Geotermia La bomba de calor geotérmica: pasado, presente y acciones futuras J. Rodríguez, D. Blanco y M. Iglesias; Área de Climatización de EnergyLab Cuando Lord Kelvin (William Thomson) describió las bases teóricas para la bomba de calor en 1852, en base a los conceptos de ciclo y reversibilidad establecidos por Carnot en 1824, no podía imaginarse su aprovechamiento futuro como sistema de calefacción, pero sí como sistema para proporcionar frío en las grandes residencias coloniales de la India Imperial. Siendo, en este sentido, un profeta al respecto, si nos paramos a analizar los millones de bombas de calor, enfriadoras y refrigeradores que son fabricados e instalados todos los años en el mundo. edificios de oficinas una de las mayores fuentes de emisiones de dióxido de carbono (CO2) a nivel mundial. Actualmente, existen evidencias de la importancia que las emisiones contaminantes debidas al hombre están teniendo en el calentamiento global. Las bombas de calor son una de las diversas tecnologías desarrolladas, fiables y ampliamente disponibles para climatización que pueden proporcionar el confort térmico necesario a “cero” emisiones o con una importante reducción de las mismas. La mayor parte de las bombas de calor son alimentadas por electricidad, y así como los generadores reduzcan la cantidad de CO2 emitido como subproducto de la producción eléctrica, las bombas de calor se convertirán con el tiempo en todavía más eficientes, incluso desde el punto de vista medioambiental, algo a lo que los sistemas no alimentados por combustibles fósiles también podrán aspirar. El amplio uso de las bombas de calor para calefacción de edificios ha evolucionado a lo largo del tiempo. Durante años, las bombas de calor para calefacción fueron vistas como algo relacionado con ingenieros atípicos que las construían e instalaban en pequeño número, fundamentalmente en Europa y en EEUU. Aunque alrededor de los últimos 50 años la tecnología ha ido perfeccionándose poco a poco, hasta el punto de que las bombas de calor para calefacción doméstica son ahora la tecnología principalmente establecida en muchos países europeos y en los EEUU, y están creciendo en un número importante en otras regiones del mundo. Uso de una energía renovable El Heat Pump Centre de la Agencia Internacional de la Energía (IEA) ha reconocido que las bombas de calor son una de las más importantes tecnologías disponibles en el mercado que pueden ofrecer unas importantes reducciones de CO2 a la atmósfera. Además, la Reducción de emisiones A pesar de sus aportaciones, en la mayor parte de los aspectos relacionados con la termodinámica, lo que seguramente Lord Kelvin no previó es el papel que las bombas de calor jugarían en la reducción de emisiones contaminantes. En 1851, la población mundial era de 1,1 billones. Hoy ha pasado a 6 billones, y se prevé que alcance los 9 billones en 2050. Siendo el uso de combustibles de origen fósil para proporcionar calefacción en viviendas y Figura 1. Emisiones que contribuyen al efecto invernadero (Fuente: Institut für Geophysik, Universität Frankfurt). agosto 2009 108 Geotermia inevitable “n-ésimo” incremento de los precios de los combustibles de origen fósil, las ventajas asociadas a los costes de operación se incrementarán a favor de las bombas de calor. Elección de la fuente ó sumidero térmico En cuanto a la selección del tipo de bomba de calor a emplear, desde el punto de vista de la producción de calefacción, como regla general, se seleccionará aquella fuente de calor disponible con los mayores niveles de temperatura (figura 2). De esta forma se asegurarán los rendimientos más altos así como los menores costes de operación. Figura 2. Temperatura de la fuente de calor para calefacción Directiva Europea 2009/28/CE relativa al fomento de uso de energía procedente de fuentes renovables incluye, en su Artículo 2, como concepto de “energía procedente de fuentes renovables”, a las energías aerotérmica y geotérmica (fuentes/sumideros de energía para las bombas de calor), ya que debido a que en las bombas de calor la procedencia de la mayor parte de la energía térmica entregada procede del medioambiente (aire, agua o subsuelo), este importante aprovechamiento de energía renovable ayudará también a alcanzar los objetivos nacionales previstos. Ya que dicha Directiva, en su Artículo 