Pozos canadienses ▷ Cómo aprovechar el subsuelo para conseguir una climatización eficiente

• ¿Cómo funciona el pozo canadiense?
• Elementos del sistema
• Intercambiador de calor: la tubería, elemento clave
• Consideraciones a tener en cuenta en el diseño de un pozo canadiense
• Ventajas de los pozos canadienses

El sistema de pozo canadiense está basado en una red de tuberías enterradas a poca profundidad (generalmente entre 2 y 5 metros) que es capaz de aprovechar la diferencia de temperatura entre la capa superficial del subsuelo (muy estable y constante) y la del ambiente exterior.

Basa su funcionamiento en el intercambio de temperaturas de manera natural, simplemente aprovechando la temperatura constante del terreno. De manera general, podemos decir que a dos metros de profundidad la temperatura del terreno se mantiene entre los 10°C en invierno y los 20°C en verano, aunque podría variar en función de la zona geográfica y condiciones climatológicas. Sin embargo, si bajamos unos metros más, entorno a los 10 o 15 metros de profundidad, se estima que la temperatura ya es prácticamente constante a lo largo de todo el año (15°C).

Un pozo canadiense sirve, por tanto, para acondicionar térmicamente el aire de renovación previamente a su entrada en un edificio, aprovechando la estabilidad de la temperatura del subsuelo durante todo el año, con el objetivo de alcanzar el confort térmico interior de los usuarios con un mínimo consumo de energía.

Aunque la técnica es exactamente la misma, cuando su instalación está pensada para refrescar en verano y por su origen en la Provenza de Francia, este tipo de instalaciones se denominan pozos provenzales.

Las tuberías enterradas del pozo canadiense conducen el aire desde el exterior hacia el interior del edificio. Disponen de una boca de admisión en el exterior por donde entra el aire y una boca de expulsión en el interior del local.

En la actualidad, se trata de una de las soluciones que la arquitectura bioclimática está implementando como alternativa a la climatización convencional para reducir el uso de energía y su impacto negativo en el medioambiente. Es, por tanto, un sistema muy efectivo para mejorar la eficiencia energética de un edificio.

¿Cómo funciona el pozo canadiense?

El pozo canadiense o provenzal aprovecha la gran estabilidad de temperatura que nos ofrece el terreno a partir de 2m de profundidad, dónde las condiciones climatológicas ambientales prácticamente no afectan. En concreto, se utiliza la inercia térmica del terreno para refrescar el aire que entra en la vivienda en verano y calentarlo en invierno aprovechando gratuitamente la energía térmica que proviene del subsuelo.

Se trata, por tanto, de una tecnología de climatización natural de bajo coste, ecológica, eficiente y sostenible.

Su principio de funcionamiento es bastante sencillo. La temperatura del terreno a dos metros de profundidad se mantiene muy estable entre los 10°C en invierno y los 20°C en verano dependiendo del lugar geográfico y las condiciones del clima.

En los meses de invierno el sistema de captación coge el aire exterior y lo circula mediante la red de conductos. Esta red de tuberías, adquiere la temperatura del subsuelo calentando el aire exterior y haciéndolo circular al interior de la vivienda. De esta manera, el aire que entra a la vivienda entra a una temperatura más elevada que la temperatura ambiente y nos permite minimizar el uso de calefacción o incluso eliminar la necesidad de climatizar con sistemas secundarios, mejorando en cualquier caso el consumo energético de nuestro edificio.

En verano el proceso se invierte. La temperatura del aire es mayor que la temperatura del terreno. Así, cuando el aire pasa a través de las tuberías cede calor a la tierra y se enfría, llegando a la vivienda con varios grados menos siendo, en muchos casos, innecesaria la aportación de refrigeración interior o minimizando el uso de sistemas secundarios.

De esta manera, se obtiene un intercambio de calor aprovechando los recursos naturales que nos ofrece la tierra de manera gratuita y sin necesidad de tener un consumo eléctrico, con el consiguiente ahorro energético y económico.

Comportamiento térmico del terreno

El subsuelo tiene un rango de temperaturas anuales mucho más estable que el aire debido a su gran masa e inercia térmica.

Esto significa que los cambios bruscos de temperatura que se producen diariamente en la atmósfera tanto en verano como en invierno son mucho más suaves y progresivos en el terreno.

Como se puede ver en la siguiente figura, a profundidades en torno a los 2-5 metros, los valores de las temperaturas medias del terreno oscilan entre los 10°C en marzo y los 20°C en septiembre (muy cercanos a los regímenes de confort térmicos de las viviendas) llegando a ser completamente estables (15ºC) a profundidades cercanas a los 10-15m.

Por tanto, cuanto más estable sea la temperatura del subsuelo, más adecuadas son sus características para la instalación de un pozo canadiense.

Además, en la figura, también se puede apreciar un desfase entre la temperatura del suelo y la temperatura ambiente generando una especie de almacén térmico. De esta forma, al principio del invierno con la llegada del frío, el subsuelo todavía almacena más calor que el aire. Y cuando empieza el calor, el subsuelo mantiene todavía un mayor frescor.

