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Instalación de climatización con energía geotérmica

Aprovechamiento geotérmico de baja entalpía en el complejo Centro Canalejas de Madrid

Alfredo Fernández, de Ingeo, Dionisio Cerdán, de OHL Obrascon Huarte Lain, Lucía Novelle, de Ingeo,1 y Óscar Martínez, de JG Ingenieros14/03/2016

Un conjunto de inmuebles contiguos situados entre las calles de Alcalá, Sevilla, Plaza de Canalejas y Carrera de San Jerónimo en Madrid, son objeto de una total rehabilitación, destinados a un uso hotelero, residencial y comercial que transforman el centro de Madrid. El complejo denominado Canalejas Madrid Centro aúna seis edificios protegidos comprendidos en los números 6, 8, 10, 12 y 14 de la calle Alcalá y el número 1 de la plaza de Canalejas.

Los edificios se caracterizan por su belleza arquitectónica, singularidad y por su extraordinaria ubicación en el centro de la ciudad, a escasos metros de la Puerta del Sol. El conjunto principal de edificios durante décadas, ha albergado las sedes de entidades financieras como el Banco Español de Crédito (también conocido como Banesto), el Banco Central Hispano y el Banco Zaragozano.

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Figura 1. Imagen del Edficio principal. Fuente: OHL Desarrollos.

De entre el conjunto de edificios destaca el de Alcalá 14 del siglo XIX, obra del arquitecto José Grases Riera, proyectado en 1887 e inaugurado en 1891, de marcado estilo ecléctico con resonancia modernista. El edificio denominado Palacio de la Equitativa por ser éste el nombre de la empresa de seguros, de origen estadounidense, la promotora del mismo. También destaca el edificio de Canalejas 1, obra del arquitecto Eduardo Adaro proyectado en 1902 y terminado en 1906 que a pesar de tener distinta altura al de Alcalá 14 resuelve la continuidad del edificio de la Equitativa a través de una balaustrada o balconada de la planta noble o principal.

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Figura 2. Imagen del Edificio en Plaza Canaletas principal. Fuente: OHL Desarrollos. Izqda: estado anterior. Dcha: estado rehabilitado, donde se puede observar la continuidad lograda gracias a la balconada que une ambos edificios.

El uso de la rehabilitación está destinado a servicio de hotel cuya gestión será a cargo de la conocida hotelera canadiense Four Seasons. El hotel será el primero de la cadena en España, con 215 habitaciones. Además contará con un área residencial de alto nivel operada por la misma cadena hotelera, una de las más prestigiosas del mundo; así como una exclusiva galería comercial de 15.000 m2 en sintonía con las tendencias de las grandes capitales europeas, y un espacio gourmet ideado como una experiencia de la mejor gastronomía española.

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Figura 3. Vista aérea del edificio rehabilitado (parte derecha y central de la imagen). Fuente: Estudio Lamela, OHL Desarrollos.

La superficie total del inmueble alcanzará, aproximadamente, 47.000 metros cuadrados repartidos en 12 plantas de las cuales las tres últimas, las denominadas plantas 6, 7 y 8, estarán destinadas a uso residencial con servicio Four Seasons y climatizadas mediante una instalación de energía geotérmica de baja entalpía para cubrir una potencia de 320 kW.

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Figura 4. Demanda térmica. Residencial Canalejas Madrid Centro.

El complejo, propiedad del Grupo Villar Mir, ha sido obra de una rehabilitación arquitectónica firmada por el Estudio Lamela Arquitectos, con proyecto y consultoría de instalaciones por parte de JG ingenieros, gestionado por la Dirección de Canalejas Madrid Centro y OHL Desarrollos. En el mencionado equipo se toma la decisión de realizar una instalación geotérmica de baja entalpía, cuya ingeniería en materia de captación geotérmica ha sido realizada por la consultora Ingeo, abasteciendo de calefacción y refrigeración la parte destinada a uso residencial de la plantas 6, 7 y 8 del complejo. En dicha instalación se opta por una intervención acorde con las necesidades y estética, a la vez que se apuesta por la eficiencia y las tecnologías de vanguardia en materia energética.

