sólo con costes elevados.

El modelo de utilidad DE 76 04 366 describe un acumulador de calor con utilización de la tierra como medio acumulador, con dispositivos para la introducción de energía térmica desde un receptor de energía a la tierra y con dispositivos para la derivación de la energía térmica acumulada a un consumidor de energía, que se destaca porque un circuito primario de tubos conectado con el receptor de energía en forma de lazos es conducido a través de la tierra y un circuito secundario de tubos conectado con el consumidor de energía en forma de lazos está realizado a una pequeña distancia de los lazos del circuito primario de tubos igualmente a través de la tierra, rodeando un revestimiento de material aislante del calor los lazos a distancia desde arriba y desde los lados.

Otros documentos se ocupan de la posibilidad de acumular calor en la tierra. Así el documento DE 103 43 544 describe que la geotermia puede utilizarse básicamente en cualquier lugar. En las capas superiores hasta aproximadamente 20 m la radiación solar tiene una influencia en la temperatura del suelo. En algunas regiones de la tierra los primeros metros pueden calentarse por la radiación solar incluso hasta los 50 ºC o a la inversa, en invierno puede enfriarse hasta el punto de congelación o por debajo de éste. De ello se origina un desarrollo de la temperatura que depende sólo de la estación. La energía solar acumulada en el suelo puede utilizarse, por ejemplo, por el uso de colectores geotérmicos horizontales en conexión con bombas de calor para el calentamiento de edificios. Esta energía se designa en general como geotermia próxima a la superficie.

Se conoce la combinación de colectores solares en el tejado con instalaciones para el uso de la geotermia próxima a la superficie por colectores geotérmicos o sondas de geotermia y bombas de calor. La mayoría de las veces no está prevista una producción de corriente con estos conceptos.

Aparte de la geotermia próxima a la superficie hay calor en el subsuelo profundo. Procede de tres fuentes diferentes. Es energía acumulada, cuyo origen se encuentra en la energía gravitacional liberada durante la formación de la tierra. Es un resto del calor original de la formación de la tierra. Se origina a partir de la desintegración de isótopos radiactivos en la corteza terrestre. Este calor está acumulado en la tierra debido a la baja conductividad térmica de las rocas.

Además, las corrientes de agua subterráneas, acuíferos que conducen agua caliente o fría y suelos calentados por vulcanismo pueden utilizarse igualmente directamente para el calentamiento y para la producción de corriente. Las bases geológicas y técnicas para ello se describen detalladamente en la literatura general.

En particular, para el uso del calor que procede de diferentes fuentes ha ganado importancia en los últimos años la utilización de la tecnología de bomba de calor.

En funcionamiento normal de una instalación de bomba de calor se eleva la fracción de la energía de trabajo a emplear a menos del 25%, para generar con el 75% del calor ambiente un 100% de calor útil. El principio básico de la bomba de calor se encuentra – como también en la naturaleza – en la transferencia del calor de evaporación. Originando diferencias de presión y/o temperatura se evaporan medios en el circuito de trabajo de sistemas de bomba de calor y se condensan de nuevo, pudiéndose utilizar la energía obtenida a partir de una fuente de calor por una central de energía doméstica en general para calefactar locales y para calentar el agua de consumo.

El documento DE 35 45 622 describe un acumulador de calor con una superficie base aquí ya relativamente baja para la acumulación de larga duración a fin de poner a disposición de forma económica el calor sensible. Aquí está previsto un espacio acumulador con una masa acumuladora de calor en forma de tierra y/o líquido o vapor, estando dispuesta una capa a prueba al vacío de plástico o chapa en una pared exterior de hormigón armado -hormigón. El suelo fijo de acumulación construido a partir de al menos un componente de placa de hormigón armado, hormigón y/o metal de hierro presenta con la finalidad de aislamiento componentes huecos, estando dividida la masa acumuladora de calor por al menos una placa de asilamiento térmico horizontal en una pluralidad de departamentos de acumulación de temperatura o contenido de calor diferentes.

El documento DE 102 09 373 A1 describe un acumulador geotérmico para una utilización de energía doméstica, que está compuesto de una masa acumuladora de calor conteniendo un fluido no saturada, que comprende un primer subsistema para el aporte de energía térmica y a una distancia definida un segundo subsistema para la extracción de energía térmica, disponiéndose los sistemas, con sus subsistemas correspondientes que aportan y extraen el calor, en un espacio acumulador abierto hacia abajo, realizado parcialmente estanco a gases y que configura el acumulador geotérmico, estando dispuesto un sistema de humidificación en la zona superior del acumulador.

