Un sistema de geotermia solar abastece una vivienda o edificio de
climatización y agua caliente todo el año con un mínimo gasto
energético. Fuente: Geòtics, SL.
Las perforaciones son un requisito para poder aprovechar la estabilidad térmica del suelo.
Una
bomba de calor geotérmica es la más eficiente hasta el momento: aporta
aproximadamente 4 KW de energía (en calefacción o frío) por 1 KW de
electricidad consumida. Fuente: www.nibe.com
Energía estable y cercana
El derroche de energía está cambiando el clima. Precisamente
por ello es urgente hacer más confortable nuestra vida pero con el mínimo gasto
energético y además aprovechando las energías renovables. Tendríamos excusa
si esto fuera una utopía, pero la realidad es que ya hay viviendas
climatizadas con uno de los sistemas más eficientes y respetuosos que
existen actualmente, la geotermia solar. La energía geotérmica de baja
temperatura es una fuente renovable, limpia y disponible en casi
cualquier lugar, basada en intercambiar el calor almacenado en el subsuelo por la radiación solar. Es una
tecnología implantada con éxito en Europa y norteamérica desde hace
unos años empieza a darse a conocer en nuestro territorio.
Aprovechando la templanza del subsuelo
Los rayos del sol calientan la corteza terrestre, especialmente en
verano. Como la tierra tiene una gran inercia térmica, es capaz de
almacenar este calor, y mantenerlo incluso estacionalmente. En el
subsuelo, a partir de unos 5 metros de profundidad, los materiales
geológicos permanecen a una temperatura prácticamente constante durante
todo el año. En el caso español, a una profundidad superior a los 5
metros, la temperatura del suelo, independientemente de la estación del
año o las condiciones meteorológicas, es de alrededor de 15 grados.
Entre los 15 y 20 metros de profundidad, la estabilidad térmica es de
unos 17ºC todo el año, siempre dependiendo de la situación geográfica en cada caso.
Un sistema geotérmico solar se sirve de una bomba de calor y un sistema
de perforaciones en el suelo para aprovechar esta temperatura templada.
La clave de la eficiencia de estas bombas de calor está en la
diferencia entre la temperatura que se quiere conseguir y la
temperatura a la que se encuentra el elemento a calentar. Con una bomba
de calor convencional aire-aire, en verano pretendemos mantener una
temperatura confortable de 25 º cuando el aire exterior se encuentra a
30 - 35 ºC. En invierno, se desea mantener la vivienda a 21 ºC, cuando
el ambiente externo se halla por debajo de los 10 ºC. Pasar el aire de una a otra
temperatura sólo se consigue a costa de un gasto de energía
considerable.
En el caso de las bombas de calor geotérmicas (GHP en sus siglas en
inglés), el gradiente de temperatura que se debe superar es mucho
menor. En invierno, disponer de un material a 15 - 17 grados se puede
considerar una fuente de calor. A su vez, esta estabilidad térmica
supone que en verano el subsuelo esté considerablemente más fresco que
el ambiente exterior.
El intercambio de calor con el subsuelo, pues, permite proporcionar el
mismo confort pero con unas necesidades de energía eléctrica mucho
menores que el de una bomba de calor convencional.
Una eficiencia imbatible
El COP (Coefficient of Performance) nos permite saber cómo de eficiente es una bomba de calor. El
COP de una bomba de calor geotérmica es de 4 a 6, superando al de las
bombas de calor más eficientes aire-aire (tan implantadas en el ámbito doméstico), estimado entre 2 y 3. Esto quiere decir
que por cada unidad de energía que usa el sistema, en este caso
eléctrica, se obtienen 4 o más unidades de energía en forma de calor o
frío. En concreto, cuando el sistema está calentando se debe aportar
una cuarta parte de la energía calorífica que se obtiene (rendimiento
del 400 % ), y cuando está enfriando sólo una quinta parte (rendimiento
del 500 %).
Por los motivos expuestos anteriormente, hay que destacar que la
eficiencia de una bomba de calor geotérmica no varia con las
condiciones meteorológicas o estacionales, mientras que en una
convencional el rendimiento disminuye en los momentos más calurosos en
verano y en los más fríos en invierno, justo cuando más necesario es su
uso.
Confort sin derroche
A simple vista, no se puede diferenciar un edificio con un sistema de
geotermia solar de uno que no lo tenga. El aparato central normalmente
está en un espacio en el que no es visible, y la distribución del calor
o del frío se hace por los métodos habituales.
Se pueden utilizar conductos de aire o fan-coils, con los que se
distribuye aire caliente (o frío en verano) por toda la casa. De esta
manera el mismo sistema de distribución soluciona el aporte de frío y
calor en la vivienda, con un rendimiento y confort moderado.
