BiGEO, geotermia de bajo coste integrada en cimentación

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 78)

Merche Polo, Ingeniera Industrial. Responsable de Unidad de Eficiencia Energética – Área Técnica e Innovación en COMSA Corporación.

La integración de energías renovables en la edificación es, junto a la eficiencia energética, fundamental para el cumplimiento de los actuales requerimientos en la Unión Europea relativos a la optimización del balance energético de los nuevos edificios y su reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. Ante este escenario, la geotermia integrada en cimentación BiGEO se erige como una innovadora solución técnica y económicamente eficiente alineada con las necesidades de los nuevos edificios sostenibles.

La reducción de la inversión inicial del sistema BiGEO y los ahorros obtenidos en fase de uso por la generación de la energía renovable geotérmica, disponible 24h-365d, logran atractivos períodos de retorno de inversión, que en el caso de grandes edificios de oficinas es de 4 años.

El parque inmobiliario europeo está evolucionando significativamente como consecuencia de la necesidad de reducir su impacto medioambiental. Se estima que el 40% del consumo energético total de la Unión Europea corresponde al sector de la edificación, responsable del 36% de las emisiones de gases de efecto invernadero1.

La Unión Europea impulsa medidas para reducir dichas emisiones y potenciar la utilización de energías renovables en la edificación, como la Estrategia Europe2020, la Directiva sobre Eficiencia Energética, la Directiva EPBD y la Directiva Eco- Design. Particularmente, la Directiva Europea 2010/31/EU2 define los edificios de consumo de energía casi nulo o nZEB (near Zero Energy Building) y la obligatoriedad del cumplimiento del balance energético casi nulo para todos los nuevos edificios a partir de 2020. Este requisito ha sido adelantado a 2018 para la nueva edificación de propiedad pública. El logro de este objetivo, recogido en la normativa y legislación de cada estado miembro de la Unión Europea, implica que los nuevos edificios deben estar diseñados y construidos de forma que, por una parte, minimicen su necesidad de demanda energética en su fase de utilización, y por otra parte, sean capaces de generar in situ su propia energía renovable, reduciendo así sus emisiones de gases de efecto invernadero.

Una eficiente solución innovadora a este reto es la generación de energía renovable geotérmica integrada en edificios, llamada BiGEO (Building-integrated Geothermal System), cuyos intercambiadores geotérmicos se encuentran embebidos en elementos de la propia cimentación del edificio. Esta configuración reduce significativamente los costes de implementación del sistema renovable geotérmico BiGEO, una solución coste-efectiva y eficiente dentro del marco de requerimientos de los nZEB, de obligado cumplimiento en la Unión Europea.

Los sistemas BiGEO, así como otros sistemas de generación de energía renovable geotérmica, aprovechan la energía térmica almacenada en forma de calor bajo la superficie de la tierra para aplicaciones de climatización de edificios (tanto para calefacción como para refrigeración), ACS, procesos industriales, etc. La energía geotérmica es una energía renovable, limpia y eficaz, disponible los 365 días del año y 24 horas al día dado que no depende de la disponibilidad de otros recursos naturales fluctuantes como el viento o la irradiación solar.

Se han identificado ocho edificios en España, Italia, Reino Unido y China, que tienen implementada a gran escala la tecnología BiGEO en elementos de cimentación, ya sean pantallas, zapilotes o pilotes. La tipología de los edificios corresponde principalmente a grandes edificios con elevada demanda energética como oficinas, hoteles/residencias, mercados, industria e infraestructuras.

Desarrollo y optimización de la tecnología BiGEO

En el proyecto GEOTECH, cofinanciado por la Comisión Europea dentro del programa marco Horizon2020, COMSA Corporación ha continuado con su labor de desarrollado y optimización de la tecnología BiGEO implementando el sistema en dos obras distintas.

El primer emplazamiento tuvo como objetivo la optimización del diseño y procedimiento constructivo del intercambiador geotérmico integrado en cimentación, ya testeado y validado por COMSA Corporación en proyectos anteriores, para maximizar la eficiencia y el control de calidad de la instalación embebida en pantallas.

Imagen 2. Construcción de pantalla con intercambiador geotérmico embebido BiGEO

En la segunda obra, un complejo de 4 edificios de oficinas con una superficie construida total de 37.000m2 en el distrito 22@ de Barcelona, COMSA Corporación ha implementado cimentación termoactivada demostrando que la tecnología BiGEO es una solución renovable y de bajo coste para la generación de energía geotérmica alineada con los objetivos de nZEB. El intercambiador geotérmico ha sido integrado en un total de 37 pantallas y zapilotes, y aporta energía térmica a una Bomba de Calor Geotérmica a 4 tubos de 106 kWt (calefacción) y 96,1 kWt (refrigeración) con recuperación y generación simultánea de frío y calor para la climatización del edificio. El sistema de control inteligente y autónomo se comunica con el Building Management System (BMS) priorizando la producción de energía geotérmica para satisfacer la demanda base del edificio ante fuentes de producción energéticas convencionales, maximizando así el aprovechamiento de la energía renovable geotérmica durante todo el año.