Información adicional del balance térmico del suelo se describe, por ejemplo, en la página de internet www.hypersoil.uni-muenster.de. De ello se conoce que el calor se transporta al suelo a través de tres mecanismos.

Radiación térmica: el transporte de calor se realiza por la propagación de ondas electromagnéticas, ante todo desempeñan un papel las cosas durante el intercambio de energía entre atmósfera y superficie del suelo.

Conducción... [Seguir leyendo]

1. Acumulador geotérmico para una utilización de energía doméstica con un sistema de humidificación (70), que está configurado a partir de una masa acumuladora de calor conteniendo un fluido no saturada, que comprende al menos un primer subsistema para el aporte de energía térmica y a una distancia definida al menos un segundo subsistema para la extracción de energía térmica, en el que los sistemas se disponen, con sus subsistemas correspondientes que aportan y extraen el calor, en un espacio acumulador abierto hacia abajo, realizado parcialmente estanco a gases y que configura el acumulador geotérmico, caracterizado porque al menos se realiza una impermeabilización (60O, 60S) estanca al gas, a modo de campana por arriba y que circunda lateralmente, del espacio acumulador (40) del acumulador geotérmico (80), de forma que el calor (10) puede suministrarse a través del al menos un primer sistema al medio acumulador del acumulador geotérmico (80) que contiene el fluido no saturado, calor que provoca el calentamiento de la masa acumuladora de calor y del fluido y una evaporación del fluido dentro del acumulador geotérmico (80) con una presión atmosférica normal esencialmente constante, por lo que a través de la capacidad térmica / entalpía de evaporación específica correspondiente del fluido líquido y gaseoso puede acumularse una cantidad de calor en el acumulador geotérmico (80) en el interior de la impermeabilización (60O, 60S) de tipo campana, que puede extraerse por el al menos un segundo sistema (20) con condensación del fluido y con enfriamiento de la masa acumulador de calor del acumulador geotérmico (80) y del fluido (80) presente en el acumulador geotérmico (80) para el uso del calor en una central de energía doméstica, estando dispuesto el sistema de humidificación (70) al menos en la zona bajo la impermeabilización superior (60O).

2. Acumulador geotérmico según la reivindicación 1, caracterizado porque la impermeabilización superior y lateral circunferencial (60O, 60S) es como requisito mínimo la barrera de vapor (60B) que se configura

• a partir de una lámina estanca al agua y al vapor o

• un hormigón impermeable al agua o

• una placa de hormigón con paneles de plástico / aislante estancos al agua y estancos al vapor, pegados o soldados,

o similares.

3. Acumulador geotérmico según la reivindicación 1, caracterizado porque a la barrera de vapor (60B) se le puede asignar como impermeabilización superior (60O) una primera capa funcional superior y/o una tercera capa funcional inferior (60A, 60C) y como impermeabilización lateral (60S) una primera capa funcional exterior y/o tercera capa funcional interior (60A, 60C).

4. Acumulador geotérmico según la reivindicación 3, caracterizado porque la primera y/o tercera capa funcional (60A, 60C) correspondiente está configurada como capa de protección y/o capa de aislamiento y/o capa de expansión y/o capa de drenaje.

5. Acumulador geotérmico según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la impermeabilización (60) presenta, en la zona superior (60O) del acumulador geotérmico (80) configurado como espacio acumulador (40), una estructura común por capas que está configurada a partir de la primera capa funcional superior y la tercera capa funcional inferior (60A, 60C) que delimita respectivamente la segunda capa de barrera de vapor central (60B) y el sistema de humidificación (70).

6. Acumulador geotérmico según la reivindicación 1, caracterizado porque la impermeabilización (60) presenta, en la zona lateral circunferencial (60S) del acumulador geotérmico (80) configurado como espacio acumulador (40), una estructura común por capas que está configurada a partir de una primera capa funcional exterior y una tercera capa funcional interior (60A, 60C) que delimita la segunda capa de barrera de vapor central (60B).

