Energia
Diferències entre geotèrmia i aerotèrmia
*Actualització: Si us plau, contacteu amb el nostre equip per a la revisió de preus a data actual
Com ja és sabut, a l’Slow Studio estem especialitzats en edificis de consum nul, que són aquells que redueixen la demanda d’energia mitjançant sistemes passius i suplen la resta mitjançant energies renovables.
Per això, resulta clau analitzar quin sistema energètic resultarà més eficient en funció del clima en què ens trobem, el pressupost del qual disposem i el tipus d’estil de vida que portem.
De vegades es ven un o altre sistema d’energia com la solució a tots els problemes, que si l’aerotèrmia és el futur, que si la geotèrmia és molt rendible, la biomassa és molt ecològica… Per al consumidor final ja és prou difícil entendre en què consisteix cada sistema com perquè a més hagi de valorar els avantatges i inconvenients de cadascun en funció de la seva ubicació climàtica, tipus d’habitatge i ús del mateix.
Així, en l’article d’avui volem entrar a desgranar dos dels sistemes més actuals pel que fa a energia, entenent el seu funcionament i els avantatges i inconvenients d’instal·lar un o altre.
Què és l’energia geotèrmica?
Anem per parts, comencem per l’energia geotèrmica, l’origen etimològic de la qual ja ens indica que es basa en l’aprofitament de la temperatura de la ‘geo’, és a dir de la terra. Consisteix en una pràctica l’origen de la qual es remunta a les regions volcàniques, que són punts d’intercanvi energètic interior-exterior de la terra.
Fa més de 10.000 anys els nostres ancestres ja utilitzaven aigües termals de manera directa per cuinar, però avui dia el sistema funciona de manera diferent. Bàsicament existeixen diferents nivells d’entalpies, i a Espanya gaudim de nivells baixos, situats en la franja classificada com a ‘baixa entalpia’.
Per això, no extraiem la temperatura de forma directa de la terra, sinó que ens basem en el principi que la temperatura interior de la terra és constant al llarg de l’any a partir d’uns 20 m de profunditat. Com detallarem més endavant, el que s’aprofita és la diferència de temperatura entre l’interior de l’habitatge i l’interior de la terra.
Què és l’energia aerotèrmica?
Per la seva banda, l’energia aerotèrmica es dedica a extreure l’energia continguda en l’aire, que en veritat suposa un procés molt semblant a l’energia fotovoltaica, ja que aquest aire no deixa d’estar calent gràcies a la radiació solar. En aquest cas, serà a través del seu refredament que captarem la calor que alberga i aconseguirem convertir-la en energia calorífica per a calefacció i ACS.
Per tal de captar aquest aire del carrer, font gratuïta i renovable, haurem de situar una unitat a l’exterior de l’habitatge amb la maquinària necessària que detallarem més endavant.
És important aquí fer una pausa i entendre que, d’una banda tenim la font d’intercanvi de temperatura i d’altra banda una bomba de calor que ens generarà aigua calenta o freda. Tant l’aerotèrmia com la geotèrmia funcionen connectades a una bomba de calor que ha de ser connectada a energia elèctrica.
En el cas de l’aerotèrmia, tots els proveïdors afirmen que produeix uns percentatges d’energia del 70% respecte al 30% d’aportació elèctrica que necessita, mentre que en el cas de la geotèrmia es tractaria d’un 85% vs 15%.
Elements d’una instal·lació
Per poder analitzar correctament les diferències entre geotèrmia i aerotèrmia, primer hem d’entendre el funcionament teòric de la instal·lació i els seus diferents elements al llarg del circuit.
Per a qualsevol instal·lació energètica, ja sigui geotèrmia o aerotèrmia, existeixen tres estadis en l’esquema de funcionament: (1) sistema de captació, (2) sistema de generació d’energia i (3) sistema de distribució.
(1) El sistema de captació consisteix en el mecanisme d’extracció de l’energia del terreny o l’aire, ja sigui mitjançant una unitat a l’exterior de l’habitatge, pous verticals o horitzontals, o directament captacions freàtiques d’aigües subterrànies.
