CONSELLS DE GEOTÈRMIA

1. INICIS I CONCEPTE

 

LLONCH-CLIMA, SL comença a desenvolupar i a implicar-se en l’energia geotèrmica l’any 2.004, com alternativa a altres sistemes amb menys d’èxit en altres països on s’han desenvolupat. A partir d’aquí, comença a realitzar estudis de viabilitat energètica i màxima eficàcia per instal•lacions d’edificis públics i privats. Hem esdevingut una de les empreses pioneres en la introducció de les tècniques d’aprofitament de l’energia geotèrmica al nostre país, com excel•lent eina per desenvolupar productes i serveis orientats a millorar l’eficiència energètica en els edificis on l’energia tèrmica, en forma de fred i/o calor, sigui fonamental. Aquest sistema és altament ecològic ja que no genera cap mena de combustió i no genera CO².

LLONCH-CLIMA, SL amb la col·laboració de Geòtics Innova, participa en l'execució i posada en servei d'una instal·lació geotèrmica de 200 KW de potència. Esdevé la primera instal·lació de 200 KW que es fa a Catalunya; s’inicia a principis del 2004 i finalitza a principis del 2006, l’edifici va ser rehabilitat i té 1.600 m² utilitzats per a oficines municipals. Es troba al centre de Sabadell a l'Antic Vapor Codina, propietat de l’Ajuntament. 

Cal diferenciar entre la geotèrmia tèrmica d’alta entalpia o directa (per anar a un circuit primari o secundari) i la solar o indirecta (per anar a un circuit secundari o terciari), tant per a la producció de fred com de calor. La directa o d'alta entalpia seria aquella que s'utilitza directament del subsòl amb una temperatura concreta per anar a un circuit primari i escalfar o refredar, sent més habitual escalfar. Al fer un bescanvi directe amb l'ambient es poden usar unitats terminals de forma directa o com a suport de calderes en el cas de la calefacció. Quan es tracta bàsicament de fred seria per a processos industrials i/o de conservació controlada; una altra podria ser l'aigua calenta sanitària, tant per a consum d’aigua potable tractada, com per a tractaments mèdics, serveis a l’hostaleria, suport i producció industrial de tota mena. Com exemple proper tenim Caldes de Montbui, amb una aigua emergent amb temperatures de 70 ºC. Aquestes aigües s'aprofiten, en molts casos, per a calefaccions i sistemes d'aigua calenta sanitària en instal·lacions domèstiques, comercials i públiques. Altres de directes aprofitarien subsòls amb temperatures elevades. Però aquests sistemes només poden ser aplicats a zones concretes i sense poder transportar-la a distància.

 

Per altra banda, tenim la geotèrmia solar o indirecta, que consisteix en aprofitar la temperatura constant i fer un bescanvi; això sí, sempre treballant amb un sistema per compressors, per aconseguir el salt tèrmic de recuperació dels mateixos a les instal·lacions, en bomba de calor per a estiu i hivern, amb aigua - aigua que habitualment s'aconsegueix amb aire, a través de ventiladors o torres de recuperació obertes amb aigua circulant. A partir d'ara parlarem de la geotèrmia solar o indirecta.

L’escorça terrestre absorbeix en forma de calor bona part de l’energia provinent del Sol. A partir de dos metres de profunditat, la gran massa de la Terra, permet que la temperatura del subsòl es mantingui constant durant tot l'any; aquesta temperatura varia segons les característiques del terreny i la radiació solar pròpia del país i/o territori. A Catalunya, la temperatura del sòl a partir de 3 metres de profunditat té una mitjana de 14 a 17 ºC i varia poc de l’hemisferi nord si parlem de profunditats a partir de 20 metres.

2. HISTÒRIA

 

La primera instal·lació geotèrmica es va realitzar a l’edifici Commonwealth Building de la ciutat de Portland (Oregó) als Estat Units d'Amèrica, l'any 1946. Tot i així, fins la crisi del petroli del 1973 no es començà a desenvolupar. Començant als Estats Units i Canadà, juntament amb una petita part d’Europa (Alemanya, Suècia i Anglaterra), van potenciar la utilització de la bomba de calor geotèrmica com alternativa dels combustibles sòlids i líquids. Actualment, l'ús de les bombes de calor està molt més estès pels Estats Units, Japó i Europa, en concret Alemanya, Suïssa, Àustria, i Suècia.

