Geotermia de baja potencia

Los pozos canadienses y provenzales, geotermia de baja potencia

Junto al aprovechamiento del sol y del viento dentro de la arquitectura bioclimática existen técnicas que permiten el aprovechamiento del calor del subsuelo, la llamada energía geotérmica. Una de estas técnicas, quizá la más sencilla de todas, son los llamados Pozos provenzales o canadienses.

Esta técnica, que no requiere excavaciones a grandes profundidades, permite hacer uso del subsuelo de cualquier lugar, (no requiriéndose estar cerca de zonas volcánicas o similares), y su gran estabilidad térmica para atemperar los excesos de calor o frío que pueden producirse en algunos momentos del año en el interior de las viviendas.

¿Qué es un pozo canadiense o provenzal? ¿Cómo funciona?

Un pozo canadiense o provenzal es una instalación geotérmica de baja temperatura y poca profundidad capaz de aprovechar las temperaturas estables de la capa superficial del subsuelo para proporcionar a las viviendas frescor en verano y un temperamiento en invierno.

Esta técnica consiste en enterrar unos conductos a una profundidad entre 1,5 m y 5 metros en el subsuelo y hacer circular por ellos aire. Este aire, en contacto con las tuberías, adquiere la temperatura del subsuelo, ya sea esta mayor o menor a la externa y luego se hace circular, con o sin aporte térmico adicional, por el interior de la vivienda.

Aunque la técnica es exactamente la misma, cuando su instalación está pensada para refrescar en verano, se llama pozo provenzal (por su origen en la Provenza, Francia). Cuando lo que se busca con esta instalación es un precalentamiento del aire en invierno, se denomina Canadiense, por emplearse primeramente para ese fin en aquel país norteamericano. En cualquier caso, esto sólo son denominaciones, ya que la tecnología es exactamente la misma y cualquier pozo de estas características se puede usar tanto en verano para refrescar, como en invierno para atemperar.

Esquema conceptual del funcionamiento del pozo provenzal (o canadiense) en verano

Esquema conceptual del funcionamiento del pozo canadiense (o provenzal) en invierno

Comportamiento térmico del suelo

El subsuelo, debido a su gran masa, mantiene una mucho mayor estabilidad térmica que la atmósfera a lo largo del año, lo que evita los picos de frío y de calor. Así en verano, cuando en el exterior hace calor, el subsuelo se mantiene a temperaturas frescas. Por el contrario en invierno, cuando en el exterior desciende mucho la temperatura, el subsuelo se mantiene templado o al menos más templado que el exterior.

Esta estabilidad sin embargo no es uniforme. Por el contrario va en aumento de forma progresiva, siendo menores las diferencias entre verano e invierno, conforme de mayor profundidad se trate. Se estima que en torno a los 10 o 15 metros de profundidad la temperatura es prácticamente constante a lo largo del año. A profundidades de en torno los 2 metros, ya encontramos valores de temperaturas funcionales próximas a los valores de bienestar (18º C- 24º C) de las viviendas.

Otra característica térmica del subsuelo es su desfase con respecto a la temperatura externa del aire. Así, tras los meses cálidos, cuando empiezan los días fríos, buena parte del subsuelo, guardará aun una mayor proporción de calor relativo que el aire. De la misma forma cuando empiezan los días de calor el subsuelo mantiene aún un mayor frescor resultado aún del invierno. Esto se debe a la gran cantidad de masa que tiene el subsuelo lo que supone que tardará un tiempo mucho más dilatado que el aire en ganar el calor y también en perderlo. Esta es la característica de gran almacén térmico que aprovechan los pozos provenzales o canadienses.

Partes del pozo provenzal o canadiense

Los pozos provenzales o canadienses cuentan con las siguientes partes:

Punto de captación del aire– Este es el punto en el cual el sistema toma el aire del exterior. Esta toma, se deberá situar ligeramente en alto (1m o 1,5 m) para evitar la captación de aire contaminado. Por esta misma razón se eligen también áreas de captación donde el aire se mantenga en movimiento, evitándose las hondonadas donde el aire quede estancado.

