Ventajas de la bomba de calor geotérmica

• Bomba de calor geotérmica
• ¿Cómo funciona una bomba de calor geotérmica?
• Sistemas de instalación de la energía geotérmica
• ¿En qué tipo de viviendas se puede instalar?
• ¿Qué es más eficiente la geotermia o la aerotermia?
• Beneficios de la bomba de calor geotérmica

Fuente de la imagen: ©Hogarsense.es

La bomba de calor geotérmica es un equipo destinado a la climatización de viviendas y edificios; y a la generación de agua caliente sanitaria o ACS. Al igual que todos los tipos de bomba de calor, está considerada como un sistema de energía renovable. Obtiene la energía en gran parte del calor del subsuelo, es decir, aprovecha la energía geotérmica. Apenas necesita un 20% de la energía en forma de electricidad para el funcionamiento de sus componentes internos.

Por lo general, la bomba de calor de geotermia recoge la energía del interior de la tierra, a cierta profundidad, y la traslada al agua contenida en un depósito o al aire. Aunque son mucho más normales las que trabajan sobre agua, que destinamos a la calefacción, refrigeración y ACS. Es por ello que también se denominan bomba de calor tierra-agua.

En el siguiente cuadro vemos los diferentes tipos de bomba de calor y como aprovechan los diferentes elementos, tierra, agua y aire, para aportarnos confort en nuestras casas.

El precio de una bomba de calor geotérmica suele ser más elevado que las de aerotermia. Dependiendo del modelo necesario, de la vivienda y los trabajos para su instalación, el precio puede oscilar entre 200 y 300 € por kW. Debemos tener en cuenta que para su funcionamiento se debe enterrar una red de tuberías o varias sondas en el subsuelo. Por lo que deben realizarse varios pozos o distribuir las tuberías a una profundidad de casi 2 metros para luego cubrirlas con tierra.

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Para entender cómo funciona una bomba de calor geotérmica debemos conocer dos cosas. Por un lado, saber qué es el ciclo de absorción-cesión de calor de una bomba de calor. De otro lado, es interesante entender cómo funciona la energía geotérmica.

La energía geotérmica es un tipo de energía renovable que proviene del calor interno de la tierra. La tierra contiene en su interior materiales a muy alta temperatura, tanto que están en estado fluido, como la lava que sale de los volcanes. Aunque la corteza terrestre no tiene esa temperatura si recibe el calor desde el interior.

Por eso, a pocos metros de profundidad la temperatura de la tierra es mucho más estable que la temperatura del aire que nos rodea. Esta temperatura tan estable nos indica que el subsuelo tiene una inercia térmica muy grande. Es decir, aunque la temperatura en la superficie varía mucho de invierno a verano, o incluso entre el día y la noche, la temperatura a unos pocos metros de profundidad permanece prácticamente constante.

Esta característica la aprovecha la bomba de calor de geotermia, mediante un gas refrigerante que trabajan en un ciclo continuo de 4 pasos. Estos corresponden a su vez con los diferentes procesos que sufre el gas frigorífico que se utiliza, en cuanto a sus cambios de estado.

• Compresión.

En este primer paso se eleva la presión y temperatura del gas refrigerante, además se impulsa para conseguir que se mueva a lo largo del circuito de toda la bomba de calor.

• Condensación

Este proceso consiste, como su nombre indica, en la condensación del refrigerante. Al condensarse cede calor al medio externo que puede ser aire o agua.

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• Expansión

Durante este tercer paso, el gas refrigerante atraviesa la válvula de expansión, donde se genera una pérdida de carga o presión. Esto provoca que se reduzca la alta presión que tenía el refrigerante procedente del condensador.

• Evaporación

En el último paso del ciclo del refrigerante, este se evapora absorbiendo calor del medio externo al evaporador, en este caso la tierra del subsuelo.

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Los diferentes modelos de bomba de calor geotérmica son en sí siempre muy parecidos. Sin embargo, la forma de instalar la red de tuberías en el subsuelo puede diferir según modelos o circunstancias. Así, distinguimos dos tipos de instalación geotérmica o bombas de calor de geotermia; las que utilizan sondas geotérmicas y las que necesitan colectores geotérmicos.

Las sondas geotérmicas son elementos que ocupan muy poco espacio, además son más eficientes. Esto es debido a que se instalan en pozos de gran profundidad y extraen el calor del subsuelo a gran cantidad de metros.

Esto tiene a su vez un hándicap y es que, debido a los pozos necesarios, la instalación de las sondas es cara. Además, se necesitan permisos previos por parte de las administraciones, es decir, está sujeta a autorización previa.

