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Calculadora: Calefacción y gas

Calculadora de bomba de calor geotérmica: profundidad de sondeos, superficie de captación, SCOP y coste

Dimensiona una bomba de calor geotérmica a partir de tu demanda de calor: potencia en kW, metros de sondeo o superficie de captador horizontal según tu suelo o roca (potencias de extracción de la VDI 4640), COP estacional, coste de uso y coste de instalación frente a una aerotérmica y al gas.

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Resultados

Una bomba de calor geotérmica de 8 kW necesita unos 140 m de sondeo (2 × 70 m) en «Suelo / roca medio (λ ≈ 2 W/mK)» a ~47 W/m. SCOP ≈ 4,23, y cuesta 141 €/año menos de usar que una aerotérmica. La longitud la fija el límite de energía anual (~100 kWh por metro y año) y no la potencia punta, para no enfriar el terreno con los años.
Longitud total de sondeo
140m
2 sondeos × 70 m · 47 W/m
Potencia de la bomba de calor
8kW
pérdida de calor de diseño 7 kW a -9 °C
COP estacional (SCOP)
4,23
equivalente aerotérmica 3,79
Coste de uso
1216 €
4342 kWh de electricidad al año
Ahorro frente a aerotérmica
141 €
Ahorro frente a caldera de gas
825 €
gas 2041 €/año con un rendimiento del 90 %
Coste de instalación estimado
21.818 €
captación 9818 + equipo 12.000
Calor extraído del terreno
14.026kWh/año
100 kWh por metro de sondeo
Horas a plena carga
2296h/año
Calor anual aportado
18.368kWh
CO₂ al año
1,52t
frente a 3,73 t con gas
Temperatura del terreno
11,4°C
Berlín, Alemania
Electricidad mensual: geotérmica frente a aerotérmica
Longitud de sondeo según el tipo de terreno

Tipos de terreno (potencias de extracción orientativas de la VDI 4640)

TerrenoSondeo W/m (1800 h)W/m (2400 h)Horizontal W/m² (1800 h)Sondeo necesario (m)Superficie de captación (m²)
Grava / arena seca252012293642
Arcilla / limo húmedo453528166265
Grava / arena saturada de agua706038140234
Caliza (masiva)625230140244
Arenisca726030140244
Granito / gneis756330140244
Basalto524530140244
Suelo / roca medio (λ ≈ 2 W/mK)554525140293
  • Las potencias de extracción son valores orientativos de la VDI 4640 para instalaciones pequeñas (< 30 kW) sin flujo de agua subterránea. Para el diseño final, usa un test de respuesta térmica y una simulación tipo EED/GLHEPro, o las tablas MCS MIS 3005.
  • La longitud de sondeo es la mayor entre el criterio de potencia punta (W/m) y un límite de energía anual de 100 kWh/m (60 kWh/m² en captadores horizontales). Los sondeos suelen separarse al menos 6 m. Los captadores horizontales necesitan aproximadamente 1,5–2 veces la superficie calefactada en terreno libre.
  • Clima: Berlín, Alemania. En la temporada de calefacción, la salmuera circula ~4–8 K por debajo de la temperatura del terreno sin alterar.

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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. Potencia de la bomba de calor = pérdidas térmicas de diseño a la temperatura exterior de diseño del lugar + 10 % para la recuperación del ACS.
  4. 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.
  5. 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

P_extract = P_hp × (1 − 1/SCOP) L_borehole = max( P_extract / q_W/m , E_extract / 100 kWh/m·año ) A_horizontal = max( P_extract / q_W/m² , E_extract / 60 kWh/m²·año ) E_extract = calor entregado − electricidad consumida COP = η × T_cond / (T_cond − T_brine + 3 K) T_brine = T_ground − 4 K − 4 K × (carga mensual / carga punta)

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?
Una regla práctica habitual es de 15–25 m de perforación por kW de potencia de la bomba de calor en un terreno medio. Para una casa típica de 6–10 kW, eso supone 100–200 m, que suelen repartirse en una o dos perforaciones de 60–150 m. La roca con alta conductividad térmica (granito, arenisca) necesita menos; la arena o la grava secas, entre dos y tres veces más.
¿Cuánto terreno necesito para un captador geotérmico horizontal?
Normalmente entre 1,5 y 2,5 veces la superficie calefactada, enterrado a 1,2–1,5 m de profundidad. Una casa con una bomba de calor de 8 kW suele necesitar 250–400 m² de terreno libre y sin sombra en un suelo franco y húmedo. Un suelo arenoso y seco exige bastante más.
¿Es mejor la geotermia que la aerotermia?
Es más eficiente, con un SCOP típico de 4–5 frente a 3–3,5, porque el terreno se mantiene a 8–12 °C todo el invierno mientras el aire puede bajar de −10 °C. Tampoco hace ruido en el exterior ni tiene ciclos de desescarche. Eso sí, el captador encarece la instalación entre 6.000 y 15.000, así que la amortización frente a una bomba aerotérmica suele ser larga salvo que la demanda de calor sea grande.
¿Cuánto cuesta una bomba de calor geotérmica?
En Europa, un sistema doméstico típico cuesta unos 18.000–35.000 € instalado: 8.000–15.000 € por la bomba de calor y la instalación, más 50–100 € por metro de perforación (o 10–25 € por m² en captadores horizontales). Ayudas como el Boiler Upgrade Scheme británico (7.500 £) o las subvenciones BEG alemanas pueden cubrir buena parte.
¿Qué es la potencia específica de extracción (W/m)?
Es la potencia térmica que un metro de perforación puede extraer del terreno de forma sostenible. La VDI 4640 da valores orientativos que van de unos 20 W/m en grava seca a 70–85 W/m en granito o gneis, para sistemas que funcionan 1.800 horas al año. Cuantas más horas de funcionamiento, menor es la potencia admisible.
¿Puede congelarse un captador o quedarse sin calor?
Si el campo de perforaciones es demasiado corto, el terreno que lo rodea se enfría año tras año y baja la temperatura de la salmuera, lo que reduce el COP. Por eso los proyectistas limitan también la energía extraída al año, a unos 100–120 kWh por metro y año en perforaciones. La calculadora aplica tanto el criterio de potencia como el de energía.

Fuentes y referencias

  1. VDI 4640 Part 2: Thermal use of the underground: ground source heat pump systems
  2. MCS MIS 3005-D: Heat pump design standard (UK Microgeneration Certification Scheme)
  3. IEA Heat Pumping Technologies TCP
  4. US DOE: Geothermal heat pumps

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