Cómo funciona esta calculadora de bomba de calor geotérmica
Una bomba de calor geotérmica (GSHP) extrae calor de baja temperatura del subsuelo a través de un circuito cerrado de tubo de plástico lleno de salmuera, ya sea en perforaciones verticales o en captadores horizontales enterrados en el jardín, y lo eleva a la temperatura que necesita la calefacción. Dimensionarla se reduce a tres preguntas relacionadas. ¿Qué potencia debe tener la bomba de calor? ¿Cuánto calor sacará del terreno? ¿Y qué longitud necesita el captador para que el terreno no se enfríe con los años? La calculadora responde a las tres:
- Demanda de calor. Superficie y nivel de aislamiento (o un consumo anual en kWh conocido) más el agua caliente sanitaria, simulados mes a mes para tu clima con intervalos de temperatura. Usa el mismo motor que nuestra calculadora de bomba de calor aerotérmica.
- Temperatura de la salmuera y COP. La temperatura del terreno sin perturbar se estima como la temperatura media anual del aire + 1,5 K, aunque también puedes introducirla. Durante la temporada de calefacción, la salmuera circula 4–8 K por debajo, y más en los meses más fríos. El COP se deduce de las temperaturas de la salmuera y de impulsión.
- Potencia de la bomba de calor = pérdidas térmicas de diseño a la temperatura exterior de diseño del lugar + 10 % para la recuperación del ACS.
- Extracción del terreno. Potencia de extracción = potencia térmica × (1 − 1/SCOP). Al dividirla entre la potencia específica de extracción de la VDI 4640 para tu tipo de terreno (interpolada según tus horas equivalentes a plena carga), se obtiene la longitud de perforación o la superficie de captador. Esa longitud se contrasta después con un límite de energía anual de 100 kWh por metro y año (60 kWh/m² en captadores horizontales), y se queda el valor mayor.
- Costes de perforación o zanjas y del equipo, coste de funcionamiento y comparación con una bomba de calor aerotérmica y una caldera de gas.
La fórmula
Ejemplo resuelto: casa de 180 m² en Berlín
Los valores por defecto describen una casa de 180 m² en Berlín con aislamiento medio, suelo radiante (impulsión a 35 °C) y ACS para cuatro personas. La demanda anual de calor ronda los 18.370 kWh y las pérdidas de diseño son de 7,0 kW a −9 °C, así que la calculadora elige una bomba de calor geotérmica de 8 kW.
Con una temperatura del terreno estimada en 11,4 °C, el COP estacional es de 4,23; una bomba aerotérmica en la misma casa se quedaría en torno a 3,79. La bomba de calor consume unos 4.340 kWh de electricidad, ≈ 1.216 € al año a 0,28 €/kWh. Eso supone un ahorro de unos 141 € anuales frente a la aerotermia y de unos 825 € frente a una caldera de gas con un rendimiento del 90 % (2.041 € a 0,10 €/kWh).
Cada año el sistema extrae unos 14.030 kWh del terreno. En un terreno medio (λ ≈ 2 W/mK), el criterio de potencia punta daría por sí solo unos 130 m a alrededor de 47 W/m, pero el límite de energía anual de 100 kWh/m eleva la cifra a 140 m, por ejemplo dos perforaciones de 70 m. Con la perforación a 70 €/m y 12.000 € por el equipo, el coste instalado estimado ronda los 21.800 €. Un captador horizontal necesitaría, en su lugar, unos 290 m² de terreno. Las emisiones de CO₂ son de alrededor de 1,5 t al año con una red de 350 g/kWh, frente a 3,7 t con gas.
Cómo leer los resultados
- La longitud de perforación / superficie de captador determina el coste. El veredicto te dice si la fija el límite de energía o el criterio de potencia.
- Unas horas equivalentes a plena carga por encima de ~2.400 h indican temporadas de funcionamiento largas (clima frío o mucho consumo de ACS), y se aplican potencias por metro más bajas.
