Cómo funciona el sistema de calefacción y refrigeración geotérmica y sus ventajas

¿Qué es la calefacción y refrigeración geotérmica?

La tierra absorbe y almacena aproximadamente la mitad de la energía del sol. Debido a esta absorción masiva, la tierra mantiene una temperatura bastante constante de 45 a 70 grados Fahrenheit a una profundidad de 6 pies. Sin embargo, las temperaturas del aire fluctúan de invierno a verano, lo que hace que los sistemas convencionales de calefacción y refrigeración sean ineficaces en el momento de necesidad. Aquí es donde entra en juego la calefacción y refrigeración geotérmica.

Básicamente, los sistemas de calefacción y refrigeración geotérmicos funcionan de manera muy diferente a los sistemas tradicionales. Los sistemas tradicionales involucran alguna forma de combustión, típicamente gas natural, propano o aceite para producir calor. Los sistemas de calefacción y refrigeración geotérmicos no implican ningún tipo de combustión; en cambio, aprovechan el calor debajo de la tierra a través de una serie de tuberías de polietileno de alta densidad enterradas conocidas como sistema de bucle de tierra y lo redistribuyen por todo el edificio.

Todas las uniones y conexiones del sistema de bucle de tierra se fusionan con calor para crear un único enlace continuo de tubería. El proceso de fusión por calor no necesita la aplicación de pegamento, y esto se suma a la mayor durabilidad del sistema de bucle. El sistema de bucle de tierra es muy ventajoso ya que todas las tuberías de bucle vienen con una impresionante garantía de 50 años.

La instalación de bucles de tierra se presenta en una amplia gama de configuraciones según el sitio elegido. Las configuraciones incluyen bucles horizontales, bucles verticales, bucles de estanque, bucles abiertos.

Una bomba de calor geotérmica se utiliza para aprovechar la energía geotérmica del interior de la tierra para acumular nuestros hogares o para utilizar ese calor con fines industriales. Las bombas de calor geotérmicas se basan en la misma premisa básica que las bombas de calor normales. La diferencia es que el tipo geotérmico extrae calor de la tierra en lugar del aire exterior. El calor de la tierra se considera estable y uniforme. Además de proporcionar calefacción a su hogar, este tipo de energía también puede proporcionar aire acondicionado y, en la mayoría de los casos, agua caliente.

¿Cómo funciona el sistema de calefacción y refrigeración geotérmica?

La calefacción y refrigeración geotérmica no debe confundirse con la planta de energía geotérmica. Una planta de energía geotérmica extrae agua caliente del depósito de agua caliente debajo de la superficie de la tierra, convierte el agua caliente en vapor y dirige el vapor para hacer girar una turbina. La turbina está conectada a un generador a través de un eje. El giro de la turbina activa el generador para producir electricidad. La calefacción y refrigeración geotérmica, como hemos visto anteriormente, aprovecha el calor dentro de la tierra para calentar y enfriar una casa. No hay generación de electricidad en la calefacción y refrigeración geotérmica.

Para el funcionamiento completo de cualquier sistema geotérmico de calefacción y refrigeración, debe haber una bomba de calor geotérmica instalada en los bucles del edificio y del suelo. Una bomba de calor geotérmica, también llamada bomba de calor geotérmica, es un sistema centralizado de calefacción y refrigeración instalado en edificios y transmite calor hacia y desde el suelo. Su principal fuente de calor durante el invierno es la tierra, mientras que durante el verano; aprovecha el calor de un disipador de calor. Los bucles de tierra son las tuberías enterradas bajo la tierra y conectadas a la bomba de calor geotérmica.

Cómo funcionan los sistemas geotérmicos de calefacción y refrigeración durante el invierno

Las tuberías subterráneas o los bucles de tierra hacen circular el agua a través de las tuberías enterradas bajo tierra. El agua absorbe el calor del suelo a través de las tuberías. Una vez que el agua se calienta, se bombea de vuelta a la bomba de calor del edificio. La bomba de calor geotérmica aprovecha el calor del agua calentada y lo distribuye por toda la casa en forma de aire caliente. Una vez que se extrae el calor del agua, se le permite regresar a los circuitos subterráneos para calentarse nuevamente y el ciclo continúa.

