Energía
Diferencias entre geotermia y aerotermia
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Como ya es sabido, en el Slow Studio estamos especializados en edificios de consumo nulo, que son aquellos que reducen la demanda de energía mediante sistemas pasivos y suplen el resto mediante energías renovables.
Por ello, resulta clave analizar qué sistema energético resultará más eficiente en función del clima en que nos encontremos, el presupuesto del que dispongamos y el tipo de estilo de vida que llevemos.
A veces se vende uno u otro sistema de energía como la solución a todos los problemas, que si la aerotermia es el futuro, que si la geotermia es muy rentable, la biomasa es muy ecológica… Para el consumidor final ya es suficientemente difícil entender en qué consiste cada sistema como para encima tener que valorar las ventajas e inconvenientes de cada uno en función de su ubicación climática, tipo de vivienda y uso de la misma.
Así, en el artículo de hoy queremos entrar a desgranar dos de los sistemas más actuales en lo que se refiere a energía, entendiendo su funcionamiento y las ventajas e inconvenientes de instalar uno u otro.
¿Qué es la energía geotérmica?
Vayamos por partes, empecemos por la energía geotérmica, cuyo origen etimológico ya nos indica que se basa en el aprovechamiento de la temperatura de la ‘geo’, es decir de la tierra. Consiste en una práctica cuyo origen se remonta a las regiones volcánicas, que son puntos de intercambio energético interior-exterior de la tierra.
Hace más de 10.000 años nuestros ancestros ya utilizaban aguas termales de manera directa para cocinar, pero a día de hoy el sistema funciona de manera distinta. Básicamente existen diferentes niveles de entalpías, y en España gozamos de niveles bajos, situados en la franja clasificada como ‘baja entalpía’.
Por ello, no extraemos la temperatura de forma directa de la tierra, sino que nos basamos en el principio de que la temperatura interior de la tierra es constante a lo largo del año a partir de unos 20 m de profundidad. Como detallaremos más adelante, lo que se aprovecha es la diferencia de temperatura entre el interior de la vivienda y el interior de la tierra.
¿Qué es la energía aerotérmica?
Por su parte, la energía aerotérmica se dedica a extraer la energía contenida en el aire, que en verdad supone un proceso muy parecido a la energía fotovoltaica, puesto que este aire no deja de estar caliente gracias a la radiación solar. En este caso, será a través de su refrigeración que captaremos el calor que alberga y lograremos convertirlo en energía calorífica para calefacción y ACS.
Con tal de captar este aire de la calle, fuente gratuita y renovable, deberemos situar una unidad en el exterior de la vivienda con la maquinaria necesaria que detallaremos más adelante.
Es importante aquí hacer una pausa y entender que, por un lado tenemos la fuente de intercambio de temperatura y por otro lado una bomba de calor que nos va a generar agua caliente o fría. Tanto la aerotermia como la geotermia funcionan conectadas a una bomba de calor que debe ser conectada a energía eléctrica.
En el caso de la aerotermia, todos los proveedores afirman que produce unos porcentajes de energía del 70% respecto al 30% de aporte eléctrico que necesita, mientras que en el caso de la geotermia se trataría de un 85% vs 15%.
Elementos de una instalación
Para poder analizar correctamente las diferencias entre geotermia y aerotermia, primero debemos entender el funcionamiento teórico de la instalación y sus distintos elementos a lo largo del circuito.
Para cualquier instalación energética, ya sea geotermia o aerotermia, existen tres estadios en el esquema de funcionamiento: (1) sistema de captación, (2) sistema de generación de energía y (3) sistema de distribución.
(1) El sistema de captación consiste en el mecanismo de extracción de la energía del terreno o el aire, ya sea mediante una unidad en el exterior de la vivienda, pozos verticales u horizontales, o directamente captaciones freáticas de aguas subterráneas.
(2) En segundo lugar, el sistema de generación de energía transforma la diferencia de temperaturas interior del subsuelo/aire-interior de nuestra vivienda en energía útil que utilizamos para calefactar, climatizar y ACS.
(3) Finalmente, el sistema de distribución es el medio que empleamos para distribuir esta energía por toda la casa, ya sea un dispositivo o un paramento del edificio. 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. Generalmente las instalaciones en vivienda suponen sistemas cerrados, a no ser que podamos usar directamente un recurso obtenido, como sería el caso de captación de agua de lluvia en un depósito, lo cual supondría un sistema abierto.
Diferencias entre geotermia y aerotermia: sistemas de captación
En el caso de la aerotermia, resulta más difícil distinguir entre el sistema de captación y de generación de energía, puesto que se encuentran más estrechamente relacionados, además de ubicarse en el mismo espacio. La captación se realiza a través de una unidad en el exterior de la vivienda que alberga una bomba de calor y un depósito de inercia. Sin embargo, el sistema de captación como tal suele encontrarse en la misma bomba de calor, que recoge el aire del ambiente para aprovechar su temperatura y transformarlo en energía calorífica.
