Ventajas de la energía geotérmica Funcionamiento, dificultades tecnológicas y ventajas medioambientales

Para abordar los principios básicos de la energía geotérmica podríamos limitarnos a explicar cómo funciona, las dificultades tecnológicas que conlleva, las ventajas medioambientales y presentar un par de experiencias exitosas. Pero quizás por nuestra vocación académica, nos ha parecido que sería conveniente hacer una introducción y exponer la situación energética de nuestro país (sea la que sea, mientras queramos seguir en la Unión Europea) con relación al sector de la edificación y los retos que se nos presentan en el futuro inmediato.

En 2010, se publicó la Directiva Europea 2010/31/UE, que en su artículo 9 regulaba los edificios de consumo de energía casi nulo (EECN), y en el apartado 1 obligaba a los Estados miembros a que, como máximo el 31 de diciembre de 2020, todos los edificios nuevos fueran de consumo de energía casi nulo, fecha que se adelantaba al 31 de diciembre de 2018 para los edificios nuevos que estuvieran ocupados o fueran propiedad de las autoridades públicas.

¿Qué es un edificio de consumo de energía casi nulo o NZEB (del inglés, Nearly Zero Energy Buildings)?

“Un edificio con un grado de eficiencia energética muy alto, que se determinará de conformidad con el anexo 1. La cantidad casi nula o muy baja de energía requerida debería estar cubierta, en muy amplia medida, por energía procedente de fuentes renovables, incluida la energía procedente de fuentes renovables producida in situ o en el entorno.” Efectivamente, la definición era amplia y su aplicación práctica (por ejemplo, ¿qué se entiende por “un nivel de eficiencia energética muy alto?”, o ¿cuál sería la “contribución significativa” recomendada para la energía procedente de fuentes renovables?, o ¿qué podemos considerar in situ y qué “en el entorno?”) era competencia de los Estados miembros.

Para alcanzar el objetivo de la Directiva, se establecía el deber de los Estados miembros de elaborar planes nacionales destinados a aumentar el número de edificios de consumo de energía casi nulo, y si bien la Directiva no establecía de forma explícita un límite temporal para el cumplimiento de esta obligación, la Comisión comunicó a finales de 2013 que el plazo para remitir dicho Plan era el 4 de marzo de 2014.

La realidad es que, en fecha 5 de noviembre de 2014 (dos meses después), el Ministerio de Fomento remitió a la unión Europea el Proyecto Piloto 6424/14/MOVE. Comunicación Información artículo 9 de la Directiva 2010/31/UE. Eficiencia Energética de Edificios, que ni define ni hace una aplicación práctica de la definición. Según el último informe de la UE, con fecha de octubre de 2014, España y Grecia tenían el dudoso honor de ser los dos únicos países de la Unión que no habían definido qué es un NZEB. Hasta donde nosotros sabemos, a estas alturas seguimos sin esta definición… y suponemos que no será publicada a corto plazo, aunque sería una buena noticia que cuando se publique este artículo estuviéramos equivocados.

Dado que no tenemos un Plan Nacional que nos marque las pautas, intentaremos hacer una trasposición de lo que dice la Directiva para saber qué retos tecnológicos y profesionales se nos presentan a muy corto plazo, y a partir de este punto ya podremos hablar de energía geotérmica y de biomasa.

La UE recomienda que para aplicar en la práctica la definición de EECN, deberíamos tener en cuenta que, por ejemplo, en la zona mediterránea:

  • Las oficinas deberían consumir entre 20-30 kWh/(m2/año) de energía primaria neta, con, normalmente, un uso de energía primaria de 80-90 kWh/m2/año), cubierto por 60 kWh/(m2/año) procedentes de fuentes renovables in situ.
  • Las viviendas unifamiliares nuevas deberían consumir entre 0-15 kWh/(m2/año) de energía primaria neta, con, normalmente, un uso de energía primaria de 50-65 kWh/(m2/año), cubierto por 50 kWh/(m2/año) procedentes de fuentes renovables in situ.

