Pozo canadiense

Se lee el archivo EPW hora por hora (temperatura de bulbo seco, humedad relativa y presión). Las temperaturas de diseño son las superadas el 0,4 % de las horas en verano y el 99,6 % en invierno (criterio ASHRAE). La onda anual (media, amplitud y día de máxima) se ajusta por mínimos cuadrados a las medias diarias.

Dos modelos a elegir, con la difusividad α = k/(ρ·c) del suelo:

T(z,t) = Tm + As · e^(−z/d) · cos(ω(t − t₀) − z/d), d = √(α·P/π)

Kusuda (analítico, usado por Birche et al. vía ATECYR 2010) y diferencias finitas explícitas (Iannelli, Fiora y Gil, 2013), con la temperatura horaria del EPW como borde superior, la media anual como borde inferior y subpasos para cumplir τ = α·Δt/Δz² ≤ 0,5. Las diferencias finitas captan olas de frío o de calor que Kusuda promedia. El método simplificado usa diferencias finitas.

Balance de energía a lo largo del tubo (Iannelli, tesis UNSAM, cap. 6), con suelo no perturbado:

T_salida = T_suelo + (T_entrada − T_suelo) · e^(−L/λ), λ = ṁ · cp · R′

R′ es la resistencia por metro: convección interna (Dittus-Boelter / Sieder-Tate; Gnielinski en transición), pared del tubo y suelo. La longitud para un objetivo es L = λ · ln[(T_entrada − T_suelo)/(T_objetivo − T_suelo)]. Se dimensiona con el suelo en su máxima anual para verano y en su mínima para invierno, y se adopta la mayor longitud. Como control se muestra la longitud del método de Birche et al. (Díaz, 2008).

Resistencia del suelo: es el dato más incierto. Contra las mediciones de la CasaE (Tortuguitas, λ ajustado = 29 m), el modelo sin suelo da ~22 m (poco conservador), el de penetración diaria ~44 m (conservador) y el de régimen permanente ~133 m (sobredimensiona). Por eso el valor por defecto es el de penetración diaria.

Nota sobre Birche et al.: el trabajo convierte α = 0,4·10⁻⁶ m²/s a 34,6 cm²/día, pero equivale a 345,6 cm²/día. Con esa difusividad diez veces menor el suelo a 2 m resulta casi constante (15,9–17,5 °C). Esta calculadora usa las unidades correctas.

Con la longitud adoptada se recorren las 8760 horas con ventilación continua; con bypass, el aire entra directo en las horas en que el tubo lo alejaría del confort. La energía útil es solo la parte del salto que acerca el aire a la banda de confort. La electricidad evitada es esa energía dividida por el COP del equipo reemplazado, menos el consumo del ventilador (Darcy-Weisbach con fricción de Haaland, accesorios y filtro). La condensación se estima limitando la humedad del aire de salida a la de saturación.

Las recomendaciones de diseño son reglas prácticas tomadas de los trabajos citados (profundidad, velocidad, diámetro, separación de tubos, desagote, toma de aire) aplicadas a los resultados.

• Supone suelo no perturbado: no modela el calentamiento o enfriamiento gradual del suelo alrededor del tubo durante la temporada, que reduce el rendimiento en usos intensivos.
• La superficie del suelo se toma igual al aire (sin radiación solar, sombra ni cobertura vegetal).
• Las propiedades del suelo dependen mucho de la humedad: usá el estudio de suelos cuando exista.
• No considera interferencia térmica entre tubos paralelos.
• Es una herramienta de predimensionado; no reemplaza el proyecto firmado por un profesional.

• Birche, M. B.; Czajkowski, J. D.; Ferrer Tevar, J. A. Geotermia de baja entalpía aplicada a una vivienda unifamiliar sustentable en Brandsen. Dimensionamiento de intercambiador de calor tierra-aire.
• Iannelli, L. M.; Fiora, J. A.; Gil, S. (2013). Ondas de calor en el suelo. Aplicación de diferencias finitas usando Excel. Lat. Am. J. Phys. Educ. 7(3), 483–488.
• Iannelli, L. M. (2012). Acondicionamiento térmico de aire mediante el uso de energía geotérmica. Tesis de licenciatura, UNSAM.
• LATMAT – FADU UNL (2020). Informe técnico: ventilación mecánica acondicionada por geotermia de baja entalpía, Santa Fe.
• Díaz, S. M. (2008). El terreno como intercambiador. Enfriamiento pasivo aplicado a un edificio de nueva planta.
• ATECYR (2010). Guía técnica: diseño de sistemas de bomba de calor geotérmica.
• Kusuda, T.; Achenbach, P. R. (1965). Earth temperature and thermal diffusivity at selected stations in the United States.
• ASHRAE Handbook — Fundamentals (2017), cap. 1 (psicrometría) y cap. 14 (datos climáticos).
• Datos climáticos de ejemplo: Climate.OneBuilding.org, Sauce Viejo TMYx 2011–2025.