Casa amb geotèrmia

*Actualització: Si us plau, contacteu amb el nostre equip per a la revisió de preus a data actual

Com sabeu, al nostre estudi som grans defensors de la construcció de consum nul amb baix impacte ecològic i una de les qüestions clau que es plantegen en cada projecte és quin sistema d’energia utilitzar. Tot i que les nostres cases siguin molt eficients, sempre necessitarem escalfar aigua i produir energia elèctrica i en alguns casos, utilitzar calefacció si el clima o el disseny no permeten aconseguir temperatura de confort mitjançant sistemes passius.

Per això, en cada projecte es planteja una estratègia diferent. En els últims mesos hem valorat diverses cases amb geotèrmia i per això hem decidit compartir amb vosaltres el que hem anat esbrinar, la seva viabilitat econòmica, la seva eficiència i la comparació amb altres sistemes.

Què és l’energia geotèrmica

Com bé explica la pròpia morfologia de la paraula geotèrmia, geo significa terra i tèrmia fa referència a la temperatura. Així doncs, a grans trets, podem entendre que la geotèrmia consisteix a aprofitar la calor emmagatzemada per sota de la superfície sòlida de la terra: ja siguin roques, sòls o aigües subterrànies.

Les regions volcàniques són punts d’intercanvi interior-exterior de l’escorça terrestre, per la qual cosa poden aparèixer de manera natural fumaroles i fonts termals. Se sap que fa més de 10.000 anys, a mans dels Paleo-Indis d’Amèrica del Nord, ja s’aprofitava l’energia geotèrmica per a aplicacions com cuinar aliments o fins medicinals.

Existeixen diferents temperatures en funció de la localització en què ens trobem. Normalment, les zones d’origen volcànic solen tenir una major entalpia en tenir més probabilitats d’interconnexió interior-exterior com esmentàvem. Es classifiquen en funció de la temperatura: molt baixa entalpia (5º-25º), baixa entalpia (25º-100º), mitjana entalpia (100º-150º) i alta entalpia (>150º). En matèria d’habitatge, treballem amb molt baixa entalpia per generar calefacció, climatització i aigua calenta sanitària (ACS) per a edificis aïllats o un grup reduït d’aquests. La baixa entalpia s’aplica en balnearis o calefacció de districtes sencers, mentre que amb mitjana i alta entalpia ja parlem de generar electricitat.

En els últims anys s’està explotant aquest recurs net en les seves baixes temperatures per fer funcionar una casa amb geotèrmia, basant-se en el principi que la temperatura de l’interior de la terra és constant al llarg de l’any, aproximadament d’uns 18 graus a 20 metres de profunditat – temperatura que depèn del percentatge de granit en la composició del terreny.

Aquesta temperatura és massa difusa per ser extreta de manera directa com en el cas de les fonts termals, per la qual cosa el seu aprofitament es basa en el salt de temperatura d’aquesta mitjana respecte a l’exterior, variable en funció de l’estació de l’any en què ens trobem segons si el clima és més o menys continental.

Per tot això, podem afirmar que l’energia geotèrmica és una energia renovable que es troba allà on anem sempre sota els nostres peus, la qual cosa la converteix també en una energia local i, el més important, constant.

Elements d’una instal·lació geotèrmica

Per a qualsevol instal·lació energètica, en aquest cas la de la nostra futura casa amb geotèrmia, existeixen tres estadis de l’esquema de funcionament: sistema de captació, sistema de generació d’energia i sistema de distribució.

Aquesta instal·lació al seu torn pot classificar-se en dos tipus de sistema: sistema tancat o sistema obert. Un sistema tancat és aquell en què no es produeix un intercanvi directe de fluids, sinó que consisteix en un fluid refrigerant que viatja per uns tubs i aconsegueix traslladar l’energia calorífica a través d’aquests. Els sistemes tancats són més eficients en aquest aspecte, ja que no necessiten d’un bombeig per impulsar la pujada del líquid com és el cas de les captacions freàtiques, exemple de sistema obert.

Sistemes de captació

Pous verticals

El sistema més estès i eficient per a una casa amb geotèrmia són els pous verticals, anomenat sistema de captació geotèrmica vertical. Es tracta d’un circuit tancat compost per canonades d’uns 10 a 15 cm de diàmetre que arriben a profunditats que van dels 25 fins als 150 m – sabent que a partir dels 20 m de profunditat ja obtenim una temperatura constant, i que a partir d’aquí per cada 100 m que baixem aquesta augmentarà 3º.