Si el sistema de distribución es mediante agua, el calor del subsuelo
se traspasa a un caudal de agua. Habitualmente se alimenta un sistema
de radiadores de baja temperatura o suelo radiante, que se puede complementar con un
dispositivo de refrigeración por aire. En el modo de refrigeración, es
interesante el efecto llamado de free-cooling, que permitiría,
dependiendo de la climatología del lugar, o al principio de la estación
calurosa, refrescar hasta un nivel de confort elevado sin que la bomba
funcionara, tan sólo aprovechando de manera pasiva el frescor que
subiría. Cuando la demanda fuera mayor, la bomba se pondría en
funcionamiento.
También se puede realizar la refrigeración mediante suelo o paredes
frías, si se combina con una deshumectación del aire para evitar
condensaciones sobre estas superfícies más frías.
Así, vemos que las posibilidades son variadas, aunque hay que destacar
que la opción más eficiente es la distribución del calor mediante suelo
o paredes radiantes. En estos sistemas es suficiente que la temperatura de salida de la
bomba de calor esté en torno a los 30 grados, mientras que en un
sistema de aire caliente o radiadores de alta temperatura es necesario
alcanzar temperaturas de unos 50 grados.
Finalmente, el sistema de geotermia solar a menudo ya incorpora un
acumulador para el agua caliente, dentro del mismo armazón de la bomba
de calor.
En resumen, la geotermia solar permite climatizar y obtener agua
caliente sanitaria en viviendas y otros edificios, pero con un
rendimiento no superado por ningún otro sistema. Todo ello gracias
también a la parte del sistema que no se ve, la que está bajo el suelo.
Tecnología para la eficiencia energética
Para poder aprovechar la temperatura estable a la que se halla el
subsuelo es necesario realizar una serie de perforaciones en el
terreno. Las dimensiones de estos pequeños pozos de 10 a 15
centímetros de diámetro dependen de las dimensiones del lugar a
climatizar, la disponibilidad de terreno o las condiciones geológicas.
En el interior de cada perforación se situan unas canalizaciones en las
que se da el intercambio de calor, consistentes en un tubo,
generalmente de polietileno, lleno de líquido. Generalmente este fluido
circulante es agua o bien una solución salina con una sustancia
anticongelante, para impedir que el fluido solidifique si se dan bajas
temperaturas en la superfície del suelo. Esta fórmula es inocua para el
medio, pese a que de todas formas el fluido en ningun momento entra en
contacto con el suelo ya que el tubo está perfectamente sellado.
El líquido circula continuamente por el circuito cerrado: desciende, se
calienta (o enfría, si es verano) y sube de nuevo, accionado por
una pequeña bomba. En este punto, el medio circulante cede su calor (o
frío) al refrigerante (evaporación) y a continuación este al medio
empleado para la calefacción (compresión y condensación) sea aire o
agua. Seguidamente, el fluido vuelve a descender por el circuito situado
en las perforaciones del terreno para obtener más calor, o cederlo si en
verano, y así de continuamente. Este sistema de perforaciones tienen un
rendimiento elevado puesto que el intercambio se realiza a una
profundidad de entre 50 y 100 m. Una parte importante del coste
económico viene determinado por las perforaciones y estas pueden
no ser viables en algunos terrenos. Hay que destacar entre las empresas del
sector de la geotermia a Geotics Innova que está desarrollando sistemas de intercambio
térmico que permitan prescindir de las perforaciones verticales, con lo
que se podría reducir de manera significativa el coste final del
sistema.
Se sabe que el funcionamiento del intercambio de calor es aún mejor si
la capa de suelo en la que se encuentra la perforación tiene un
contenido elevado de agua, es decir, si se encuentra en una capa
freática. Por supuesto, no se afecta de ningun modo el nivel freático,
ya que no se utiliza el agua del mismo, sino tan sólo el calor o frescor
que contiene.
Por otro lado, también existen circuitos horizontales, en los que las
tuberías de captación se entierran horizontalmente a una profundidad
aproximada de 1,5 metros. En este caso, es necesario disponer de una
parcela o superfície de terreno considerable, que no estuviera
asfaltada ni pavimentada, sino en la que hubiera una cubierta vegetal
baja o arena, ya que a tan poca profundidad se depende del aporte de
radiación solar sobre el suelo. Habitualmente pueden ser necesarios entre 140
y 200 m2 de terreno libre de sombras por 100 m2 de vivienda. La
instalación es más sencilla y de menor coste económico, pero hace falta
disponer de una superficie de suelo considerable.
El circuito enterrado en el suelo se escoge en función del lugar donde
se halla el edificio y el espacio de que se dispone. En lo que respecta
a las características de la bomba de calor geotérmica, existen diferentes modelos para adecuarse a cada
caso - casas unifamiliares aisladas o adosadas, viviendas
plurifamiliares de diferentes tamaños, locales industriales o
comerciales - y a las dimensiones de la casa o local.