Se trata de un ejemplo parecido al de la placa solar que capta la radiación del sol y libera energía calorífica, puesto que la misma placa hace de sistema de captación y de generación a la vez. De hecho, el mecanismo resulta todavía más parecido si pensamos que el calor que aprovechamos de este aire que tamos captando se ha calentado directamente por la radiación solar.
Al hablar de geotermia la cosa se pone más interesante, puesto que existen hasta tres métodos de captación distintos: los pozos verticales, los pozos horizontales y las captaciones freáticas. Los primeros dos sistemas se consideran cerrados, mientras que las captaciones freáticas suponen un sistema abierto como veremos ejemplificado a continuación.
El sistema más extendido por ser el más eficiente son los pozos verticales, un circuito compuesto por tuberías de unos 10 cm de diámetro que buscan profundidades de más de 20 m, concretamente de 25 a 150 m, partiendo del conocimiento que a partir de esta distancia en el clima español obtenemos una temperatura constante a lo largo del año, y que a partir de ahí por cada 100 m que bajemos ésta aumentará 3 ºC.
Este sistema, además, tiene la ventaja de poder aprovechar la cimentación de la vivienda en caso de construcción de obra nueva. Incluso se han inventado recientemente unos ‘pilotes energéticos’, que engloban los pilotes usados en construcción junto con las canalizaciones para transportar el fluido.
Los pozos horizontales resultan menos eficientes al no alcanzar la profundidad de 20 m, van de los 0,6 a 1,5 m, por lo que se trata de la capa superficial del terreno que se ha visto calentada por la radiación solar. Por ello, el clima tiene una mayor influencia, de manera similar al sistema aerotérmico. Igual que el sistema de pozos verticales, se trata de un circuito de tuberías de polietileno que transportan agua con anticongelante. Sin embargo, otra desventaja en este caso será la necesidad de una gran extensión de terreno en la que no se podrá plantar árboles ni urbanizar, por lo que adquiere más sentido centralizarlo para varias casas.
Finalmente, las captaciones freáticas son el único sistema abierto, ya que se trata de aprovechar directamente acuíferos subterráneos en constante renovación: extrayendo directamente el agua y haciéndola circular a nuestro beneficio. 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 y lo hace más ineficiente.
Diferencias entre geotermia y aerotermia: sistemas de generación
Bomba de calor
Llegados a este apartado nos damos cuenta que los procesos energéticos no son tan distintos pese a provenir de fuentes diferenciadas, puesto que todos se basan en los principios básicos de la termodinámica. En ambos casos, geotermia y aerotermia, nos es necesaria una bomba de calor para transformar el calor en energía, como bien indica su nombre. Sería posible en algún caso de la geotermia un uso directo en caso que el terreno se encontrara por encima de los 100 ºC, pero no es el caso en España ya que esa temperatura no entra dentro de los baremos de baja entalpía.
El proceso de transformación que realiza la bomba de calor consiste en refrigerar el aire o líquido ‘caliente’ obtenido mediante un gas refrigerante, y el salto de entalpía que se produce consigue convertirlo en energía calorífica.
Sin embargo, el hándicap que comentábamos de la aerotermia en este sentido es su poca eficiencia en invierno, en la que queremos extraer calor del aire y realmente hay muy poco a extraer, por lo que se genera muy poca energía.
En cambio, la geotermia juega con el calor constante de la tierra y la diferencia de temperatura interior vivienda-interior tierra. Por ello, en verano el funcionamiento de la bomba de calor se invierte, transmite el exceso de calor de la vivienda al terreno. El proceso consiste exactamente en el mismo que acabamos de detallar, simplemente que el líquido se calienta en el interior de la vivienda aprovechando sus sistemas de distribución.
Depósito de inercia
El depósito de inercia consiste básicamente en un recipiente donde se acumula agua caliente sanitaria (ACS), para gozar de una inmediatez de este servicio en el momento en que nos hace falta. Sistemas como el gas, que trabajan a temperaturas muy superiores, pueden calentar el agua de manera más rápida y tal vez omitir este dispositivo. No es el caso de la geotermia o la aerotermia, sistemas en que el depósito resulta indispensable. Además, este suele disponer de un vaso de expansión que le permite regular el incremento de volumen del agua fría.
Diferencias entre geotermia y aerotermia: sistemas de distribución
Tanto la aerotermia como la geotermia permiten las mismas posibilidades de instalación de sistemas de distribución, que suponen prácticamente todos los tipos que encontramos en el mercado. Por ello, se trata de dos sistemas altamente versátiles, un valor cada vez más preciado en la sociedad moderna.
Sistemas de calefacción/refrigeración por agua
En primer lugar, vamos a hablar del suelo o pared radiante, que permite tanto calefactar como refrigerar la estancia empleando el agua. Lo cierto es que la refrigeración es poco común ya que tiene el peligro de condensar, por lo que puede llegar a ser más problemática que útil.
Básicamente el sistema consiste en generar un sistema de canalizaciones de agua que se extiendan en superficie, por lo que la emisión de calor se hace mucho más extensiva y no supone la puntualidad a la que estamos acostumbrados con los radiadores convencionales.