Esto es debido a que la gran masa global del subsuelo genera mucha inercia térmica de forma que se tarda más tiempo tanto en ganar calor como en perderlo, en comparación con el aire.

Elementos del pozo canadiense

Un pozo canadiense está compuesto por los siguientes elementos:

Captación del aire

Es el elemento que toma el aire del exterior. Se suele colocar a una altura de 1-1.5m sobre la cota del terreno para captar buen flujo de aire en movimiento y evitar entrada de polución.

También se le acopla una rejilla que evita la entrada insectos y roedores que puedan contaminar y ensuciar el sistema.

Filtros

Antes de entrar el aire en las tuberías se colocan unos filtros que se encargan de purificar el aire evitando la entrada de polvo y suciedad. Evidentemente, los filtros deberán ser periódicamente revisados y sustituidos en lo que constituye la operación de mantenimiento más importante de la instalación. 

Intercambiador de calor: la tubería, elemento clave

El conjunto de tuberías enterradas es el elemento donde se realiza el intercambio de temperaturas y, por lo tanto, resulta el componente decisivo para la instalación. Hay que tener en cuenta que, a mayor longitud de conducto, mayor será la transferencia de energía térmica.

Aunque la longitud y el diámetro de este conducto varía en función de varios parámetros (profundidad, conductividad del terreno, potencia del elemento que succiona el aire, demanda de energía…) normalmente suelen oscilar entre 10 y 100 metros de longitud y diámetros entre los 200 y 630mm de diámetro.

Las tuberías que actuarán cómo intercambiador de calor deben cumplir con las siguientes características técnicas:

• Estancas e impermeables
• Resistencia mecánica a la presión y a la deformación del terreno
• Resistentes a la corrosión.
• Buena conductividad térmica para facilitar el intercambio de calor entre el subsuelo y el aire que circula por ellos
• Lisas.

A través de los tubos se aspira todo el aire. En correspondencia, resulta importante la condición de la pared interior del tubo, puesto que es donde se puede depositar tanto agua condensada como determinados componentes microscópicos del aire e incubar conjuntamente gérmenes. Por regla general, cuanto más rugosa sea la pared interior del tubo, mayor es el peligro de que se formen gérmenes y moho.

Los tubos corrugados presentan una mayor resistencia estructural pero también una mayor posibilidad de encharcamiento del agua de condensación.

Normalmente, los materiales más utilizados son plásticos como el polipropileno, polietileno, PVC, y en menor medida, el hormigón pretensado, cerámica o acero galvanizado. Hay que tener en cuenta que los tubos plásticos son más rápidos y sencillos de instalar que los de hormigón, ya que son mucho más ligeros.

Su instalación se debe diseñar con una cierta pendiente descendente entre el 1% y 3% para facilitar la evacuación de los condensados de humedad y como ya se ha expuesto con anterioridad, la profundidad habitual a la que se colocan suele estar comprendida entre los 2 y los 5 metros.

Estas tuberías se instalan de diferentes maneras dependiendo del terreno disponible y las características de la edificación. Estos tubos se puede tender en forma de anillo alrededor de la vivienda, en forma de meandro o en una línea recta partiendo de la vivienda.

Sistema de control

La instalación se completa con un sistema de control automático mediante termostatos que regulan el acceso de aire desde el pozo canadiense (u otros medios) en función de la temperatura exterior, la temperatura del aire del interior de las tuberías y la temperatura de la vivienda.

Registro

Se suele incorporar una arqueta de registro que permita realizar labores de limpieza y mantenimiento de forma más sencilla.

Punto de drenaje

El exceso de humedad en el interior de las tuberías (aire húmedo en tormentas de verano,  bajada brusca de temperaturas del aire) puede acabar generando condensaciones de agua que debe dirigirse por gravedad hacia un punto de drenaje donde se pueda evacuar ya que si no, la acumulación de polvo con materia orgánica y humedad daría lugar a la proliferación de hongos y bacterias.

Este es el motivo por el que la tubería debe tener una ligera inclinación descendente (1-3%) y debe dirigirse finalmente hacia este punto final de drenaje de agua.

Circulador de aire

Para asegurar la circulación de aire por las tuberías será necesario incorporar un elemento que permita generar siempre una diferencia de presión entre la entrada y salida de la tubería enterrada y garantice este flujo permanente.

Dependiendo de lo que se pretenda conseguir se pueden optar por:

• Elementos activos mecánicos, como un ventilador / extractor de potencia adecuada
• Elementos pasivos, como una chimenea solar

En las chimeneas solares, el Sol calienta el aire que contiene en su interior haciendo que este tienda a subir y acabe saliendo al exterior por la abertura superior. Mientras, en la base, la depresión generada por esta corriente convectiva fuerza una circulación natural en las tuberías hacia el interior de la chimenea solar. 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 es muy conveniente en invierno bajo este esquema y suele ser más eficaz la instalación de un ventilador / extractor.