Els objectius de la Unió Europea sobre l’energia renovable, previstos pel 2010, han engegat diverses campanyes. L’actual campanya "Energia Sostenible per a Europa 2005 - 2008" té com a objectiu potenciar les energies renovables, amb la instal·lació de 250.000 bombes geotèrmiques. Al nostre Estat, donat el poc grau de maduresa del mercat de la geotèrmia, es confon en molts casos la geotèrmia d’alta entalpia (creació d’energia elèctrica) amb la geotèrmia solar (que aprofita energia tèrmica solar i sent una excel·lent solució d’eficiència energètica). Aquí, a Catalunya, alguns organismes oficials van incorporant, lentament, la geotèrmia solar com energia renovable seguint la tendència europea.

A continuació, podem esmentar les principals referències dels organismes oficials en matèria de geotèrmia solar i la seva aplicació a la climatització dels edificis:

El Departament d'energia dels Estats Units declara que les bombes de calor geotèrmiques (GHP) proporcionen una energia econòmica per a escalfar i refrigerar edificis. Els seus principals avantatges són:

 

 

  • Comoditat al llarg de l’any (bon grau de confort).

  • Baix consum d’energia.

  • Característiques del disseny (grandària més reduïda).

  • Característiques del disseny (la maquinària no necessàriament ha d'estar a l'exterior).

  • Estètica millorada: Els equips no requereixen torres de recuperació.

  • Respecte total al medi ambient.

  • Baix cost de manteniment.

  • Calefacció i refrigeració a la vegada.

  • Durada mitjana de 20 anys.

 

El Llibre Blau de les Fonts Geotèrmiques de la Comissió Europea 1999, es pot considerar com la referència comunitària de l'energia geotèrmica. En aquest s'especifica que hi ha dos sistemes d’explotació de l'energia geotèrmica: les fonts d’alta temperatura de més de 150 ºC, utilitzades per a la generació d’energia elèctrica, i les fonts de baixa temperatura (menys de 150 ºC) que s'utilitzen directament com a energia o bé a través de les bombes de calor, inclòs per sota dels 20 ºC. Les bombes de calor geotèrmiques (GHP) poden funcionar en tots els països. El seu mercat és molt ampli: des de cases unifamiliars fins a complexes edificis públics. La doble funció de les GHP (calefacció i aire condicionat) fa que s'esperi una forta implantació en un futur molt proper.

3. EFICIÈNCIA ENERGÈTICA

 

El rendiment energètic d'un sistema de climatització, utilitzant com a font de calor el subsòl a 14 - 15 ºC, és de com a mínim del 450 % escalfant i del 600 % refredant. Això és possible ja que no es genera tota la calor, sinó que la major part es transfereix d'una font a una altra.

En números concrets, ens centrem en un edifici situat al Vallès Oriental (Barcelona) que gastés aproximadament 7.000 € / any per climatitzar i gaudir d’aigua calenta. Si la solució fos de gas natural (calefacció) i d’electricitat (refrigeració), aquesta despesa podria ser de l'ordre d'uns 12 - 16.000 € / any, sempre i quan el sistema geotèrmic fos dissenyat i executat correctament.

L'eficiència del sistema representa en el procés de calefacció un estalvi de més del 75 % dels KW consumits als KW aportats. En el procés de refrigeració representa un estalvi del 83 % dels KW consumits als KW aportats. Aquesta eficiència és d’un 50 % més gran que els sistemes tradicionals de calefacció i refrigeració amb bombes de calor.

Podem considerar el subsòl a petites profunditats com a font de calor (energia), totalment renovable i inesgotable. Mitjançant un sistema de captació adequat i una bomba de calor geotèrmica, s'aconsegueix transferir calor d’aquesta font de 14 - 15 ºC (subsòl) a una altra de 50 graus (acumulador ACS o circuit d’aigua), per a ser utilitzada en la calefacció i/o l'aigua calenta sanitària d'ús per a edificis tant domèstics, comercials, com públics i privats.

La mateixa bomba de calor pot absorbir calor de l'ambient a 40 graus i transferir-la al subsòl amb el mateix sistema de captació; això implica que el sistema pot solucionar la calefacció i la refrigeració, és a dir, l'edifici té una única instal·lació per la climatització total.

