¿Cómo funciona?
Por la perforación se aprovecha el calor del subsuelo. La profundidad de la perforación depende del terreno y de la potencia máxima de la bomba de calor (BdC). Para calentar por ejemplo una casa unifamiliar de 150m² bien aislada se necesita una potencia de aprox. 10KW para poner a disposición calefacción y agua caliente sanitaria (ACS). 10KW corresponden a una perforación de aprox. 150m de profundidad.
Sistema cerrado
En la perforación se introduce la sonda geotérmica, cuatro tubos de polietileno (PE) en forma de dos “U”. Se llama sistema cerrado porque el mismo líquido baja por dos tubos y sube recalentado por los otros dos. La sonda capta la energía del subsuelo mediante una salmuera que es una mezcla de 75% de agua y 25% de anticongelante. La salmuera se calienta - absorbe energía - y la transmite a la BdC. Agua freática no es necesaria para el sistema cerrado.
Por cada metro de perforación la sonda capta aprox. 50W dependiendo del terreno. El sistema cerrado se puede instalar en cualquier sitio y no necesita ningún mantenimiento. Por lo tanto no tiene arqueta y no se ve ninguna parte de la instalación en el exterior. Como los tubos de PE no están expuestos a la radiación ultravioleta del sol ni cambios de temperaturas fuertes, la vida útil de la instalación es prácticamente ilimitada. En Suiza, muchas instalaciones de este tipo funcionan desde hace más que 30 años.
Sistema abierto
Si hay agua freática, otra posibilidad de alimentar la BdC con energía es el sistema abierto. Se necesitan por lo menos dos pozos. Del primer pozo se extrae y en el segundo se inyecta el agua después de haber pasado por la BdC. No circula siempre el mismo agua – por eso: Sistema abierto.
Por cada 1KW que produce la BdC, pasan por ella aprox. 150-180l de agua freática por hora. Con el sistema abierto se consigue un COP más alto, porque la conductividad térmica del agua freática es mayor que la de la tierra y la temperatura se mantiene más constante. Sin embargo, la instalación es más costosa y sale rentable solamente en instalaciones más grandes.
Bomba de calor (BdC)
Mediante una BdC se aumenta la temperatura de 15°C del subsuelo a una temperatura de hasta 60°C. La BdC funciona parecido a un frigorífico, sólo que al revés. Esencialmente consiste en dos intercambiadores de calor, un compresor y una válvula de expansión. El agua que circula por la perforación entra en el primer intercambiador de calor (evaporador) con una temperatura de 15°C, se enfría entre 3 a 6°K y vuelve a la perforación, donde se recalienta de nuevo. Por el otro lado del evaporador pasa un líquido refrigerante, que evapora con una temperatura muy baja y sale en estado gaseoso. Este gas se comprime con el compresor – de esta manera nace el calor. El gas transmite el calor a través del segundo intercambiador de calor (condensador) al sistema de la calefacción y al ACS. Por lo tanto se enfría el gas y se vuelve otra vez líquido. Por la válvula de expansión se destensa el líquido refrigerante, se enfría más y vuelve a envaporar de nuevo.
Las bombas de calor reversibles pueden producir calor en invierno y frío en verano. Para esto se invierte el proceso.
COP y COPa
La BdC necesita energía eléctrica. Por cada KWh que consume, genera 4 a 5 KWh en forma de calor o frío para el edificio. Entre el 75 y 80% de la energía viene de la tierra en forma gratuita. Esta relación se llama COP (Coefficient of Performance = Coeficiente de Rendimiento) e indica el rendimiento de la BdC. El COP de la BdC se basa en temperaturas constantes tanto en el lado de la captación como en el lado de la calefacción. Por ejemplo B0/W35 significa 0°C en la sonda y 35°C en la impulsión de la calefacción (W10/W35 sistema abierto). En funcionamiento, las temperaturas cambian permanente.