Por fortuna, ambos sistemas (extractores y chimeneas solares) pueden instalarse simultáneamente para satisfacer, de esta manera, todas las circunstancias climatológicas.

De hecho, incluso el aire climatizado por los pozos se puede conectar también al sistema de ventilación mecánica de la vivienda o al propio recuperador de calor.

 

Ejemplo instalación pozo canadiense con sistema mecánico interior 

 

Consideraciones a tener en cuenta en el diseño de un pozo canadiense

La instalación de un pozo canadiense tiene varias variables que son importantes a la hora de considerar su instalación y que se pueda optimizar su rendimiento. Son las siguientes:

Momento de instalación

Siempre es más interesante realizar la instalación de un pozo canadiense durante el proceso de construcción de la vivienda. La instalación posterior es mucho más complicada y cara.

Tipo de terreno

Conocer la conductividad térmica del terreno es importante para determinar la viabilidad de la instalación.

Los terrenos arcillosos húmedos son los mejores ya que aseguran un correcto contacto térmico entre los tubos y el terreno.

Diseño

El diseño del intercambiador, diámetro y longitud de los conductos, dependerá del tipo de subsuelo. Factores como la superficie de terreno disponible, la profundidad donde se instale el pozo canadiense, el tipo de terreno o el clima de la zona, determinan la idoneidad del sistema.

Legionella, insectos, animales y suciedad

Se debe evitar la entrada de aire contaminado con polvo, suciedad, insectos y animales mediante la instalación de rejillas y filtros para purificar el aire.

También se debe estudiar el método  óptimo para recoger el agua condensada en los conductos y evitar el riesgo de aparición de legionella.

Gas radón

El gas radón es un gas radiactivo que se genera de forma natural en la corteza terrestre sobre todo en zonas volcánicas y graníticas. Al ser más pesado que el aire se acumula en zonas valle y agujeros cuando no hay suficiente circulación de aire.

Se trata de un gas que en determinadas concentraciones resulta perjudicial para la salud humana por lo que es necesario generar suficiente estanqueidad en el captador de aire externo que impida que este gas pueda filtrarse al interior de las tuberías y de ahí dirigirse al interior de las viviendas.

Mantenimiento

El mantenimiento de estas instalaciones no es muy grande pero se deben llevar a cabo algunas revisiones periódicas de verificación del estado de los conductos y de las bocas de admisión y extracción, su limpieza, sustitución de filtros y comprobación de la eficacia del drenaje y que no se queda el agua condensada estancada.

Para el mantenimiento a largo plazo debe considerarse que la vida útil de los ventiladores impulsores se suele situar entre los 15 y los 20 años.

Profundidad

Como ya se ha comentado anteriormente, normalmente se suelen hacer instalaciones entre 1 y 4 metros de profundidad.

Se recomienda que la profundidad mínima para realizar este tipo de instalaciones sea de al menos 3 metros. De esta manera nos aseguraremos un rendimiento óptimo durante todo el ciclo de vida de nuestro edificio.

Ventajas de los pozos canadienses o provenzales

Los pozos canadienses y provenzales cuentan con una serie de ventajas que se pueden sintetizar en los siguientes puntos.

• Sistema ecológico y natural muy respetuoso con el medio ambiente.
• Baja inversión (sobre todo si se realiza en el momento de construir la casa) en comparación con un sistema de climatización convencional
• Reducción de la demanda de calefacción y refrigeración y reducción del consumo de energía ya que utiliza un sistema de calefactado/enfriamiento gratuito
• Bajo mantenimiento y económico (sustitución de filtros, limpieza….)
• Reducción de impacto ambiental ya que casi no consume energía eléctrica (sólo los ventiladores…)ni emite CO₂ a la atmósfera
• Mantiene buenos niveles de salubridad del aire ya que se trata de una renovación más natural que la proporcionada por máquinas de climatización que suelen resecar el ambiente.
• Complementario con tecnologías de ventilación de doble flujo con recuperador de calor. Especialmente útil en invierno reduciendo las pérdidas de calor hacia el exterior y reduciendo aún más la demanda de calefacción. En verano se puede combinar con el free-cooling

 

Rendimiento de los pozos canadienses

El rendimiento de los pozos canadienses es excelente en los meses de verano para satisfacer la demanda de refrigeración. En estos casos, pueden sustituir completamente a un sistema de climatización convencional siendo además mucho más eficientes y baratos.

En invierno, es posible que los pozos canadienses no sean capaces de proporcionar todo el calor necesario para satisfacer toda la demanda de calefacción de un edificio, si es muy alto. En este caso, la función del pozo será la de precalentar el aire y reducir el salto térmico que tiene que aportar el sistema de calefacción complementario generando un importante ahorro energético y económico.

Para climas relativamente templados, la instalación de pozos canadienses puede ser capaz de satisfacer la demanda de climatización y ventilación de una vivienda sin aportación exterior.