La despesa més important en matèria energètica dels edificis actuals és la despesa en climatització (calor i refrigeració) i l’aigua calenta sanitària. En aquest concepte, una construcció nova pot gastar més del 70 % de la despesa energètica. És per això que la geotèrmia solar soluciona una part molt important del consum energètic dels edificis. Els estalvis i COP aproximats que es poden aconseguir comparant-ho amb altres sistemes són:

 

  • 60 – 75 % d’estalvi amb gasoil

  • 60 – 70 % d’estalvi amb gas

  • 50 – 70 % d’estalvi amb electricitat

  • 50 – 65 % d’estalvi amb electricitat (tarifa nocturna)

  • 35 – 50 % d’estalvi amb bomba de calor

  • 35 – 50 % d’estalvi amb sistema inverter

  • 4,5 de COP (KW potència / KW de consum) geotèrmia

  • 3,0 de COP (KW potència / KW de consum) sistema inverter

  • 2,0 de COP (KW potència / KW de consum) bomba calor

  • 1,5 de COP (KW potència / KW de consum) gas

  • 1,3 de COP (KW potència / KW de consum) gasoil

  • 1,0 de COP (KW potència / KW de consum) electricitat

4. BESCANVI AMB EL SÒL

 

Es pot realitzar mitjançant dos sistemes:

4.1. - Circuit des de la bomba de calor

Quan utilitzem un sistema de bescanvi entre el sòl i el condensador / bateria de la bomba de calor, realitzat mitjançant un circuit tancat de coure enterrat, com un apèndix de la bomba de calor, l’anomenarem circuit des de la bomba de calor. Per un edifici es poden precisar entre 100 i 150 metres quadrats de canonades. Els avantatges són el seu baix cost, la senzillesa, i el bon rendiment; els inconvenients són la servitud del terreny per ser un bescanvi horitzontal.

4.2. - Circuit auxiliar independent de la bomba de calor

Quan es disposa d’un conjunt de canonades enterrades, per les quals es fa circular l’aigua que a la vegada bescanvia la calor amb el condensador / bateria, es diu que tenim un bescanvi mitjançant un circuit auxiliar independent de la bomba de calor. Els avantatges són el bon rendiment, la baixa pressió en el circuit i que evita grans diferències de temperatura.

En aquest tipus d’instal·lació els circuits poden ser horitzontals o verticals:

4.2.1. - Circuits horitzontals

En aquest sistema, la canonada de captació està enterrada en sentit horitzontal, a una profunditat d’uns dos metres, aproximadament. La superfície del terreny necessària és aproximadament de 1,5 m² de circuit per m² d’ edifici que s’ha de climatitzar, sempre depenent del seu aïllament tèrmic i qualitat constructiva, sobre les quals no s’aconsella la presència d’arbres. A més a més, aquesta superfície no s’ha d’asfaltar ni s’hi ha de posar cap paviment; es recomana recobrir-la de gespa o d’alguna mena de sorra. L’avantatge és que té un cost més baix que el del sistema vertical; els inconvenients són la servitud del terreny i que no es pot construir damunt les canonades del bescanvi.

4.2.2. - Circuits verticals

En aquest sistema, la canonada de captació està enterrada en sentit vertical, amb forma d'U o doble U, en un o varis pous normalment una relació del 100-130 % de metres de profunditat respecte als metres de superfície a climatitzar. Per un edifici d’uns 770 m2 necessitaríem 7 pous de 120 m, com per exemple: 7 pous d’uns 120 metres de profunditat com a mínim. Una altra solució possible és fer 14 pous de 60 metres, separats cada 4 o 5 metres, però en cada cas s’han de veure les característiques del terreny per a determinar la solució més econòmica. Els avantatges són: es necessita poca superfície de terreny i té un millor rendiment que el sistema horitzontal. També, com en tots els casos, té els seus inconvenients: té un cost més elevat que el del sistema horitzontal i en alguns terrenys la realització de les perforacions pot ser complicada.

5. BESCANVI AMB L'EDIFICI

 

Aquest sistema, per a realitzar el bescanvi de calor, fa circular l’aire per la superfície de l’ edifici, distribuint aire fred / calent per tot l’ edifici, mitjançant canalitzacions aïllades tèrmicament. Es poden utilitzar (per la seva distribució) els fancoils, que són aparells que poden distribuir la calor o el fred a l’ edifici utilitzant el mateix circuit de la bomba de calor. Per tant, amb un sistema únic de distribució queda solucionada la distribució del fred i calor a l’ edifici.

 

Tanmateix, el sistema del qual parlem fa circular un cabal d’aigua per la superfície de l'edifici. L'aigua tendeix a refredar-se fins a 10 ºC a l'estiu i escalfar-se a 45 ºC a l'hivern, d'aquesta forma aconseguim la climatització de l'edifici. El sistema geotèrmic permet escollir qualsevol bescanvi amb l’edifici, és a dir, unitats d’aire: tipus fancoils, terra radiant o radiadors.