Cómo funcionan los sistemas geotérmicos de calefacción y refrigeración durante el verano

Durante el verano, la bomba de calor geotérmica funciona exactamente al revés que en invierno. Extrae el aire caliente de su casa y se deshace del calor, dejando atrás un aire fresco para circular a través de rejillas de ventilación como aire acondicionado. El calor extraído del aire es forzado de regreso al suelo a través de los bucles de tierra. Esto significa que cuando el agua sale del edificio, está más caliente que cuando se bombea porque se extrajo calor de ella.

Todo este proceso puede sonar sofisticado, pero no lo es. De hecho, en la mayoría de las naciones europeas, la calefacción y refrigeración geotérmica es una práctica estándar. En países como Suiza y Suecia, más del 75 % de los hogares tienen instalados sistemas geotérmicos de calefacción y refrigeración.

Ventajas de los sistemas de calefacción y refrigeración geotérmicos

El hecho de que los sistemas de calefacción y refrigeración geotérmicos puedan mantener su hogar fresco en el verano y cálido en el invierno, así como reducir sus facturas de energía hasta en un 50% por ciento, los convierte en un factor decisivo. Estas son las ventajas que se obtienen al instalar sistemas geotérmicos de calefacción y refrigeración.

1. Reduce sus facturas de servicios públicos sustancialmente

Los propietarios de viviendas que han instalado sistemas geotérmicos de calefacción y refrigeración suelen lograr ahorros de energía que oscilan entre el 25 % y el 50 % en comparación con los sistemas tradicionales de bomba de calor. Para ser precisos, una casa de 200 pies cuadrados puede gastar solo $1 para calentar y enfriar todo el día. Además, los sistemas de calefacción y refrigeración geotérmicos pueden complementar el calentador de agua tradicional de su hogar, ahorrando así hasta un 30 % de sus facturas de agua caliente cada año.

2. Amigable con el medio ambiente

Los sistemas de calefacción y refrigeración geotérmicos no implican ninguna forma de combustión como los combustibles fósiles. Aprovechan el calor que se produce debajo de la tierra para enfriar y calentar su hogar. Esto significa que no hay emisión de gases de efecto invernadero que causan contaminación, calentamiento global y contribuyen a enfermedades respiratorias como el asma.

3. Durable

Los sistemas de calefacción y refrigeración geotérmicos son mucho más duraderos que sus contrapartes convencionales. Los sistemas convencionales de refrigeración y calefacción tienen una vida útil de 8 años. Los sistemas de calefacción y refrigeración geotérmicos, por otro lado, tienen una increíble vida útil de 50 años.

4. Aliviar los costes de mantenimiento extraordinarios

Los sistemas de calefacción y refrigeración geotérmicos vienen con una impresionante garantía de entre 25 y 50 años. Esto garantiza que el sistema funcionará de manera eficiente durante mucho tiempo, eliminando los costos extraordinarios de mantenimiento asociados con los sistemas tradicionales de calefacción y refrigeración.

5. Excepcionalmente confiable

El calor que se produce debajo de la tierra siempre está ahí, ya sea invierno o verano. Esto significa que su sistema geotérmico de calefacción y refrigeración funcionará todo el año, haciendo que su hogar sea cómodo todo el tiempo.

6. Bajos costos operativos

El sistema de calefacción y refrigeración convencional más eficiente ofrece una eficiencia del 98 %. Los sistemas de calefacción y refrigeración geotérmicos tienen una increíble calificación de eficiencia del 400%. Esto, en esencia, implica que por cada 4 unidades de energía entregada, se utiliza 1 unidad de energía eléctrica. Esta utilización eficiente de la energía se traduce en bajos costos operativos.

7. No producen ruido

Las bombas de calor geotérmicas funcionan silenciosamente. Su modo de funcionamiento puede estar relacionado con los frigoríficos. El funcionamiento silencioso significa que no causarán inconvenientes en su hogar ni generarán conflictos con los vecinos.

8. Impresionante retorno de la inversión

La instalación de sistemas geotérmicos de calefacción y refrigeración puede ser costosa inicialmente, pero las ganancias a largo plazo son simplemente inigualables. Los ahorros de energía durante los primeros meses compensarán el costo total de la instalación del sistema geotérmico. En promedio, los propietarios de viviendas con sistemas de calefacción y refrigeración geotérmicos verían una reducción del 30 al 70 % en sus costos de energía. Los ahorros, con el tiempo, incluidos los reembolsos, más los incentivos fiscales federales y estatales generarían un buen retorno de la inversión en 3 años.

