Las bombas de calor geotérmicas son una de las tecnologías verdes capaces de resolver el problema del calentamiento global mediante la reducción de las emisiones de carbono. Pero como la mayoría de las otras energías renovables, esta fuente de energía viene con sus propios problemas. Las personas que deseen utilizar esta tecnología deben conocerla bien para evitar costos innecesarios y ayudar a prevenir impactos ambientales negativos.
Bombas de calor geotérmicas
Las bombas de calor geotérmicas (GHP), también denominadas geointercambio, funcionan intercambiando calor con el suelo a profundidades de unos pocos pies, donde las temperaturas son aproximadamente constantes durante todo el año.
Energy.gov explica los tipos de GHP utilizados en el hogar y las empresas.
- El sistema de circuito cerrado tiene tres tipos dentro de él. Son horizontales, verticales y terrestres. Utilizan agua mezclada con un anticongelante que circula en tuberías cerradas para intercambiar calor con la tierra o el agua. Un intercambiador de calor sobre el suelo transfiere calor entre sus refrigerantes y la solución anticongelante en los circuitos cerrados.
- Los sistemas de intercambio de calor directo usan refrigerantes directamente en los circuitos cerrados subterráneos para intercambiar calor y no tienen un intercambiador de calor intermediario.
- Los sistemas de circuito abierto extraen continuamente agua de fuentes externas como pozos o lagos para el intercambio de calor y la devuelven como descarga.
Un informe de la Universidad de Oregón (p. 6) en la Conferencia Geotérmica Mundial en 2015, estima que hay 1,4 millones de GHP en los EE. UU., de los cuales el 90 % son sistemas de circuito cerrado y solo el 10 % son sistemas de circuito abierto.
Problemas genéricos
Si bien las bombas de calor geotérmicas tienen varias ventajas, también existen muchas desventajas. Algunos son genéricos y otros son problemas específicos del sistema.
Costo inicial
Todo el mundo está de acuerdo en que el costo inicial de instalación de un GHP es alto y difícil de calcular, ya que depende del tamaño de la casa/edificio, la bomba, el suelo, el clima y el campo del circuito. Un contratista experimentado es importante para garantizar una instalación exitosa.
Las estimaciones de la empresa privada Energy Homes para una casa de 2500 pies cuadrados muestran que un sistema de circuito vertical de 6 toneladas cuesta $ 34,000, un circuito horizontal de 5 toneladas para calefacción y refrigeración radiante cuesta $ 29,500 y un circuito horizontal de 5 toneladas combinado con costos de calefacción solar. $47,500.
Energy Homes desglosa el problema de los costos y dice:"Esto es aproximadamente el doble del costo de un sistema convencional de calefacción, refrigeración y agua caliente, pero los sistemas geotérmicos de calefacción/refrigeración pueden reducir las facturas de servicios públicos entre un 40 % y un 60 %".
Falta de Profesionales Cualificados
La tecnología GHP es compleja y requiere el conocimiento de varios aspectos. La Unión de Científicos Preocupados señala que muchos instaladores de calefacción y refrigeración "no están familiarizados con la tecnología", lo que a su vez dificulta su difusión y mantenimiento. También es difícil encontrar contratistas calificados capaces de instalar sistemas GHP en ciertas regiones del país, lo que aumenta aún más el costo de un sistema de calefacción geotérmica.
No es un proyecto de bricolaje
El Departamento de Energía de EE. UU. desaconseja manejar las GHP como un proyecto de bricolaje. Esta tecnología requiere conocimientos especializados en muchas áreas. Para decidir el sistema más adecuado para un hogar o negocio, es necesario un examen exhaustivo de factores como la geología, la hidrología, la disponibilidad de terrenos, los requisitos de calefacción y refrigeración y otros dispositivos importantes de ahorro de energía en la casa. No todo el mundo puede calcular el tamaño óptimo del campo de bucle o la bomba necesaria para aprovechar al máximo este sistema.
Consumo de electricidad
La electricidad es necesaria para hacer funcionar el compresor de calor en sistemas de circuito cerrado y para bombear agua durante todo el año en sistemas de circuito abierto, por lo que un GHP no es completamente neutro en carbono.