 

Els fancoils són els únics que permeten tenir un únic sistema de climatització. En cas d’utilitzar el terra radiant per escalfar és recomanable escollir un convector d’aire per fer l’aire fred. Donat que el terra radiant és el mètode amb un millor rendiment i millor confort per a solucionar la calefacció, escollir aquest mètode o el de radiadors suposa instal·lar un altre sistema per a solucionar la refrigeració amb fancoils tant de moble com de conductes.

6. EQUIPS DE FUNCIONAMENT


La bomba de calor és una màquina que, basant-se en el Cicle de Carnot realitzat per un gas, absorbeix calor d’una font per lliurar-la a una altra que està a una temperatura superior. Les bombes de calor són molt populars des de fa anys, utilitzades en tots els frigorífics, en la major part dels aires condicionats i últimament en els climatitzadors de tipus domèstic.

Físicament, el condensador i la bateria poden ser compatibles, fet que permet canviar el sentit del traspàs de calor d’una font a una altra, simplement canviant el sentit de la circulació del gas en el circuit. Per aquesta raó, les bombes són reversibles i poden donar calor o fred.

I, tot seguit, podem preguntar-nos la següent qüestió: Què aporta el sistema de captació d’energia geotèrmica solar a un climatitzador per bomba de calor?

El rendiment (energia subministrada / energia absorbida) depèn de la temperatura de la font que subministra la calor al condensador. Els sistemes de climatització convencionals absorbeixen la calor de l’atmosfera, que a l’hivern pot arribar a temperatures per sota dels 2 ºC. A aquestes temperatures, el condensador no pot captar pràcticament gens de calor i el rendiment de la bomba és molt baix. A l’estiu, quan fa més calor, la bomba ha de cedir la calor a l’atmosfera, la qual pot estar a 40 ºC, situació en què el rendiment no és el millor que es podria esperar. En el sistema de captació geotèrmic es disposa d'una font a temperatura constant. Pel que fa al rendiment, aquest sempre és òptim sense que importin les condicions de temperatura atmosfèrica.

7. AVANTATGES

 

La geotèrmia solar presenta uns grans avantatges des d'una perspectiva mediambiental i des d’una perspectiva econòmica. Seguidament queden citats de manera resumida:

1 – Des d'una perspectiva mediambiental, la geotèrmia solar no produeix emissions de CO².

2 – D’aspectes sanitaris, hem de destacar la no existència de les torres de refrigeració, evitant d’aquesta forma qualsevol contaminació per legionel·losi.

3 – Des d'una vessant estètica, la no existència de torres de refrigeració ni condensadors d’aire fa que l’edifici resti exempt de qualsevol pertorbació visual.

4 – Com que la instal·lació només necessita una lleugera aportació d'energia, l'edifici pot tenir la consideració d’unitat de "contaminació zero".

5 – La bomba de calor geotèrmica, al bescanviar amb l’escorça de la terra, té un rendiment molt alt que no depèn de la temperatura exterior, la qual cosa fa que el sistema sigui molt eficient tècnicament.

6 – Arquitectònicament, la bomba de calor no necessita xemeneies d’evacuació de fums.

7 – Donat que la temperatura de treball de la instal·lació no supera els 50 ºC, el grau de confort de l'edifici es pot considerar molt alt.

8 – La geotèrmia solar és la solució més eficient des d'una perspectiva econòmica.

8. QÜESTIONS HABITUALS

 


1. És fiable utilitzar com a font de calor el subsòl?
Sí, perquè la calor del subsòl a petites profunditats, provenint del Sol, es manté a una temperatura constant durant tot l’any (a l'entorn de 14 – 17 ºC a Catalunya), provocant que el rendiment del sistema de captació geotèrmic sempre sigui òptim sense que importin les condicions de temperatura atmosfèrica.

2. És la geotèrmia solar una energia inesgotable?
Sí, la geotèrmia solar és una energia renovable i, per tant, inesgotable: restaura fins a 4 kW d’energia per 1 kW d’electricitat consumida. La climatització geotèrmica és un mitjà rendible i eficaç d’explotació d’energia renovable que subministra la Terra, constituint així una excel·lent solució per a l’eficiència energètica.

3. Quina és l'aplicació més utilitzada de la geotèrmia solar?
L’aplicació més utilitzada és la climatització d’edificis, a partir d’energia renovable amb una excel·lent eficiència energètica.