7. Acumulador geotérmico según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque para la primera y/o tercera capa funcional se utilizan esteras de fieltro resistentes a la intemperie o paneles de aislamiento de elasticidad permanente o similares como capa de protección y/o de expansión y/o de aislamiento y/o de drenaje (60A, 60C).

8. Acumulador geotérmico según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de humidificación (70) en el acumulador geotérmico (80) está realizado como una disposición de conductos por capas como un tipo de drenaje.

9. Acumulador geotérmico según la reivindicación 1, caracterizado porque para determinar la temperatura (T) y la humedad absoluta y/o relativa (p, φ) del rango óptimo de la capacidad de acumulación térmica de la masa acumuladora de calor que contiene un fluido, del acumulador geotérmico (80) está dispuesto al menos un sensor de temperatura (90) y al menos un sensor de humedad (100), de forma que la concentración del fluido en el suelo puede controlarse y regularse, y por consiguiente optimizarse, por el sistema de humidificación (70) en el rango de funcionamiento deseado.

10. Acumulador geotérmico según la reivindicación 1, caracterizado porque el al menos un primer sistema (10) con su subsistema del primer sistema (10) situado fuera del acumulador geotérmico (80) para el aporte de energía térmica al acumulador geotérmico (80) es una instalación solar térmica o un absorbedor de enfriamiento fotovoltaico, un sistema a base del calor de proceso desacoplable de otros sistemas y/o una instalación convencional de generación de calor o un suministro de energía para el elemento radiante del sistema.

11. Procedimiento para el control y regulación de un acumulador geotérmico para la utilización de energía doméstica con un sistema de humidificación (70), que está configurado a partir de una masa acumuladora de calor conteniendo un fluido no saturada, que comprende al menos un primer subsistema para el aporte de energía térmica y a una distancia definida al menos un segundo subsistema para la extracción de energía térmica, en el que los sistemas se disponen, con sus subsistemas correspondientes que aportan y extraen el calor, en un espacio acumulador abierto hacia abajo, realizado parcialmente estanco a gases y que configura el acumulador geotérmico, caracterizado porque el calor (10) se suministra a través del al menos un primer sistema a la masa acumuladora de calor del acumulador geotérmico (80) que contiene el fluido no saturado, calor que provoca el calentamiento de la masa acumuladora de calor y del fluido y una evaporación del fluido dentro del acumulador geotérmico (80) con una presión atmosférica normal esencialmente constante, por lo que a través de la capacidad térmica / entalpía de evaporación específica correspondiente del fluido líquido y gaseoso puede acumularse una cantidad de calor en el acumulador geotérmico, que se extrae por el al menos un segundo sistema (20) con condensación del fluido y con enfriamiento de la masa acumuladora de calor del acumulador geotérmico (80) y del fluido (80) presente en el acumulador geotérmico para el uso del calor en una central de energía doméstica, controlándose y regulándose la capacidad de acumulación térmica de la masa acumuladora de calor del acumulador geotérmico (80), mientras que se suministra un fluido al acumulador geotérmico (80) a través del sistema de humidificación (70) que está dispuesto al menos un la zona bajo la impermeabilización superior (60O).

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque la condensación del fluido provoca automáticamente una rehumidificación del acumulador geotérmico (80).

13. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque el aporte de calor y la extracción de calor simultáneos provocan una elevación o disminución por capas de la temperatura de la masa acumuladora de calor y del fluido y, a través de la diferencia de temperatura / presión del vapor que aparece en las capas conduce a la evaporación o condensación del fluido presente en el acumulador geotérmico (80), desde abajo hacia arriba, e inversamente, el fluido condensado en el segundo subsistema (20) se distribuye uniformemente sobre las superficies de los componentes sólidos de la masa acumuladora de calor a través del efecto de absorción que se intensifica con temperatura decreciente respecto a la presión de vapor, llega de nuevo cerca del primer subsistema (10) para el aporte de calor, donde se repite el proceso descrito.

14. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque en el acumulador geotérmico (80) se mide una humedad absoluta y/o relativa (p, φ) y una temperatura (T) de la masa acumuladora de calor del acumulador geotérmico (80).

15. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque con la evaporación del fluido o bien la bajada de la concentración del agua retenida, un sistema preparado para la rehumidificación se crea de manera abstracta para la recepción del condensado que se forma por la emisión del calor de evaporación.