La búsqueda de fuentes de energía sostenibles y respetuosas con el medio ambiente ha llevado a un creciente interés en tecnologías como la geotermia y la aerotermia. Ambas son formas de energía renovable que aprovechan recursos naturales para proporcionar calefacción y refrigeración.
En este artículo exploraremos en profundidad qué son la geotermia y la aerotermia, los principios científicos que las sustentan, los tipos de sistemas disponibles y su adecuación a distintos entornos.
También citaremos en este post de algunos edificios en los que se han utilizado estas tecnologías y, para finalizar el mismo, haremos un breve repaso de los factores que hay que valorar a la hora de escoger entre uno y otro.
¿Qué es la geotermia?
La geotermia es una forma de energía renovable que utiliza el calor almacenado en el interior de la Tierra. Este calor proviene principalmente de la desintegración radiactiva de elementos en el núcleo terrestre, así como de la energía residual de la formación del planeta. La energía geotérmica puede ser utilizada para generar electricidad, pero también es ampliamente utilizada para calefacción directa en espacios residenciales e industriales.
El principio fundamental detrás de la geotermia es la transferencia de calor. En las zonas donde el gradiente geotérmico es más alto, el calor puede ser extraído de manera eficiente. Éste se puede extraer a través de pozos geotérmicos o mediante sistemas de intercambio de calor en el suelo, conocidos como sistemas de energías geotérmicas de baja temperatura.
La utilización de la energía geotérmica permite no sólo reducir considerablemente las emisiones de CO2. También permite un ahorro del 75% en la factura energética.
Para utilizar esta energía renovable, la arquitectura sostenible recurre a la utilización de lo que se conoce como bomba de calor. Esta bomba es el ingenio encargado de extraer ese calor del subsuelo para utilizarlo en el hogar. Para conseguirlo, se instala una bobina que funciona como colector a una profundidad que ronda el metro y medio. Con esa bobina se extrae el calor de la tierra.
Podemos encontrar tres tipos de sistemas geotérmicos:
- Sistemas de calefacción geotérmica. Estos sistemas utilizan bombas de calor geotérmicas que extraen calor del suelo o de aguas subterráneas para calentar edificios. Pueden ser de circuito cerrado (donde el fluido circula en un circuito cerrado) o de circuito abierto (donde se utiliza agua subterránea).
- Sistemas geotérmicos de alta entropía. Para aplicaciones industriales y generación de electricidad, se utilizan fuentes geotérmicas de alta entropía, como las centrales geotérmicas de vapor seco, flash o de ciclo binario.
- Sistemas de energía geotérmica de baja entropía. Utilizados para calefacción y refrigeración en edificios residenciales, estos sistemas aprovechan las temperaturas más bajas del subsuelo.
¿Qué es la aerotermia?
La aerotermia, por su parte, es otra forma de energía renovable que aprovecha el calor del aire ambiente. Este tipo de energía se basa en el principio de que el aire contiene energía térmica, incluso a bajas temperaturas. A través de bombas daire-agua o aire-aire, la aerotermia puede extraer calor del aire exterior para calefacción o, viceversa, puede enfriar espacios en verano.
La aerotermia funciona a partir de la transferencia de calor mediante un ciclo de refrigeración. La bomba de calor captura éste del aire exterior, lo comprime y luego lo transfiere al sistema de calefacción del edificio. La inversión del ciclo permite que la misma bomba proporcione refrigeración en climas cálidos.
Podemos distinguir entre tres tipos de sistemas de aerotermia:
- Bombas de calor aire-agua. Estas bombas calientan el agua que luego se distribuye a través de radiadores o sistemas de suelo radiante.
- Bombas aire-aire. Se utilizan para calentar o enfriar el aire que se distribuye dentro de los espacios.
- Sistemas híbridos. Combinan aerotermia con otras fuentes de energía, como calderas de gas o biomasa, para optimizar la eficiencia energética.
Geotermia y aerotermia en la arquitectura sostenible
La búsqueda de soluciones sostenibles en la arquitectura ha llevado a la integración de tecnologías renovables en el diseño de edificios. Entre las diferentes tecnologías que permiten lo que se conoce como arquitectura verde, la geotermia y la aerotermia se destacan por su capacidad para proporcionar calefacción, refrigeración y agua caliente de manera eficiente y con un bajo impacto ambiental. Veamos a continuación algunos ejemplos concretos de cómo se han utilizado estas dos tecnologías en diferentes edificios de distintas partes del mundo.
Uno de los ejemplos más destacados de la integración de la geotermia en la arquitectura es el Edificio del Gobierno de Gotemburgo, en Suecia. Este edificio, inaugurado en 2010, utiliza un sistema de calefacción geotérmica que reduce significativamente el consumo energético. Las bombas geotérmicas extraen calor del subsuelo, permitiendo mantener una temperatura constante en el interior durante todo el año, lo que contribuye a un ahorro energético del 60% en comparación con edificios tradicionales.
Otro caso emblemático es el Centro de Estudios de Energía y Calor de la Universidad de Tufts, en Estados Unidos. Este centro ha implementado un sistema de calefacción y refrigeración geotérmica que proporciona un ambiente confortable para los estudiantes y el personal, al mismo tiempo que minimiza la huella de carbono del edificio. Gracias a la instalación de sondas geotérmicas, el centro puede utilizar el calor del suelo para calentar el agua y los espacios interiores, logrando una eficiencia energética notable.
