Casa con geotermia

Como sabéis, en nuestro estudio somos grandes defensores de la construcción de consumo nulo con bajo impacto ecológico y una de las cuestiones clave que se plantean en cada proyecto es qué sistema de energía utilizar. Aunque nuestras casas sean muy eficientes, siempre necesitaremos calentar agua y producir energía eléctrica y en algunos casos, utilizar calefacción si el clima o el diseño no permiten conseguir temperatura de confort mediante sistemas pasivos.

Por ello, en cada proyecto se plantea una estrategia diferente. En los últimos meses hemos valorado varias casas con geotermia y por ello hemos decidido compartir con vosotros lo que hemos ido averiguando, su viabilidad económica, su eficiencia y la comparación con otros sistemas.

Qué es la energía geotérmica

Como bien explica la propia morfología de la palabra geotermia, geo significa tierra y termia hace referencia a la temperatura. Así pues, a grandes rasgos, podemos entender que la geotermia consiste en aprovechar el calor almacenado por debajo de la superficie sólida de la tierra: ya sean rocas, suelos o aguas subterráneas.

Las regiones volcánicas son puntos de intercambio interior-exterior de la corteza terrestre, por lo que pueden aparecer de manera natural fumarolas y fuentes termales. Se sabe que hace más de 10.000 años, a manos de los Paleo-Indios de América del Norte, ya se aprovechaba la energía geotérmica para aplicaciones como cocinar alimentos o fines medicinales.

Existen distintas temperaturas en función de la localización en que nos encontremos. Normalmente, las zonas de origen volcánico suelen tener una mayor entalpía al tener más probabilidades de interconexión interior-exterior como mencionábamos. Se clasifican en función de la temperatura: muy baja entalpía (5º-25º), baja entalpía (25º-100º), media entalpía (100º-150º) y alta entalpía (>150º). En materia de vivienda, trabajamos con muy baja entalpía para generar calefacción, climatización y agua caliente sanitaria (ACS) para edificios aislados o un grupo reducido de ellos. La baja entalpía se aplica en balnearios o calefacción de distritos enteros, mientras que con media y alta entalpía ya hablamos de generar electricidad.

En los últimos años se está explotando este recurso limpio en sus bajas temperaturas para hacer funciona una casa con geotermia, basándose en el principio de que la temperatura del interior de la tierra es constante a lo largo del año, aproximadamente de unos 18 grados a 20 metros de profundidad – temperatura que depende del porcentaje de granito en la composición del terreno-.

Esta temperatura es demasiado difusa para ser extraída de manera directa como en el caso de las fuentes termales, por lo que su aprovechamiento se basa en el salto de temperatura de esta media respecto al exterior, variable en función de la estación del año en que nos encontremos según si el clima es más o menos continental.

Por todo esto, podemos afirmar que la energía geotérmica es una energía renovable que se encuentra allá donde vayamos siempre bajo nuestros pies, lo cual la convierte también en una energía local y, lo más importante, constante.

Elementos de una instalación geotérmica

Para cualquier instalación energética, en este caso la de nuestra futura casa con geotermia, existen tres estadios del esquema de funcionamiento: sistema de captación, sistema de generación de energía y sistema de distribución.

El sistema de captación consiste en el mecanismo de extracción de la energía del terreno, ya sean pozos verticales u horizontales, o directamente captaciones freáticas de aguas subterráneas en caso de haberlas encontrado en nuestro emplazamiento. Sería como la placa solar en el esquema de instalación de energía solar que tenemos más claro.

En segundo lugar, el sistema de generación de energía transforma esta diferencia de temperaturas interior del subsuelo-interior de nuestra vivienda en energía útil que utilizamos para calefactar, climatizar y ACS.

Finalmente, el sistema de distribución es el medio que empleamos para propiciar estos servicios que acabamos de plantear, ya sea un aparato o un paramento de nuestra vivienda. Responde a la pregunta ¿Cómo distribuyo el agua o aire que he calentado mediante geotermia? Puede tratarse de distribución por aire, suelos o paredes radiantes o radiadores de baja emisividad.