Estas dos medidas se toman para evitar sobretodo la captación de gas radón. El gas radón es un gas radiactivo que se genera de forma natural en toda la corteza terrestre, aunque con mayor intensidad en zonas volcánicas y graníticas. En concentraciones altas resulta perjudicial para la salud por lo que debe ser evitado. Dado que es más pesado que el aire, tiende a acumularse en hondonadas y en agujeros cuando no hay corrientes de aire que puedan dispersarla. La colocación adecuada del captador de aire externo, unido a una estanqueidad del sistema que impida que este gas pueda filtrarse al interior de las tuberías, evita que la contaminación de este tipo de gas afecte a los pozos provenzales o canadienses.

También la entrada debe contar con una rejilla que imposibilite el acceso al sistema de insectos, roedores o cualquier otro animal que puedan hacer nido en su interior o depositar excrementos y suciedad que puedan contaminar el sistema.

Filtros– Son los encargados de purificar el aire y con ello evitar la entrada de polvo y suciedad al interior de los conductos.

Intercambiador de calor– Es el elemento que transfiere el calor del subsuelo al aire. Se trata en definitiva de la tubería enterrada. La longitud y el diámetro de este conducto podrá ser de diferentes tamaños en función se aspectos como la profundidad y naturaleza del terreno, potencia del elemento que succiona el aire, las necesidades térmicas que se necesiten, etc. De capital importancia es la naturaleza del terreno y de su transmisividad de calor (capacidad del suelo para transmitir calor a otro cuerpo). Por ejemplo,los suelos arenosos secos transmiten peor el calor que los arcillosos. También la humedad del suelo es muy importante ya que el suelo empapado de agua, independientemente de su composición, tendrá una gran capacidad de transmitir calor ya que el agua por si sola la tiene.

Cuanto mayor sea la longitud del tubo más transferencia térmicas aire-suelo se producirá. Los valores más usados oscilan entre los 10 y los 100 metros de longitud. Para el diámetro de la tubería los valores recomendados oscilan entre los 20 y los 40 cm de diámetro.

foto cortesía: nertóbriga solar

El conducto o tubería deberá ser impermeable y estanca, lisa, resistente mecánicamente a la presión y a la deformación del terreno. También deberá resistir la corrosión. Por último, deberá tener buena conductividad térmica (es decir que permita pasar el calor a través de si mismo o lo que es lo mismo, que sea lo menos aislante térmico posible) para que permita las transferencias de calor entre el terreno y aire del interior de la tubería.

También esta tubería deberá tener una ligera inclinación. Esto se hará así ya que en algunos momentos del año podrían producirse condensaciones en el interior de la tubería. Por ejemplo, en verano, en los momentos previos a una tormenta, puede ingresar en la tubería del intercambiador aire cálido y húmedo. En el intercambiador, al producirse una bajada de temperatura del aire, se producirán inevitablemente condensaciones. A fin de evitar la acumulación de agua en las tuberías, se colocan estas con cierto grado de inclinación, lo que provocará la caída de estas por gravedad hacia un punto de drenaje. De no tener en consideración este elemento, ni incluir filtros, la acumulación de polvo con materia orgánica y humedad daría lugar a la proliferación de hongos y bacterias.

También la forma del intercambiador podrá ser variada adaptándose al terreno disponible y a los requerimientos térmicos. Así, existen diversos diseños. Como aquel en el que el conducto intercambiador rodea la vivienda, aprovechando el perímetro de la misma o en los que se sitúa concentrado en un área cuadrangular del un terreno adyacente a la casa y en el que los tubos adquieren distintas disposiciones (tubos en paralelo en forma de parrilla, tubo serpenteante, etc.)

Punto de drenaje– El agua condensada en las tuberías, debido a la inclinación se dirige al punto de drenaje donde se elimina del sistema.