Tal como indica el documento de recomendaciones que publicó la UE el 29 de julio de 2016, para promover los EECN y garantizar que antes de 2020 todos los edificios nuevos lo sean, los sistemas de energía renovables que se aplican con mayor frecuencia en los EECN son los de energía solar térmica y fotovoltaica instalados en los propios edificios (y, en este sentido, sí tenemos un CTE que obliga a instalar estos sistemas en los edificios nuevos). Pero el mismo documento cita textualmente “otras fuentes de energía renovables que también se pueden utilizar en ellos son la geotérmica (producida por bombas de calor que aprovechan el calor del suelo) y la biomasa”. Y, por lo tanto, ya hemos llegado al punto que queríamos: explicar cómo podemos incorporar estas energías renovables en los nuevos edificios si queremos cumplir con las directivas europeas.

Principios básicos de la energía geotérmica

Según la Directiva Europea 2009/28/CE, la energía geotérmica es la energía almacenada en forma de calor bajo la superficie de la tierra sólida. Como su mismo nombre indica, geotermia es el calor de la tierra, y engloba el calor almacenado en rocas, suelos y aguas subterráneas, independientemente de su temperatura, profundidad o procedencia. El origen de este calor se encuentra en la misma estructura geológica de la tierra, que hace que el 99 % de la masa de la tierra se encuentre a más de 1.000 °C. Este calor fluye muy lentamente hacia la superficie terrestre mediante conducción, convección y radiación. Este flujo de calor es cuantificable, obteniéndose como el producto del gradiente geotérmico y de la conductividad térmica del terreno.

Las ventajas de la energía geotérmica y de las bombas de calor geotérmicas se encuentran  tanto en la línea del ahorro económico como de funcionamiento.

Podemos distinguir dos tipos de aprovechamiento de este calor: eléctrico, con yacimientos de alta y media temperatura; y térmico, con recursos geotérmicos de baja o muy baja temperatura, en este último caso mediante la utilización de bombas de calor geotérmicas.

Dependiendo de la temperatura a la que se encuentra el yacimiento geotérmico, el aprovechamiento térmico se puede hacer de las siguientes maneras:

  1. Aprovechamiento térmico directo: se realiza en aquellos acuíferos en que la temperatura permite la explotación directa del calor geotérmico. Para el aprovechamiento son necesarios un sondeo de extracción, otro de reinyección (evita el agotamiento del acuífero) y un intercambiador de calor que permita la transferencia de calor entre el circuito primario (yacimiento geotérmico) y el circuito secundario (consumo). De su efectividad depende el rendimiento de la instalación.

Sus aplicaciones son principalmente las siguientes: balneología (consumo tradicional de este tipo de yacimiento); district heating (calefacción centralizada de edificios, distritos urbanos, etc.); industria (agua caliente de proceso, calentamiento de fluidos industriales, secado, etc.); agricultura (climatización de invernaderos); acuicultura y crianza de animales.

  1. Aprovechamiento térmico con bomba de calor geotérmica: se utiliza con recursos geotérmicos de muy baja temperatura y se puede practicar en casi cualquier punto del planeta, ya que aprovecha la inercia y la estabilidad térmica del terreno. Para su aprovechamiento son necesarios sondeos abiertos o sistemas de intercambio geotérmico enterrados en el terreno, y bombas de calor geotérmicas.

Sus aplicaciones son principalmente las instalaciones domésticas y comerciales con demanda de calor y frío que utilicen sistemas de refrigeración y de calefacción de baja temperatura: suelo radiante/refrescante y fan-coils, entre otros, y el agua caliente sanitaria (ACS). Teniendo en cuenta los recursos geotérmicos existentes en Cataluña, estos sistemas se postulan como los que tendrán una importante implantación en un futuro.

Buenas prácticas

Actualmente ya hay bastantes edificios en funcionamiento y otros proyectos en construcción que utilizan los recursos geotérmicos. En El Informativo se han publicado, por ejemplo, el Centro de Investigación ICTA-ICP de la Universidad Autónoma de Barcelona (edificio público), y la Casa 1014 (vivienda unifamiliar de nueva planta), ambos proyectos del equipo de HArquitectes, y ambos galardonados en las últimas ediciones de los premios Catalunya Construcció, en parte por el innovador e inteligente uso de la energía geotérmica como estrategia de eficiencia energética.