Una desventaja de este sistema es la pérdida de inercia al agujerear todo un paramento con la instalación, por lo que a nivel climático puede llegar a ser ineficiente al olvidar esta estrategia pasiva indispensable en nuestro diseño de vivienda pasiva. Una estrategia sería la de alternar paramentos acumuladores de alta inercia con paramentos de instalaciones para garantizar ambos requisitos.
La otra opción son los radiadores de baja emisividad, un sistema que, como el suelo radiante, trabaja a temperaturas máximas de 50 ºC, por lo que no funciona de la misma forma que los radiadores convencionales de gas. Se trata de un sistema de calefacción que resulta mucho más caro, pero a su vez mucho más eficiente, puesto que elimina por completo las zonas frías al funcionar por convección. De manera similar a los paramentos radiantes, tarda más en calentar una estancia, pero el calor se encuentra mejor repartido.
Sistemas de calefacción/refrigeración por aire
La calefacción por aire se realiza de forma idéntica a los aires acondicionados que todos podemos conocer, mediante un dispositivo que proporciona aire caliente o frío en función de la temperatura que queramos conseguir. El hecho que tanto la aerotermia como la geotermia permitan la instalación de este sistema supone una gran versatilidad, ya que otros sistemas de generación de energía no permiten su instalación.
Sin embargo, en el despacho analizamos ampliamente las implicaciones en la salud de los usuarios que vivirán en este ambiente, y en este sentido la difusión de calefacción por aire no resulta muy recomendable.
La problemática de salud parte de la base que el aire que expulsamos al ambiente tiene una humedad relativa muy baja y reduce la humedad del ambiente, por lo que acaba resecando las mucosas de los usuarios y ello supone una bajada de defensas que acaba implicando una mayor predisposición a enfermar.
Diferencias entre geotermia y aerotermia: Rentabilidad
A la hora de elegir un sistema u otro para la construcción de nuestra futura vivienda, la economía adquiere un papel muy importante. Recordemos que toda casa pasiva de por sí implicará un presupuesto extra en las distintas estrategias bioclimáticas, es decir una inversión inicial superior que más adelante nos ahorraremos pagar en forma de gasto energético.
Lo mismo pasa con los sistemas activos como la geotermia y la aerotermia, debemos valorar cuánto cuesta cada uno y qué rendimiento nos ofrece, para poder calcular cuántos años tardaremos en amortizar la inversión y cual decidimos priorizar.
Dentro de estos sistemas, lo más barato sería distribuir la energía calorífica mediante splits, es decir todo por aire, pero como hemos comentado antes no resulta lo óptimo para la salud. La opción más cara sería la de radiadores de baja emisividad o suelo radiante, ésta última tampoco óptima puesto que la instalación de suelo radiante, al estar aislada, resta inercia al forjado que es la capacidad del mismo de acumular calor de forma natural.
En el despacho, pedimos para el mismo proyecto presupuestos para geotermia y aerotermia para hacer la comparativa, como desarrollamos en el artículo una casa con energía geotérmica. El resultado fue un presupuesto de 24.000€ para aerotermia respecto los 30.000€ que pedían para la instalación geotérmica para el proyecto de 220 m2.
Esta diferencia de 6.000€ más para la geotermia, un 20% aproximadamente, básicamente corresponde a la instalación de las sondas. Se calcula pues una amortización de la instalación a los 7 años con un gasto en mantenimiento casi nulo de las sondas.
¿Cuándo instalar geotermia o aerotermia?
Una vez recogida y analizada toda esta información, vamos a desarrollar las conclusiones obtenidas en el despacho. Partimos de la constancia de que cada ubicación, familia y diseño es un mundo y resulta difícil hacer afirmaciones rotundas. Sin embargo, existen diversas tendencias que los mismos proveedores nos comentan.
Una de ellas es que la aerotermia resulta más barata, pero más ineficiente, mientras que la geotermia supone una mayor inversión que rentabilizaremos más a largo término. Salvando las distancias, puesto que en todo caso dependerá del clima de cada zona y su nivel de continentalidad.
Así pues, un clima más continental, es decir con mayor diferencia de temperatura verano-invierno, pondrá en valor la geotermia y su constancia a lo largo del año. Sin embargo, ubicaciones más cercanas a la costa y por tanto con inviernos más templados, permitirán que la menor inversión en aerotermia pueda rentabilizarse pese a su común fallo en invierno.
Y es que la aerotermia lo que mejor hace es refrigerar en verano, cuando puede captar mayor energía calorífica del aire y transformarla en aire o agua fría – justamente la instalación que más fácilmente podemos substituir por estrategias pasivas. Su mal funcionamiento en la gráfica de demanda nos lo encontramos en invierno, que es cuando nos hace falta más energía y estamos captando menos.
En todo caso, nuestra recomendación es la de asegurarse que vamos a poder sacar partido del sistema que instalemos en nuestra futura vivienda. Cualquier inversión, por muy baja que sea, si no se le saca partido se vuelve más cara de lo que creemos, tanto para nosotros como para el planeta.
Nuestro consejo es que, después de entender las diferencias entre geotermia y aerotermia, valoremos des del conocimiento, siempre con ayuda de cálculos de demanda energética y con el objetivo de la eficiencia pero también de la salud.