Comparativa: AEROTERMIA O GEOTERMIA ¿Cuál elegir?
Una de las preguntas que más nos plantean las personas interesadas en instalar un sistema de renovables en su domicilio es: aerotermia o geotermia ¿Cuál elegir?
En este artículo te explicaremos las características de cada sistema bajo el punto de vista del rendimiento energético para uso en calefacción, queremos que puedas sacar tus propias conclusiones.
Para empezar, debes saber que para el aprovechamiento de las dos energías renovables, aerotermia y geotermia, se necesita una bomba de calor.
Una bomba de calor es un equipo que aprovecha la energía contenida en el aire o la tierra de manera muy eficiente y respetuosa con el medio ambiente.
Podemos decir que la bomba de calor es el corazón de la instalación.
Es muy importante tener en cuenta que para conseguir un rendimiento óptimo de este tipo de instalaciones, todas las partes que forman parte del sistema deben estar perfectamente calculadas e instaladas.
Es el sistema en su conjunto el que va aportarnos el rendimiento, la bomba de calor es una parte del mismo, que aunque importante no determina por si sola la eficiencia resultante.
Partes de la instalación con aerotermia y geotermia
Un sistema con Aerotermia se compone de dos partes fundamentales que son:
- El equipo generador ( bomba de calor).
- El sistema de emisión asociado que se encargan de distribuir la calefacción o la refrigeración la vivienda, como el suelo radiante o los fancoils.
En Geotermia a mayores tenemos:
- Sistema de captación geotérmica. Se trata de la parte a partir de la cual extraemos el calor de la tierra.
Es bastante frecuente que los estudios de energéticos no tengan en cuenta el rendimiento estacional o SPF* de las bombas de calor (en condiciones reales de uso) y se basen en los COP* nominales en unas condiciones determinadas (de laboratorio para entendernos).
Estos valores de rendimiento son solo válidos para esas condiciones de trabajo, pero cuando varían, los resultados pueden ser bien distintos.
Para evitar caer en subjetividades, vamos a determinar los rendimientos de estos sistemas teniendo en cuenta únicamente documentos reconocidos e imparciales. No se trata de arrimar el ascua a la sardina que más interesa, sino ser objetivos.
El Ministerio de Industria, Energía y Turismo, publicó un documento en el 2014 a través de IDAE (Instituto para la Diversificación y ahorro de la Energía) titulado “Prestaciones medias estacionales de las bombas de calor”, que a su vez es una transposición de la Directiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de abril de 2009, relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables. Dichas directrices se establecieron mediante la Decisión de la Comisión de 1 de marzo de la Directiva Europea.
Para calcular el rendimiento estacional o “SPF” de nuestra instalación de aerotermia o geotermia tendremos en cuenta la zona climática (no es lo mismo una instalación en Madrid que en Vigo) puesto que la climatología es bien diferente y la temperatura necesaria para los sistemas de emisión (suelo radiante, fancoils, radiadores, etc)
A diferencia de la geotermia que capta la energía de manera muy estable de la tierra a partir de una determinada profundidad de entre los 10-15m., independientemente de la temperatura del aire, la captación de la energía del aire aerotermia es mucho más inestable debido a los cambios de temperatura en función de la hora del día, de la estación y de la zona climática.
La temperatura de impulsión necesaria para que los sistemas de emisión como suelo radiante, radiadores o fancoils nos aporten la temperatura de calefacción deseada en la vivienda depende del cálculo y dimensionamiento de los mismos. Pero tanto en la geotermia como en la aerotermia cuanto más elevada sea, menor rendimiento obtendremos de la bomba de calor. Esto es debido a que para subir la temperatura del agua que circula por los sistemas de emisión, necesitamos elevar el régimen de compresión (trabajar con el compresor a mayores revoluciones) lo que significa mayor consumo y menor vida útil. Lo mismo sucede en un vehículo cuando vamos en 3ª marcha y las revoluciones altas, lógicamente tendremos un mayor consumo que cuando vamos el 5ª con el régimen más bajo de revoluciones.
En la aerotermia, tendremos que tener en cuenta que cuando la unidad exterior (evaporador) está por debajo de la temperatura de rocío, se producen condensaciones, llegándose a convertir en escarcha o hielo por efecto de las temperaturas exteriores.
En este caso, la bomba de calor tiene que dejar de aportar calefacción a la vivienda para poder desescarchar (descongelar) la unidad exterior con el consiguiente gasto de energía eléctrica que no vamos a aprovechar para la calefacción ni agua caliente sanitaria (acs).