El COPa es otra cifra muy importante y aún más informativa, porque tiene en cuenta estos cambios de temperatura. El COPa indica la relación entre la energía eléctrica absorbida y la energía calórica emitida de toda la instalación geotérmica durante un año. Para determinar el COPa es necesario un contador de energía calórica, así como un contador de electricidad que refleja sólo el consumo de la BdC y la bomba de salmuera o la bomba sumergible. El COPa depende mucho del sistema de distribución de calor en el edificio y sus circunstancias.
Refrigerar
Para refrigerar con geotermia existen dos posibilidades: La primera y más sencilla funciona sin BdC, la temperatura del subsuelo se utiliza directamente para enfriar, o sea que la salmuera o el agua freática no circula por la BdC, sino por un intercambiador de calor de placas adicional y enfría el agua que circula por el suelo radiante. Esta forma de enfriar se llama refrigeración pasiva y permite una climatización del edificio de una manera muy económica. Se puede conseguir un COP de hasta 18, porque en funcionamiento solamente consume energía la bomba de salmuera, o la bomba sumergible.
Si la potencia tiene que ser más alta se utiliza la refrigeración activa con una BdC reversible, que produce calor y cuando se invierte el proceso, frío. La refrigeración activa es más costosa por su consumo eléctrico pero al mismo tiempo consigue potencias de refrigeración más altas y constantes que la refrigeración pasiva.
Sistema de distribución de calor y frío en el edificio
Produciendo temperaturas bajas de impulsión, la BdC trabaja más eficaz. Por lo tanto un suelo radiante es lo más adecuado para calentar viviendas. El suelo radiante calefacta con una temperatura de impulsión de 35°C, en cambio un radiador trabaja con 55°C o más. Impulsando una temperatura de 35°C, la BdC tiene un COP de 4 a 5,5; si la temperatura es de 55°C el COP baja hasta 2,5 a 3,3 (según el tipo de captación y sus temperaturas).
Con radiadores no se puede enfriar, en cambio un suelo radiante proporciona un ambiente agradable, pero al mismo tiempo está limitado porque el frío no sube del suelo. En caso de una demanda de frío mayor es recomendable un techo frío. Parecido al suelo radiante el agua fría circula por una tubería puesta en el falso techo. El frío baja y se extiende por toda la habitación – sin ruido molesto ni corrientes de aire como del aire acondicionado. Un muro radiante une las dos cualidades de calentar y refrigerar.
Los sistemas que calientan o enfrían mediante superficies grandes ofrecen las siguientes ventajas:
- Calentando, las temperaturas de impulsión son de 25 a 35°C, lo que indica un COP alto
- Un radiador transmite el calor que circula por él, a través del aire, en cambio el suelo radiante transmite calor por radiación. El calor por radiación crea un ambiente sano y agradable
- Enfriando, la temperatura de impulsión es como mínimo de 18° C, o sea se puede enfriar de manera pasiva por un coste realmente bajo
Montaje del forjado radiante
Para la climatización de edificios grandes, como por ejemplo oficinas de varias plantas, el forjado radiante es cada vez más interesante a la hora de refrigerar y calentar de una manera innovadora y económica. El sistema consiste en una tubería de plástico que se fija directamente en el mallazo de los techos o suelos antes de hormigonar. Por estos tubos circula el agua y calienta o enfría toda la masa de hormigón, así se aprovecha su gran capacidad de inercia. El forjado radiante trabaja con temperaturas de impulsión de máx. 27°C en caso de calentar y min. 18°C en caso de enfriar – en cambio un sistema convencional de fancoils trabaja con 45°C y 7°C. Con una planificación consecuente, la inversión para el forjado radiante es incluso más económica que la inversión para un sistema convencional de fancoils. El sistema ahorra aún más energía que el suelo radiante.
Así se ve claramente, que el COP de la BdC, tal como el COPa, dependen mucho del sistema de distribución – y con ello también el periodo de amortización de una instalación geotérmica.