9. Mejorar el valor total de cualquier propiedad

Las estadísticas han demostrado que las casas instaladas con sistemas de calefacción y refrigeración geotérmicos tienen un precio más alto que las casas sin ellos. En esta época en la que las personas buscan vivir estilos de vida ecológicos y reducir significativamente sus facturas de energía, las casas instaladas con sistemas geotérmicos se venden más rápido cuando se colocan en el mercado.

10. Flexible

Los sistemas geotérmicos son altamente flexibles. Se pueden desmontar o ampliar sin esfuerzo y de forma económica para adaptarse a las necesidades de remodelación de cualquier edificio. Son especialmente adecuados para instalaciones de «acabado de inquilino».

11. Usa poca electricidad

Los sistemas de calefacción y refrigeración geotérmicos necesitan electricidad para funcionar. Sin embargo, usan mucha menos electricidad (25% -50%) que los sistemas tradicionales de calefacción y refrigeración, reduciendo las emisiones en un 44% en el proceso.

La principal ventaja de la calefacción y refrigeración geotérmica es que no utiliza combustible ni productos químicos para regular la temperatura. Los dispositivos de aire acondicionado central utilizan materiales que pueden ser dañinos para el medio ambiente. También crean emisiones de carbono que contaminan la atmósfera. Con un hogar promedio que produce 5,550 toneladas de emisiones cada año según la Administración de Información de Energía de EE. UU., el enfriamiento geotérmico es una opción viable para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero mientras se mantiene un ambiente hogareño confortable.

¿Cómo funciona una bomba de calor geotérmica?

La calefacción y la refrigeración se consiguen mediante un sistema de bomba de calor geotérmica, que consta de tres partes principales: la unidad de bomba de calor, el intercambiador de calor del suelo y el sistema de suministro de aire o conductos. El intercambiador de calor comprende una serie de tuberías conocidas como bucle, que se instala unos metros debajo de la tierra cerca del edificio. Un fluido (una combinación de agua y anticongelante) circula a través de la serie de tuberías para absorber o diseminar el calor hacia el suelo. El líquido generalmente se mezcla con anticongelante para evitar la congelación durante el invierno.

El funcionamiento de una bomba de calor geotérmica tiene mucho en común con el de un frigorífico. Un refrigerador hace que un lugar fresco (el interior del refrigerador) sea mucho más fresco al transmitir calor a un lugar significativamente cálido (el área que rodea el interior del refrigerador), lo que permite que se caliente.

Durante el invierno, la bomba de calor geotérmica extrae el calor del intercambiador de calor del suelo y lo canaliza al sistema de transferencia de aire del edificio, que mantiene la casa cálida y confortable. Durante el verano, el ciclo se invierte. La bomba de calor geotérmica extrae el calor del aire del interior del edificio y lo transfiere al intercambiador de calor del suelo. El intercambiador de calor vierte el calor en la tierra. El calor extraído del interior del edificio en el verano se puede utilizar para calentar agua, proporcionando agua caliente gratuita a los propietarios durante todo el verano.

Las bombas de calor geotérmicas son mucho más ventajosas que los sistemas tradicionales de calefacción y refrigeración porque aprovechan el calor natural y gratuito bajo tierra. También funcionan con la máxima eficiencia al enfriar su hogar. La operación eficiente es buena para el dueño de la casa, ya que ahorra energía, dinero y minimiza la degradación ambiental a través de la contaminación.

Las bombas de calor geotérmicas no solo ahorran energía y dinero, sino que también ayudan a reducir la contaminación del aire. También son más eficientes en la refrigeración de la casa.

Tipos de bombas de calor geotérmicas

Los sistemas de bomba de calor geotérmica vienen en 4 tipos principales; sistemas de lazo cerrado, sistemas de lazo abierto, sistemas de estanques o lagos y sistemas híbridos. Los sistemas de bucle cerrado se subdividen en dos: horizontal y vertical. Veámoslos en detalle:

1. Sistemas de circuito cerrado

Los sistemas de circuito cerrado están hechos de bucles de plástico pesado que permiten que el líquido circule. Los circuitos cerrados generalmente están enterrados a unos pocos pies debajo del suelo o sumergidos en un cuerpo de agua. El sistema de circuito cerrado consta de un intercambiador de calor, que coordina el intercambio de calor entre el refrigerante, el fluido y la bomba de calor en el circuito cerrado. El sistema de circuito cerrado se subdivide en;

