La tecnología de climatización geotérmica de edificios se utiliza habitualmente desde hace años en Estados Unidos o en el Norte de Europa, y aunque en nuestro entorno no ha tenido apenas repercusión, actualmente está abriéndose camino como una alternativa viable dentro del abanico de las energías renovables. Y todo ello gracias a numerosas iniciativas investigadoras, entre ellas el Proyecto GeoCool, que están logrando la implantación real de esta tecnología renovable.
Ya en el año 2000, un grupo de investigadores del Instituto de Ingeniería Energética de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) se propuso introducir y adaptar las ideas relativas a la climatización geotérmica a nuestras particulares condiciones climáticas, especialmente influidas por la necesidad de refrigerar, nuestra tipología de edificios y las características específicas de nuestro mercado.
Esta iniciativa condujo a diversos proyectos pioneros, dentro del marco PROFIT y de los programas del Ministerio de Educación y Ciencia, entre los que cabe destacar el proyecto de investigación Geothermal Heat Pump for Cooling and Heating Along European Coastal Areas (GeoCool), desarrollado de febrero de 2003 a Febrero de 2006, y, en particular, el apoyo de la Unión Europea dentro del V Programa Marco de Investigación.
En el marco de este proyecto, el equipo investigador ha desarrollado una línea de trabajo que recoge desde el análisis teórico de estos sistemas hasta el desarrollo último de una instalación prototipo.
Así, uno de los principales logros obtenidos en esta investigación se plasma en la construcción en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UPV de un novedoso sistema experimental que permite el aprovechamiento de las características térmicas del suelo para la climatización de doce despachos y un aula del Departamento de Termodinámica Aplicada de la UPV.
Dicha planta piloto, que cuenta con seis perforaciones de 50 metros de profundidad, es una instalación singular y única en el mundo, no sólo por contar con un sofisticado sistema de monitorización que permite un exhaustivo conocimiento de todos los parámetros que definen el sistema, sino por su propio concepto: se trata de una instalación que incluye tanto el sistema tradicional de climatización como el novedoso sistema geotérmico.
Los sistemas habituales de climatización de edificios usan unidades de refrigeración/calefacción, o bombas de calor, situadas en techos o terrazas que funcionan mediante la cesión o extracción de calor del propio aire ambiente. En contraposición, en los sistemas geotérmicos, se extrae o cede calor al suelo que rodea el edificio mediante un circuito de agua enterrado.
La presencia de ambas opciones para climatizar el mismo espacio permite hacer una comparativa rigurosa de las prestaciones de ambas tecnologías. Tras 18 meses de funcionamiento alterno de ambos sistemas se ha concluido que la alternativa geotérmica conlleva ahorros del orden del 50%.
¿Cómo funciona una BCG?
Una bomba de calor geotérmica (BCG) es una bomba de calor que incorpora un intercambiador enterrado (ICE). El suelo, debido a su gran capacidad térmica, puede servir como fuente o sumidero de calor, ofreciendo a la bomba de calor condiciones de trabajo relativamente constantes. Debido a su propio aislamiento, la temperatura del terreno es más moderada a lo largo del año que la del aire exterior, por tanto, cuando el aire esté frío, la tierra estará más caliente y viceversa.
El principio de funcionamiento de las bombas de calor acopladas al terreno o geotérmicas es muy sencillo. Básicamente presentan el mismo mecanismo que una bomba de calor convencional (por ejemplo una bomba aire - agua) con la salvedad de que el intercambio de calor se realiza con el terreno.
Funcionando en modo refrigeración, el calor es transmitido desde el espacio refrigerado hasta el suelo, que se calienta. De un modo análogo, funcionando en modo calefacción la bomba extrae el calor del suelo, que es transmitido a las estancias calefactadas.
En invierno el intercambiador absorbe el calor del suelo proporcionando calefacción en el interior. En verano el intercambiador cede calor al suelo proporcionando refrigeración.
