Bomba de calor geotérmica
La bomba de calor geotérmica es el elemento fundamental de la instalación geotérmica. Descubre los tipos de bombas que existen y cómo funcionan.
Bomba geotérmica: tipos
La bomba de calor geotérmica se puede dividir en diferentes tipos en función de sus prestaciones:
- Bomba de calor geotérmica simple: recoge el calor del subsuelo y lo amplifica generando calefacción geotérmica para la vivienda.
- Bomba inverter: además de generar calor produce refrigeración en el verano.
- Bomba ACS: bomba simple o inverter que además incluye el acumulador de agua caliente sanitaria.
Lo ideal es utilizar una bomba geotérmica inverter ya que así se aprovecha la temperatura del suelo durante todo el año.
Funcionamiento de la bomba de calor geotérmica
La bomba de calor geotérmica es utilizada para la generación de calor en invierno y de frío en verano. Esto es posible gracias al aprovechamiento de la temperatura constante del subsuelo, que se mantiene más caliente que la temperatura ambiente en invierno y más frío en verano.
El suelo se encuentra a una temperatura constante de unos 15ºC desde los 5 hasta los 10 metros de profundidad. Esto se debe a la inercia térmica del suelo, que almacena el calor del sol. A partir de los 10 metros, la temperatura se incrementa en un orden de 3 grados cada 100 metros.
La captación del calor del subsuelo se realiza mediante sondas o tuberías con líquido anticongelante que se entierran y recogen la temperatura del subsuelo y la llevan a la bomba de calor geotérmica.
Fases de la generación de calor con bomba de calor geotérmica
Extracción del calor del suelo con líquido anticongelante
El líquido caloportador que circula por las tuberías enterradas absorbe la temperatura del terreno, que es de unos 15ºC. La bomba geotérmica hace que este líquido caloportador llegue al evaporador, donde se halla un fluido refrigerante a una temperatura de unos -5ºC.
Evaporador del fluido refrigerante
Como el líquido de las ondas de captación está más caliente que el fluido refrigerante, se produce un intercambio de calor, haciendo que el fluido refrigerante se caliente y se evapore. Los dos líquidos nunca llegan a tocarse, sino que intercambian el calor por la cercanía de las tuberías.
Aumento de presión del fluido
El fluido refrigerante, ahora en estado gaseoso pasa por un compresor que, accionado con energía eléctrica, aumenta la presión del vapor refrigerante y consiguiendo así que incremente su temperatura hasta 60-90ºC.
Traspaso de calor en el condensador
A esa temperatura, el fluido en estado gaseoso entra en el condensador, por el que también pasa la tubería que del sistema de calefacción. La tubería de vapor cede calor a la del agua, haciendo que el agua se caliente y proporcione calefacción a la vivienda. Si la bomba cuenta con acumulador ACS está también dotará de agua caliente sanitaria a la vivienda.
Disminución de presión y temperatura del fluido refrigerante
Una vez ha calentado el agua, el refrigerante vuelve a su estado líquido y pasa por una válvula de expansión para reducir su presión y así bajar su temperatura, para llegar de nuevo al evaporador y repetirse el ciclo.
Fases de la generación de frío con bomba de calor geotérmica
Además de proporcionar calor en invierno, la energía geotérmica tiene la posibilidad de utilizarse en el sentido inverso, es decir, expulsar el calor del hogar en verano hacia el suelo, que como hemos mencionado antes, se mantiene a una temperatura constante de unos 15ºC hasta los 10 metros. Este proceso se conoce como frío pasivo y funciona de la siguiente manera:
Extracción del frío del suelo con líquido anticongelante
Debido a que en verano la temperatura del suelo en profundidad es menor a la del ambiente, el líquido caloportador, al llegar a las sondas de captación enterradas, se enfría y llega al condensador de la bomba de calor.
Traspaso de calor en el condensador
En el condensador se encuentra el fluido refrigerante en forma gaseosa, a alta presión y temperatura. Este le cede el calor al líquido caloportador que circula por las sondas de captación y que acaba de llegar del suelo, consiguiendo así condensarse y enfriarse.
Disminución de presión y temperatura del fluido refrigerante
El fluido refrigerante, ya más frío, entra en la válvula de expansión, donde se le disminuye la presión y, por tanto, también la temperatura.
Traspaso de frío en el evaporador
El fluido refrigerante entra en el evaporador, donde absorbe el calor de los circuitos de calefacción, eliminando el calor sobrante de estas instalaciones. Como el fluido absorbe calor de la instalación aumenta su temperatura y se evapora.
Aumento de temperatura del fluido
Una vez el fluido refrigerante ha enfriado la instalación y, como consecuencia de ello, se ha evaporado, debe pasar por el compresor. Este aumenta su presión y temperatura para volver al condensador y comenzar de nuevo el circuito absorbiendo el frío del líquido de las sondas de captación
¿Cómo elegir una bomba de calor geotérmica?
La elección de la bomba de calor geotérmica es muy importante, pues de esta depende la cantidad calor/frío que obtengamos en la vivienda y los metros de sondas de captación que utilicemos. La elección de la bomba geotérmica viene determinada por los siguientes factores:
- Tamaño de la vivienda
- Aislamiento térmico de la vivienda
- Temperatura y conductividad del terreno
- Climatología de la zona
- Número de habitantes
A partir de estos datos se puede extraer la carga de la vivienda o necesidad energética del inmueble. Esta se mide en w/m2, que multiplicada por la superficie de la vivienda nos da una idea aproximada de la potencia que necesita tener la bomba. Por ejemplo, una vivienda de 150m2 con una carga de 60 W/m2 requiere de 9 kW (9.000W) de potencia.
El coeficiente de rendimiento (Coeficient of Performance - COP) es la relación que existe entre la potencia eléctrica consumida y la potencia calorífica generada. Cuanto mayor sea este coeficiente mejor será la bomba geotérmica. Este coeficiente se aplica tanto a la generación de calor como de frío y es un dato fundamental para realizar el cálculo de sonde térmico.
Si por ejemplo, nuestra bomba ha de tener una potencia de 9 kW, debemos buscar la bomba con mejor COP en ese rango. Siempre será mejor una bomba de 9 kW con 4 COP que una con 3,5 COP ya que la primera consumirá 9.000 W / 4 = 2.200 W mientras que la segunda 9.000 / 3,5 = 2.571 W.
La elección del tipo de bomba geotérmica depende de las necesidades del usuario, ya que si vive en una zona fría con clima templado en verano seguramente no necesite una bomba inverter. En cambio, si en ese lugar hace calor en verano, convendría dotar la instalación de una bomba capaz de invertir el ciclo y producir refrigeración.
La bomba de calor puede llevar el depósito de ACS incorporado o no, obviamente es más costosa si lo incorpora. Un acumulador de agua caliente sanitaria puede ser vitrificado o de acero inoxidable, costando el primero la mitad que el segundo.
En la elección de la cantidad de litros del depósito influye el número de habitantes de la vivienda pues no consumen el mismo número de litros una persona que cinco. El acumulador de ACS más utilizado es el de 400l, el cual cubre las necesidades de una familia tipo.