Una inversión para el ahorro
La principal ventaja de comprar un aparato eficiente o que aproveche
energías renovables es que la inversión que se realiza inicialmente se
recupera con relativa rapidez. Una instalación de geotermia solar se
puede amortizar en un período de entre cinco y diez años. A partir de ese
momento, todo lo que se ahorra son ganancias. Esto es posible gracias a
que las GHP utilizan entre un 25% y 40% menos de electricidad que los
sistemas convencionales de calefacción o de refrigeración, accionados
por gas natural, propano, gasoil, o que los radiadores convectores
eléctricos, por ejemplo. Además, requieren poco mantenimiento y tienen
una larga vida útil. Por ejemplo, el compresor de la bomba de calor, el
elemento con mayor desgaste, tiene una vida útil de unos 16 años, y el
intercambiador con el subsuelo de 50 años.
Dado que inicialmente esta tecnología se desarrolló en regiones con inviernos muy
crudos, se suelen destacar los importantes ahorros, tanto de energía
como monetarios, que permite la geotermia de baja temperatura
para calefacción en los países fríos (permiten ahorrar un 65 - 75% de
los costes en calefacción). Sin embargo, no es menos cierto que en
nuestro país cada vez se consume más energía para refrigeración en
verano, por lo que también en nuestro territorio la rentabilidad será
una ventaja.
Otros factor positivo es el hecho que no requieren ninguna unidad
condensadora exterior, con lo cual se evitan los problemas de ruido
tanto dentro como fuera de la vivienda o local.
Ejemplos de geotermia en la práctica
La geotermia
solar no debe confundirse con los sistemas geotérmicos de alta
temperatura, que tan sólo son posibles en lugares del planeta con
condiciones especiales de actividad tectónica, en los que se aprovecha
la energía remanente en el interior de la tierra para generar
electricidad. Al contrario, la geotermia solar puede ser aprovechada
casi en todo el mundo, siempre que localmente las condiciones del
terreno lo hagan posible.
Las instalaciones que se han realizado en nuestro país incluyen tanto
viviendas unifamiliares o casas rurales aisladas como edificios
plurifamiliares o de oficinas en el corazón de la ciudad, granjas o
naves industriales. Las perforaciones varian desde diversos tubos de
pocos metros (6 perforaciones de 10 metros), a pocos pozos pero más
profundos (si se da el caso de poder aprovechar un pozo existente y
poder bajar, por ejemplo, hasta 190 metros). Esta diversidad demuestra
la versatilidad de los sistemas geotérmicos. En el caso de casas
aisladas, por ejemplo, normalmente se dispone de una gran cantidad de
suelo que permite realizar una instalación geotérmica con circuito
horizontal. Considerando los gastos en gasoil u otros combustibles y su
transporte hasta la casa, el sistema geotérmico, pese a suponer una
inversión inicial considerable, a medio plazo es realmente la opción
más económica.
Por otro lado, hay que destacar que en construcciones plurifamiliares o
edificios comerciales o públicos en el entorno urbano, en muchos casos
es posible realizar perforaciones verticales durante la realización de
los cimientos, de modo que uno de los costes más importantes del
sistema geotérmico se ve reducido o prácticamente eliminado, al
incluirlo en los requisitos habituales del edificio.
Cada vez hay más personas particulares, empresarios e instituciones
públicas que apuestan por aprovechar la energía geotérmica del subsuelo,
como es el caso de la instalación geotérmica de
un mercado municipal o la de una biblioteca, para obtener la
climatización integral de sus espacios. Tambien es interesante el caso
de una universidad que utilizará la geotermia solar para mantener unas
condiciones de temperatura constantes durante todo el año en la sala
del ordenador central e incluso para aprovechar el calor producido por
el propio ordenador para calefacción en invierno.
Puestos a imaginar, podemos destacar también que, dado el bajo consumo que
realiza la bomba, esta se podría alimentar mediante paneles solares
fotovoltaicos, de modo que entonces el sistema se convierta en totalmente autónomo,
eficiente y renovable.
La geotermia solar lleva ya mucho camino recorrido. En 1950 en Estados
Unidos se patentó por primera vez una bomba de calor geotérmica, y
sistemas de este tipo se llevan utilizando de manera extensa en
Norteamérica, Japón, Suiza, Alemania o Suecia desde hace más de tres
décadas. Algunos expertos afirman que puede ser el sistema más
eficiente, ecológico y económicamente viable para conseguir confort en
la vivienda. Lo que sin duda es cierto que la climatización con bombas
de calor geotérmicas es una nueva oportunidad para reducir el gasto
energético y las emisiones de CO2 asociadas a las viviendas.
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