Casa 1014 en Granollers, con una secuencia de espacios bioclimáticos; el edificio Cristalleries Planell, ahora rehabilitado, es sede de diferentes entidades de Les Corts; ; la reforma del mercado de Sant Antoni ha recurrido a la energía geotérmica.

Este mismo equipo ha terminado hace pocos meses el edificio del centro cívico Cristalleries Planell, un edificio también de nueva planta, en plena trama urbana del distrito de Les Corts, que aprovecha las dos fachadas protegidas que se conservaban en pie de la desaparecida industria del mismo nombre.

Otro edificio que ha recurrido a la energía geotérmica ha sido la reforma del mercado de Sant Antoni, de Pere Joan Ravetllat y Carme Ribas, en el que, en este caso, han incorporado pantallas termoactivas también con función estructural de contención de tierras.

Y finalmente, queremos destacar el proyecto de rehabilitación energética con geotermia del Hospital de Sant Pau (Barcelona). El IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía) se ha hecho cargo del proyecto de climatización de los edificios con energía geotérmica, para demostrar las bondades, tanto técnicas como económicas, del uso de este tipo de energía renovable. Mediante un modelo de financiación por terceros (FPT), el IDAE actúa como empresa de servicios energéticos, financiando y gestionando la ejecución de las obras y, posteriormente, cediendo el uso de las instalaciones a la fundación para su explotación centralizada.

Cuando el proyecto ya nace con la voluntad de ser lo más eficiente posible desde el punto de vista energético, las dificultades técnicas no son un impedimento

Los cinco ejemplos, en edificios de diverso tamaño y uso, nos muestran que cuando el proyecto ya nace con la voluntad de ser lo más eficiente posible desde el punto de vista  energético, las dificultades técnicas no son un impedimento, mientras que las ventajas de la energía geotérmica y de las bombas de calor geotérmicas se sitúan tanto en la línea del ahorro económico (amortización de la instalación entre 4 y 10 años, ahorros energéticos de un 50 % y reducción de la potencia contratada) como de funcionamiento (larga vida útil, bajo coste de mantenimiento y reducción de ruidos y de contaminación acústica).

Evidentemente, la energía geotérmica también es aplicable a la arquitectura doméstica: en una casa por construir debe tenerse en cuenta que es necesario hacer las perforaciones en la fase inicial de la construcción de los cimientos, mientras que una casa ya construida debe disponer de terreno y de un pequeño espacio en la vivienda para ubicar la bomba de calor. Siempre será mejor si la casa tiene climatización de baja temperatura, ya sea por suelo radiante, techo radiante, fan-coils, etc.

Concepto de energía primaria

Es la energía disponible en la naturaleza, antes de ser convertida o transformada. La electricidad, por ejemplo, es una fuente de energía secundaria. Esto significa que para poder generar la energía eléctrica que usamos en nuestras casas se ha transformado previamente una fuente de energía primaria (gas natural, carbón, energía eólica…). En el proceso de transformación de energía primaria en energía final (o energía primaria neta) se ocasionan pérdidas de energía.Inicialmente tiene lugar la producción de energía primaria, considerando su extracción o captación del recurso del medio.

Posteriormente, convertiremos esta energía en secundaria, que será transportada, almacenada y transformada hasta que pueda ser utilizada en puntos de consumo tales como hogares, industrias, etc. Por este motivo, la directiva europea incorpora la necesidad de producir la energía in situ.

El Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) aporta factores de conversión para equiparar la energía final (energía primaria neta) en energía primaria. Según estos valores, 1 kWh de energía final de electricidad convencional en España equivale a 2.461 kWh de energía primaria. Y, por lo tanto, esto se traduce en que un consumo de 100 kWh de electricidad en realidad supone un consumo de 246 kWh de energía primaria.

Para más información:

Nota del editor

Este artículo fue publicado originalmente en El Informatiu número 354 de diciembre de 2017

Sobre el autor

Montse Bosch

Montse Bosch es arquitecta técnica colegiada núm. 6.777, doctora en Sostenibilidad y profesora del departamento de Tecnología en la Arquitectura de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) Más artículos del autor

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