Problemas del sistema de circuito cerrado
Los sistemas de circuito cerrado comparten desventajas comunes como el impacto de la suciedad en la eficiencia y la presencia de anticongelante. Los problemas de bucle relacionados con la orientación horizontal o vertical también están presentes, al igual que las preocupaciones con los sistemas de intercambio de calor directo y los sistemas de estanques.
Tipos de suelo
El almacenamiento y transferencia de calor es mejor en suelos pesados como arcilla o roca. Los suelos arenosos no pueden almacenar ni transferir mucho calor, por lo que se necesitan campos de bucle más grandes. La disminución de la humedad del suelo por debajo del "12,5 % tiene un impacto devastador en el rendimiento de las bombas de calor", afirma un estudio de 2014 publicado en Energies (pág. 3), mientras que el aumento de la humedad del suelo por encima del 25 % mejora la transferencia de calor. Por lo tanto, los suelos secos no son adecuados, especialmente en sistemas de intercambio de calor directo.
Anticongelante
Los sistemas de circuito cerrado utilizan agua con un anticongelante para el intercambio de calor. Los modelos más antiguos usaban metanol que se evapora rápidamente y es tóxico para las personas y los animales, por lo que ahora está prohibido en muchas partes de los EE. UU. El etanol no es tan tóxico como el metanol pero es costoso. La preocupación de que el glicol de etileno pueda filtrarse y contaminar las fuentes de agua subterránea ha llevado a que este tipo de anticongelante también esté prohibido para su uso en sistemas geotérmicos en muchos estados. La salmuera (cloruro de calcio) es una buena opción, sin embargo, es corrosiva, por lo que necesita tuberías de cuproníquel. El propilenglicol no tiene efectos adversos en las personas ni en el medio ambiente.
Mientras el agua mezclada con el anticongelante esté circulando en los circuitos cerrados, no hay influencia ambiental. Sin embargo, incluso las fugas pequeñas pueden ser peligrosas, por lo que es mejor usar anticongelantes de salmuera o propilenglicol.
Sistema Horizontal
El Technical News Bulletin encuentra que el sistema Horizontal requiere entre 1500 y 3000 pies cuadrados de terreno por cada tonelada de calefacción o refrigeración.
- Se necesita un área grande - Este terreno es apto más tarde sólo para la jardinería, pero no cualquier expansión de la vivienda o la construcción de otros edificios. Estos sistemas no son adecuados para reacondicionamiento, ya que es posible que no haya suficiente espacio disponible.
- Diferencias de temperatura - A poca profundidad de 3 a 6 pies, puede haber diferencias de temperatura debido a la estación, la profundidad del entierro y la lluvia que afectan la eficiencia, aunque limitar la profundidad reduce el costo de la excavación del suelo, que es la parte más costosa de instalar un circuito cerrado. sistema.
- Problemas del suelo - Los suelos rocosos o poco profundos no son adecuados para estos sistemas, en cuyo caso son necesarios los sistemas verticales.
Sistema Vertical
Este es el sistema más eficiente ya que los bucles en forma de U se adentran entre 150 y 450 pies de profundidad en el suelo, señala el Technical News Bulletin. Otros problemas incluyen:
- Gastos - Los bucles en forma de U y su profundidad los convierten en los más caros de todos los sistemas GHS.
- Se necesita instalación y equipo calificado - Además, la perforación a estas profundidades requiere perforadores calificados y equipos especiales que no están disponibles en todas partes.
Sistema de intercambio de calor directo (DX)
El DX utiliza tuberías de cobre llenas de refrigerantes enterradas de 4 a 6 pies bajo tierra. Este sistema es el más antiguo de todos los modelos GHP y el de mayor impacto medioambiental.
- La corrosión de las tuberías de cobre es común en suelos ácidos, por lo que DX no es adecuado para estos suelos, explica un miembro de Geo Exchange Forum. Para evitarlo, se deben recolectar muestras de suelo a la profundidad a la que se instalarán para verificar si hay altas concentraciones de ácidos, cloruros, sulfuros de hidrógeno, sulfatos o amoníaco, lo que encarece la etapa de planificación. Se utiliza cobre en lugar de PVC, ya que es un mejor conductor del calor.