(2) En segon lloc, el sistema de generació d’energia transforma la diferència de temperatures interior del subsòl/aire-interior del nostre habitatge en energia útil que utilitzem per calefactar, climatitzar i ACS.
(3) Finalment, el sistema de distribució és el mitjà que emprem per distribuir aquesta energia per tota la casa, ja sigui un dispositiu o un parament de l’edifici. Pot tractar-se de distribució per aire, terres o parets radiants o radiadors de baixa emissivitat.
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’ells. Generalment les instal·lacions en habitatge suposen sistemes tancats, llevat que puguem usar directament un recurs obtingut, com seria el cas de captació d’aigua de pluja en un dipòsit, la qual cosa suposaria un sistema obert.
Diferències entre geotèrmia i aerotèrmia: sistemes de captació
En el cas de l’aerotèrmia, resulta més difícil distingir entre el sistema de captació i de generació d’energia, ja que es troben més estretament relacionats, a més d’ubicar-se en el mateix espai. La captació es realitza a través d’una unitat a l’exterior de l’habitatge que alberga una bomba de calor i un dipòsit d’inèrcia. No obstant això, el sistema de captació com a tal sol trobar-se en la mateixa bomba de calor, que recull l’aire de l’ambient per aprofitar la seva temperatura i transformar-lo en energia calorífica.
Es tracta d’un exemple semblant al de la placa solar que capta la radiació del sol i allibera energia calorífica, ja que la mateixa placa fa de sistema de captació i de generació alhora. De fet, el mecanisme resulta encara més semblant si pensem que la calor que aprofitem d’aquest aire que estem captant s’ha escalfat directament per la radiació solar.
En parlar de geotèrmia la cosa es posa més interessant, ja que existeixen fins a tres mètodes de captació diferents: els pous verticals, els pous horitzontals i les captacions freàtiques. Els primers dos sistemes es consideren tancats, mentre que les captacions freàtiques suposen un sistema obert com veurem exemplificat a continuació.
El sistema més estès per ser el més eficient són els pous verticals, un circuit compost per canonades d’uns 10 cm de diàmetre que busquen profunditats de més de 20 m, concretament de 25 a 150 m, partint del coneixement que a partir d’aquesta distància en el clima espanyol obtenim una temperatura constant al llarg de l’any, i que a partir d’aquí per cada 100 m que baixem aquesta augmentarà 3 ºC.
Aquest sistema, a més, té l’avantatge de poder aprofitar la fonamentació de l’habitatge en cas de construcció d’obra nova. Fins i tot s’han inventat recentment uns ‘pilons energètics’, que engloben els pilons usats en construcció juntament amb les canalitzacions per transportar el fluid.
Els pous horitzontals resulten menys eficients en no assolir la profunditat de 20 m, van dels 0,6 a 1,5 m, per la qual cosa es tracta de la capa superficial del terreny que s’ha vist escalfada per la radiació solar. Per això, el clima té una major influència, de manera similar al sistema aerotèrmic. Igual que el sistema de pous verticals, es tracta d’un circuit de canonades de polietilè que transporten aigua amb anticongelant. No obstant això, un altre desavantatge en aquest cas serà la necessitat d’una gran extensió de terreny en la qual no es podran plantar arbres ni urbanitzar, per la qual cosa adquireix més sentit centralitzar-lo per a diverses cases.
Finalment, les captacions freàtiques són l’únic sistema obert, ja que es tracta d’aprofitar directament aqüífers subterranis en constant renovació: extraient directament l’aigua i fent-la circular en benefici nostre. 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 i ho fa més ineficient.
Diferències entre geotèrmia i aerotèrmia: sistemes de generació
Bomba de calor
Arribats a aquest apartat ens adonem que els processos energètics no són tan diferents malgrat provenir de fonts diferenciades, ja que tots es basen en els principis bàsics de la termodinàmica. En ambdós casos, geotèrmia i aerotèrmia, ens és necessària una bomba de calor per transformar la calor en energia, com bé indica el seu nom. Seria possible en algun cas de la geotèrmia un ús directe en cas que el terreny es trobés per sobre dels 100 ºC, però no és el cas a Espanya ja que aquesta temperatura no entra dins dels baròmetres de baixa entalpia.