3, establece la obligatoriedad para los sistemas nacionales de velar por garantizar una determinada cuota de energía procedente de fuentes renovables, incluyendo aquellos sistemas en los cuales esa obligación puede cumplirse mediante el uso de “certificados verdes”, lo que para las bombas de calor supone el cumplir unos requisitos mínimos de COP´s, EER´s y PER´s reflejados en el documento de la Decisión de la Comisión Europea 2007/742/CE por la que se establecen los criterios ecológicos para la concesión de la etiqueta ecológica comunitaria a las bombas de calor accionadas eléctricamente, por gas o de absorción a gas. Desde el punto de vista de la refrigeración se realiza idéntico razonamiento pero a la inversa, es decir, se seleccionará aquel sumidero de calor disponible con los menores niveles de temperatura que permitan una adecuada disipación del calor generado en el equipo para la producción frigorífica. Aunando demandas de calor y frío en diferentes épocas del año, como puede ser el caso de muchas zonas de España, resulta evidente que el medio que proporciona una estabilidad de temperaturas a lo largo del año y que permite la obtención de unos mayores rendimientos (COP) de las bombas de calor no es otro que el subsuelo. De tal manera que los aprovechamientos geotérmicos para bomba de calor podrán llevarse a cabo mediante: Aprovechamientos de agua subterránea: Mediante estos aprovechamientos se alcanzan los mayores COP de las bombas de calor geotérmicas (BCG), si el agua subterránea está disponible a una razonable profundidad y temperatura, con una aceptable calidad y en Además, las bombas de calor ofrecen otros beneficios, como son: sin emisiones in-situ, sin almacenamiento de combustibles, sin conductos de evacuación de humos ni chimeneas, modo de funcionamiento totalmente limpio, seguridad y comodidad de operación, etc. Ofreciendo, a su vez, una importante reducción de costes en climatización, así como total independencia y estabilidad frente a la continua variación del precio de los combustibles de origen fósil. Con la previsión de demanda de gasóleo y gas, y el agosto 2009 109 Geotermia Acciones futuras suficiente cantidad (caudales mínimos en función de la potencia térmica instalada). En la última parte del siglo XX, las bombas de calor geotérmicas, en especial para el sector doméstico, han evolucionado desde pequeñas aplicaciones en unas pocas viviendas unifamiliares hasta una actividad casi dominante en determinados países. Los desafíos actuales, para aquellos países en los que esta tecnología se puede calificar de “reciente” (como puede ser el caso de España), y los objetivos del Centro Tecnológico EnergyLab, pasan por analizar el comportamiento de la tecnología en su territorio (presencia y características de cursos de aguas subterráneas, geologías predominantes, etc.) y por capacitar suficientemente a los agentes implicados en el sector: diseñadores, instaladores, perforadores y mantenedores para asegurar que las instalaciones de esas bombas de calor están correctamente especificadas, calculadas, instaladas y mantenidas, con el fin de generar las condiciones adecuadas que permitan la penetración de la tecnología sobre una base de sólidos cimientos. Para ello, se hace necesario el llevar a cabo una serie de actuaciones como el habilitar cursos de formación específicos para los sectores implicados antes mencionados; la posibilidad de crear un “sello de calidad” para aquellos agentes debidamente formados que permita garantizar unos conocimientos mínimos acordes con una calidad mínima de las instalaciones; necesidad de disponer de documentación técnica debidamente traducida y accesible aprovechando documentos y guías de buenas prácticas elaboradas en otros países (IGSHPA, normativa norte y centro europea, manuales técnicos de fabricantes extranjeros,…), etc. Aprovechamientos en circuito cerrado mediante agua glicolada: Si el aprovechamiento de agua subterránea no es posible (por motivos técnicos y/o legales), el subsuelo puede trabajar como un eficiente almacén térmico con un nivel de temperaturas relativamente alto para su aprovechamiento mediante un circuito cerrado de tuberías (generalmente, en disposición horizontal o vertical) por las que transcurre el fluido caloportador, mezcla de agua y anticongelante (agua glicolada), que será el que absorba