Estem parlant del sistema de captació més eficient energèticament – per cada 1 kW d’energia que captem generem 5 kW tèrmics – té l’avantatge de poder aprofitar la fonamentació de l’habitatge en cas de nova construcció. De fet, existeixen els anomenats ‘pilons energètics’, que engloben els pilons usats en construcció juntament amb les canalitzacions per transportar el fluid. Simplement caldrà realitzar un estudi previ en excavar les perforacions i comprovar que el subsòl no està ocupat.

Pous horitzontals

La captació geotèrmica horitzontal enterrada constitueix al seu torn un circuit tancat, però aquesta vegada s’estén de forma horitzontal pel terreny a una profunditat que va de 0,6 a 1,5 metres. En aquest cas, les directrius són altres, ja que el clima té molta influència en aquesta capa superficial de terreny. De fet, el terreny està funcionant com un acumulador de l’energia del sol, perdent la seva beneficiosa temperatura constant.

És per això que a nivell d’eficiència aquest sistema s’acosta més a l’aerotèrmia i pot fallar molt a l’hivern en climes continentals, arribant a dependre d’una font d’energia alternativa per a ACS. Novament, es tracta d’un circuit de canonades de polietilè que transporten aigua amb anticongelant, el desavantatge del qual és també la necessitat d’una gran extensió de terreny en la qual no es podrà plantar arbres ni urbanitzar.

Captacions freàtiques

Les captacions freàtiques són l’única opció de sistema obert, si bé això no suposa cap avantatge a nivell d’eficiència, més aviat al contrari. Es tracta d’aprofitar directament aqüífers subterranis que tinguin constant renovació, extraient directament aquesta aigua, fent-la circular al nostre benefici, per després retornar-la en un altre punt. El major inconvenient, a part del fet que es tracta de localitzacions molt puntuals, és que necessitarem l’ajuda d’una bomba hidràulica per a la seva impulsió, que al seu torn consumeix energia elèctrica.

A més, en alguns casos, aquest sistema pot necessitar un permís especial de l’autoritat de recursos hídrics de la nostra comunitat.

Sistemes de generació d’energia

Bombes de calor

La bomba de calor resulta un punt clau i indispensable de qualsevol casa amb geotèrmia, és l’encarregada d’agafar la calor que hem aconseguit mitjançant els pous i traslladar-la al sistema de climatització. Com hem indicat abans, només poden existir usos directes si el terreny està per sobre dels 100º, situació que no desenvoluparem en aquest article.

A grans trets, es tracta d’un equip tèrmic que utilitza el cicle frigorífic d’un refrigerant per, mitjançant un circuit tancat, absorbir la calor d’un focus calent i cedir-la a un focus fred. Així doncs, no és que fem servir la mateixa calor de la terra per aprofitar-la directament en la generació d’energia tèrmica per al nostre habitatge – tampoc faríem res amb 18º -, sinó que ens basem en un canvi d’entalpia, en la diferència de temperatura entre l’interior del nostre habitatge i la profunditat del subsòl a la qual hàgim arribat.

Per això, el funcionament s’inverteix d’estiu a hivern: a l’hivern la bomba de calor transmet calor a l’habitatge, mentre que a l’estiu refrigerem l’habitatge cedint calor al terreny. En aquest sentit, a l’estiu funciona de forma semblant a una nevera. La nevera no genera fred en si, sinó que agafa la calor que hi ha dins i l’expulsa perquè els aliments es conservin en un ambient fred, és a dir, en absència de calor.

La bomba de calor sol anar seguida d’un dipòsit d’inèrcia, per acumular ACS que puguem aprofitar directament o en els diferents sistemes de distribució, a més d’un vas d’expansió que serveix per regular l’increment del volum de l’aigua freda en el cas del circuit de refrigeració.

Avui dia, les bombes de calor responen a un gran ventall de demandes energètiques, des dels 2-4 kW que pugui requerir una casa amb geotèrmia mínima unifamiliar passiva, fins a bombes de 1400 kW emprades per a edificis d’habitatges sencers, amb dipòsits d’inèrcia integrats. Una altra invenció recent són les bombes de calor que eviten la necessitat d’un dipòsit d’inèrcia, ja sigui integrat o no, ja que aconsegueixen modular la seva capacitat i anticipar-se a la demanda, evitant així l’encesa i apagada constant de les bombes de calor convencionals.

