¿Qué es una bomba de calor geotérmica?
¿Cómo funciona una bomba de calor geotérmica?
– Modo calefacción
– Modo refrigeración
Tipos de sistemas
– Sistema de circuito cerrado
– Sistema vertical
– Sistema de bucle abierto
– Sistemas híbridos
¿Qué es una bomba de calor geotérmica?
La bomba de calor geotérmica (BCG), es una solución de climatización que lleva en uso desde finales de los años 40 del siglo pasado. Utiliza la tierra como medio de intercambio en lugar del del aire exterior.
En España tenemos importantes contrastes de temperatura, bien sea por variaciones estacionales, así como por razones de altitud, latitud, nubosidad, etc.; factores indicen notablemente en el rendimiento de las bombas de calor de condensación por aire. Sin embargo, a unos pocos metros debajo de la superficie de la tierra, el suelo permanece a una temperatura relativamente constante. Dependiendo sobre todo de la altitud y latitud, las temperaturas del suelo varían de 11° C a 21 ° C. Como en el interior de una cueva, la temperatura del suelo es más cálida que la del aire exterior sobre ella durante el invierno y más fría que el aire exterior en verano. Por ello la bomba de calor geotérmica se aprovecha de este efecto intercambiando calor a la tierra y no al aire.
Al igual que con cualquier bomba de calor, las bombas de calor geotérmicas y de capa freática pueden calentar, enfriar y producir agua caliente a la casa. Las bombas geotérmicas de última generación equipan compresores Inverter y pueden ser hibridadas fácilmente con aerotermos para mayor eficiencia y ahorro de energía. En relación con las bombas de calor de condensación por aire, las bombas geotérmicas son más silenciosas, duran más, necesitan poco mantenimiento y no dependen de la temperatura del aire exterior.
¿Cómo funciona una bomba de calor geotérmica?
Modo de calefacción
El evaporador capta calor de foco frío, que en este caso es el campo de captación geotérmico. El condensador cede calor al foco caliente, que es el espacio a climatizar para lo que se dispone otro circuito cerrado -suelo radiante/fan coils/etc,-, por el que circula agua.
Modo refrigeración
Cuando la BCG está produciendo frío se invierte su funcionamiento, de modo que el evaporador realiza el intercambio con el foco frío que en este caso son los circuitos de distribución interior -suelo radiante/refrescante, fan coils, etc-, y el condensador realiza el intercambio con el foco caliente, que en este caso es el terreno.
Aunque el precio de instalación de un sistema geotérmico puede ser notablemente superior que el de una bomba de condensación por aire (aerotermia) con la misma capacidad de calefacción y refrigeración, los costos adicionales retornan como ahorros en la factura energética en un plazo entre los 7 y los 10 años. La vida útil del sistema se estima en 16-20 años para los componentes internos y más de 50 años para el circuito de tierra.
Sistemas de bomba de calor geotérmica
Hay tres sistemas básicos de geotermia. Dos de estos, horizontal, vertical, son sistemas de circuito cerrado. El tercer tipo de sistema es la opción de bucle abierto. El más recomendable dependerá del clima, de la geología, del espacio disponible y de los costes de instalación donde se ubique el proyecto. Estos sistemas son utilizables indistintamente para cualquier tipo de proyecto, ya sea para uso residencial, industrial, comercial, etc.
Sistemas de circuito cerrado
La mayoría de las bombas de calor geotérmicas de circuito cerrado hacen circular una solución anticongelante a través de un circuito cerrado, generalmente hecho de tubos de polietileno, que está enterrado en el suelo. Un intercambiador de calor transfiere la energía entre el refrigerante de la bomba de calor y la solución anticongelante del circuito cerrado. El bucle puede estar en una configuración horizontal o vertical
Una variante de esta solución, llamada de expansión directa, no utiliza un intercambiador de calor y en su lugar bombea el refrigerante a través de tubos de cobre que están enterrados en el suelo en una configuración horizontal o vertical. Los sistemas de intercambio directo requieren un compresor más grande y funcionan mejor en suelos húmedos (a veces requieren de riego adicional para mantener el suelo húmedo). Debido a que estos sistemas recirculan refrigerante por el suelo, su uso cada vez es más reducido por razones medioambientales.
Sistema horizontal
Este tipo de instalación representa una menor inversión y a veces se aplica a instalaciones residenciales, particularmente para nuevas construcciones donde hay suficiente parcela disponible. Requiere zanjas de más de un metro de profundidad. Los diseños más comunes usan dos tubos, uno enterrado a dos metros y el otro a un metro, o dos tubos colocados uno al lado del otro a metro y medio en el suelo en una zanja de medio metro de ancho. El método Slinky ™ de bucle de tubería permite más tubería en una zanja más corta, lo que reduce los costos de instalación y exige menos superficie de parcela.
Sistema vertical
Actualmente es el sistema más empleado en España por razones de disponibilidad de terreno y de rendimiento de las instalaciones. Los lazos verticales también se usan donde el suelo es demasiado poco profundo para abrir zanjas y minimizan la afectación de la vegetación de jardines y parcelas existentes. Para un sistema vertical, se perforan agujeros (aproximadamente 13 centímetros diámetro) a una distancia de aproximadamente 8 metros de una perforación a otra y una profundidad de entre 90 y 150 metros. En estas perforaciones van dos o cuatro tuberías de polietileno que están conectadas en la parte inferior con una curva en U por cada bucle. Los bucles verticales están conectados con una tubería horizontal (es decir, un colector), colocados en zanjas y de ahí van a la bomba de calor en el edificio.
Sistema de bucle abierto
Este tipo de sistema utiliza agua de pozo o de superficie como fluido de intercambio de calor que circula directamente a través del sistema GCG. Una vez que ha circulado por el sistema, el agua regresa al suelo a través del pozo, un pozo de recarga o descarga de superficie. Esta opción es obviamente práctica solo cuando hay un suministro adecuado de agua relativamente limpia, se cumplen todos los códigos y regulaciones locales con respecto a la descarga de agua subterránea.
Sistemas híbridos
Los sistemas híbridos utilizan una combinación de geotermia y aerotermia, son otra opción tecnológica a considerar. La solución híbrida es particularmente efectiva cuando las necesidades de enfriamiento son significativamente mayores que las necesidades de calefacción. Donde la geología e hidrología lo permitan, el “pozo de columna en pie” es otra opción. Esta es una variación del sistema de bucle abierto, por la que se perforan uno o más pozos verticales profundos. El agua se extrae de la parte inferior de una columna de pie y se devuelve a la parte superior. Durante los períodos de pico de calentamiento y enfriamiento, el sistema puede extraer una parte del agua de retorno en lugar de re-inyectarlo todo, causando la entrada de agua a la columna desde el acuífero circundante. Esta extracción enfría la columna pues el agua que extraemos es caliente, la resultante de la condensación de la bomba geotérmica, de esa manera reduciremos la profundidad de perforación requerida.