Por su parte, un ejemplo destacado de uso del sistema aerotérmico es el Edificio de Oficinas de la Fundación VELUX, en Dinamarca. Este edificio ha sido diseñado con un enfoque en la sostenibilidad, utilizando un sistema de aerotermia que permite mantener un ambiente confortable con un bajo consumo energético. La combinación de sistemas aerotérmicos y la ventilación natural han hecho que este edificio obtenga la certificación de Edificio de Energía Cero, lo que significa que produce tanta energía como consume a lo largo del año.
En España, el Hotel Arima, ubicado en San Sebastián, es otro excelente ejemplo de la implementación de aerotermia en la arquitectura. Este hotel utiliza bombas de calor aerotérmicas que extraen calor del aire exterior, permitiendo un sistema de calefacción y refrigeración eficiente. Además, su diseño arquitectónico incorpora grandes ventanales que maximizan la entrada de luz natural, y el uso de materiales sostenibles contribuye a su compromiso con la sostenibilidad.
La integración de la geotermia y la aerotermia en estos ejemplos no solo ha permitido un uso más eficiente de los recursos energéticos, sino que también ha influido en el diseño arquitectónico de los edificios. Estos sistemas permiten una mayor flexibilidad en el diseño, ya que reducen la necesidad de sistemas de calefacción y refrigeración convencionales, permitiendo así espacios más abiertos y luminosos.
Además, el uso de tecnologías geotérmicas y aerotérmicas aporta beneficios económicos a largo plazo. Aunque la inversión inicial puede ser mayor que la de sistemas tradicionales, el ahorro en costos de energía y mantenimiento, sumado a las posibles subvenciones por eficiencia energética, hace que estos sistemas sean atractivos para muchos proyectos arquitectónicos.
¿Cómo elegir entre geotermia y aerotermia?
Geotermia y aerotermia ofrecen alternativas eficientes para la calefacción y refrigeración de edificios, pero cada una presenta ventajas y desventajas que deben ser consideradas por arquitectos y propietarios. A continuación vamos a realizar un análisis comparativo que evalúa aspectos como el costo, la eficiencia, el esfuerzo de instalación y el mantenimiento, con el fin de ayudar a decidir cuál sistema puede ser más beneficioso según las necesidades específicas.
La instalación de un sistema geotérmico tiende a ser más costosa inicialmente que la aerotermal. Esto se debe a la necesidad de excavar y realizar perforaciones profundas para colocar las tuberías. Dependiendo de la superficie y la profundidad necesaria, los costos de instalación pueden variar significativamente, pero generalmente rondan entre 15.000 y 30.000 euros para una vivienda unifamiliar.
En contraste, la aerotermia presenta un costo de instalación más accesible, situándose entre 8.000 y 15.000 euros. La simplicidad de la instalación, que no requiere excavaciones profundas, es una de sus principales ventajas.
En lo que hace referencia a los costos operativos, ambos sistemas son muy eficientes, pero la geotermia suele ofrecer un coste inferior a largo plazo debido a su alta eficiencia energética. La geotermia puede alcanzar un COP (coeficiente de rendimiento) de 4 o más, lo que significa que por cada unidad de energía eléctrica consumida, puede generar hasta 4 unidades de energía térmica.
La aerotermia, aunque eficiente, presenta un COP que generalmente oscila entre 3 y 4, lo que implica que, aunque consume menos energía que sistemas tradicionales, su eficiencia es ligeramente inferior a la de la geotermia.
La eficiencia energética es otro de los aspectos cruciales a considerar. La geotermia es menos sensible a las variaciones de temperatura exterior, lo que la convierte en una opción muy eficiente, incluso en climas fríos. Esto se traduce en un rendimiento más constante y una menor variabilidad en el consumo energético.
La aerotermia, aunque eficiente, enfrenta desafíos en condiciones climáticas extremas, ya que su rendimiento disminuye a medida que las temperaturas exteriores bajan. Esto puede llevar a un mayor consumo energético en invierno.
El esfuerzo de instalación para sistemas geotérmicos es considerable y puede requerir la intervención de maquinaria pesada para la excavación. Esta obra puede ser invasiva y requerir una planificación meticulosa, lo que puede ser un inconveniente en áreas urbanas o en propiedades con espacio limitado.
Por su parte, la aerotermia es más fácil de instalar, ya que implica la colocación de unidades exteriores y conexiones más simples a la red de calefacción existente. Esto la convierte en una opción más viable para reformas y rehabilitaciones.
En términos de mantenimiento, ambos sistemas son relativamente bajos en comparación con sistemas de calefacción tradicionales. Sin embargo, los sistemas geotérmicos pueden requerir revisiones periódicas de las bombas y el circuito de tuberías, lo que puede implicar costos adicionales.
Los sistemas de aerotermia requieren un mantenimiento más regular de los filtros del aire y del acondicionador de la unidad exterior, pero estos son generalmente más simples y menos costosos de realizar.
En resumen, la elección entre uno y otro sistema dependerá finalmente de varios factores, incluyendo el presupuesto inicial, el costo operativo a largo plazo, las condiciones climáticas del lugar y la naturaleza del proyecto (nueva construcción o rehabilitación).
Para propietarios que buscan una solución a largo plazo y tienen el presupuesto para la instalación inicial, la geotermia puede ser la opción más rentable y eficiente. Por otro lado, para aquellos que buscan una instalación más accesible y menos invasiva, la aerotermia puede ser la opción preferida, especialmente en climas moderados.