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Por otro lado, tenemos la instalación geotérmica con colectores. Estos son como una red de tuberías que se instalan a poca profundidad, pero siempre por debajo de la línea de congelación. Esta forma de instalación reduce los costes y garantiza una eficiencia bastante buena.

La superficie necesaria para enterrar los colectores geotérmicos debe tener aproximadamente el doble del tamaño del área a calentar. Además, una limitación que se tiene es que encima de este terreno no se puede construir.

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Dado que la bomba de calor de geotermia necesita de un espacio para las sondas o la red de tuberías, el tipo de vivienda o edificio debe disponer de una parcela donde ubicar estos. Dependiendo de la superficie de jardín o patio que dispongamos nos limitara las opciones. Es decir, cuando la superficie libre que tenemos es inferior a la cantidad de metros que debemos climatizar, únicamente tendremos la opción de las sondas geotérmicas.

Con las sondas geotérmicas necesitamos de unos pocos pozos, pero de gran profundidad. Sin embargo, si disponemos de un terreno bastante grande si tenemos la opción de elegir entre los pozos para sondas o realizar una excavación para enterrar una red de tuberías en horizontal. Todo ello debe considerarse teniendo en cuenta del precio de cada una de las opciones.

En función del tipo de terreno puede ser interesante hacer pozos, si es blando y fácil de perforar. Por el contrario, en terreno rocoso, puede ser más fácil y económico optar por las tuberías enterradas por medio de una excavación.

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Cuando se compara la energía geotérmica con la aerotermia, cada una de ellas tiene sus pros y sus contras. Con lo que en algunos aspectos la bomba de calor de aerotermia es mejor y en otros lo es la de geotermia. Sin embargo, en cuanto a su eficiencia, la bomba de calor geotérmica es sensiblemente mejor por dos motivos.

1.- Estabilidad e inercia de la temperatura del subsuelo

La temperatura del subsuelo puede variar entre los 15 y los 24 °C, sin embargo, esta variación es muy lenta y prácticamente imperceptible. Podríamos compararlo con una cueva en la que la temperatura es más o menos la misma durante todo el año, independientemente de si fuera hay 35 o solo 1 °C.

En un mismo periodo de tiempo, por ejemplo, en el transcurso de 24 horas, la temperatura del subsuelo donde se instalan las tuberías en los colectores geotérmicos apenas varía un grado centígrado. Esto es lo que se llama inercia del subsuelo y gracias a esta característica la bomba de calor trabaja mucho mejor que con el aire. Sin embargo, en el mismo periodo, el aire que nos rodea puede varias desde los 4°C de la madrugada a los 30 °C a medio día.

Esta estabilidad en la temperatura ayuda a que la bomba de calor geotérmica trabaje con mayor rendimiento y su eficiencia supere en algunos casos un COP de 6. Es decir, por cada 1 kW de electricidad que consume, es capaz de generar más de 6 kW de calor.

2.- Proceso de desescarche a bajas temperaturas

Un problema con que se enfrentan las bombas de calor de aerotermia es la formación de escarcha o hielo en la unidad exterior. Esto sucede en días de invierno en zonas de clima frío. Cuando esto sucede**, la máquina debe parar de trabajar** y aportarnos calefacción. Durante unos minutos el equipo de aerotermia debe centrarse en calentar la unidad exterior para deshacer la escarcha para poder volver a trabajar normalmente.

Esto no ocurre con una bomba de calor geotérmica por dos razones. La primera y más importante es que la temperatura del subsuelo, donde se instalan las tuberías del colector geotérmico, nunca llega a congelarse. Siempre y cuando fue instalada por un instalador profesional y realizo los cálculos adecuados.

Un segundo motivo es que una bomba de calor geotérmica puede instalarse en el interior de la vivienda, en el garaje, sótano o un cuarto técnico. Esto hace que nunca este a temperaturas inferiores a 0 °C y no haya posibilidad de congelación.

La comparación de estos dos tipos de bomba de calor ha llevado a la realización de diferentes pruebas y análisis de los datos obtenidos. De esta forma, de los resultados se deduce que la eficiencia de la geotermia es casi un 45% superior a la aerotermia en el caso de una prueba efectuada en Madrid.

En este ejemplo o ensayo se compara la energía eléctrica consumida en una vivienda tipo de 150 m² en los alrededores de Madrid. La vivienda elegida tiene una demanda de calefacción de 21.000 kWh/año. Para ello se han utilizado dos modelos de bomba de calor con el mismo COP. De modo que se parte de condiciones técnicas iniciales.

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Un equipo de bomba de calor tierra-agua aporta grandes ventajas sobre otros tipos de sistemas. Ya que aporta la posibilidad de reversión que no dispone un aire acondicionado sin bomba de calor. No obstante, son más los beneficios que obtenemos al instalarlo en nuestras viviendas.