Evaluación del comportamiento térmico de un pilote termo-activo mediante métodos numéricos

Abstract

Son cada vez más numerosas las aplicaciones de energía geotérmica de baja entalpía asociadas a la edificación o a elementos estructurales de obras civiles (túneles, pantallas, carreteras, estaciones de tren o metro). Considerando la función doble de las estructuras geotérmicas, su diseño es más complejo en comparación con las estructuras convencionales. Para el correcto dimensionamiento de tales instalaciones, es necesario conocer tanto los parámetros geotécnicos como los parámetros de comportamiento térmico como la conductividad térmica del terreno (l) o la capacidad térmica volumétrica (cv), que condicionan la eficiencia energética del sistema geotérmico suelo-estructura. En este artículo se presenta la modelización numérica del comportamiento geotérmico de un pilote prefabricado hincado en la ciudad de Valencia. Tanto los parámetros geotécnicos como térmicos de los diferentes niveles geológicos del terreno se han obtenido de ensayos de caracterización in situ y ensayos de laboratorio realizados sobre muestras extraídas de un sondeo anexo al pilote experimental. Estos datos han permitido crear un perfil litológico del terreno con información sobre la conductividad térmica de cada nivel geológico que ha servido de base para un modelo de elementos finitos para evaluar el comportamiento térmico del sistema pilote-terreno en modo verano (enfriamiento del edificio y calentamiento del pilote).

Shallow geothermal energy applications in buildíngs and civil engineering works (tunnels, diaphragm walls, bridge decks, roads, and train/metro stations) are spreading rapidly all around the world. The dual role of these energy geostructures makes their design challenging and more complex with respect to conventional projects. Besides the geotechnical parameters, thermal behavior parameters (thermal conductivity (l) and volumetric thermal capacity (cv)) are also needed in the design to warrantee the thermo-mechanical stability of the geothermal structural element. This paper presents the numerical modelling of the geothermal behaviour of the driven pile performed in Valencia. In order to obtain ground geological, geotechnical and thermal parameters, both in situ and laboratory methods were used on samples extracted from the cores obtained from a drilling conducted on the experimental site. The data obtained allowed to construct a stratigraphic profile with thermal conductivities ranges of each geologic level, as the basis to create a Finite Elements Model to assess the thermal performance of the system pile-ground working in summer mode (cooling the building and heating the pile).