Ventajas de los sistemas de climatización geotérmica
A continuación planteamos algunas de las ventajas de los sistemas de climatización geotérmica frente a sistemas con tecnología convencional:
a) Ahorro Energético: El funcionamiento de una instalación de bomba de calor geotérmica se basa en el aprovechamiento del terreno como foco de intercambio térmico con una bomba de calor. En invierno, el terreno está más caliente que el aire por lo que se incrementa la eficiencia de la bomba de calor. En verano ocurre algo similar: se está cediendo calor al exterior y, como el terreno está más frío que el aire, éste admite mejor dicha cantidad de calor, por lo que se aumenta la eficiencia de la bomba. Puede afirmarse, en términos generales, que este sistema de climatización produce ahorros del orden de un 50% en la factura eléctrica.
b) Disminución de ruido: Con la alternativa geotérmica se eliminan fuentes de ruido como las asociadas a las unidades exteriores convencionales de climatización. De esta manera, la opción geotérmica reduce la contaminación acústica del medio.
c) Menor impacto estético: Se reduce el impacto visual asociado a las unidades de techo/fachada que aparecen en los sistemas convencionales, ya que la tubería está totalmente enterrada bajo la capa vegetal existente en la zona.
d) Bioseguridad: Este tipo de instalaciones no requiere torres de refrigeración para su funcionamiento. De esta manera se eliminan los problemas asociados a ellas, tales como el riesgo de legionela.
e) Durabilidad: La vida útil de este tipo de instalaciones oscila entre los 25 y los 50 años. Esta vida útil es mucho mayor que la de una instalación convencional de climatización con bomba de calor aire-agua, que tiene como vida media 15 años.
f) Reducción de emisiones de CO2: Como consecuencia del ahorro energético derivado de los menores consumos eléctricos, las emisiones de CO2 en estas instalaciones se reducen en más de un 50%.
g) Solución integral e integrable: Las instalaciones para el aprovechamiento de la energía geotérmica con bomba de calor sirven para producir refrigeración, calefacción y agua caliente sanitaria. Además, son perfectamente compatibles con instalaciones de otras energías renovables.
Ya en el año 2000, un grupo de investigadores del Instituto de Ingeniería Energética de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) se propuso introducir y adaptar las ideas relativas a la climatización geotérmica a nuestras particulares condiciones climáticas, especialmente influidas por la necesidad de refrigerar, nuestra tipología de edificios y las características específicas de nuestro mercado.
Esta iniciativa condujo a diversos proyectos pioneros, dentro del marco PROFIT y de los programas del Ministerio de Educación y Ciencia, entre los que cabe destacar el proyecto de investigación Geothermal Heat Pump for Cooling and Heating Along European Coastal Areas (GeoCool), desarrollado de febrero de 2003 a Febrero de 2006, y, en particular, el apoyo de la Unión Europea dentro del V Programa Marco de Investigación.
En el marco de este proyecto, el equipo investigador ha desarrollado una línea de trabajo que recoge desde el análisis teórico de estos sistemas hasta el desarrollo último de una instalación prototipo.
Así, uno de los principales logros obtenidos en esta investigación se plasma en la construcción en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la UPV de un novedoso sistema experimental que permite el aprovechamiento de las características térmicas del suelo para la climatización de doce despachos y un aula del Departamento de Termodinámica Aplicada de la UPV.
Dicha planta piloto, que cuenta con seis perforaciones de 50 metros de profundidad, es una instalación singular y única en el mundo, no sólo por contar con un sofisticado sistema de monitorización que permite un exhaustivo conocimiento de todos los parámetros que definen el sistema, sino por su propio concepto: se trata de una instalación que incluye tanto el sistema tradicional de climatización como el novedoso sistema geotérmico.