El proyecto propone soluciones características de arquitectura eficiente para la obtención de la certificación LEED Gold, acreditada por el US Green Building Council. LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) es un programa de certificación independiente y punto de referencia que determina la idoneidad medioambiental de los edificios. La certificación LEED Gold asegura una mayor eficiencia y sostenibilidad del edificio ya que valora especialmente el ahorro energético y la reducción en las emisiones de dióxido de carbono (CO2). El Centro Canalejas Madrid es pionero dentro de este tipo de trabajos de regeneración y recuperación de edificios, en España.

Siguiendo las premisas de mínimo impacto y respeto al medio ambiente, se elige un sistema de energía geotérmica de baja entalpía para dar suministro de calefacción y refrigeración.

Para realizar el dimensionado del campo de captación se ejecuta inicialmente un ‘Test de Respuesta Geotérmica’ en el lugar de la obra. A partir de los datos obtenidos en el mismo ensayo y, teniendo en cuenta el estudio de cargas y demandas elaborado por la ingeniería de climatización, se diseña la configuración adecuada para esta instalación.

Diseño y dimensionamiento

La descripción arquitectónica contempla un uso residencial con una superficie de 6.000 m2 distribuidas en tres plantas destinadas al servicio de Four Seasons. Las viviendas aprovechan la energía del subsuelo, o geotérmica, para producir calefacción en invierno y refrigeración en verano así como el agua caliente sanitaria necesaria. En el conjunto del edificio se ha instalado un sistema de climatización mediante suelo radiante-refrescante y UTA's.

La ingeniería de climatización JG Ingenieros y la Dirección Técnica de la obra Canalejas Madrid Centro y OHL Desarrollos solicitan la colaboración de Ingeo para la redacción del proyecto de captación geotérmica y la realización de un ‘Test de Respuesta Geotérmica’, con la finalidad de evaluar distintas alternativas mediante simulación numérica para optimizar las perforaciones en el campo de captación, su configuración en número, profundidad y distancia entre ejes de sondeos.

La fase inicial del proyecto discurre por dos vertientes, una derivada de los datos de cargas y demandas térmicas de la ingeniería de climatización y otra de los datos geológicos y sus propiedades físicas de la zona donde se ejecutará la obra.

Los datos de demanda térmica vienen determinados por el estudio de cargas y demandas aportados por la ingeniería de instalaciones JG y representado en el siguiente diagrama:

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Gráfica 1. Demanda térmica. Residencial Canalejas Madrid Centro.

En cuanto al subsuelo, la información geológica ubica la obra en la Cuenca Terciaria de Madrid, perteneciente a la serie Mioceno detrítico de Madrid-Toledo-Cáceres. El sustrato geológico presente en esta zona de estudio lo compone el detrítico proximal con arenas arcósicas correspondientes a la Facies Madrid. Por encima de ellas se sitúa un nivel métrico de rellenos antrópicos (material que procede generalmente de excavaciones) y/o suelo de alteración superficial (arenas arcillosas).

El conocimiento geológico es de capital importancia puesto que aporta una información que ayuda a interpretar el comportamiento termodinámico de la captación y a seleccionar el método más adecuado de perforación, previniendo posibles problemas que se puedan dar en la ejecución de los sondeos.

Debido a las características del acuífero y los parámetros hidráulicos que lo definen, se ha realizado un cálculo sobre la capacidad de almacenamiento térmico estacional en el subsuelo, evaluando diferentes alternativas en función de la configuración de los sondeos y el espacio que por debajo de la solera dejan las cimentaciones y otras infraestructuras de ingeniería civil necesarias para el edificio.

Inicialmente se realiza la primera de las perforaciones sobre la cual se ejecuta el Test de Respuesta Geotérmica para obtener el valor real de conductividad térmica λ en esa parcela, así como el valor de resistencia térmica de la perforación Rb, y temperatura del terreno sin injerencia.

