La opción de energía geotérmica en edificios residenciales

En el artículo de hoy hablaremos sobre las posibilidades de instalación de un sistema de obtención de energía sostenible. La energía geotérmica se basa en una bomba de calor que se aprovecha de un cambio de estado líquido-gas-líquido sucesivo con unos rendimientos superiores al 400%. ¿Cómo es esto posible?

Primero te explicamos la base del sistema y más abajo podrás ver las diferentes formas de aplicar este sistema en los edificios residenciales. Es posible y como veremos muy recomendable si se dan algunas condiciones.

¿Cómo funciona el sistema de energía geotérmica?

Tomando como referencia la explicación que hace la AFEC (Asociación de fabricantes de equipos de climatización) recurriendo a las leyes de la termodinámica explicamos cómo es este proceso que aprovecha al máximo la física y la química para traernos confort térmico a nuestras viviendas.

El funcionamiento de la bomba de calor se fundamenta en el proceso de cambio de fase que se produce en el ciclo frigorífico. Para calentar se extrae el calor de una fuente de energía renovable (geotermia en este caso) a través del evaporador, y se transfiere a un foco de alta temperatura a través del condensador.

Primer Principio de la Termodinámica

Establece que la energía ni se crea, ni se destruye, solo se transforma. Es decir, en una bomba de calor la energía eléctrica consumida por el compresor, y aportada por el motor de accionamiento, se convierte en calor que se transmite al refrigerante durante el proceso de compresión. Como consecuencia, el calor cedido al foco caliente (Q₂) será igual al calor extraído del foco frío (Q₁) más el calor asociado al trabajo de compresión (W).

Q₂ = Q₁ + W

Segundo Principio de la Termodinámica

El segundo principio de la termodinámica establece que la transmisión de energía no es posible sin la existencia de dos focos a diferente temperatura e igualmente, que sólo es posible producir trabajo en esas condiciones, así como el sentido en el que se produce dicha transformación.

Los equipos bomba de calor son “transportistas” eficientes de energía entre dos focos. Sin embargo, al contrario de lo que ocurre de manera natural, la transmisión de calor se produce a “contracorriente”, dado que se transporta energía del foco frío al foco caliente.

Por lo tanto, en modo calefacción, la unidad transporta calor desde el ambiente exterior (foco frío) al ambiente interior (foco caliente), por ejemplo, entre +10°C y -10°C y entre 17°C y 25°C, respectivamente. En modo refrigeración, si la bomba de calor es reversible, se transporta calor desde el ambiente interior al ambiente exterior, por ejemplo entre 23°C y 29°C y entre 25°C y 40°C, respectivamente.

Para poder realizar esta operación, es necesario disponer de un trabajo adicional. La eficiencia de un equipo es la relación entre el calor cedido al foco caliente y la energía consumida para llevar a cabo dicho transporte.

η= Q₂/W

¿Cuánto consume un sistema de energía geotérmica?

La forma más efectiva para definir el consumo en kilowatios es la relación entre la producción de calor obtenida y el consumo de energía (eléctrica) aportada. Se define como COP, y es el índice que mide el rendimiento de la bomba de calor.

El rendimiento del sistema depende de la temperatura que se desea obtener. A mayor temperatura, menor rendimiento tendremos. De cualquier forma, como referencia, podemos ver que a una temperatura de 0ºC, podemos obtener 55ºC con un rendimiento del 300%, consiguiendo un COP=3. (Datos aportados por Vaillant)

¿Es factible instalar energía geotérmica en un edificio residencial?

El aprovechamiento de la temperatura del terreno, ya vemos en el gráfico superior que es ideal a 15º para tener más rendimiento, lo conseguimos cuando tenemos terreno en el que colocar captadores o sondas geotérmicas. Podemos incluir este sistema en los edificios construidos cuando disponemos de parcela para colocar la suficiente longitud de captadores en superficie (captadores horizontales) o cuando podemos hacer pozos (sondas geotérmicas).

Si el edificio es nuevo lo tenemos más fácil. Podemos recurrir a pilotes en los que colocamos tubos con la función de intercambiadores.

¿Por qué decimos que se trata de un sistema de energía limpia cuando consume electricidad?

A la vista de este esquema, puedes intuir qué sucede con la geotermia. Frente a otros sistemas de calefacción tiene el menor índice de emisiones de CO2 (datos en toneladas/año)