El procés de transformació que realitza la bomba de calor consisteix a refredar l’aire o líquid ‘calent’ obtingut mitjançant un gas refrigerant, i el salt d’entalpia que es produeix aconsegueix convertir-lo en energia calorífica.
No obstant això, el hàndicap que comentàvem de l’aerotèrmia en aquest sentit és la seva poca eficiència a l’hivern, en la qual volem extreure calor de l’aire i realment n’hi ha molt poc a extreure, per la qual cosa es genera molt poca energia.
En canvi, la geotèrmia juga amb la calor constant de la terra i la diferència de temperatura interior habitatge-interior terra. Per això, a l’estiu el funcionament de la bomba de calor s’inverteix, transmet l’excés de calor de l’habitatge al terreny. El procés consisteix exactament en el mateix que acabem de detallar, simplement que el líquid s’escalfa a l’interior de l’habitatge aprofitant els seus sistemes de distribució.
Dipòsit d’inèrcia
El dipòsit d’inèrcia consisteix bàsicament en un recipient on s’acumula aigua calenta sanitària (ACS), per gaudir d’una immediatesa d’aquest servei en el moment en què ens fa falta. Sistemes com el gas, que treballen a temperatures molt superiors, poden escalfar l’aigua de manera més ràpida i potser ometre aquest dispositiu. No és el cas de la geotèrmia o l’aerotèrmia, sistemes en què el dipòsit resulta indispensable. A més, aquest sol disposar d’un vas d’expansió que li permet regular l’increment de volum de l’aigua freda.
Diferències entre geotèrmia i aerotèrmia: sistemes de distribució
Tant l’aerotèrmia com la geotèrmia permeten les mateixes possibilitats d’instal·lació de sistemes de distribució, que suposen pràcticament tots els tipus que trobem al mercat. Per això, es tracta de dos sistemes altament versàtils, un valor cada vegada més preuat en la societat moderna.
Sistemes de calefacció/refrigeració per aigua
En primer lloc, parlarem del terra o paret radiant, que permet tant calefactar com refrigerar l’estança emprant l’aigua. La veritat és que la refrigeració és poc comuna ja que té el perill de condensar, per la qual cosa pot arribar a ser més problemàtica que útil.
Bàsicament el sistema consisteix a generar un sistema de canalitzacions d’aigua que s’estenguin en superfície, per la qual cosa l’emissió de calor es fa molt més extensiva i no suposa la puntualitat a la qual estem acostumats amb els radiadors convencionals.
Un desavantatge d’aquest sistema és la pèrdua d’inèrcia en foradar tot un parament amb la instal·lació, per la qual cosa a nivell climàtic pot arribar a ser ineficient en oblidar aquesta estratègia passiva indispensable en el nostre disseny d’habitatge passiu. Una estratègia seria la d’alternar paraments acumuladors d’alta inèrcia amb paraments d’instal·lacions per garantir ambdós requisits.
L’altra opció són els radiadors de baixa emissivitat, un sistema que, com el terra radiant, treballa a temperatures màximes de 50 ºC, per la qual cosa no funciona de la mateixa forma que els radiadors convencionals de gas. Es tracta d’un sistema de calefacció que resulta molt més car, però al seu torn molt més eficient, ja que elimina per complet les zones fredes en funcionar per convecció. De manera similar als paraments radiants, triga més a escalfar una estança, però la calor es troba millor repartida.
Sistemes de calefacció/refrigeració per aire
La calefacció per aire es realitza de forma idèntica als aires condicionats que tots podem conèixer, mitjançant un dispositiu que proporciona aire calent o fred en funció de la temperatura que vulguem aconseguir. El fet que tant l’aerotèrmia com la geotèrmia permetin la instal·lació d’aquest sistema suposa una gran versatilitat, ja que altres sistemes de generació d’energia no permeten la seva instal·lació.
