Combinación de bomba de calor geotérmica con chimeneas domésticas para la producción de calefacción, refrigeración pasiva y ACS

M. Madero 1 y J.P. Mariño 2 1 Girod Geotermia. Campoamor 14, 28004, Madrid. miguel@girod.es 2 Girod Geotermia. Campoamor 14, 28004, Madrid. juanpablo@girod.es

Área temática III: Aplicaciones para climatización en el sector residencial.

RESUMEN: La climatización mediante energía geotérmica de baja entalpía es en la actualidad el

sistema más eficiente que existe, aportando importantes ahorros energéticos y económicos,

contribuyendo así a la disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero. Por su parte, el

frío pasivo supone un auténtico free cooling que es capaz de refrescar una vivienda con mínimos

consumos, alcanzando COPs muy altos debido a que logramos enfriar con el solo consumo de unas

bombas de circulación y sin usar a un compresor.

Podemos dar un paso más y combinar este sistema con otra fuente de energía renovable que aporte

mayor ahorro y confort a la vivienda pero que no suponga un incremento importante en el coste de

instalación ni un aumento en la complejidad del sistema en cuanto a funcionamiento y

mantenimiento. Dicha combinación es la bomba de calor geotérmica con chimenea doméstica

mediante la solución Extender que permite la conjugación de ambos sistemas para la producción de

calefacción y ACS mediante la bomba de calor, la chimenea o ambas a la vez, todo ello controlado

con el sistema de control de la bomba de calor. Si a ello le añadimos el frío pasivo, obtenemos el

mejor sistema de climatización por economía, ecología y confort. Esta solución se puede aplicar con

placas solares pero en los lugares de mucho frío en invierno donde se quiere usar una chimenea por

su agradable integración en el salon del hogar resulta ser más eficiente y útil que paneles solares

que suelen estropear la estetica de los pueblos o urbanizaciones.

1. ANTECEDENTES

La climatización mediante bombas de calor geotérmicas en nuevas viviendas es ya una realidad,

opción que se contempla como una alternativa real a los sistemas convencionales. Como en otros

países con más tradición en este tipo de sistemas, la inversión inicial y la disponibilidad de espacio

para realizar la captación energética son las principales limitaciones para llevarlas a cabo. Sin

embargo, gracias a los ya demostrados beneficios que proporcionan estas instalaciones

(económicos, confort, robustez, etc.) el número de nuevos proyectos va en aumento.

La disponibilidad de espacio para el campo de captación se puede solventar mediante la ejecución

de las perforaciones debajo de la estructura del edificio y/o realizando perforaciones más profundas

dentro de las limitaciones técnicas que ello suponga.

En cuanto a la inversión inicial, cuanto más pequeña sea la diferencia entre el coste de la inversión

del sistema geotérmico y el sistema convencional, más fácil será la justificación del primero frente

al segundo derivado del menor coste de explotación del sistema de climatización. Es por ello que

las instalaciones que demanden refrigeración serán más fáciles de justificar frente a las que no lo

demandan. Lo mismo puede decirse de los paneles solares para la producción de agua caliente

sanitaria que podrían aportar parte del consumo de una vivienda pero que sin embargo aumentan el

coste de la instalación, haciéndola menos rentable frente a instalaciones convencionales.

En consecuencia, la gran mayoría de las instalaciones de climatización mediante bomba de calor

geotérmica suministran el total de las necesidades de climatización y ACS, sin la ayuda o

aportación de otros sistemas. Sin embargo es habitual instalar en las viviendas una chimenea de

leña, más por razones estéticas y de disfrute de su uso que de necesidad para calentar. Con la

solución que presentamos, la solución Extender, podemos aprovechar este calor generado tanto para

la calefacción de la vivienda como para la producción del agua caliente sanitaria, beneficiándonos

del control de la bomba de calor para la optimización del sistema. El calor generado no solo es

aportado en el salon donde esta ubicada la chimenea sino también se incorpora el calor generado al

circuito hidraulico del primario aportando directamente al suelo radiante y ACS mediante el control

de la bomba geotérmica y su curva de calor.

2. SOLUCIÓN EXTENDER

La solución Extender consiste en un taque de volumen de 392 litros con dos serpentines. Uno de

ellos está conectado a la fuente alternativa, que en nuestro caso es la chimenea, mientras que el

segundo recibe el agua procedente de la red de abastecimiento. Ver Imagen 1

Imagen 1. Volume Estender de Thermia con 392 litros y dos cerpentines para uso de otras energías alternativas junto

con los equipos geotérmicos de Thermia.

