8.7: Refrigeración y Calefacción (III)

Bombas de calor de fuente de tierra (geotérmica)

Las bombas de calor de origen terrestre o geotérmico (GHP) son similares a las bombas de calor de fuente de aire, excepto que la fuente de calor es el suelo en lugar del aire exterior.

El siguiente video explica de dónde viene el calor en el suelo.

Como observaste en el video, la tierra absorbe y almacena la energía del sol como calor, resultando en temperaturas subterráneas que oscilan entre 40 y 80ºF, dependiendo de la ubicación. Estas temperaturas, que se encuentran por debajo de la línea de heladas (que generalmente es de 4 a 5 pies en Pensilvania), permanecen constantes durante todo el año.

Las bombas de calor geotérmicas (GHP) utilizan la tierra como disipador de calor en verano y como fuente de calor en invierno, y por lo tanto dependen del calor relativo de la tierra para su producción de calefacción y refrigeración.

A través de un sistema de tuberías subterráneas, transfieren calor de la tierra más cálida al edificio en invierno, y toman el calor del edificio en verano y lo descargan en el suelo más frío. Por lo tanto, los GHP no crean calor; lo mueven de un área a otra.

Principio de funcionamiento

El sistema GHP funciona como una fuente de aire o una bomba de calor aire-aire, excepto que:

• El tubo exterior está enterrado para extraer o descargar el calor en el suelo;
• La unidad compresor/condensador se encuentra dentro y no fuera de la casa.

El sistema GHP también tiene válvulas adicionales para permitir que el fluido de intercambio de calor (refrigerante) siga dos caminos diferentes: uno para calefacción y otro para enfriamiento. El GHP toma calor de un área cálida e intercambia el calor a un área más fría, y viceversa.

El siguiente video muestra cómo funciona una bomba de calor geotérmica.

Clasificaciones de GHPs

Sistemas de bucle cerrado

Horizontal

El tipo de instalación horizontal es generalmente más rentable para instalaciones residenciales, particularmente para nuevas construcciones donde hay suficiente terreno disponible. Requiere trincheras de al menos cuatro pies de profundidad.

Los sistemas horizontales vienen en dos tipos de diseños, el método de dos tuberías y el método slinky.

Dos Tuberías

Los diseños horizontales más comunes incluyen:

Disposición de Dos Tuberías (Opción 1) - Una tubería enterrada a seis pies y otra a cuatro pies, como se muestra en la Figura 8.7.1.

Figura 8.7.1. Sistema horizontal de circuito cerrado: opción 1

Disposición de Dos Tuberías (Opción 2) - Ambas tuberías se colocan una al lado de la otra a cinco pies en el suelo en una zanja de dos pies de ancho, como se muestra en la Figura 8.7.2.

Figura 8.7.2. Sistema horizontal de circuito cerrado: opción 2

El método Slinky™

Como se muestra en la Figura 8.7.3, la tubería está en bucle para permitir más tuberías en una zanja más corta, lo que reduce los costos de instalación y hace posible la instalación horizontal en áreas que no son posibles con aplicaciones horizontales convencionales. Los grandes edificios comerciales y escuelas suelen utilizar sistemas verticales porque la superficie de tierra requerida para los bucles horizontales sería prohibitiva.

Figura 8.7.3. Sistema horizontal de bucle cerrado: Método Slinky ^TM

Vertical

Este tipo de sistema se puede utilizar cuando el suelo es demasiado poco profundo para hacer zanjas o cuando uno no quiere perturbar el paisajismo existente.

Para un sistema vertical, los agujeros (aproximadamente cuatro pulgadas de diámetro) se perforan a unos 20 pies de distancia y de 100 a 400 pies de profundidad. En estos agujeros van dos tubos que están conectados en la parte inferior con una curva en U para formar un bucle. Los bucles verticales están conectados con tubería horizontal (i.e., colector), colocados en trincheras, y conectados a la bomba de calor en el edificio. Esto se ilustra en la Figura 8.7.4.

Figura 8.7.4. Sistema de bucle cerrado vertical

Estanque

Si un hogar tiene fuente de agua superficial, como un estanque o lago, este tipo de diseño de bucle puede ser el más económico, ya que no hay necesidad de cavar una zanja o un pozo para las tuberías en el suelo. En este tipo de sistemas, el fluido circula a través de tuberías de polietileno en una masa de agua, tal como lo hace en los bucles de tierra. La tubería puede enrollarse en una forma ceñida para encajar más de ella en una cantidad dada de espacio. Este bucle se recomienda solo si el nivel del agua nunca cae por debajo de seis a ocho pies en su nivel más bajo, para asegurar suficiente capacidad de transferencia de calor. Los bucles de estanque utilizados en un sistema cerrado no producen impactos adversos en el sistema acuático. Esto se ilustra en la Figura 8.7.5.

Figura 8.7.5. Sistema de circuito cerrado: estanque

Sistemas de bucle abierto

Este tipo de sistema utiliza pozo (s) o agua corporal superficial como fluido de intercambio de calor que circula directamente a través del sistema GHP, como se muestra en la Figura 8.7.6. Una vez que ha circulado por el sistema, el agua regresa al suelo a través del pozo, un pozo de recarga o una descarga superficial. Esta opción es obviamente práctica solo cuando hay un suministro adecuado de agua relativamente limpia, y se cumplen todos los códigos y regulaciones locales con respecto a la descarga de aguas subterráneas.

Figura 8.7.6. Sistema de bucle abierto