Bombas de calor geotérmicas

En 2017, la Universidad de Ball State en Indiana cerró la última de las cuatro calderas de carbón que habían calentado su campus durante décadas. En su lugar, perforó unos 3.600 pozos bajo sus terrenos y los conectó, a través de dos estaciones de energía, a bombas de calor que calientan y enfrían el campus. El sistema costó alrededor de $65 millones, y la universidad se comprometió a reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero en casi 80.000 toneladas al año (Wikipedia, Universidad de la República).

Una bomba de calor geotermal no es una nueva fuente de energía. Es un multiplicador: utiliza electricidad para mover el calor que ya está en el suelo hacia un edificio, y entrega de tres a cinco unidades de calor por cada unidad de electricidad que usa (IEA, 2022). Es maduro, confiable y silencioso. También es caro de instalar, por lo que esta página dedica tanto tiempo al costo como a la física.

4.1units of heat per unit of electricity, averaged over a year, for ground-source heat pumps in existing German homes; air-source: 3.1 (Prueba de campo Fraunhofer ISE)

aproximadamente 10 °CTemperatura del suelo de 10 a 100 m en gran parte de Europa y América del Norte, tanto en verano como en invierno

£27,352El costo medio de una bomba de calor geotérmica en Inglaterra y Gales a principios de 2026, frente a £13.100 para la fuente de aire (DESNZ)

2.97El COP anual que una bomba de calor necesita para superar a una caldera de gas en costos operativos a tasas de precio máximo del Reino Unido para fines de 2026

Qué es el ADN

Una bomba de calor geotérmica tiene tres partes: a Bucle de tierra de tubería de plástico enterrado en trincheras o caído en pozos, lleno de agua y anticongelante; Bomba de calor del tamaño de un refrigerador, generalmente en interiores; y Sistema de distribución de calor, como radiadores o calefacción por suelo radiante. En invierno, el fluido en el circuito recoge calor del suelo y la bomba de calor lo concentra a 35 a 55 °C para la casa. En verano, la misma máquina puede funcionar en reversa, refrigerando el edificio y devolviendo calor al suelo.

Las casas pequeñas con jardines pueden usar bucles horizontales colocados de 1 a 2 m de profundidad. Most other buildings use vertical boreholes, typically 15 to 150 m deep; a detached house needing 10 kW of heat might need three boreholes of 80 to 110 m (Wikipedia, Ground source heat pump). Calles y campus enteros pueden compartir un campo de pozos a través de una Red de calefacción térmica: un circuito de agua a temperatura ambiente que conecta muchos edificios, cada uno con su propia bomba de calor.

¿Cómo funciona?

Una bomba de calor es un refrigerador del revés. Un fluido de trabajo (el refrigerante) se evapora a baja temperatura en un intercambiador de calor conectado al bucle de tierra, absorbiendo el calor. Un compresor comprime el vapor, lo que eleva su temperatura. En un segundo intercambiador de calor se condensa y libera ese calor en el agua que va a los radiadores. Una válvula de expansión baja la presión y el ciclo comienza de nuevo.

El multiplicador. El calor entregado dividido por la electricidad utilizada es el coeficiente de rendimiento, COP. Lo mejor que cualquier bomba de calor puede hacer es el COP Carnot:

COP_max = T_hot / (T_hot − T_cold), con temperaturas en kelvin.

La entrega de agua a 40 °C (313 K) desde el suelo a 5 °C (278 K) después de las pérdidas del intercambiador de calor da 313 / 35 ≈ 8.9. Las máquinas reales alcanzan aproximadamente mitad de la figura de Carnot, por lo que alrededor de 4.5. Dos cosas se deducen directamente de la ecuación:

El ascensor importa más que nada. Cada grado entre la fuente y los radiadores cuesta eficiencia. Al aumentar la temperatura de flujo de 35 °C a 55 °C, nuestro COP modelado de fuente terrestre disminuye de alrededor de 4.5 a 3.0. Los radiadores más grandes o la calefacción por suelo radiante, que funcionan a temperaturas más bajas, hacen que cada bomba de calor sea mejor.
La temperatura de la fuente importa. El aire exterior es más frío exactamente cuando se necesita más calor. A −7 °C y 55 °C de caudal, una unidad de fuente de aire en nuestro modelo cae a alrededor de 2.3; el suelo, a unos 10 °C, da 3.0 a la misma temperatura de caudal. Esa es la ventaja del terreno.

El suelo es una batería lenta. A unos pocos metros de profundidad, los cambios diarios desaparecen; a 10 a 20 m el suelo se encuentra cerca de la temperatura media anual del aire local, y más profundo se calienta en aproximadamente 0,025 °C por metro (Wikipedia, Bomba de calor de fuente terrestre). El calor en ella proviene principalmente del sol calentando la superficie, no del núcleo de la Tierra. Un pozo que solo extrae calor enfría lentamente la roca a su alrededor con el paso de los años, y un campo densamente poblado de pozos puede enfriarse más rápido de lo que se recupera el suelo. Devolver el calor en verano, mediante la refrigeración de los edificios, mantiene el equilibrio. Por eso las redes compartidas que mezclan cargas de calefacción y refrigeración funcionan tan bien.

El número estacional. El COP en una hoja de especificaciones se mide en una condición de prueba. Lo que importa es el factor de rendimiento estacional (SPF): el calor suministrado durante un año entero dividido por toda la electricidad utilizada, incluidas las bombas y los calentadores de respaldo. Las pruebas de campo miden el FPS, y siempre es menor que el COP del laboratorio.

