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Calefacción geotérmica

La climatización geotérmica es un sistema de climatización (calefacción y/o refrigeración) que utiliza la gran inercia térmica del subsuelo, pues a unos tres metros de profundidad, presenta una temperatura constante de entre 10 y 16ºC, dependiendo del lugar.
La calefacción geotérmica no debe confundirse con la energía geotérmica, que requiere una alta temperatura en el subsuelo, normalmente asociada con actividad volcánica.

Sin bomba de calor

El de baja entalpía es el más simple y con un coste energético menor. La temperatura del subsuelo, que varía mucho menos que la ambiental (y que puede llegar a no variar a lo largo de todo el año si se toma a suficiente profundidad). Se puede extraer ese calor o frío simplemente mediante un fluido bombeado. El liquido se mantiene a una temperatura de cueva, que en invierno estaría aparentemente templado y en verano aparentemente fresco, aunque en realidad la temperatura del subsuelo no varía, sino que es la temperatura ambiente la que cambia.
Este sistema evita la complejidad y el gasto de una bomba de calor y el gasto de una bomba de agua es mínimo. Sin embargo, es menos potente y puede ser insuficiente o ser necesario apoyarlo con otro sistema auxiliar.

Con bomba de calor

En el sistema de alta entalpía se utiliza una bomba de calor, y es muy similar en concepto a un aire acondicionado que funciona para frío o como calefacción. La diferencia es que en vez de expulsar el calor al exterior de la casa, se utiliza el subsuelo como sumidero.
Para entender el concepto de calefacción geotérmica es preciso comprender primero el funcionamiento de una bomba de calor: Las bombas captan calor en un lado del circuito, para liberarlo en el otro. Esto es lo mismo que decir que enfrían un lado a costa de calentar el otro. Un ejemplo típico son las máquinas de aire acondicionado: cuando la máquina enfría, lo que sucede es que el fluido que circula por el circuito interior de la casa está absorbiendo calor del ambiente. Este fluido va luego a un compresor, donde al aumentar la presión, aumenta mucho de temperatura, y pasa entonces al circuito exterior de la calle. Como ahora el fluido está muy caliente (más que el aire de la calle) libera calor al exterior. Luego circula hasta una válvula donde, al expandirse, el fluido se vuelve a enfriar, y se reinicia el ciclo.
Cuanto mayor sea la temperatura exterior, el fluido podrá desprenderse de menos calor en el circuito exterior, y por tanto el rendimiento de la máquina será peor. Ahí radica la ventaja de la geotermia.
La calefacción geotérmica es también una bomba de calor, pero en lugar de intercambiar calor con la atmósfera, lo hace con el terreno: en invierno, la bomba de calor absorbe calor del terreno y lo libera en el edificio. En verano, absorbe calor del edificio y lo libera en el terreno.
La ventaja está en que la tierra mantiene una temperatura más constante entre 7ºC y 14ºC durante todo el año, a partir de pocos metros de profundidad. Esto permite un intercambio de calor más eficiente, y por tanto menor consumo de energía. Expresándolo de de otro modo: al intercambiar más calor en un mismo ciclo, el compresor tiene que realizar menos ciclos (comprimir el fluido menos veces), y por tanto el consumo eléctrico es menor. También se dice entonces que el indice de rendimiento es mayor.

Características

Es difícil precisar en qué medida la calefacción geotérmica disminuye el consumo, ya que depende de multitud de factores tales como el tipo y uso del edificio, el clima, el dimensionado, o la instalación, pero el ahorro puede rondar en torno al 40-60% frente a un sistema de bomba de calor tradicional que intercambie con el ambiente.

Ventajas

Bajo consumo - Aunque el dato sea probablemente exagerado, se anuncia un ahorro energético frente a la calefacción eléctrica del 75%, o lo que es lo mismo, que por 1kW eléctrico consumido, se consigue el equivalente a 4kW. Frente a la calefacción por gas natural, se anuncian ahorros que fluctúan entre el 32% y el 60%. Además, este sistema de calefacción ha sido catalogado como energía renovable en el libro blanco de las energías renovables de la unión europea, y por tanto se puede beneficiar de los distintos programas de subvenciones existentes.
Menos contaminante - Como consecuencia del menor gasto energético, también se reduce la emisión de CO2. Un estudio afirma que la utilización masiva de este sistema de calefacción en el sector residencial y servicios reduciría en un 6% la emisión global de CO2 a la atmósfera
Durabilidad - La bomba de calor ya no está en contacto con el exterior, por lo que se alarga su vida útil. Se anuncian duraciones de entre 25 y 50 años.
Acústicas - Ya no hay necesidad de colocar un compresor y ventiladores en el exterior, por lo que el sistema es mucho más silencioso.
Estéticas - Por los mismos motivos. No se necesita un intercambiador exterior.
Sanitarias - Se elimina el riesgo de legionelosis al no existir torres de condensación.