El volumen del interior de este tanque procede de la bomba de calor geotérmica, tal y como se

muestra en la Imagen 2. Este esquema pertenece a una instalación realizada en San Cristóbal de

Segovia en la que se instaló una bomba de calor marca Thermia, modelo Comfort Optimum 8 unida

a una perforación vertical de 140 m de longitud situada debajo de la estructura de la vivienda. Este

equipo tiene la particularidad de incorporar de serie el sistema de frío pasivo1 y bombas de

circulación de velocidad variable.

1 Recordar que el frío pasivo es cuando se aprovecha directamente la temperatura del agua del circuito primario de la

perforación en el circuito del suelo radiante, sin que entre en funcionamiento la bomba de calor.

Imagen 2. Esquema de principio.

3. FUNCIONAMIENTO

Cuando se está trabajando en modo

calefacción, la válvula de tres vías 1 gira a la

derecha y envía el agua caliente al sistema de

distribución de suelo radiante previo paso por

el tanque Extender. Mediante la válvula de tres

vías 2 se regula la temperatura de impulsión al

suelo radiante mediante el control de la bomba

de calor según sus parámetros de

funcionamiento (curva de calor, histéresis,

temperatura exterior, etc.).

El agua de red entra al primer serpentín del

tanque Extender donde es precalentada,

pasando posteriormente al tanque de ACS

ubicado dentro del equipo.

Si la chimenea está en funcionamiento, el agua

que calienta se conecta al segundo serpentín

del tanque Extender, calentando de esta manera

todo su volumen. Por tanto, si coinciden las

necesidades de calefacción con la producción

que se genera en la chimenea, la vivienda se

estará calentando con su funcionamiento, no

siendo necesaria la aportación de la bomba de calor geotérmica. La temperatura de impulsión al

suelo radiante se sigue controlando mediante la válvula de tres vías mezcladora 2, controlada por el

ordenador del equipo. También podrá calentar el agua de red hasta una temperatura tal que no sea

necesaria la entrada en funcionamiento de la bomba de calor.

Lógicamente, en caso de que la aportación de la chimenea no sea lo suficiente para hacer frente a

las necesidades de calefacción o ACS, la bomba de calor entrará en funcionamiento para aportar la

energía necesaria para conseguir la temperatura de confort y de ACS requeridos en cada momento.

En verano, la válvula de tres vías 1 girará de forma tal que el frío pasivo procedente de la

perforación irá directamente al suelo refrescante, sin pasar por la válvula de tres vías 2, ya que la

válvula de mezcla para conseguir una determinada temperatura de impulsión está situada dentro de

la bomba de calor (además de la bomba de circulación de la perforación que en este modelo es

electrónica de velocidad variable y del

intercambiador de frío). Esto tiene la ventaja

que si por cualquier razón, en periodo

estival o cuando no es necesaria la

calefacción, se pone en marcha la chimenea,

se podrá seguir precalentando (o

calentando) el agua caliente sanitaria

independiente-mente del sistema de frío.

Lógicamente se puede realizar una

instalación que en vez de frío pasivo, sea

frío activo, tal y como se muestra en la

Imagen 3. En este caso la válvula de tres

vías 1 se ha colocado después de la 2 para

discriminar entre calefacción y frío activo. Imagen 3. Extender y frío activo.

4. CONCLUSIÓN

La climatización mediante bomba de calor geotérmica es a día de hoy el sistema más eficiente que

existe que, sin embargo, presenta los dos inconvenientes antes expuestos (coste inicial de

instalación y disponibilidad de espacio para la captación). Es por ello que si se buscan nuevas

soluciones que aporten mayores ahorros económicos, harán más fácil el obtener retornos de

inversión cada vez más cortos que faciliten el llevar a cabo nuevas instalaciones que beneficiarán no

solo a los propietarios y usuarios, sino al conjunto de la sociedad gracias al ahorro energético y a la

disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero que ello conlleva.

Gracias a esta solución Extender que se muestra conseguimos mayores ahorros energéticos y por

tanto económicos gracias al aprovechamiento de una energía que de otra manera sería difícil de

aprovechar, beneficiándonos además del control de la bomba de calor que garantiza el máximo

rendimiento global del sistema.

Además, en esta instalación se ha optado por el frío pasivo, auténtico frío gratuito o free cooling,

que es capaz de mantener una temperatura de confort sumamente buena al mínimo coste posible.