Aerotermia vs geotermia

El conocimiento acumulado a través de los años por el estudio De Lapuerta + Campo arquitectos en temas de eficiencia energética ha dado lugar este artículo en el que ordenan conceptos y resultados sobre dos sistemas de generación de energía para dotar la arquitectura de un bienestar eficiente: la aerotermia y la geotermia.

La decisión sobre el diseño energético de un edificio no es algo obvio. En el momento actual las alternativas de geotermia, aerotermia, incorporar o no energía fotovoltaica, eólica, si es obligatorio producir agua caliente a baja temperatura o podemos llegar a temperaturas más altas, renovación de aire, pozos canadienses … forma parte de un argot, en que la decisión exacta sobre el esquema de diseño energético del edificio suele ser algo complejo y en ocasiones no tenemos toda la información. Nos basamos en conversaciones con industriales, ingenierías y consultores energéticos.

La experiencia en nuestro estudio y de la consultoría energética que creamos (DLAZEN) ha sido amplia en todos esos campos y desde TECTÓNICA nos piden que contemos la aerotermia VS geotermia.

En algún caso como el Colegio Brains, recientemente premiado con el primer premio europeo Passive House 2021, el sistema final fue un cúmulo de decisiones pactados entre instaladores, ingenierías y consultoras energéticas, donde se mezcló una solución de pozos canadienses, baterías, un sistema de aerotermia, fotovoltaica, recuperadores de calor, etc… Lo normal es que en los edificios de vivienda en España la alternativa sea entre geotermia y aerotermia.

En el Colegio Brains, De Lapuerta + Campo abrieron unos ojos de buey dentro del gimnasio para que los alumnos se asomen a su cuarto de máquinas. "Que vean a donde llegan los pozos canadienses, cómo funciona la aerotermia. Hasta dónde llega la energía fotovoltaica. Todos los controles de calidad del aire y de CO2 de cada espacio. Donde se enchufan y acumulan las baterías para los días grises. Con flechitas y letreros de pintura blanca, para que lo entiendan y se sientan orgullosos. La discusión sobre el propio edificio y sus estrategias como ventana docente.”

Ojo de buey reciclado de otras obras, con vidrio antifuego, en el Colegio Brains. Los alumnos pueden ver a través del mismo cómo funciona el edificio.

Pasamos a intentar resumir e introducir de manera sencilla las ventajas que pueden tener los dos sistemas.

Aerotermia

La aerotermia es una tecnología que utiliza como base la energía del aire exterior para climatizar los edificios a través de una bomba de calor para producción de calefacción, refrigeración o ACS. El 70% de la energía la extrae de la bomba de calor a través del aire. El 20-30% de la energía restante procede de energía eléctrica, que puede ser obtenida a través de fuentes de energías renovables. De esta forma, la aerotermia se puede combinar, por ejemplo, con una instalación fotovoltaica o una instalación eólica.

En nuestros proyectos la instalación de aerotermia siempre va asociada a una instalación fotovoltaica de autoconsumo, de forma que se pueden gestionar los excedentes de la producción fotovoltaica y mejorar las prestaciones de ambas. Cada Kwh eléctrico que se consume es capaz de producir entre 3 y 5 Kwh térmicos o frigoríficos para las aplicaciones de calefacción, refrigeración y ACS.

Existen muchas marcas en el mercado que están realizando sistemas de control para la gestión de las instalaciones fotovoltaicas combinadas con las instalaciones de aerotermia, permitiendo gestionar los excedentes de manera efectiva. En función de la combinación de los sistemas elegidos y de la forma de gestionar la producción renovable se dimensiona el tamaño del cuarto de instalaciones y de los depósitos de acumulación de energía térmica o frigorífica.

Máquinas de aerotermia y placas fotovoltaicas en la cubierta del Colegio Brains.

Funcionamiento energético del Colegio Brains por De Lapuerta + Campo arquitectos. Descargar pdf.

Principales ventajas de la aerotermia

- Supone un 30% menos de inversión que una instalación geotérmica.