Inconvenientes

Coste de instalación - El principal inconveniente de este sistema es su todavía elevado coste de instalación. Los fabricantes anuncian amortizaciones de entre 4 y 8 años, pero si se contrastan los datos disponibles, la inversión en una instalación geotérmica frente a una típica de gasóleo parece tardar en amortizarse en torno a los 15 años. No obstante, hay que tener en cuenta que la geotérmica elimina la necesidad de una segunda instalación de aire acondicionado, así como las ayudas y subvenciones a las que puede acogerse. En general, se puede decir que este tipo de calefacción será tanto más idónea cuanto más grande sea el edificio y mayor su tiempo de uso estimado. Factores ambos que limitarán la repercusión económica de la instalación.
Necesidad de espacio - Las instalaciones más económicas son las horizontales, pero exigen un espacio del que no siempre se dispone. Las instalaciones verticales, que soslayan el problema, tienen precios más elevados, y su justificación económica disminuye.

Instalación

La instalación en un sistema doméstico puede aumentar en complejidad si además de usarse como calefacción se utiliza para producción de ACS, climatización de piscinas, etc. También existen redes muy complejas que dan servicio a barrios o distritos, pero toda instalación consta fundamentalmente de estos tres elementos:

Bomba de calor - Llamada Bomba de calor geotérmica (BCG) o por sus siglas en inglés (GHP) Existen monofásicas y trifásicas, así como monocompresor y bicompresor. Normalmente se ubica en un cuarto interior cerrado.
Circuito exterior - El que está en contacto con el terreno. El líquido que circula por el circuito suele ser agua o una mezcla de agua con anticongelante.
Circuito exterior - El que intercambia el calor con el interior del edificio. Puede ser por suelo radiante, muro radiante, o incluso radiadores convencionales de aluminio

Tipologías

Se clasifican en función del circuito exterior

Red horizontal - De extensión entre 1,5 y 2 veces la superficie a climatizar Según los distintos instaladores, la profundidad del circuito oscila entre los 60cm y los 5m, aunque lo habitual es que se entierren en torno a 1m. Esta instalación es menos eficiente, ya que a esta profundidad el terreno se ve afectado por la climatología, pero a cambio el conste de instalación es menor, lo que la hace más interesante desde el punto de vista económico. Si no se dispone de demasiado terreno, se puede colocar el tubo en espiral, en una disposición llamada slinky. Los tubos pueden ser de polipropileno reticulado, polietileno rígido, o polietileno de baja densidad
Red vertical - Si no se dispone de terreno para la red horizontal. Más caro, pero se beneficia de una temperatura constante a lo largo del año. Si se baja a suficiente profundidad, el rendimiento de calefacción aumenta, ya que el gradiente de temperatura de la tierra es de 3ºC cada 100m. Según los instaladores, se puede perforar desde 30m hasta 150m o incluso más. Los tubos empleados son de polietileno.
Circuito abierto - En presencia de un acuífero o de corrientes subterráneas, en lugar de recircular el fluido, se puede devolver el agua sobrante a la tierra. Esta opción es la más interesante desde un punto de vista económico.
Intercambiadores sumergidos - Cuando se dispone de una gran masa de agua como un río o un lago, se pueden sumergir los tubos. Es una opción muy interesante por ser barata y muy eficiente.

Acumulación freática

Es un procedimiento desarrollado en varios países que consiste en acumular el calor o "frío" (falta de calor) a lo largo de un año en mantos de agua subterráneos a profundidades entre 20 y 90 m. También se lo conoce por acumulación térmica estacional (seasonal thermal storage, o Calefacción geotérmica y puede ser suplementado por el uso de colectores solares.
Dado que se obtienen temperaturas de fluido relativamente bajas sea para invierno o verano no todos los sistemas de climatización frío-calor son adaptables.

Funcionamiento

Es un sistema de climatización que hace recircular agua en sistemas convencionales como el "fan-coil" o pisos radiantes dentro de los edificios y encaminarlos para su acumulación subterránea. Para esto se hacen dos o más perforaciones debidamente encamisadas por las que se conduce el agua hasta el subsuelo. El objetivo es acumular el calor del verano para utilizarlo en el invierno y el del invierno para usarlo en el verano.
El sistema puede demorar uno o dos años para entrar en régimen, mientras tanto se consume energía en climatización, pero luego de alcanzado el régimen solo se consumirá energía en el sistema de bombeo y recirculación.
La ventaja es que el sistema de bombeo y recirculación puede funcionar con un sistema solar fotovoltaico y de esta forma se puede conseguir un consumo cercano a cero en calefacción y refrigeración. Esto es lo que propugnan los edificios energía cero.

Aplicaciones

En los últimos 10 años se ha venido utilizando cada vez más por los arquitectos enrolados en la Arquitectura sustentable, muchos de los cuales devienen de la tendencia llamada Arquitectura High Tech; como Norman Foster. Recientemente otros arquitectos como Zaha Hadid han especificado para sus proyectos sistemas de climatización con acumulación freática.
Dos casos de Foster son significativos: el Reichstag o Parlamento Alemán y el City Hall de Londres.
En casi todos los casos donde se busque construir un edificio de baja energía o edificio energía cero este sistema aparece como insustituible ya que uno de los problemas más serios a solucionar en la energía solar térmica y la climatización por sistemas solares pasivos es la acumulación de calor. En este caso debajo de nuestros edificios existe hoy la posibilidad técnico-económica de acumular grandes cantidades de calor a relativamente bajo costo. Fuente Wikipedia ®