10 mitos sobre calefacción y refrigeración geotérmica

Este artículo se público el 17.09.2013 en nationalgeographic.com. Versión orginal en Inglés.

10 mitos sobre calefacción y refrigeración geotérmica

IMAGINE UN HOGAR en el que la temperatura siempre sea cómoda, pero el sistema de calefacción y refrigeración esté fuera de la vista. Ese sistema funciona de manera eficiente, pero no requiere un amplio mantenimiento o conocimiento por parte de los propietarios.
El aire huele a fresco; Puedes escuchar el canto de los pájaros y el viento que susurra perezosamente entre los árboles. El hogar comparte energía con la tierra de manera similar a la forma en que las raíces de los árboles intercambian lo esencial de la vida con sus hojas y ramas. Suena cómodo, ¿no?
La calefacción y el enfriamiento geotérmicos hacen realidad esa visión. El HVAC geotérmico (calefacción, ventilación y aire acondicionado) trae un edificio en armonía con la tierra debajo, aprovechando las temperaturas subterráneas para proporcionar calefacción en invierno y enfriamiento en verano.

¿Cómo funciona la calefacción y refrigeración geotérmica?

Las temperaturas exteriores fluctúan con las estaciones cambiantes, pero las temperaturas subterráneas no cambian tan dramáticamente, gracias a las propiedades aislantes de la tierra. De cuatro a seis pies bajo tierra, las temperaturas permanecen relativamente constantes durante todo el año. Un sistema geotérmico, que generalmente consiste en una unidad de manejo interior y un sistema enterrado de tuberías, llamado circuito de tierra, y / o una bomba para reinyección, aprovecha estas temperaturas constantes para proporcionar energía “libre”.
(Tenga en cuenta que el HVAC geotérmico no debe confundirse con “energía geotérmica”, el proceso mediante el cual la electricidad se genera directamente del calor dentro de la tierra. Esto tiene lugar en la escala de los servicios públicos y utiliza diferentes procesos, normalmente calentando el agua a ebullición.)
Las tuberías que forman un circuito de tierra generalmente están hechas de polietileno y pueden enterrarse debajo del suelo horizontal o verticalmente, según las características del sitio. Si hay un acuífero disponible, los ingenieros pueden preferir diseñar un sistema de “circuito abierto”, en el que se perfora un pozo en el agua subterránea. El agua se bombea, pasa un intercambiador de calor y luego el agua se devuelve al mismo acuífero, mediante “reinyección”.
En invierno, el fluido que circula a través del circuito o pozo de tierra del sistema absorbe el calor almacenado del suelo y lo lleva al interior. La unidad interior comprime el calor a una temperatura más alta y lo distribuye por todo el edificio, como si fuera un aire acondicionado funcionando en reversa. En verano, el sistema de climatización geotérmica extrae calor del edificio y lo lleva a través del circuito de tierra / bomba hasta el pozo de reinyección, donde deposita el calor en la tierra / acuífero más frío.

A diferencia de los sistemas de calefacción y refrigeración ordinarios, los sistemas de climatización geotérmicos no queman combustibles fósiles para generar calor; simplemente transfieren calor hacia y desde la tierra. Por lo general, la energía eléctrica se usa solo para operar el ventilador, el compresor y la bomba de la unidad.
Un sistema de calefacción y enfriamiento geotérmico tiene tres componentes principales: la unidad de bomba de calor, el medio líquido de intercambio de calor (circuito abierto o cerrado) y el sistema de suministro de aire (conductos) y / o la calefacción radiante (en el piso o en otra parte).
Las bombas de calor geotérmicas, así como todos los demás tipos de bombas de calor, tienen eficiencias clasificadas según su coeficiente de rendimiento, o COP. Es una forma científica de determinar cuánta energía se mueve el sistema frente a la cantidad que usa. La mayoría de los sistemas de bomba de calor geotérmica tienen COP de 3.0 a 5.0. Esto significa que por cada unidad de energía utilizada para alimentar el sistema, se suministran de tres a cinco unidades como calor.
Los sistemas geotérmicos requieren poco mantenimiento. Cuando se instala correctamente, lo cual es crítico, el circuito enterrado puede durar por generaciones. El ventilador, el compresor y la bomba de la unidad están alojados en interiores, protegidos de las condiciones climáticas adversas, por lo que tienden a durar muchos años, a menudo décadas. Por lo general, las revisiones periódicas y los cambios de filtro y la limpieza anual de la bobina son el único mantenimiento requerido.

Extensiones geotérmicas de climatización

Los sistemas de climatización geotérmica se han utilizado durante más de 60 años en los EE. UU. Y más allá.
Trabajan con la naturaleza, no contra ella, y no emiten gases de efecto invernadero. (Como se mencionó anteriormente, utilizan una cantidad menor de electricidad para funcionar, ya que están acoplados a la temperatura promedio de la tierra).
Los sistemas de climatización geotérmica se están convirtiendo en características comunes de las casas ecológicas como parte del creciente movimiento de construcción ecológica. Los proyectos ecológicos representaron el 20 por ciento de todas las casas de nueva construcción en los Estados Unidos el año pasado. Para 2016, un artículo del Wall Street Journal predijo que la vivienda ecológica crecerá de $ 36 mil millones al año a tanto como $ 114 mil millones. Eso se acerca al 30 o 40 por ciento de todo el mercado inmobiliario.
Pero mucha información sobre calefacción y refrigeración geotérmica se basa en información desactualizada o en mitos directos. En nuestro nuevo libro Modern Geothermal HVAC Engineering and Control Applications (Egg / Cunniff / Orio -McGraw-Hill 2013), los coautores Greg Cunniff, Carl Orio y yo reventamos muchos de estos mitos.