Una vez obtenidos in situ las características geotérmicas de la parcela en la que se instalarán los intercambiadores geotérmicos (sondas geotérmicas), se procede al diseño y dimensionado del campo de captación mediante una simulación de su comportamiento durante un horizonte temporal de al menos 35 años de la instalación. Para ello se ha tenido en cuenta la longitud (profundidad) del intercambiador geotérmico, distancia entre ejes de los sondeos, geometría del campo de captación (distribución de los sondeos), resistencia térmica a la perforación (mezcla térmica inyectada), forma de aprovechamiento del calor geotérmico (calefacción y/o refrigeración), necesidades de calentamiento y refrigeración del edificio (potencia, horas a plena carga o rendimiento energético) y eficiencia promedio anual o factor de rendimiento estacional de la instalación geotérmica. La configuración final ha resultado en 42 sondeos de 120 m, siendo un total de 5.040 m de captación.

Las perforaciones geotérmicas se han proyectado en la huella del edificio con la complejidad que esto supone para la ejecución de los sondeos y trazado horizontal por parte de la empresa perforadora y la interferencia con otros oficios y actividades paralelas en la obra, así como el cumplimiento del cronograma de ejecución.

Cabe señalar la importancia de la empresa de perforación, Geotermia Vertical, a la hora de ejecutar obturaciones temporales mediante tapones progresivos en el interior de los intercambiadores ya que la perforación se ejecutó desde cota 0, cuando aún no estaban construidos los sótanos y las mencionadas plantas de sótano obligaban a ir recortando planta por planta hasta llegar al cuarto sótano bajo rasante y eliminar la obturación.

Como se puede ver en la figura 5 de planta sótano -4, el número de sondeos se ha ajustado al espacio físico disponible respetando los usos y afecciones del hotel según lo prescrito por la gestora de la obra.

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Figura 5. Plano de distribución espacial de perforaciones geotérmicas en rojo y tendido horizontal en planta Sótano -4. Residencial Canalejas Madrid Centro. Fuente Ingeo.

Durante la ejecución del campo de captación geotérmico se ha operado con dos máquinas de perforación para avanzar con buen ritmo y cumplir los objetivos para no afectar al desarrollo y planificación de la obra marcado con unos plazos muy precisos. Prueba de la complejidad de ejecución se aprecia en las imágenes donde la estructura de soporte de las fachadas históricas así como las maquinas de cimentaciones especiales deben convivir en el espacio interior del edificio.

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Figura 6. Perforadora durante la ejecución. Residencial Canalejas Madrid Centro. Fuente Geotermia Vertical.

Los emisores de la instalación en el interior están definidos por suelo radiante para calefacción, suelo radiante refrescante y unidades de tratamiento de aire para refrigeración que operan con recuperadores entálpicos y reguladores de humedad y temperatura mediante baterías sobre las que intervienen circuitos frigoríficos para controlar determinados rangos de oscilaciones térmicas.

Si se realiza un balance de CO2, según datos de emisiones publicados por la secretaría general del Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) a través de su Departamento del planificación se obtiene el siguiente balance.

Balance medioambiental de la instalación

Las emisiones de CO2 ahorradas por la instalación geotérmica queda como se muestra a continuación:

  • Emisiones de CO2 evitadas al año: 66.156 kg respecto de gas natural + enfriadora
  • Emisiones de CO2 evitadas al año: 100.140 kg respecto de gasóleo + enfriadora
  • Emisiones de CO2 evitadas al año: 82.534 kg respecto de GLP + enfriadora
  • Emisiones de CO2 evitadas al año: 72.398 kg respecto de planta condensada por aire

Para fijar esa cantidad de CO2 en la producción de biomasa generada por un árbol se necesitaría un bosque de aproximadamente 13.900 árboles para el caso de gas natural, 21.000 para el caso del gasóleo y 17.300 árboles para los gases licuados de petróleo.

Comentarios al artículo/noticia

#1 - OSCAR FERRARI SANTA MARIA. oscarferrari2006@gmail.com
02/06/2018 17:20:37
FELICITACIONES POR EL GRAN TRABAJO PIONERO EN LA APLICACION DE RECURSOS GEOTERMICOS EN EDIFICIOS. SOBRE EL TEST DE RESPUESTA GEOTERMICA, PODRIAN SEÑALAR LAS TEMPERATURAS CONSIDERADAS Y EL CALOR DISPONIBLE. GRACIAS ING. OSCAR FERRARI SANTA MARIA

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