4. Com es pot passar d’una temperatura de 15 ºC del subsòl a una temperatura de 40 ºC per escalfar l’aigua calenta sanitària?
Per a superar aquest salt tèrmic és necessària la bomba de calor, ja que amb el cicle de Carnot, s’aconsegueix transferir les temperatures d’un lloc fred a un calent. És el mateix cicle invers que fan els frigorífics a casa nostra, ja que aconsegueixen escalfar l’aire per aconseguir fred.

5. Quins avantatges proporciona un sistema de climatització geotèrmic?
El sistema proporciona confort per a tot l’any; calefacció, refrigeració, deshumidificació i també soluciona l’escalfament de l’aigua domèstica, d’una manera neta, ecològica i econòmica. Si bé els aspectes mediambientals i econòmics són els que més pesen a l’hora de decidir la inversió, aquests esdevenen secundaris a l’hora de valorar la satisfacció com a usuari del sistema, passant a un primer pla l’aspecte del confort.

6. Com funciona un sistema de climatització geotèrmic?
L’equip està format per un circuit de bescanvi amb el subsòl, una bomba de calor i un circuit de bescanvi amb l’ edifici. A l’hivern, el circuit de canonades enterrades en el sòl, juntament amb la bomba de calor, capta la calor de l’escorça terrestre i la transporta fins a dins de la casa. A l’estiu, el funcionament s’inverteix, de manera que, a través del mateix equip, la calor es transporta des de l’edifici fins al subsòl.

7. Quin és el rendiment energètic d’un sistema de climatització geotèrmic?
El rendiment d’un equip de climatització geotèrmic és, com a mínim, entre un 300 % i 500 % escalfant i més d’un 500 % refrigerant en relació amb la climatització convencional. Per tant, consumeix entre un 30 % i 75 % del que consumiria un sistema de climatització convencional (gas natural, propà, fuel, gasoil, radiadors convectors eficients per electricitat, etcètera)

8. És un sistema de climatització nou en el mercat mundial?
No, els sistemes de climatització geotèrmics fa més de 30 anys que s’utilitzen en tot el món. El seu ús està molt estès, com ja hem comentat anteriorment, als Estats Units i al Japó, com també al centre d’Europa, sobretot a Alemanya, Àustria, Suïssa i Suècia. Gràcies a la seva extensa utilització, es fan servir components molt efectius que s’incorporen després d’anys d’investigació i desenvolupament. Així doncs, han esdevingut sistemes molt fiables.

9. És molt cara la instal·lació de la climatització geotèrmica?
Normalment, suposa una inversió inicial major que altres sistemes de calefacció i refrigeració, però la seva major eficàcia fa que la inversió es recuperi en un període de 3 a 5 anys. Aleshores es produeix un estalvi major gràcies al seu baix consum d’energia i els mínims costos de manteniment.

10. El sistema de climatització geotèrmic té una bona relació amb el medi ambient?
Sí, és un sistema altament ecològic perquè no genera CO², ja que no realitza cap combustió.

11. Quina vida útil té l’equipament de la climatització geotèrmica?
L'únic element que té un desgast a la bomba de calor és el compressor, que té una vida útil molt llarga i que és molt fàcil de reemplaçar pel servei tècnic corresponent. Les bombes de calor geotèrmica tenen una vida útil aproximada de 20 anys i el bescanviador amb el subsòl, per les característiques dels materials utilitzats, pot tenir-la també aproximada de 50 anys.

12. La climatització geotèrmica pot instal·lar-se en qualsevol mena de terreny?
Sí, el tipus de terreny “natural” no és un factor rellevant, sempre que no sigui travessat per arribades o evacuacions d’aigua. La captació també es pot realitzar a sota de camins, sempre i quan no siguin asfaltats o recoberts d’algun revestiment dur. A més a més, es poden plantar certes espècies d’arbres a la zona de captació, si s’efectua en els emplaçaments reservats per aquest finalitat.

Per a qualsevol aclariment o dubte referent als consells o la nostra empresa no dubti amb contactar via telefònica o amb correu electrònic i l'atendrem. 

LLONCH-CLIMA, SL

 

Bernat Metge, 40
08100 MOLLET DEL VALLÈS
Tel: 93 579 73 60

Fax: 93 579 14 11

llonch-clima@llonch-clima.cat

fegicat.jpg

LLONCH - CLIMA, SL 2019 © Tots els Drets Reservats