No obstant això, al despatx analitzem àmpliament les implicacions en la salut dels usuaris que viuran en aquest ambient, i en aquest sentit la difusió de calefacció per aire no resulta gaire recomanable.
La problemàtica de salut parteix de la base que l’aire que expulsem a l’ambient té una humitat relativa molt baixa i redueix la humitat de l’ambient, per la qual cosa acaba assecant les mucoses dels usuaris i això suposa una baixada de defenses que acaba implicant una major predisposició a emmalaltir.
Diferències entre geotèrmia i aerotèrmia: Rendibilitat
A l’hora de triar un sistema o altre per a la construcció del nostre futur habitatge, l’economia adquireix un paper molt important. Recordem que tota casa passiva de per si implicarà un pressupost extra en les diferents estratègies bioclimàtiques, és a dir una inversió inicial superior que més endavant ens estalviarem pagar en forma de despesa energètica.
El mateix passa amb els sistemes actius com la geotèrmia i l’aerotèrmia, hem de valorar quant costa cadascun i quin rendiment ens ofereix, per poder calcular quants anys trigarem a amortitzar la inversió i quin decidim prioritzar.
Dins d’aquests sistemes, el més barat seria distribuir l’energia calorífica mitjançant splits, és a dir tot per aire, però com hem comentat abans no resulta l’òptim per a la salut. L’opció més cara seria la de radiadors de baixa emissivitat o terra radiant, aquesta última tampoc òptima ja que la instal·lació de terra radiant, en estar aïllada, resta inèrcia al forjat que és la capacitat del mateix d’acumular calor de forma natural.
Al despatx, vam demanar per al mateix projecte pressupostos per a geotèrmia i aerotèrmia per fer la comparativa, com desenvolupem en l’article una casa amb energia geotèrmica. El resultat va ser un pressupost de 24.000€ per a aerotèrmia respecte als 30.000€ que demanaven per a la instal·lació geotèrmica per al projecte de 220 m2.
Aquesta diferència de 6.000€ més per a la geotèrmia, un 20% aproximadament, bàsicament correspon a la instal·lació de les sondes. Es calcula doncs una amortització de la instal·lació als 7 anys amb una despesa en manteniment gairebé nul·la de les sondes.
Quan instal·lar geotèrmia o aerotèrmia?
Una vegada recollida i analitzada tota aquesta informació, desenvoluparem les conclusions obtingudes al despatx. Partim de la constància que cada ubicació, família i disseny és un món i resulta difícil fer afirmacions rotundes. No obstant això, existeixen diverses tendències que els mateixos proveïdors ens comenten.
Una d’elles és que l’aerotèrmia resulta més barata, però més ineficient, mentre que la geotèrmia suposa una major inversió que rendibilitzarem més a llarg termini. Salvant les distàncies, ja que en tot cas dependrà del clima de cada zona i el seu nivell de continentalitat.
Així doncs, un clima més continental, és a dir amb major diferència de temperatura estiu-hivern, posarà en valor la geotèrmia i la seva constància al llarg de l’any. No obstant això, ubicacions més properes a la costa i per tant amb hiverns més temperats, permetran que la menor inversió en aerotèrmia pugui rendibilitzar-se malgrat el seu comú error a l’hivern.
I és que l’aerotèrmia el que millor fa és refrigerar a l’estiu, quan pot captar major energia calorífica de l’aire i transformar-la en aire o aigua freda – justament la instal·lació que més fàcilment podem substituir per estratègies passives. El seu mal funcionament en la gràfica de demanda ens el trobem a l’hivern, que és quan ens fa falta més energia i estem captant menys.
En tot cas, la nostra recomanació és la d’assegurar-nos que podrem treure profit del sistema que instal·lem en el nostre futur habitatge. Qualsevol inversió, per molt baixa que sigui, si no se li treu profit es torna més cara del que creiem, tant per a nosaltres com per al planeta.
El nostre consell és que, després d’entendre les diferències entre geotèrmia i aerotèrmia, valorem des del coneixement, sempre amb ajuda de càlculs de demanda energètica i amb l’objectiu de l’eficiència però també de la salut.