El período de retorno de la inversión necesaria para el sistema BiGEO en este edificio de oficinas es de 4 años.

Imagen 3. Máximo aprovechamiento de la energía renovable geotérmica cubriendo la demanda base del edificio

Imagen 4. Complejo de 4 edificios de oficinas construido por COMSA Corporación con certificación LEED PLATINUM y la mayor puntuación a nivel europeo

El complejo de 4 edificios construido por COMSA Corporación, en el que se ha demostrado la eficiencia y rentabilidad de la tecnología BiGEO, ha obtenido la máxima puntuación a nivel europeo en el sistema de certificación de edificios sostenibles LEED (Leadership in Energy & Environmental Design), con 101 puntos y certificado LEED PLATINUM, y la máxima puntuación a nivel mundial para el sector de edificios de oficinas de alquiler.

Ventajas del sistema BiGEO

El análisis de rentabilidad económica del sistema BiGEO ha sido realizado en comparación con sistemas de geotermia convencional de pozos verticales BHX (Borehole Heat Exchanger).

A igualdad de potencia térmica instalada, el análisis de costes de implementación de instalaciones existentes demuestra que los sistemas de geotermia integrada BiGEO a través de cimentación termoactivada consiguen reducir en un 82% los costes de implementación del intercambiador geotérmico en relación a los sistemas BHX. Esta drástica reducción de coste se debe, principalmente, a la eliminación de la necesidad de realizar perforaciones específicas para el sistema geotérmico BiGEO.

El estudio concluye que el sistema completo BiGEO, incluyendo la Bomba de Calor Geotérmica, consigue una reducción del 40% en el coste total de instalación geotérmica respecto a los sistemas BHX.

Imagen 5. Reducción de coste del 40% para sistemas BiGEO en relación a sistemas de geotermia convencional de pozos verticales BHX, a igualdad de potencia térmica instalada

Otra de las grandes ventajas de la tecnología BiGEO reside en que la integración del intercambiador geotérmico dentro de la cimentación del propio edificio no necesita disponer de un espacio horizontal adicional no edificable, como sí requieren los sistemas geotérmicos convencionales. Esto supone un alto valor añadido en el caso de áreas densamente pobladas como son las ciudades.

Imagen 6. Superficie adicional requerida para el campo geotérmico de una instalación de 100kWt con geotermia horizontal, pozos verticales (BHX) y geotermia integrada BiGEO

En síntesis, la implementación geotérmica integrada en el edificio BiGEO, tiene las siguientes ventajas:

• El intercambiador geotérmico BiGEO no requiere perforación adicional específica dado que se integra en elementos propios de la cimentación del edificio.
• Los sistemas BiGEO consiguen una reducción del 40% de los costes de inversión en comparación con los sistemas geotérmicos convencionales de pozos verticales BHX.
• El período de retorno de la inversión para el sistema BiGEO en edificios de oficinas es de 4 años.
• BiGEO no requiere de superficie adicional noedificable, más allá del propio edificio, para los intercambiadores geotérmicos.
• La geotermia es una fuente de energía disponible los 365 días del año y 24 horas al día independientemente de otros recursos renovables como el viento o la irradiación solar.
• Los sistemas BiGEO son soluciones fiables y rentables para la generación de energía geotérmica renovable integrada en edificios sostenibles, contribuyendo a la consecución de los requerimientos de nZEB, de obligado cumplimiento en la Unión Europea.
• El aprovechamiento de la energía renovable geotérmica mejora la eficiencia y sostenibilidad del proyecto y ayuda a mejorar la certificación energética del edificio.

Guía técnica BiGEO

En el marco del proyecto GEOTECH se ha desarrollado una guía técnica para documentar los beneficios y aplicabilidad de los sistemas BiGEO, así como una metodología de diseño y construcción para garantizar la máxima calidad de la instalación geotérmica.

La guía técnica BiGEO proporciona la información necesaria para la implementación de sistemas geotérmicos renovables poco profundos, eficientes y de bajo coste en los nuevos edificios, contribuyendo así a la aceleración del cumplimiento de los retos de los nZEB y mejorar la sostenibilidad de la nueva edificación. La guía también identifica 8 edificios existentes en diferentes países que tienen implementada la tecnología BiGEO a gran escala.

Imagen 7. Guía técnica BiGEO

La guía BiGEO está enfocada en dar a conocer la tecnología y sus beneficios a los principales agentes decisorios, tanto a nivel normativo como a nivel de diseño de edificios: entidades reguladoras, arquitectos, ingenieros, promotores, prescriptores, propietarios, etc.

1 European Commission, “Energy Efficiency on Buildings,” Directorate-General for Energy, [Online]. Available: https://ec.europa.eu/energy/en/topics/energy-efficiency/buildings

2 European Parliament and the Council of the European Union, “Directive 2010/31/EU of the European Parliament and the council on the Energy Performance of Buildings,” 19 May 2010. [Online]. Available: http://eurlex. europa.eu/legalcontent/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32010L0031&from=EN.