- Donde más partido se saca a esta instalación es en lugares con climatologías suaves como el clima Mediterraneo, donde las temperaturas no son extremas ni en verano ni en invierno. La inversión con relación a la rentabilidad es mejor, frente a un sistema como la geotermia.

- Se trata de un sistema más modulable, es decir, permite la individualización de las instalaciones en vivienda colectiva, frente a la geotermia, que suele obligar a un sistema centralizado pues la geotermia individualizada es más costosa. Muchas veces, el promotor o cliente no es partidario de sistemas centralizados con gastos asociados a la Comunidad de Propietarios.

- Facilidad de instalación en reformas o rehabilitaciones de edificios existentes, en los que no es posible realizar otro tipo de instalación renovable. Por ejemplo, una instalación geotérmica necesita un espacio libre en la parcela para realizar las perforaciones. Incluso en edificación de nueva planta se pueden presentar dificultades para perforar, como ocurría en las viviendas de Calle Alcalá 141 con el paso del Metro bajo la parcela. En este proyecto, los hidrokits estaban en las cocinas mientras que sus máquinas exteriores individuales estaban en cubierta.

Viviendas en la calle Alcalá, 141, en Madrid de De Lapuerta + Campo arquitectos.

En los proyectos de rehabilitación, plantear una instalación de aerotermia lleva implícito el cambio de unidades terminales. Las bombas de calor que se instalan, sus temperaturas operativas no deberían superar los 50ºC para obtener buenos rendimientos (los rangos de temperaturas máximos suelen ser 60 ºC) lo que implica que las unidades terminales emisoras trabajen a bajas temperaturas (radiadores de baja temperatura, fancoils o suelo radiante/refrescante) con las que se da viabilidad al conjunto de la instalación proyectada y se mejoran los costes operativos de la misma.

La tendencia del mercado es utilizar nuevos gases refrigerantes (R290) que trabajan hasta los 70º sin pérdida de rendimiento, lo que implicaría no tener que cambiar las unidades terminales como los radiadores, aunque se ha de tener en cuenta igualmente que se obtienen mejores rendimientos a bajas temperaturas.

Geotermia

La energía geotérmica se basa en la captación de la energía acumulada en la tierra mediante una bomba de calor.

Vivienda en Aravaca resulta con instalación de geotermia.

En invierno la bomba inyecta frío a un circuito cerrado de agua que pasa por unas perforaciones realizadas en el terreno, sondeos cuyo número y profundidad varían según la demanda energética del edificio. La captación de energía térmica del terreno se produce por la diferencia de temperaturas entre la tierra y el agua del circuito. Esta energía térmica es la que usamos para calentar el edificio. De la energía consumida, un 80% procede de la tierra, y el 20% restante es energía adicional que se consume para llegar a la temperatura de consigna. La bomba de calor geotérmica va conectada a la red eléctrica para alimentar el compresor. Por cada KW que consume de electricidad, se obtiene entre 5 y 6 kW gratuitos de la tierra.

En verano se hace el ciclo al revés. Sacamos la energía de la casa y la disipamos en el terreno. A diferencia de un aire acondicionado, que disipa el calor en el aire caliente que hay en el exterior, la geotermia lo puede disipar a un tanque de agua, a una piscina o a una perforación, por lo que la eficiencia es mayor.

Perforador de geotermia con sondas Muovitech. Fotografía cedida por Girod geotermia.

La geotermia permite la utilización de diferentes elementos emisores para climatización (radiadores, suelo radiante/refrescante, fancoils). En el caso de radiadores se pierde la opción de refrigerar con un solo emisor, por lo que si se trata de nueva construcción recomendamos siempre instalar suelo radiante.

Vivienda en Guisando resuelta con instalación de geotermia. De Lapuerta + Campo arquitectos.

Máquina de geotermia y suelo radiante instalados en la vivienda de Guisando.

Principales ventajas de la geotermia

- Está comprobado que es un sistema más eficiente que otros, como puede ser la aerotermia, debido a que el intercambio se realiza con el terreno, que es un medio que no está tan frío como el aire.