Amb tot, estem parlant d’una maquinària que en el cas d’habitatge unifamiliar no requereix unes dimensions superiors a 1,5 m x 1,5 metres, a més de l’avantatge que la resta de la instal·lació de captació queda enterrada i per això resulta imperceptible. El que sí resulta recomanable és una certa ventilació de la maquinària, malgrat que no generi ni olors ni gasos.

Sistemes de distribució

Radiadors de baixa emissivitat

De cara als sistemes de distribució hem de tenir en compte que treballem amb temperatures màximes al voltant dels 55º, és a dir que difereixen molt dels pics de temperatura que aconseguim amb el gas, sistema al qual estem acostumats. Per això, els radiadors convencionals no funcionen i haurem de substituir-los per radiadors de baixa emissivitat.

Es tracta d’un aparell molt més car que un radiador convencional, però que treballa de forma molt eficient amb aigua a baixa temperatura. El resultat és que distribueix la calor a l’habitatge d’una manera molt més homogènia, eliminant les zones fredes.

Calefacció per sòl radiant o paret radiant

A grans trets, es tracta d’un sistema de calefacció, que també permet refrigeració que empra un dels paraments d’un espai com a emissor/captador de calor; ja sigui sòl, parets o sostre, sent el sòl el més comú.

Hem de tenir en compte que els principis bioclimàtics es basen en usar la inèrcia de sòls o murs densos amb l’objectiu d’acumular calor, per la qual cosa la instal·lació de sòl o paret radiant implica una pèrdua de densitat que anul·la aquesta opció. Això es pot solucionar mitjançant l’alternança de paraments acumuladors i paraments d’instal·lacions.

Distribució per aire

La geotèrmia, de la mateixa manera que l’aerotèrmia, permet sistemes de distribució tant per aigua com per aire. Tant els radiadors com paraments radiants que hem descrit funcionen amb aigua a temperatura màxima de 55º. La distribució per aire consisteix en un aparell anomenat Split, que consta d’un aire condicionat amb una bomba de calor.

L’únic inconvenient és en termes de salut, ja que asseca l’ambient reduint en excés la humitat relativa. Aquesta, per sota del 30% resulta poc saludable per a l’usuari, arribant a assecar les mucoses amb la conseqüent reducció de les defenses. Aquesta mateixa sensació que podem tenir amb l’aire condicionat exagerat en llocs públics a l’estiu, s’estén a la calefacció.

Sistema addicional d’energia

Una casa amb geotèrmia cobreix totes les necessitats a nivell climàtic i d’ACS de manera constant, ja que la climatologia no influirà en la nostra font d’energia segons l’època de l’any en què ens trobem com en el cas de l’aerotèrmia.

No obstant això, la geotèrmia només és capaç de generar energia tèrmica, per la qual cosa necessitem assegurar un sistema addicional d’energia per resoldre la demanda d’electricitat del nostre habitatge. Seguint amb la lògica de les energies renovables, el més habitual és instal·lar panells solars per a aquest propòsit, als quals connectarem la bomba de calor geotèrmica. Una altra opció és connectar-nos directament a la xarxa elèctrica.

Funcionament d’una casa amb geotèrmia

Com hem anat desenvolupant fins al moment, la instal·lació geotèrmica té un funcionament invers a l’estiu o hivern el procés del qual detallarem a continuació en el cas de la captació vertical, la més eficient i estesa.

Calefacció a l’hivern

A grans trets, a l’hivern captem la calor que aconseguim del subsòl, que passa a una bomba de calor on s’augmenta la seva pressió i la seva temperatura per després destinar-la a l’ús de l’habitatge en forma de calefacció i ACS.

Tot comença amb el líquid portador de calor, aigua amb anticongelant, que recorre les sondes de la instal·lació partint d’una temperatura baixa d’uns 5ºC aproximadament. Després de circular pels pous retorna a la bomba de calor, concretament a l’evaporador, amb una temperatura una mica superior, entre 12 i 16ºC. Com el seu nom indica, el que fa l’evaporador és convertir aquest líquid en un gas, que encara està fred. Aquest és aspirat pel compressor i comprimit per augmentar la seva pressió i la seva temperatura – es converteix en un gas a una temperatura aproximada de 75ºC.

