La Geotermia para las viviendas unifamiliares como solución idónea de futuro

Publicado el 24 enero 2017

Si hablamos de arquitectura sostenible, no podemos obviar el uso de energías renovables como una opción a tener en cuenta a la hora de plantear los proyectos. En otros post, ya hablamos de energía eólica, energía solar térmica, energía solar fotovoltaica y aerotermia.

En este sentido, queremos hablaros de geotermia, la energía renovable del suelo. Se trata de una fuente energética que aprovecha el calor del subsuelo para producir agua caliente, calefacción y climatización.

Cuando me han pedido opinión sobre el tipo de energía respetuosa con el medioambiente que recomendaría para la construcción de una vivienda unifamiliar siempre les contesto que, sin lugar a dudas, opten por la geotermia para cubrir las necesidades de calefacción, agua caliente sanitaria (ACS) y refrigeración.

Es cierto que inicialmente los costes de instalación pueden llegar a ser casi el triple de los de las instalaciones convencionales de gas natural o de gasoil; por esta razón no se están incluyendo en los proyectos de las actuales promociones de este tipo de viviendas, pero si analizamos el coste del ciclo de vida (CCV) de la instalación, resultan muchísimo más rentables. Una vez trascurridos de 7 a 10 años y, amortizada la inversión inicial, obtenemos unos ahorros de un 45 % (con relación al consumo de gas natural) a un 60 % si lo comparamos con una instalación de gasoil.

La pregunta entonces es:

¿Por qué no existe mucha más divulgación de este tipo de energía que, además de ser respetuosa con el medio ambiente, es más rentable a largo plazo?

A iniciativa de la Comunidad de Madrid, se ha publicado una Guía de la Energía Geotérmica elaborada por los Doctores Ingenieros de Minas de la UPM, Guillermo Llopis Trillo y Vicente Rodrigo Angulo. Basándome en esta guía, y en publicaciones de blogs especializados en la materia, entre los que destaco el de Click Renovable, os voy a hacer un pequeño resumen de este tipo de instalaciones y sus resultados.

En primer lugar, vamos a definir en qué consiste la energía geotérmica y la climatización geotérmica. Tal y como se indica en los documentos mencionados, se define la energía geotérmica como la energía almacenada en forma de calor por debajo de la superficie sólida de la tierra.

Esta energía (calor) es muy elevada en algunas regiones de la tierra donde existen volcanes y donde abundan los geiser o manantiales de aguas calientes. En estos lugares se utiliza la energía proporcionada por la tierra para suministrar agua caliente y calefacción a los hogares, ero en la mayor parte del planeta esto no ocurre y la temperatura de la tierra en el subsuelo, a pocos metros de la superficie, se mantiene estable entre los 7 ºC y los 14 ºC, gracias al calor suministrado por su núcleo incandescente a unos 6.300 km de profundidad.

Esta circunstancia, junto a la enorme inercia térmica del subsuelo, es decir, a su resistencia a que cambie esa temperatura, nos permite disponer de una fuente o sumidero de calor a una temperatura constante, ya sea invierno o verano. Esta es la base de la llamada climatización geotérmica, que nos permite calentar la casa en invierno y refrescarla en verano con un gasto energético (generalmente eléctrico) mínimo.

Para ello es necesario instalar a cierta profundidad del terreno una red de tubos captadores por los que circulará un fluido refrigerante que captará el calor del terreno (entre 7 ºC Y 14 ºC, como hemos dicho). Mediante una bomba, cuyo funcionamiento se describe más adelante, se hará circular este fluido de tal modo que, o bien se elevará su temperatura hasta los 25 o 26ºC para que caliente la vivienda en invierno, o bien se dejará como está, sobre los 14ºC, para que la refresque en verano. Este pequeño esfuerzo de subir la temperatura unos 10 ºC o 12 ºC en invierno y de “trasladar el fresco” en verano se realiza mediante la utilización de un aparato de alta eficiencia energética (consume poca energía y produce mucha energía) llamado “bomba de calor”.

Esta red de tubos captadores puede ser de tres tipos:

  1. Red horizontal (captadores horizontales). Es la solución más económica siempre que se disponga de espacio exterior suficiente. Consiste en una red de tubos de polietileno, de entre 25 y 40 mm de diámetro, colocados horizontalmente sobre el terreno a unos 3 o 4 metros de profundidad, por las que circula un fluido refrigerante que capta el calor acumulado en el terreno. Para una vivienda bien aislada, la superficie de este campo de colectores suele ser de 1,5 veces la superficie habitable de la vivienda a la que sirve. Dependiendo del terreno, el rendimiento energético viene a estar entre los 20 y 30 W por metro cuadrado.
  2. Pozos verticales (captadores verticales). Son la alternativa cuando no se dispone de terreno suficiente para establecer una red horizontal. Consiste en realizar una perforación del terreno de 30 a 150 m de profundidad e insertar los tubos por los que circulará el fluido refrigerante. Dado que la estabilidad térmica y la temperatura aumentan con la profundidad (la temperatura aumenta a razón de 1 ºC cada 30 m), esta modalidad suele ser más eficiente que la red horizontal. Dependiendo del tipo de terreno, su rendimiento energético está comprendido entre 20 y 70 W por metro lineal.
  3. Captaciones freáticas. Son muy útiles cuando se dispone de un acuífero de agua subterránea abundante y en constante renovación. En este caso se utiliza el propio caudal de agua subterránea como el fluido que alimenta a la bomba de calor la cual extrae la energía acumulada en el agua y luego la devuelve al mismo acuífero. Para ello son necesarias dos perforaciones: una para recoger el agua y otra para devolverla más fría o más caliente según sea invierno o verano.

Como se ha indicado antes, la climatización geotérmica emplea un elemento clave: la bomba de calor geotérmica. Su principio de funcionamiento es el mismo que el de las neveras y los aparatos de aire acondicionado. La diferencia reside en dos cuestiones importantes:

  1. Son reversibles, es decir, puede invertirse la dirección del fluido que circula por el circuito de refrigeración y el funcionamiento del sistema. Por esto, donde antes se producía frío (el interior de la nevera), ahora se generará calor, y donde antes se generaba calor (la red de tubos en el panel trasero de la nevera) ahora se generará frío.
  2. Para realizar su trabajo (producir calor en invierno y frescor en verano) parten de un foco a temperatura siempre constante (unos 15 ºC). Esta temperatura resulta cálida en invierno (donde la temperatura ambiente puede ser inferior a 0 ºC) y bastante fresca en verano (donde la temperatura ambiente puede superar los 35 ºC).

Esta particularidad hace que las bombas de calor geotérmicas sean tremendamente eficientes. Con su uso se obtiene una relación de aproximadamente 4 entre la energía calorífica (o frigorífica) entregada y la energía eléctrica consumida. Es decir, por cada KW de energía eléctrica consumida obtenemos unos 4 KW de energía calorífica o frigorífica para calentar o refrescar la vivienda.

¿Y cómo puede ser esto sin contradecir el principio de conservación de la energía que postula que la energía ni se crea ni se destruye sino que, simplemente, se transforma? Pues muy sencillo: esa energía adicional nos la ofrece gratuitamente el enorme calor almacenado por debajo de la superficie de la tierra, captado a través de la red de tubos captadores descritos más arriba. Esta es la energía geotérmica.

Otro elemento esencial en la climatización geotérmica es el empleo de suelo radiante. Consiste en que, debajo del solado (preferiblemente piedra o cerámica) de la vivienda, se tiende una red de tubos por los que circula un fluido refrigerante que calienta o refrigera el pavimento según actúe la citada bomba de calor. La ventaja del suelo radiante es que, en invierno, la temperatura de trabajo es de unos 25 ºC, lo que proporciona una agradable sensación de confort, y en verano, de unos 20 ºC o inferior, lo que permite que el suelo actúe ahora como captador del calor de la vivienda y el fluido refrigerante ‘arrastre’ este calor hasta la mencionada red exterior de tubos que, por su parte, actúan como sumidero de calor.

La red de tubos exterior e interior intercambian sus papeles en invierno y verano, actuando como captadores de calor o como sumideros de calor según requiera el caso. Y este juego lo realiza la maravillosa bomba de calor geotérmica.

La red de tubos exteriores captadores es, por lo general, distinta e independiente de la red interior radiante. Para ello, para separar estas dos redes de tubos, se emplean los ‘intercambiadores de calor‘ que, sirven para transferir el calor de una red a otra sin pérdida apreciable de energía. Esta separación entre las dos redes de tubos permite simplificar las labores de mantenimiento del sistema.

Entre los beneficios que supone para el medio ambiente la climatización geotérmica podemos destacar los siguientes:

  • Se trata de una energía renovable ya que proviene del calor producido en el interior de la tierra, el cual es prácticamente inagotable.
  • Es una energía limpia ya que no se produce combustión alguna.
  • Es una energía continua, sin posibles cortes.
  • Es una energía que se produce localmente.
  • Es una energía que resulta muy económica en su explotación.

Y es que, como comentábamos en un post anterior, la ventaja de la geotermia frente a la aerotermia es que, independientemente de la época del año y de lo extremo que pueda ser el clima, la fuente (y sumidero) de calor está siempre a la misma temperatura o sujeta a muy pequeña variación (entre 7ºC y 14ºC), lo que permite a la bomba de calor trabajar dentro de parámetros muy constantes sobre los que se puede ajustar el sistema para que trabaje con el máximo rendimiento.

¿Quieres saber más sobre la aerotermia? No te pierdas el artículo La aerotermia: cómo aprovechar el  aire para suministrar energía en el hogar.

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