Estos tipos de sistemas de circuito cerrado son ideales para grandes áreas de terreno. Son rentables y se instalan comúnmente en áreas residenciales, más aún para nuevas construcciones donde hay suficiente terreno disponible. Los sistemas de circuito cerrado horizontales necesitan zanjas de al menos cuatro pies de profundidad. Existen diferentes configuraciones de circuitos cerrados horizontales, pero la más predominante utiliza dos tuberías. La primera tubería normalmente está enterrada a unos seis pies bajo tierra, mientras que la otra a cuatro pies. Otra configuración popular utiliza dos tuberías colocadas una al lado de la otra, 5 pies por debajo del suelo, en una zanja de dos pies de ancho. Este tipo de bucle permite la instalación de más tuberías dentro de una zanja angosta y más corta, lo que minimiza en gran medida los costos de instalación y permite la instalación horizontal en sitios que no son adecuados para las aplicaciones horizontales tradicionales.

Los sistemas de circuito cerrado vertical son populares en oficinas, escuelas y establecimientos comerciales donde el espacio es bastante limitado. Esencialmente, el tamaño del terreno no puede permitir la instalación de bucles horizontales. Los bucles cerrados verticales también se aplican en áreas donde el suelo no es lo suficientemente profundo para abrir zanjas, y son ventajosos porque reducen el impacto en el paisajismo. Para este tipo de bomba de calor geotérmica, dos bucles verticales que están doblados en forma de U se colocan en pequeños orificios (cuatro pulgadas de diámetro, 100 a 400 pies de profundidad y 2 pies de distancia) en el suelo. Estos bucles verticales se conectan entre sí mediante bucles horizontales.

2. Sistema de estanque o lago

La mayoría de las propiedades tienen un estanque o lago cerca. Se puede instalar un sistema cerrado debajo de este cuerpo de agua. Las tuberías enrolladas se instalan debajo del cuerpo de agua al menos ocho pies por debajo para mitigar la posibilidad de congelamiento. Sin embargo, el estanque o lago debe cumplir ciertos criterios con respecto a los requisitos mínimos de volumen, profundidad y calidad antes de que pueda considerarse una ubicación privilegiada para la bomba de calor geotérmica.

3. Sistemas de lazo abierto

Este tipo de bomba de calor geotérmica es ideal para aquellos con suficiente suministro de agua subterránea. Utiliza esta agua subterránea como un intercambiador de calor del suelo y navega por todo el sistema. Se transfiere de vuelta al suelo por un medio llamado recarga de superficie o recarga de pozo. Cuando busque comprar una bomba de calor geotérmica de circuito abierto, asegúrese de tener un suministro de agua subterránea limpio y suficiente, ya que es un requisito del código y la regulación local.

4. Sistemas híbridos

El sistema híbrido es una combinación de bomba de calor geotérmica y bombas de calor de fuente de aire para ofrecer un sistema rentable y altamente eficiente. Aprovechan el hecho de que la configuración de las cargas de calefacción y refrigeración no está completamente equilibrada, y la refrigeración dicta los procedimientos en numerosas ocasiones debido a las ganancias internas. En lugar de aumentar el tamaño del intercambiador de calor para adaptarse a una mayor carga de refrigeración, se remodela para adaptarse a la carga de calefacción y se incorpora un disipador de calor al sistema. Los sistemas híbridos aún se deshacen de las calderas y el uso de combustibles fósiles, al tiempo que minimizan el área de terreno y los costos iniciales necesarios para instalar el intercambiador de calor del suelo.

Los beneficios de los sistemas de bomba de calor geotérmica son abrumadores. Para empezar, utilizan una fuente de energía renovable, que es el calor que se produce naturalmente bajo tierra. Este calor no se ve afectado por las estaciones, lo que significa que estará disponible hasta el final de los tiempos. La energía también es verde y limpia, lo que significa que no tendrá que preocuparse por la contaminación del aire que contribuye a enfermedades respiratorias mortales. Sobre todo, los sistemas geotérmicos son excepcionalmente duraderos. Pueden durar más de 50 años y los bucles vienen con una extraordinaria garantía de 56 años. Esta garantía a largo plazo por sí sola subraya el hecho de que puede disfrutar de los beneficios de la energía geotérmica por el resto de su vida.