Instalación geotérmica en una vivienda unifamiliar con radiadores

Se trata de una vivienda unifamiliar, situada en el ayuntamiento de Mos, de 248 m² construidos, de los que 180 m² son habitables. Estaba prevista la instalación de una caldera de gasóleo con radiadores pero se buscaba algo mas eficiente, y a la larga mas económico. Como la vivienda tiene algo de terreno se optó por una instalación de geotérmia con un pozo vertical de 150 metros. Como no era posible realizar un suelo radiante, ya que la vivienda estaba finaliza, se optó por una radiadores de baja temperatura.

A continuación se describen las partes de la instalación:

1.- Vivienda unifamiliar

El sistema de climatización con bomba de calor geotérmica se ha instalado en una vivienda unifamiliar situada al suroeste de Galicia, en el ayuntamiento de Mos (Pontevedra), en una parcela de 500 m². Se trata de una vivienda unifamiliar independiente que consta de sótano, planta baja y planta alta, de las que sólo las dos principales se climatizarán, quedando el sótano para la colocación de la bomba de calor geotérmica en la sala de calderas. Su fachada principal esta orientada hacia el noroeste.

La estructura de la vivienda está compuesta por pórticos de hormigón armado, forjados compuestos por bovedillas aligerantes y viguetas semiprefabricadas de hormigón y muros de carga de hormigón. El suelo de la planta sótano consiste en forjado, cascote de piedra, aislamiento de barrera de vapor y tierra. Las fachadas están compuestas de piedra perpiaño, tabique de ladrillo, aislamiento, guarnecido y enlucido. Las puertas y ventanas son de PVC acristaladas con vidrio doble y cámara aislante. Las divisiones interiores están formadas por fábrica de ladrillo hueco doble, guarnecido y enlucido. La cubierta inclinada está compuesta por forjado, mortero de cemento, aislante y teja cerámica.

Certificado de eficiencia energética

Inicialmente la vivienda unifamiliar estaba proyectada con una caldera de gasóleo con acumulador para ACS. Se muestra a la izquierda, el certificado de eficiencia energética para la vivienda proyectada con caldera de gasóleo, y a la derecha el certificado de eficiencia energética cambiando la instalación por una bomba geotérmica.

En dicha figura puede verse como se reduce el consumo de energía de 182,5 a 47,7 kWh/m2 año y se reducen las emisiones de CO2 de 47,8 a 8,1 kg CO2/m2 año. Estos resultados ponen de manifiesto las ventajas de la bomba de calor geotérmica en este tipo de viviendas.

2.- Sistema de captación

Esta compuesto por un pozo de 150 metros de profundidad y 150 mm de diámetro, en el que se insertan 4 sondas de captación geotérmica unidas entres si. La perforación se lleva a cabo mediante un sistema de perforación de rotopercusión con martillo en fondo con extracción de material y recirculación de aire, es el método que más se ajusta en la ejecución de pozos en granitos compactos, como es el caso de la geología en el entorno de la vivienda.

   

Una vez finalizada la perforación se procede a retirar toda la sarta de perforación y proceder a la entubación definitiva. El entubado se realiza mediante tubos de revestimiento de PVC y tolerancia según DIN1626 o equivalente. El espesor del tubo será de 6 mm para la protección de los colectores y la estabilidad del terreno. Las soldaduras de los tubos son herméticas y resistentes a la presión de funcionamiento.

A continuación, se procede a la colocación de colectores y tuberías del intercambiador geotérmico. En la figura se muestra una sonda geotérmica en doble U junto con el montaje del intercambiador preparado para introducir en el pozo. Para la separación de los tubos se utilizan unos separadores especiales que evitan el contacto entre ellas, como los de la figura.

La introducción del intercambiador en el sondeo se puede realizar automáticamente con una máquina denominada Slangman, un aparato que se acopla a la boca del sondeo y realiza de forma fácil la guía del intercambiador. En este caso, al ser simplemente un solo sondeo de 150 m no se necesita. Los tubos se introducen mediante los carretes que se muestran en la figura, y de forma manual. Esta maniobra se realiza con la ayuda de un peso como el de la figura de la derecha, colocado en el inicio del intercambiador para evitar que flote por causa del detritus. Dicho peso viene calculado por el fabricante en función del diámetro y densidad del fluido.

 

Una vez introducidos los colectores, se procede al relleno de la perforación con mortero de alta conductividad. La cementación del sondeo es un proceso de mezcla de lechada de cemento con bentonita en el interior del pozo, mediante una mezcladora, constituida por un depósito de mezcla, otro de inyección y un sistema de inyección a través de una bomba helicoidal.

Esta operación se realizará siempre de abajo hacia arriba, donde se deja fraguar para unir la columna con la formación rocosa perforada. Se usa un tubo especial para el relleno de 25×2.5 mm, que se introduce en el sondeo junto con el colector, y se queda cementado con el resto de los tubos. Los objetivos que se persiguen en la cementación de un sondeo son:

  • Sellado de horizontes permeables donde se produzcan pérdidas de circulación u otras de formaciones problemáticas, de forma previa a perforaciones más profundas.
  • Controlar los movimientos de fluidos entre formaciones.
  • Salvaguardar las formaciones productivas.