Esta instalación a su vez puede clasificarse en dos tipos de sistema: sistema cerrado o sistema abierto. Un sistema cerrado es aquél en el que no se produce un intercambio directo de fluidos, sino que consiste en un fluido refrigerante que viaja por unos tubos y consigue trasladar la energía calorífica a través de ellos. Los sistemas cerrados son más eficientes en este aspecto, pues no necesitan de un bombeo para impulsar la subida del líquido como es el caso de las captaciones freáticas, ejemplo de sistema abierto.

Sistemas de captación

Pozos verticales

El sistema más extendido y eficiente para una casa con geotermia son los pozos verticales, llamado sistema de captación geotérmica vertical. Se trata de un circuito cerrado compuesto por tuberías de unos 10 a 15 cm de diámetro que llegan a profundidades que van de los 25 hasta los 150 m – sabiendo que a partir de los 20 m de profundidad ya obtenemos una temperatura constante, y que a partir de ahí por cada 100 m que bajemos ésta aumentará 3º.

Estamos hablando del sistema de captación más eficiente energéticamente – por cada 1 kW de energía que captamos generamos 5 kW térmicos – tiene la ventaja de poder aprovechar la cimentación de la vivienda en caso de nueva construcción. De hecho, existen los llamados ‘pilotes energéticos’, que engloban los pilotes usados en construcción junto con las canalizaciones para transportar el fluido. Simplemente hará falta realizar un estudio previo al excavar las perforaciones y comprobar que el subsuelo no está ocupado.

Pozos horizontales

La captación geotérmica horizontal enterrada constituye a su vez un circuito cerrado, pero esta vez se extiende de forma horizontal por el terreno a una profundidad que va de 0,6 a 1,5 metros. En este caso, las directrices son otras, puesto que el clima tiene mucha influencia en esta capa superficial de terreno. De hecho, el terreno está funcionando como un acumulador de la energía del sol, perdiendo su beneficiosa temperatura constante.

Es por ello que a nivel de eficiencia este sistema se acerca más a la aerotermia y puede flojear mucho en invierno en climas continentales, llegando a depender de una fuente de energía alternativa para ACS. Nuevamente, se trata de un circuito de tuberías de polietileno que transportan agua con anticongelante, cuya desventaja es también la necesidad de una gran extensión de terreno en la que no se podrá plantar árboles ni urbanizar.

Captaciones freáticas

Las captaciones freáticas son la única opción de sistema abierto, si bien eso no supone ninguna ventaja a nivel de eficiencia, más bien lo contrario. Se trata de aprovechar directamente acuíferos subterráneos que tengan constante renovación, extrayendo directamente esta agua, haciéndola circular a nuestro beneficio, para luego devolverla en otro punto. El mayor inconveniente, a parte del hecho que se trata de localizaciones muy puntuales, es que necesitaremos la ayuda de una bomba hidráulica para su impulsión, que a su vez consume energía eléctrica.

Además, en algunos casos, este sistema puede necesitar un permiso especial de la autoridad de recursos hídricos de nuestra comunidad.

Sistemas de generación de energía

Bombas de calor

La bomba de calor resulta un punto clave e indispensable de cualquier casa con geotermia, es la encargada de coger el calor que hemos conseguido mediante los pozos y trasladarlo al sistema de climatización. Como hemos indicado antes, sólo pueden existir usos directos si el terreno está por encima de los 100º, situación que no vamos a desarrollar en este artículo.

A grandes rasgos, se trata de un equipo térmico que utiliza el ciclo frigorífico de un refrigerante para, mediante un circuito cerrado, absorber el calor de un foco caliente y cederlo a un foco frío. Así pues, no es que usemos el mismo calor de la tierra para aprovecharlo directamente en la generación de energía térmica para nuestra vivienda – tampoco haríamos nada con 18º -, sino que nos basamos en un cambio de entalpía, en la diferencia de temperatura entre el interior de nuestra vivienda y la profundidad del subsuelo a la que hayamos llegado.

Por ello, el funcionamiento se invierte de verano a invierno: en invierno la bomba de calor transmite calor a la vivienda, mientras que en verano refrigeramos la vivienda cediendo calor al terreno. En este sentido, en verano funciona de forma parecida a una nevera. La nevera no genera frío en sí, sino que coge el calor que hay dentro y lo expulsa para que los alimentos se conserven en un ambiente frío, es decir, en ausencia de calor.