- Permite calefactar y refrigerar simultáneamente, por ejemplo, para refrigerar la casa en verano y calentar agua a la vez. La misma máquina realiza las dos tareas simultáneamente, a diferencia de la aerotermia, que hace una cosa o la otra.

- No hay aparatos exteriores a la intemperie, como sí ocurre por ejemplo con la aerotemia. No hay un impacto visual de una máquina exterior, puesto que la máquina de la geotermia se ubica en el interior del edificio (por ejemplo, en el sótano o en un cuarto para instalaciones). Las cubiertas se pueden aprovechar así para otros usos, instalación de paneles fotovoltaicos, etc.

- Permite disipar el calor a una piscina y calentar unos meses gratis el agua de la misma, sin coste adicional.

- Donde más partido se saca a esta instalación es en lugares con climatologías extremas, de mucho calor en verano y mucho frío en invierno.

- El ahorro en la geotermia respecto al de una instalación con aerotermia en un edificio grande es de un 30% mayor.

Una instalación de geotermia precisa de poco mantenimiento, pues se utilizan materiales muy resistentes. La bomba requiere menos mantenimiento que una caldera de gas, al no haber chimeneas o quemadores. Sin embargo, los arreglos pueden ser más costosos, necesitando de piezas especiales y de instaladores cualificados.

De cara a presentar estas instalaciones de producción de energía renovable a un cliente, hacemos una comparación de las mismas con una instalación de caldera de gas para un clima en el que se necesite producir frío y calor:

En primer lugar, para cumplir normativa (CTE) es obligatoria una aportación de energía renovable. En una instalación de gas colocaremos una caldera (calefacción y ACS) y además una máquina de aire acondicionado (refrigeración). Para obtener el mismo confort que da la geotermia, esta caldera no puede ser de producción instantánea de ACS, sino que será necesario instalar un tanque de agua. Por tanto, una instalación de gas constará de una fuente de energía renovable (por ejemplo, paneles solares), caldera de gas, tanque de agua y aire acondicionado.

Sin embargo, si se opta por una instalación de aerotermia o geotermia no es necesaria la instalación de una fuente de energía renovable adicional.

La bomba de calor geotérmica proporciona calefacción, refrigeración y ACS a la vez. La diferencia de inversión económica extra que se hace en la instalación de la geotermia se amortiza en unos 3 años.

En el caso de una instalación de aerotermia, la diferencia de inversión económica extra que se realiza frente a una instalación de un sistema convencional se podría amortizar en unos 5, 6 años.

La rentabilidad económica que supone la instalación de estos sistemas de producción es significativa, y es mayor su impacto teniendo en cuenta el alza de precios constante de la energía (luz y gas). A día de hoy existen en España subvenciones procedentes de los fondos europeos F.E.D.E.R para geotermia, aerotermia y biomasa destinadas a particulares.

Las ayudas vigentes pueden llegar hasta los 13.500€ para una instalación de geotermia por cada vivienda, dependiendo del tamaño de esta y de la potencia instalada. Estas ayudas se conceden tanto a obra nueva como a rehabilitación.

Para el caso de edificios existentes, se pueden solicitar además otras subvenciones para obras que combinan estrategias de instalaciones renovables con obras de rehabilitación energética de la envolvente (aislamientos en fachadas, cubiertas, soportales, cambios en carpinterías, etc), en las que se puede llegar a obtener el 40% y el 80% del importe subvencionable de la actuación. Recientemente hemos terminado una obra de rehabilitación energética para una torre de viviendas en Madrid que ha recibido el mayor importe de subvención concedida para un edificio residencial.

Creemos que no podemos obviar la situación que vivimos de emergencia climática, y debemos posicionarnos, impulsando junto a los clientes una Arquitectura con conciencia climática que reduzca el impacto ambiental. Los arquitectos debemos ser vanguardia también en la técnica y no valen excusas artesanales o perezosas.