Elemento de circulación del aire– El aire necesitará de un elemento que lo impuse y lo haga circular por las tuberías enterradas. En este punto, y dependiendo de lo que se pretenda conseguir, se pueden optar por elementos activos (mecánicos) o pasivos (chimenea solar).

Como elemento activo, puede tratarse de un pequeño ventilador o extractor de potencia adecuada que succione el aire de las tuberías y lo haga circular.

Como pasivo existe la posibilidad del uso de chimeneas solares domésticas. En este mecanismo, el sol calienta la chimenea y el aire que contiene, lo que provoca que este se haga más ligero, ascienda y salga al exterior por la apertura superior. Esto crea una depresión en la base de la chimenea solar, es decir una “falta de aire” que provoca una corriente hacia la chimenea. Si la chimenea solar se coloca de forma adecuada, es posible hacer que ese efecto de succión provoque la circulación del aire en las tuberías enterradas del pozo provenzal. Este sistema puede ser eficaz para los meses de calor en los que el pozo provenzal se usa para refrigerar. Sin embargo, su uso no será conveniente en invierno bajo este esquema.

Esquema conceptual de un pozo provenzal funcionando con chimenea solar

En cualquier caso los extractores mecánicos y la chimenea solar no se excluyen mutuamente, pudiéndose complementar perfectamente para obtener un mayor ahorro.

El aire atemperado por los pozos provenzales canadienses se puede conectar al sistema de ventilación de la vivienda. En este caso la salida del pozo se conecta a la toma de aire del mismo. También es compatible su uso con sistemas de doble flujo y recuperador de calor

Ventajas del los pazos canadienses

Los pozos canadienses y provenzales, por ser un sistema ecológico, natural y de bajo consumo, cuentan con una serie de ventajas que se pueden sintetizar en los siguientes puntos.

Menos Inversión– Requieren una inversión mucho menor que un sistema de climatización reversible convencional. Además si se instalan en el momento de construir la casa, los costos se reducen aún más

Su funcionamiento requiere muy poca energía– Limitándose el gasto al funcionamiento del extractor de aire, cuando dispone de él.

El mantenimiento de los pozos provenzales o canadienses es reducido. Limitándose a realizar la limpieza de la tubería cada cierto tiempo con limpiadores adecuados si procede, al cambio de filtros cada cierto tiempo, purga del depósito de condensado si dispone de él y a un mínimo mantenimiento del sistema de impulsión del aire.

Sistema natural y ecológico– Al emplear un recurso local, abundante y totalmente natural, se evita activar toda la cadena de actos de impacto ambiental que suponen traer de lejos un equipo de climatización artificial así como sobretodo de la energía o los combustibles necesarios para hacerlo funcionar, todo para lograr el mismo efecto que se consigue con una pozo provenzal.

Otro aspecto a destacar es que resultan saludables para los habitantes de las viviendas, ya que mantiene un buen nivel de renovación del aire, conservando además este un nivel de humedad saludable (por el contrario muchos sistemas de climatización resecan demasiado el aire).

Rendimiento de los pozos canadienses / provenzales en verano y en invierno

Los pozos provenzales/canadienses por si solos resultan muy eficientes en la refrigeración en verano, haciendo que puedan sustituir perfectamente a los convencionales sistemas de aire acondicionado. La comparación del gasto de energía que tienen los pozos provenzales (un extractor de poco consumo cuando el sistema de extracción es mecánico) con los grandes que tienen los aires acondicionados, decantan claramente la balanza a favor de los primeros.

En invierno, en cambio, los pozos pueden resultar insuficientes por si solos para aportar el calor necesario para la climatización de un edificio dependiendo de la latitud. Sin embargo, pueden ofrecer un muy importante precalentado del aire lo que supondrá un sustancial ahorro, ya que el salto térmico que tendrá que aportar el sistema de climatización artificial se verá reducido. En zonas tropicales de altura, por ejemplo, en los que las noches son frías y los días templados o cálidos la situación puede ser diferente. En invierno, en las zonas próximas a los polos, resultan eficaces por si solos para mantener descongelados edificios que se desocupan en invierno.