La bomba de calor suele ir seguida de un depósito de inercia, para acumular ACS que podamos aprovechar directamente o en los distintos sistemas de distribución, además de un vaso de expansión que sirve para regular el incremento del volumen del agua fría en el caso del circuito de refrigeración.

A día de hoy, las bombas de calor responden a un gran abanico de demandas energéticas, desde los 2-4 kW que pueda requerir una casa con geotermia mínima unifamiliar pasiva, hasta bombas de 1400 kW empleadas para edificios de viviendas enteros, con depósitos de inercia integrados. Otra invención reciente son las bombas de calor que evitan la necesidad de un depósito de inercia, ya sea integrado o no, puesto que consiguen modular su capacidad y anticiparse a la demanda, evitando así el encendido y apagado constante de las bombas de calor convencionales.

Con todo, estamos hablando de una maquinaria que en el caso de vivienda unifamiliar no requiere unas dimensiones superiores a 1,5 m x 1,5 metros, además de la ventaja que el resto de la instalación de captación queda enterrada y por ello resulta imperceptible. Lo que sí resulta recomendable es una cierta ventilación de la maquinaria, pese a que no genere ni olores ni gases.

Sistemas de distribución

Radiadores de baja emisividad

De cara a los sistemas de distribución debemos tener en cuenta que trabajamos con temperaturas máximas alrededor de los 55º, es decir que difieren mucho de los picos de temperatura que alcanzamos con el gas, sistema al que estamos acostumbrados. Por ello, los radiadores convencionales no funcionan y deberemos substituirlos por radiadores de baja emisividad.

Se trata de un aparato mucho más caro que un radiador convencional, pero que trabaja de forma muy eficiente con agua a baja temperatura. El resultado es que distribuye el calor en la vivienda de una manera mucho más homogénea, eliminando las zonas frías.

Calefacción por suelo radiante o pared radiante

A grandes rasgos, se trata de un sistema de calefacción, que también permite refrigeración que emplea uno de los paramentos de un espacio como emisor/captador de calor; ya sea suelo, paredes o techo, siendo el suelo el más común.

Debemos tener en cuenta que los principios bioclimáticos se basan en usar la inercia de suelos o muros densos con el objetivo de acumular calor, por lo que la instalación de suelo  o pared radiante implica una pérdida de densidad que anula esta opción. Esto se puede solucionar mediante la alternancia de paramentos acumuladores y paramentos de instalaciones.

Distribución por aire

La geotermia, del mismo modo que la aerotermia, permite sistemas de distribución tanto por agua como por aire. Tanto los radiadores como paramentos radiantes que hemos descrito funcionan con agua a temperatura máxima de 55º. La distribución por aire consiste en un aparato llamado Split, que consta de un aire acondicionado con una bomba de calor.

El único inconveniente es en términos de salud, puesto que reseca el ambiente reduciendo en exceso la humedad relativa. Ésta, por debajo del 30% resulta poco salubre para el usuario, llegando a resecar las mucosas con la consecuente reducción de las defensas. Ésta misma sensación que podemos tener con el aire acondicionado exagerado en lugares públicos en verano, se extiende a la calefacción.

Sistema adicional de energía

Una casa con geotermia cubre todas las necesidades a nivel climático y de ACS de manera constante, puesto que la climatología no influirá en nuestra fuente de energía según la época del año en que nos encontremos como en el caso de la aerotermia.

Sin embargo, la geotermia sólo es capaz de generar energía térmica, por lo que necesitamos asegurar un sistema adicional de energía para resolver la demanda de electricidad de nuestra vivienda. Siguiendo con la lógica de las energías renovables, lo más habitual es instalar paneles solares para este propósito, a los cuales conectaremos la bomba de calor geotérmica. Otra opción es conectarnos directamente a la red eléctrica.

Funcionamiento de una casa con geotermia

Como hemos ido desarrollando hasta el momento, la instalación geotérmica tiene un funcionamiento inverso en verano o invierno cuyo proceso detallaremos a continuación en el caso de la captación vertical, la más eficiente y extendida.

