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Geotermia solar en la edificacion





Geotermia solar en la edificación




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.