- El ahorro frente a la aerotermia es lo que te compra el sobrecoste del captador. Divide el coste adicional de instalación entre ese ahorro para tener una amortización aproximada.
- La tabla de tipos de terreno compara longitudes según la geología. Un estudio del terreno o los registros de perforaciones de la zona te dirán cuál es la tuya.
Valores típicos (VDI 4640, sistemas pequeños < 30 kW)
| Terreno | Perforación W/m a 1.800 h | Perforación W/m a 2.400 h | Horizontal W/m² a 1.800 h |
|---|---|---|---|
| Grava / arena seca | < 25 | < 20 | 10–15 |
| Arcilla / suelo franco húmedo | 35–50 | 30–40 | 25–30 |
| Grava / arena saturada de agua | 65–80 | 55–65 | 35–40 |
| Caliza (masiva) | 55–70 | 45–60 | – |
| Arenisca | 65–80 | 55–65 | – |
| Granito, gneis | 65–85 | 55–70 | – |
| Basalto | 40–65 | 35–55 | – |
Consejos
- Encarga un test de respuesta térmica en sistemas de más de ~30 kW o con varias perforaciones. Mide la conductividad real del terreno y puede acortar (o alargar) el campo un 20–30 %.
- Separa las perforaciones al menos 6 m. Si están más cerca, se roban calor unas a otras.
- Mantén baja la temperatura de impulsión. El suelo radiante a 35 °C es donde la geotermia brilla; con radiadores a 55 °C, su ventaja sobre la aerotermia se reduce.
- Piensa en la refrigeración pasiva. En verano, hacer circular la salmuera por el suelo da frescor casi gratis y recarga en parte el terreno.
- Reduce primero la demanda con la calculadora de ahorro por aislamiento. Una bomba de calor más pequeña significa una perforación más corta y barata.
Limitaciones
Las potencias de extracción son orientativas. Suponen que no hay un flujo importante de agua subterránea (que puede elevarlas mucho) y una construcción estándar de la perforación con sondas de U simple o doble U. Los campos de perforaciones vecinos, las horas de funcionamiento muy largas, las cargas de refrigeración y los sistemas grandes exigen una simulación en condiciones (EED, GLHEPro o las tablas de la MCS MIS 3005). Perforar suele requerir permiso, sobre todo por debajo de 100 m o en zonas de protección de acuíferos. Los costes varían mucho según el país y el acceso a la parcela, así que introduce presupuestos locales en los ajustes avanzados.
Método e hipótesis
La demanda de calefacción y ACS se simula mes a mes (intervalos de temperatura), con la salmuera entrando en la bomba de calor a Tterreno − 4 K − 4 K × (carga mensual ÷ carga punta). El equipo se dimensiona para la pérdida de calor de diseño + 10 %. Potencia extraída del terreno = potencia de la bomba de calor × (1 − 1/SCOP). Longitud de sondeo = potencia extraída ÷ potencia de extracción específica (W/m) del tipo de terreno, interpolada entre los valores de la VDI 4640 para 1.800 h y 2.400 h a plena carga. La superficie del captador horizontal usa W/m² del mismo modo.
Preguntas frecuentes
¿Qué profundidad necesita la perforación de una bomba de calor geotérmica?
¿Cuánto terreno necesito para un captador geotérmico horizontal?
¿Es mejor la geotermia que la aerotermia?
¿Cuánto cuesta una bomba de calor geotérmica?
¿Qué es la potencia específica de extracción (W/m)?
¿Puede congelarse un captador o quedarse sin calor?
Fuentes y referencias
- VDI 4640 Part 2: Thermal use of the underground: ground source heat pump systems
- MCS MIS 3005-D: Heat pump design standard (UK Microgeneration Certification Scheme)
- IEA Heat Pumping Technologies TCP
- US DOE: Geothermal heat pumps
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