La bentonita es un producto de elevada conductividad del tipo Energrout HD 2.1. Consiste en un mortero pre-dosificado denso y con alta conductividad térmica y reología propicia para la inyección, diseñado especialmente para aplicaciones de tipo geotérmico. Está compuesto de una mezcla de arenas de sílice con curva granulométrica excelente, junto con cemento sulfo-resistente, perfeccionado con aditivos naturales y sintéticos para otorgar las propiedades requeridas. Junto con su principal propiedad para su aplicación en geotermia, su elevada conductividad, también se debe destacar la resistencia a los sulfatos, gran cohesión, alta fluidez, elevada densidad, preparación y aplicación sencilla, alta tensión superficial e inofensivo para el medio ambiente.

La conexión horizontal que va desde la boca del pozo geotérmico hasta el interior de la vivienda, está enterrada en una zanja de aproximadamente un metro de profundidad sobre una cama de arena y con otra capa encima para después rellenar con los restos de la excavación de la zanja. Las conducciones quedan señaladas con una cinta de color rojo llamativo a unos 40 cm encima de los tubos.

3.- Bomba de calor

El nexo de unión entre el intercambiador geotérmico enterrado y los distribuidores de calor de la vivienda es la bomba de calor geotérmica. No presenta emisiones de gases directas, sólo las asociadas a la generación de la energía eléctrica que consume, no requiere salida de gases, ni almacenamiento de combustible, ni requiere un gran espacio.

Este tipo de bombas de calor producen agua con temperatura de hasta 55 ºC, inferiores a las temperaturas que generan las calderas, si bien estas temperaturas son adecuadas para los sistemas de distribución como suelo radiante, o radiadores de baja temperatura, como este caso.

Tras una revisión del mercado actual de bombas de calor geotérmicas, la opción más factible es un modelo diseñado y fabricado por una marca española, se trata de un equipo comercial con tecnología inverter, dotada de un compresor de velocidad variable y para un rango de potencias de entre 5 y 22 kW, lo que cubre sobradamente las necesidades térmicas de la vivienda. Utiliza refrigerante R410A de nulo impacto sobre la capa de ozono. Produce ACS, calefacción y piscina (agua caliente para calentar el agua de la piscina a través de un intercambiador) siguiendo este orden de prioridad.

La bomba geotérmica está equipada con un depósito de agua caliente sanitaria de 170 litros integrado en la propia bomba, en la parte superior. Dispone de una resistencia instalada en la parte inferior del acumulador de ACS que únicamente se utiliza para prevenir posibles brotes de legionela.

Las características principales se muestran en el cuadro:

Bomba geotérmica – Datos técnicos Ud. Bomba 5-22 kW
Aplicación Producción Calefacción, ACS y piscina
Refrigerante Tipo R410A
Componentes Compresor Scroll con inverter
Válvula expansión Electrónica Carel
Intercambiadores Placas Alfa Laval
Bombas circulación Velocidad variable de alta eficiencia Wilo (Clase A)
Acumulador ACS Acumulador y serpentín de acero inoxidable
Vasos de expansión integrados Circuito climatización y circuito captación
Eficiencia Potencia calorífica1 kW 5-26
Potencia calorífica2 kW 5-23,5
Consumo electrico2 kW 1,4-5,5
COP2 4,9
Circuito frigorífico Carga refrigerante kg 1,70
Presión funcionamiento máxima bar 42
Tipo aceite compresor POE
Carga aceite compresor kg 1,18
Circuito climatización Temperatura máxima/mínima ºC 60/20
Presión funcionamiento máxima bar 3
Caudal nominal l/h 1200 – 4500
Circuito captación Temperatura máxima/mínima ºC 20/-10
Presión funcionamiento máxima bar 3
Caudal nominal l/h 1200 – 4500
ACS Volumen acumulación ACS L 170
Presión funcionamiento máxima bar 8
Temperatura máxima ACS sin apoyo ºC 55
Temperatura máxima ACS con apoyo eléctrico ºC 70
Insonorización Nivel emisión sonora3 dB 42
Dimensiones Alto x ancho x fondo Mm 1800 x 600 x 700
Peso Peso en vacío Kg 275

4.- Radiadores de baja temperatura

El suelo radiante tiene grandes ventajas sobre otros sistemas de emisión sin embargo ha tenido que ser descartado porque la vivienda ya tiene los suelos finalizados. Se optó por la instalación de radiadores de baja temperatura, ya que la vivienda tenia ejecutada la preinstalación de calefacción para una caldera de gasoil con radiadores estándar.

Los radiadores de baja temperatura que se instalan en la vivienda unifamiliar son de la marca Jaga, modelo Strada de la serie Low-H2O. Como la instalación está planteada únicamente para el uso de calefacción, no es necesario elegir unos radiadores preparados para refrigeración. En la figura se muestra el modelo seleccionado, un radiador de baja temperatura, bajo consumo de agua y baja masa. El rango de temperaturas de trabajo va desde los 45 ºC hasta los 75 ºC.

Una correcta instalación de los radiadores de baja temperatura es colocarlos bajo la ventana, evitando de esta forma el efecto denominado pared fría, llegando a obtener ahorros de energía de hasta un 5%. Esto se traduce, en instalaciones de baja temperatura, en unas ganancias de 0,5 ºC en la temperatura de la estancia donde este colocado el radiador, principalmente por una mejor distribución del calor en la estancia, tal y como muestran la figura:

Con todo esto, se consigue un sistema de climatización y generación de ACS independiente de combustibles y emisiones directas al medioambiente. Con una alta eficiencia y una amortización entre 6 y 11 años comparado con la caldera de gasóleo, dependiendo del tipo de bomba de calor, de la superficie a calefactar y de las posibles subvenciones que se encuentren activas en el momento de la instalación.