- Los refrigerantes son el principal problema ambiental con DX. Incluso pequeñas grietas podrían liberarlos, lo que provocaría el calentamiento global. Los modelos anteriores usaban clorofluorocarbonos (CFC) e hidroclorofluorones (HCFC). El Protocolo de Montreal ha prohibido su uso ya que dañan la capa de ozono. Sus sustitutos, los fluorocarbonos (FC) y los hidrofluorocarbonos (HFC), pueden provocar el calentamiento global y están prohibidos por la Convención del Protocolo de Kioto sobre el Cambio Climático. En 2016, la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés) emitió recomendaciones destinadas a eliminar gradualmente estos productos químicos y los catalogó como inaceptables. La EPA tampoco recomienda el R410A, el último refrigerante popular, ya que también provoca emisiones de efecto invernadero.
- Los expertos en construcción ecológica afirman que es ilegal derramar los refrigerantes contaminantes ya sea por intención o por accidente.
En 2001, los científicos de la Universidad de Oregón (p. 2) declararon que los sistemas DX eran un riesgo ambiental y no los recomendaron. Está prohibido en algunas partes de los EE. UU. debido a las restricciones ambientales locales, según Energy.gov.
Sistemas de circuito cerrado para estanques
Los sistemas de circuito cerrado también pueden usar cuerpos de agua para intercambiar calor. Sin embargo, estos también tienen algunos problemas.
- Las aguas poco profundas muestran variaciones en las temperaturas, y hay posibilidades de que las tuberías se dañen en las fuentes públicas de agua, según Technical News Bulletin.
- Solo los estanques que tienen una profundidad mínima requerida y una cantidad de agua son útiles según Energy.gov. Deberá encontrar un lugar de construcción con las condiciones adecuadas para utilizar esta opción.
Inquietudes sobre el sistema de bucle abierto
Los sistemas abiertos extraen agua de un pozo o de aguas poco profundas como lagos y estanques. Como se señaló, no se usan con tanta frecuencia en los EE. UU., pero las personas aún deben ser conscientes de sus posibles desventajas.
- Se puede producir un flujo de agua inadecuado si el pozo excavado para el circuito no es lo suficientemente profundo, o debido a extracciones excesivas del acuífero, según un estudio del Programa de Energía de la Universidad Estatal de Washington (pág. 5). La sedimentación obstruye los filtros en ausencia de suficiente agua. Un informe geotérmico de Idaho señaló que la demanda estacional de usos alternativos como rociadores en verano puede afectar las cantidades de agua disponibles para la bomba de calor.
- La calidad del agua no es la misma en todas partes y durante todo el año. Los desechos en los lagos son un problema. Las incrustaciones debidas a los depósitos de cal del agua pesada necesitan un tratamiento con productos químicos para su eliminación.
- El crecimiento biológico, en particular las bacterias, es difícil de eliminar una vez establecido sin el uso de productos químicos, según el Programa de Energía de la Universidad Estatal de Washington (pág. 5).
- El Informe geotérmico de Idaho recomienda encontrar un sitio adecuado para la descarga antes de instalar el sistema de agua subterránea de circuito abierto. Los suelos arenosos pueden absorber fácilmente la descarga, pero si el suelo es duro, un taladro adicional para la descarga puede duplicar el costo de perforación, haciéndolo tan costoso como un sistema de circuito cerrado. Cuando se extrae agua de los lagos, la descarga se retroalimenta.
- También se deben cumplir todas las restricciones locales con respecto a la descarga de acuerdo con Energy.gov.
- Los costos operativos son altos, según el estudio del Programa de Energía de la Universidad Estatal de Washington (p. 5), ya que las bombas tienen que funcionar todo el año para que el agua entre y salga del sistema. Su mantenimiento también es un problema importante.
- En el caso de los pozos, se deben considerar las restricciones ambientales y de agua locales, ya que el agua disponible puede estar limitada según el Technical News Bulletin.
- Los pozos de columna permanente que bombean agua de un acuífero pueden bajar el nivel freático.
¿Hay un lado bueno?
Si bien puede parecer que las bombas de calor geotérmicas son difíciles y costosas, el sistema tiene muchas ventajas. Los gobiernos y las organizaciones ambientales sin fines de lucro como Greenpeace y Union of Concerned Scientists promueven la energía geotérmica. Dado que el rendimiento de las bombas de calor geotérmicas está interrelacionado con muchos factores ambientales, no es una tecnología plug and play. Al considerar un sistema geotérmico, analizar los detalles individuales de los edificios y el área para elegir el sistema adecuado, junto con la planificación e instalación adecuadas, son pasos necesarios para disfrutar al máximo de esta tecnología.