Los sistemas habituales de climatización de edificios usan unidades de refrigeración/calefacción, o bombas de calor, situadas en techos o terrazas que funcionan mediante la cesión o extracción de calor del propio aire ambiente. En contraposición, en los sistemas geotérmicos, se extrae o cede calor al suelo que rodea el edificio mediante un circuito de agua enterrado.
La presencia de ambas opciones para climatizar el mismo espacio permite hacer una comparativa rigurosa de las prestaciones de ambas tecnologías. Tras 18 meses de funcionamiento alterno de ambos sistemas se ha concluido que la alternativa geotérmica conlleva ahorros del orden del 50%.
¿Cómo funciona una BCG?
Una bomba de calor geotérmica (BCG) es una bomba de calor que incorpora un intercambiador enterrado (ICE). El suelo, debido a su gran capacidad térmica, puede servir como fuente o sumidero de calor, ofreciendo a la bomba de calor condiciones de trabajo relativamente constantes. Debido a su propio aislamiento, la temperatura del terreno es más moderada a lo largo del año que la del aire exterior, por tanto, cuando el aire esté frío, la tierra estará más caliente y viceversa.
El principio de funcionamiento de las bombas de calor acopladas al terreno o geotérmicas es muy sencillo. Básicamente presentan el mismo mecanismo que una bomba de calor convencional (por ejemplo una bomba aire - agua) con la salvedad de que el intercambio de calor se realiza con el terreno.
Funcionando en modo refrigeración, el calor es transmitido desde el espacio refrigerado hasta el suelo, que se calienta. De un modo análogo, funcionando en modo calefacción la bomba extrae el calor del suelo, que es transmitido a las estancias calefactadas.
En invierno el intercambiador absorbe el calor del suelo proporcionando calefacción en el interior. En verano el intercambiador cede calor al suelo proporcionando refrigeración.
Ventajas de los sistemas de climatización geotérmica
A continuación planteamos algunas de las ventajas de los sistemas de climatización geotérmica frente a sistemas con tecnología convencional:
a) Ahorro Energético: El funcionamiento de una instalación de bomba de calor geotérmica se basa en el aprovechamiento del terreno como foco de intercambio térmico con una bomba de calor. En invierno, el terreno está más caliente que el aire por lo que se incrementa la eficiencia de la bomba de calor. En verano ocurre algo similar: se está cediendo calor al exterior y, como el terreno está más frío que el aire, éste admite mejor dicha cantidad de calor, por lo que se aumenta la eficiencia de la bomba. Puede afirmarse, en términos generales, que este sistema de climatización produce ahorros del orden de un 50% en la factura eléctrica.
b) Disminución de ruido: Con la alternativa geotérmica se eliminan fuentes de ruido como las asociadas a las unidades exteriores convencionales de climatización. De esta manera, la opción geotérmica reduce la contaminación acústica del medio.
c) Menor impacto estético: Se reduce el impacto visual asociado a las unidades de techo/fachada que aparecen en los sistemas convencionales, ya que la tubería está totalmente enterrada bajo la capa vegetal existente en la zona.
d) Bioseguridad: Este tipo de instalaciones no requiere torres de refrigeración para su funcionamiento. De esta manera se eliminan los problemas asociados a ellas, tales como el riesgo de legionela.
e) Durabilidad: La vida útil de este tipo de instalaciones oscila entre los 25 y los 50 años. Esta vida útil es mucho mayor que la de una instalación convencional de climatización con bomba de calor aire-agua, que tiene como vida media 15 años.
f) Reducción de emisiones de CO2: Como consecuencia del ahorro energético derivado de los menores consumos eléctricos, las emisiones de CO2 en estas instalaciones se reducen en más de un 50%.
g) Solución integral e integrable: Las instalaciones para el aprovechamiento de la energía geotérmica con bomba de calor sirven para producir refrigeración, calefacción y agua caliente sanitaria. Además, son perfectamente compatibles con instalaciones de otras energías renovables.
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