Aquest gas calent arriba al condensador, que és l’element que s’encarrega de transferir la calor produïda a través de la bomba de calor al sistema de calefacció o al de generació d’aigua calenta, aconseguint treballar amb aigua a temperatures màximes de 55º. Com que gran part de la calor es transfereix per ser usada a l’habitatge, el gas es torna a temperar i es fa passar per una vàlvula d’expansió que disminueix la seva pressió i temperatura i el deixa preparat per tornar a començar el cicle.

Climatització a l’estiu

A l’estiu el sistema absorbeix la calor de l’interior de la casa amb geotèrmia i la transmet a la bomba de calor, que la cedeix al terreny i per això pot climatitzar les estances interiors – per exemple a través d’un sòl refrescant.

En el cas d’un sòl refrescant/radiant el líquid portador de calor recorre la instal·lació de l’estança que pot arribar fàcilment a una temperatura de 30º. De forma similar a l’anterior, aquest líquid s’escalfa i arriba a la bomba de calor amb el seu funcionament invertit respecte al mode calefacció. El procés és el mateix – evaporador, descompressor, condensador – però la diferència està en què el condensador cedeix la calor al terreny en comptes de l’habitatge.

En algunes bombes aquesta inversió de funcionament es realitza només en la part hidràulica, mantenint el funcionament de la bomba en mode calefacció i simplement derivant el fluid calent procedent de la bomba de calor al terreny i el fluid fred a l’habitatge.

A la península, la temperatura del terreny normalment està situada entre 16 i 22 ºC, per la qual cosa en molts casos un intercanvi directe amb el terreny, sense la participació de la bomba de calor, és suficient per climatitzar un habitatge. Aquest funcionament és conegut com a Refrigeració Passiva o Free-Cooling. L’eficiència en aquests casos és molt elevada, ja que la despesa energètica es redueix al funcionament de les bombes de circulació del sistema de captació al sistema de distribució.

Rendibilitat d’una casa amb geotèrmia

D’entre totes les energies renovables, la instal·lació d’energia geotèrmica és la que requereix una major inversió inicial, i per això és molt important avaluar la rendibilitat a mitjà i llarg termini i veure si en el nostre cas es va a amortitzar. Per això, resulta òptima en casos en què la demanda energètica és molt elevada com cases de grans dimensions o en el cas de necessitar climatitzar una piscina, així com hotels o reformes de masies.

Avui dia construir una casa amb energia geotèrmica requereix una inversió mitjana d’entre 20.000 i 30.000 euros en funció de la demanda energètica de l’habitatge i de les característiques del terreny en el qual se situï. Això fa que la instal·lació d’aquest sistema es calculi amb un temps d’amortització d’uns 7 anys. El seu major avantatge és que es tracta de la instal·lació més duradora entre tots els sistemes renovables, fins a 50 anys amb costos de manteniment mínims, ja que no cal tocar canonades.

Un altre desavantatge econòmic seria que l’energia no es pot transportar, per tant tampoc vendre. No obstant això, existeixen alternatives com posar-se d’acord amb els veïns per plantejar una geotèrmia centralitzada, o opcions de subvencions a nivell autonòmic. Cal tenir en compte que la geotèrmia és l’opció renovable menys estesa malgrat que en el plànol de Potencial Geotèrmic d’Espanya, generat per l’Agència Internacional d’Energia Renovable, descobrim potencial de molt baixa entalpia, és a dir per a ús domèstic, a Madrid, País Basc, Navarra, Andalusia i Catalunya.

Avantatges d’una casa amb geotèrmia

A tall de conclusió, volem destacar una sèrie d’avantatges que ens ofereix la geotèrmia i que mai està de més recordar. En primer lloc, sempre cal destacar el seu punt fort, l’estabilitat: les 24h del dia tots els dies de l’any produeix energia de forma regular sense que li afecti el clima, per la qual cosa resulta molt indicada per a climes continentals.

Conseqüència d’això és la seva proliferació a Madrid, on ja no es tracta d’un tema econòmic, sinó que a l’hivern funciona a diferència de l’aerotèrmia, que acaba depenent pràcticament de la font energètica alternativa.

Altres beneficis són la seva possibilitat d’instal·lació en habitatges ja construïts o centralitzar amb els veïns, així com el fet que no afecti estèticament l’habitatge perquè es troba enterrada.