Calefacción en invierno

A grandes rasgos, en invierno captamos el calor que consigamos del subsuelo, que pasa a una bomba de calor donde se aumenta su presión y su temperatura para luego destinarlo al uso de la vivienda en forma de calefacción y ACS.

Todo empieza con el líquido portador de calor, agua con anticongelante, que recorre las sondas de la instalación partiendo de una temperatura baja de unos 5ºC aproximadamente. Después de circular por los pozos regresa a la bomba de calor, concretamente al evaporador, con una temperatura algo superior, entre 12 y 16ºC. Como su nombre indica, lo que hace el evaporador es convertir este líquido en un gas, que aún está frío. Éste es aspirado por el compresor y comprimido para aumentar su presión y su temperatura – se convierte en un gas a una temperatura aproximada de 75ºC.

Este gas caliente llega al condensador, que es el elemento que se encarga de transferir el calor producido a través de la bomba de calor al sistema de calefacción o al de generación de agua caliente, consiguiendo trabajar con agua a temperaturas máximas de 55º. Como gran parte del calor se transfiere para ser usado en la vivienda, el gas se vuelve a templar y se hace pasar por una válvula de expansión que disminuye su presión y temperatura y lo deja preparado para volver a empezar el ciclo.

Climatización en verano

En verano el sistema absorbe el calor del interior de la casa con geotermia y lo transmite a la bomba de calor, que lo cede al terreno y por ello puede climatizar las estancias interiores – por ejemplo a través de un suelo refrescante.

En el caso de un suelo refrescante/radiante el líquido portador de calor recorre la instalación de la estancia que puede llegar fácilmente a una temperatura de 30º. De forma similar a la anterior, este líquido se calienta y llega a la bomba de calor con su funcionamiento invertido respecto al modo calefacción. El proceso es el mismo – evaporador, descompresor, condensador – pero la diferencia está en que el condensador cede el calor al terreno en vez de la vivienda.

En algunas bombas está inversión de funcionamiento se realiza solo en la parte hidráulica, manteniendo el funcionamiento de la bomba en modo calefacción y simplemente derivando el fluido caliente procedente de la bomba de calor al terreno y el fluido frío a la vivienda.

En la península, la temperatura del terreno normalmente está situada entre 16 y 22 ºC, por lo que en muchos casos un intercambio directo con el terreno, sin la participación de la bomba de calor, es suficiente para climatizar una vivienda. Este funcionamiento es conocido como Refrigeración Pasiva o Free-Cooling. La eficiencia en estos casos es muy elevada, puesto que el gasto energético se reduce al funcionamiento de las bombas de circulación del sistema de captación al sistema de distribución.

Rentabilidad de una casa con geotermia

De entre todas las energías renovables, la instalación de energía geotérmica es la que requiere una mayor inversión inicial, y por ello es muy importante evaluar la rentabilidad a medio y largo plazo y ver si en nuestro caso se va a amortizar. Por ello, resulta óptima en casos en los que la demanda energética es muy elevada como casas de grandes dimensiones o en el caso de necesitar climatizar una piscina, así como hoteles o reformas de masias.

Hoy en día construir una casa con energía geotérmica requiere una inversión media de entre 20.000 y 30.000 euros en función de la demanda energética de la vivienda y de las características del terreno en el que se sitúe. Esto hace que la instalación de este sistema se calcule con un tempo de amortización de unos 7 años. Su mayor ventaja es que se trata de la instalación más duradera entre todos los sistemas renovables, hasta 50 años con costes de mantenimiento mínimos, pues no hace falta tocar tuberías.

Otra desventaja económica sería que la energía no se puede transportar, por lo tanto tampoco vender. Sin embargo, existen alternativas como ponerse de acuerdo con los vecinos para plantear una geotermia centralizada, u opciones de subvenciones a nivel autonómico. Hay que tener en cuenta que la geotermia es la opción renovable menos extendida a pesar de que en el plano de Potencial Geotérmico de España, generado por la Agencia Internacional de Energía Renovable, descubrimos potencial de muy baja entalpía, es decir para uso doméstico, en Madrid, País Vasco, Navarra, Andalucía y Cataluña.