o ceda energía del terreno. Aprovechamientos mediante expansión directa: En los sistemas de expansión directa, el calor almacenado en el subsuelo es absorbido directamente por el fluido de trabajo (gas refrigerante) de la bomba de calor, lo cual se traduce en un mayor COP respecto a los aprovechamientos en circuito cerrado con agua glicolada, pero que requieren de una complejidad de instalación mayor para su correcto funcionamiento. Es difícil encontrar números exactos para cada país, pero en el Congreso Mundial de Geotermia de 2005 (la próxima edición tendrá lugar entre los días 25 y 30 de abril de 2010 en Indonesia) un repaso a nivel mundial basado en datos nacionales disponibles (Lund et al., 2005), concluyó que la mayor parte de las instalaciones de bomba de calor geotérmica se llevan a cabo en Norte América y Europa, y que el número equivalente instalado de equipos de 12 kWt (típica potencia instalada en los EEUU y en Europa) es de al menos 1,3 millones, aproximadamente el doble de instalaciones que las registradas en el año 2000. Además de las ventajas comunes asociadas a la implementación de las bombas de calor, las bombas de calor geotérmicas tienen una serie de ventajas añadidas como: la estabilidad de temperaturas del medio del que se extrae o cede calor lo cual repercute en unos mayores rendimientos, ofrecen un flujo constante de energía independiente de las condiciones climatológicas y de la época del año, presenta una gran versatilidad, contribuyen de una manera fundamental en la reducción de emisiones contaminantes debido a sus altos rendimientos, su inversión inicial se recupera en periodos de tiempo razonables (entre 4 y 8 años), permite una revalorización de la propiedad con la implementación del captador geotérmico, etc. Por otra parte, como el objetivo del sector debe ser que los clientes puedan estar seguros de que se les ha instalado un sistema moderno, apropiado a sus necesidades y debidamente instalado, se hace necesario el elaborar una normativa propia de referencia para los aprovechamientos geotérmicos mediante bomba de calor que permita garantizar unos estándares mínimos de calidad y regule el cálculo e implementación de las instalaciones, generando confianza en los consumidores e interés en las empresas. Evitando errores cometidos en el pasado con la penetración de nuevas tecnologías, sin el agosto 2009 110 Geotermia debido desarrollo formativo y de mercado a su alrededor, identificando aquellas barreras que imposibilitan un desarrollo de mercado adecuado (inversión inicial, costes de perforación, falta de información en general, fallo de las instalaciones en corto plazo, etc.), sobre todo explorando distintas opciones que permitan reducir los costes iniciales asociados a las BCG a través de diferentes alternativas de mercado. Los nuevos agentes involucrados, desde pequeños instaladores hasta grandes contratas, no pueden permitirse el lujo de aprender y experimentar durante años, a expensas del cliente. La experiencia de los agentes ya establecidos, primero en el norte y centro de Europa y en los EEUU, debe ser adaptada a las condiciones locales rápidamente y de manera apropiada de tal manera que la implementación de estos sistemas de alta calidad vayan en la dirección correcta. Debe resultar aleccionador saber que las bombas de calor geotérmicas, han tenido una historia de pobre calidad de cálculo, diseño, instalación y equipamiento en varios países durante su introducción.Tan mala fue esta experiencia que la industria a punto estuvo de colapsarse antes de adecuar las formaciones y que los estándares mínimos de calidad fuesen puestos encima de la mesa para recuperar la situación. Esta situación debe evitarse a toda costa, mediante propuestas como las mencionadas anteriormente, por parte de la Administración, asociaciones, centros tecnológicos e instituciones de referencia en materia energética y por la industria implicada en el sector que se esté moviendo en aquellos países recién embarcados en la adopción de la tecnología, entre ellos España. www.energylab.es Desbobinadora sonda geotérmica P equeñas máquinas para grandes obras. Comercial de Repuestos Industriales, S.A. Autovía de Toledo. km 28 - Pol. Industrial Las avenidas 28991 Torrejón de la Calzada - Madrid (España) Tel.: 91 816 09 00 - Fax: 91 816 03 24 www.corinsa.es Modelo 3436