Mitos de climatización geotérmica reventados

1. Los sistemas de climatización geotérmica no se consideran una tecnología renovable porque usan electricidad.
Realidad: Los sistemas de climatización geotérmica utilizan solo una unidad de electricidad para mover hasta cinco unidades de refrigeración o calefacción desde la tierra a un edificio.

2. La energía fotovoltaica y eólica son tecnologías renovables más favorables en comparación con los sistemas de climatización geotérmica.
Realidad: los sistemas de climatización geotérmica eliminan cuatro veces más kilovatios-hora de consumo de la red eléctrica por dólar gastado que la energía fotovoltaica y eólica agregan a la red eléctrica. Esas otras tecnologías ciertamente pueden desempeñar un papel importante, pero la climatización geotérmica es a menudo la forma más rentable de reducir el impacto ambiental de los espacios de acondicionamiento.

3. La climatización geotérmica necesita muchos jardines o inmuebles en los que colocar los bucles de tierra de las tuberías de polietileno.
Hecho: Dependiendo de las características del sitio, el bucle de tierra puede estar enterrado verticalmente, lo que significa que se necesita poca superficie sobre el suelo. O, si hay un acuífero disponible que puede aprovecharse, solo se necesitan unos pocos pies cuadrados de bienes inmuebles. Recuerde, el agua se devuelve al acuífero de donde vino después de pasar por un intercambiador de calor, por lo que no se “utiliza” ni se ve afectada negativamente.

4. Las bombas de calor HVAC geotérmicas son ruidosas.
Hecho: Los sistemas funcionan muy silenciosamente y no hay equipos afuera para molestar a los vecinos.

5. Los sistemas geotérmicos eventualmente “se desgastan”.
Hecho: los bucles de tierra pueden durar por generaciones. El equipo de intercambio de calor suele durar décadas, ya que está protegido en interiores. Cuando es necesario reemplazarlo, el gasto es mucho menor que instalar un sistema geotérmico completamente nuevo, ya que el circuito o pozo es el más costoso de instalar. Las nuevas pautas técnicas eliminan el problema de la retención térmica en el suelo, por lo que el calor se puede intercambiar con él indefinidamente. En el pasado, algunos sistemas de tamaño inadecuado sobrecalentaron o sobreenfriaron el suelo con el tiempo, hasta el punto de que el sistema ya no tenía suficiente gradiente de temperatura para funcionar.

6. Los sistemas de climatización geotérmica solo funcionan en modo calefacción.
Realidad: Funcionan con la misma eficacia en la refrigeración y pueden diseñarse para que no requieran una fuente de calor de respaldo adicional si lo desean, aunque algunos clientes deciden que es más rentable tener un pequeño sistema de respaldo para los días más fríos si eso significa que su circuito puede ser más pequeño

7. Los sistemas de climatización geotérmica no pueden calentar agua, una piscina y una casa al mismo tiempo. Hecho: Los sistemas pueden diseñarse para manejar múltiples cargas simultáneamente.

8. Los sistemas de climatización geotérmicos colocan líneas de refrigerante en el suelo.
Hecho: La mayoría de los sistemas usan solo agua en los bucles o líneas.

9. Los sistemas de climatización geotérmica utilizan mucha agua.
Hecho: Los sistemas geotérmicos en realidad no consumen agua. Si se usa un acuífero para intercambiar calor con la tierra, toda el agua se devuelve al mismo acuífero. En el pasado, hubo algunas operaciones de “bombeo y descarga” que desperdiciaron el agua después de pasar por el intercambiador de calor, pero ahora son extremadamente raras. Cuando se aplica comercialmente, los sistemas de climatización geotérmica en realidad eliminan millones de galones de agua que de otro modo se habrían evaporado en torres de enfriamiento en los sistemas tradicionales.

10. La tecnología de climatización geotérmica no es financieramente viable sin incentivos fiscales federales y locales.
Realidad: los incentivos federales y locales generalmente representan entre el 30 y el 60 por ciento del costo total del sistema geotérmico, lo que a menudo puede hacer que el precio inicial de un sistema sea competitivo con el equipo convencional. Los sistemas HVAC de fuente de aire estándar cuestan alrededor de $ 3,000 por tonelada de capacidad de calefacción o refrigeración, durante la construcción nueva (las casas usualmente usan entre una y cinco toneladas). Los sistemas de climatización geotérmica comienzan en aproximadamente $ 5,000 por tonelada, y pueden llegar hasta $ 8,000 o $ 9,000 por tonelada. Sin embargo, las nuevas prácticas de instalación están reduciendo los costos, hasta el punto en que el precio se acerca a los sistemas convencionales en las condiciones adecuadas.

Los factores que ayudan a reducir los costos incluyen economías de escala para aplicaciones residenciales comunitarias, comerciales o incluso grandes y una competencia cada vez mayor por equipos geotérmicos (especialmente de marcas importantes como Bosch, Carrier y Trane). Los lazos abiertos, que usan una bomba y un pozo de reinyección, son más baratos de instalar que los lazos cerrados.

Sobre el autor:
Jay Egg es coautor del nuevo libro Modern Geothermal HVAC Engineering and Control Applications (McGraw-Hill 2013), con Greg Cunniff y Carl Orio. Co-escribió el libro Geothermal HVAC, Green Heating and Cooling en 2010 con Brian Clark Howard de National Geographic. Jay consulta con la industria de climatización geotérmica. Anteriormente se desempeñó como instalador de la tecnología a través de su empresa EggGeothermal.

El blog de Jay Egg: “Geothermal Heating and cooling Questions and Answers”