Presupuesto de instalación geotérmica en Casa Alan y Laura

A continuación, para basarnos en datos reales y objetivos, hemos presupuestado instalaciones de aerotermia y geotermia para un proyecto del despacho, la Casa Alan y Laura, con el objetivo de comparar ambos sistemas. Se trata de una vivienda de dos plantas y un total de 220 m2 situada en Santa María de Palautordera, al Norte de la provincia de Barcelona. Se basa en un esquema sencillo y efectivo: una forma de L en la que a un lado se ubican las zonas de día y al otro las zonas de noche, articuladas por la zona de acceso y servicios.

Costes de instalación de una casa con geotermia para una casa unifamiliar

Para la instalación de geotermia será necesaria la instalación de una bomba de calor geotérmica junto con un acumulador (12.500€), dos sondas de captación geotérmica (5.000€), una instalación fotovoltaica alternativa (5.000€) y un sistema de distribución, en este caso un suelo radiante.

Se trata de una bomba de calor que integra un sistema domótico de control por estancias en el cual el usuario puede elegir tres rangos de temperatura y franjas horarias distintas para cada una de ellas.

Además, permite controlar las cargas del agua caliente sanitaria y la recirculación. Otra ventaja es que se integra con la producción fotovoltaica y cuando tenemos excedentes en la vivienda la bomba de calor los aprovecha y los transforma en energía térmica.

El presupuesto definitivo es de 24.800 €, al que faltará añadir el IVA. Éste será del 21% en caso de añadir la instalación a una vivienda ya existente, por lo que en total llegamos a los 30.000€. En caso contrario, si construimos la vivienda con la instalación ya integrada, al hacerlo a través del constructor el IVA será del 10%, total 27.280€.

Costes de instalación de un sistema de aerotérmia para una casa unifamiliar

Por otro lado, la instalación de aerotermia incluye una bomba de calor aerotérmica con un acumulador (12.500€), con un sistema de gestión de datos y una sonda de la temperatura exterior, así como la instalación fotovoltaica alternativa (5.000€) y el mismo sistema de distribución de suelo radiante.

El presupuesto definitivo es de 20.000€, que con el IVA del 21% nos sube hasta los 24.200€; y con el del 10%, 22.000€.

Comparación entre la instalación de aerotermia y geotermia

Comparando estos dos casos concretos, vemos que la geotermia resulta aproximadamente un 20% más cara que la aerotermia, y que la diferencia reside en la necesidad de excavar dos sondas para la captación de calor. Resulta difícil hacer la comparativa aerotermia-geotermia puesto que cada caso es una situación concreta y hay que valorarlo independientemente.

Simplemente podemos afirmar que a nivel de inversión económica, en localizaciones cerca de la costa con climas temperados, el clima ya es suficientemente constante para que la aerotermia gane la relación precio-eficiencia.

Ventajas de una casa con geotermia

A modo de conclusión, queremos destacar una serie de ventajas que nos ofrece la geotermia y que nunca está de más recordar. En primer lugar, siempre hace falta destacar su punto fuerte, la estabilidad: las 24h del día todos los días del año produce energía de forma regular sin que le afecte el clima, por lo que resulta muy indicada para climas continentales. Consecuencia de ello es su proliferación en Madrid, donde ya no se trata de un tema económico, sino de que en invierno funciona a diferencia de la aerotermia, que acaba dependiendo prácticamente de la fuente energética alternativa.

Otros beneficios son su posibilidad de instalación en viviendas ya construidas o centralizar con los vecinos, así como el hecho de que no afecte estéticamente a la vivienda porque se encuentra enterrada.

En nuestro despacho, Slow Home, trabajamos todos nuestros proyectos con energías renovables y limpias con el objetivo de reducir el consumo energético y minimizar el impacto ambiental, sin embargo, es preciso evaluar cada caso y cada necesidad para decidir utilizar una u otra energía o bien la combinación de varias.

Si estáis pensando en construir una casa y queréis que ésta sea eficiente, no dudéis en consultarnos para que evaluemos el global de costes y especialmente la viabilidad de distintos sistemas de eficiencia energética. También podéis contactar con nosotros si tenéis dudas sobre cómo construir una casa con geotermia y su rentabilidad.

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