Aerotermia o geotermia ¿Cual elegir? Un ejemplo práctico
Pongamos un ejemplo para ver la diferencia de rendimientos entre las bombas de calor de aerotermia y geotermia :
¿Cuál sería el rendimiento estacional de una instalación situada en Madrid con un sistema de suelo radiante para calefacción teniendo en cuenta el documento del IDAE?.
En este ejemplo partiremos de los mismos rendimientos de laboratorio COP* en las condiciones de trabajo normalmente usadas en España por los fabricantes de bombas de calor.
Datos de Partida:
- COP* de la bomba de calor Geotérmica: 4,5 en condiciones 0º de temperatura de retorno a la captación y 35ºC de impulsión al suelo radiante según Norma EN14511. Sistema de captación cerrado vertical
- COP* de la bomba de calor Aerotérmica 4,5 en condiciones de trabajo de 7ºC de temperatura exterior y 35ºC de impulsión al suelo radiante según Norma EN14511
- Zona climática de Madrid según Código Técnico Edificación CTE es
El rendimiento medio estacional mide el rendimiento del sistema a lo largo de un determinado periodo para la una aplicación o uso seleccionado. Su valor se obtiene de la siguiente expresión:
SPF= COP x FC x FP
Donde el COP es el rendimiento nominal de la bomba de calor ( rendimiento laboratorio) en unas condiciones determindas.
FC es un factor de corrección que depende de la temperatura exterior. Según la zona climática y la tecnología a empleada se determina el valor de este factor de la tabla 1.1
FP tiene relación con la temperatura de emisión. Dado que la temperatura de producción del agua de calefacción necesaria puede ser diferente a las condiciones de laboratorio. Este valor se obtiene de la tabla 1.2, donde se toma la columna adecuada a la temperatura de producción de agua de calefacción según la norma en la que está certificado el COP para ese equipo y la “Tª de condensación” es la temperatura a la que trabajará la bomba de calor para dar calor al sistema de emisión en la instalación prevista.
A) Cálculo del SFP para la bomba de calor geotérmica:
COP = 4,5
FP = 1,11 por ser zona climática D y Geotermia de circuito cerrado vertical.
FC = 1 por trabajar a la misma temperatura la bomba de calor (35ºC) que el dato del COP (35ºC).
SPF= 4,5 x 1,11 x 1 = 4,995
B) Cálculo del SFP para la bomba de calor aerotérmica tipo split:
COP = 4,5
FP = 0,64 por ser zona climática D y Aerotermia tipo Split (unidad interior+unidad exterior) centralizada.
FC = 1 por trabajar a la misma temperatura la bomba de calor (35ºC) que el dato del COP (35ºC).
SPF= 4,5 x 0,64 x 1 = 2,880
Del análisis de estos resultados se concluye que la eficiencia de la geotermia es un 42,34% superior que la aerotermia en el caso de Madrid.
Para ver de forma más clara la diferencia en la eficiencia de ambos sistemas en condiciones reales comparemos los consumos de energía eléctrica para calefactar una vivienda tipo de 150m2 en Madrid, con una demanda de calefacción anual de 21.500 kW·h/año.
El consumo eléctrico anual para calentar esta vivienda en función de las tecnologías es:
A) Consumo eléctrico anual con Geotermia:
21.500 [kW·h/año] / 4,995 = 4.304 [kW·h/año
B) Consumo eléctrico anual con Aerotermia tipo split:
21.500 [kW·h/año] / 2,880 = 7.465 [kW·h/año]
Para la vivienda tipo considerada, si tenemos en cuenta una coste de kW/h de consumo eléctrico de 0,11€, tendremos un coste anual en la Geotermia en calefacción de 430€/año y de 821€/año en el caso de la aerotermia.
Queda claro que, a pesar de que ambas tecnologías tienen unos rendimientos en laboratorio similares, las fluctuaciones en las condiciones de temperaturas exteriores en el caso de la aerotermia le afecta de forma muy significativa empeorando su rendimiento con respecto a la estabilidad con la que cuenta la geotermia.
Aerotermia o geotermia, ¿cuál elegir? Conclusiones
Los sistemas de aerotermia y geotermia son muy eficientes y respetuosos con el medio ambiente. La tecnología de la bomba de calor aerotermica aunque es cada vez más eficiente, extrae la energía de un foco más inestable como es el aire con la consiguiente pérdida de rendimiento con temperaturas bajas, pero la Geotermia debido a que extrae la energía de un foco térmicamente más estable como es la tierra, es energéticamente más eficiente. Esta diferencia de rendimientos entre las dos tecnologías será más acusada cuando la temperatura del aire exterior en invierno sea más baja.