Los límites

Física. El límite de Carnot limita el COP para un ascensor determinado; ningún refrigerante o compresor escapa. Las máquinas reales ya están a la mitad de eso, y las mejores un poco más.
Capacidad del suelo. Cada metro de pozo solo puede proporcionar unas pocas decenas de vatios de calor, dependiendo de la roca y el agua subterránea, por lo que la demanda de calor de un edificio determina cuántos metros se deben perforar. La perforación es el mayor costo individual.
Espacio y acceso. Las plataformas de perforación necesitan acceso; bloques densos de la ciudad, edificios protegidos y pequeñas parcelas pueden no tener ningún lugar para perforar.
Calidad de construcción. Una casa con fugas y radiadores pequeños necesita una temperatura de flujo alta, lo que reduce el COP; el aislamiento y los emisores más grandes suelen ser primeros.
Precios de la electricidad. El coste de funcionamiento depende del precio de la electricidad dividido por el precio del combustible que sustituye. Donde la electricidad cuesta más de tres veces más que el gas por kWh, como en el Reino Unido, la bomba de calor necesita un COP anual cercano a 3 solo para equilibrar los costos operativos.
Habilidades. Un buen diseño y puesta en marcha hacen una gran diferencia para el SPF real, y las habilidades del instalador son escasas en muchos países.

Proyectos reales, medidos

Proyecto	Dónde, cuándo y cómo	Escala	Lo que se informa
Prueba de campo Fraunhofer ISE, WPsmart en stock	Alemania, viviendas existentes construidas entre 1850 y 2001, seguimiento desde 2017	Sistemas de fuente aérea y de fuente terrestre en viviendas ocupadas	FPS anual: fuente terrestre aproximadamente 4.1 (rango de 3.3 a 4.7), fuente aérea aproximadamente 3.1 (rango de 2.5 a 3.8) (Fraunhofer ISE)
Sistema geotérmico de la Universidad de Ball State	Muncie, Indiana, EE.UU., terminado en 2017	Alrededor de 3.600 pozos, dos estaciones de energía, alrededor de $65 millones	Reemplazó las cuatro calderas de carbón; la universidad se comprometió a emitir casi 80.000 toneladas al año menos de gases de efecto invernadero (Wikipedia)
Piloto geotérmico en red de Eversource	Framingham, Massachusetts, EE.UU., 2024	Unas tres docenas de casas y edificios municipales en un bucle de una milla	Primera red térmica de servicios públicos en los EE.UU.; un edificio de administración escolar, una estación de bomberos y viviendas públicas entre los usuarios; alrededor de $18.6 millones; la red está planeada para duplicar su tamaño (PBS NewsHour, 2025)
Intercambio geográfico de la Universidad de Colorado Mesa	Grand Junction, Colorado, EEUU	16 edificios, 1.2 millones de pies cuadrados, en un bucle ambiental compartido	Proporciona el 90% de la calefacción y refrigeración del campus; la universidad reporta $1.5 millones al año en ahorros energéticos (US DOE case study)
Plan de actualización de calderas	Inglaterra y Gales, 2022 a 2026	82.651 subvenciones pagadas para bombas de calor y calderas de biomasa en abril de 2026	La fuente terrestre es una pequeña minoría: el 98% de las aplicaciones fueron para bombas de calor aire-agua (DESNZ, 2026)

Las redes de calefacción de quinta generación de Europa, bucles a temperatura ambiente que comparten calor entre edificios a través de bombas de calor individuales, se han revisado en docenas de sitios (Buffa et al., 2019). Su eficiencia depende en gran medida de qué tan bien se equilibran las demandas de calefacción y refrigeración.

Lo que cuesta

Una bomba de calor no genera electricidad, por lo que la comparación con nuestro punto de referencia en todo el sitio (solares en techo a aprox. $0.19 por kWh en el Modelo de pared del ventilador, dentro del rango de Lazard para junio de 2026 $0.09 to $0,20 para el solar comercial en techo) es indirecta: una bomba de calor geotermal convierte cada kWh de esa electricidad solar en unos cuatro kWh de calor. El competidor directo es una caldera de gas, y la medida justa es el costo por kWh de calor, incluida la instalación.

Utilizamos cifras del Reino Unido porque son públicas y recientes: costes medianos instalados del Plan de Actualización de Calderas para enero a marzo de 2026 (£27,352 para fuente terrestre, £13,100 para fuente de aire, ambos incluyendo el IVA) (DESNZ); la subvención de £7,500; las tarifas unitarias con tope de precio para octubre a diciembre de 2026 de 26.32p por kWh de electricidad y 7.97p por kWh de gas (Ofgem); los SPFs de campo Fraunhofer; una vivienda que utiliza 12.000 kWh de calor al año; y 20 años a una tasa de descuento real del 7%, como en nuestra página eólica.Para la caldera de gas asumimos £3,000 instalados y un rendimiento del 90%.

Sistema de calefacción	Costo instalado	Coste de funcionamiento por kWh de calor	Costo total por kWh de calor, sin subvención	Con la subvención de 7.500 libras
Caldera de gas	3.000 libras (supuesto)	8,9p	11,2p	No elegible
Bomba de calor de fuente de aire, SPF 3.1	£13,100	8,5p	18,8p	13,9p
Bomba de calor geotérmica, SPF 4.1	£27,352	6,4p	27,9p	22,0p

Nuestro cálculo. Se omiten los cargos permanentes y el mantenimiento; son similares en todas las opciones.

La mesa es incómoda, y debería serlo.A precios del Reino Unido, una bomba de calor geotermal para un solo hogar cuesta alrededor del doble por kWh de calor que el gas, incluso con la subvención, casi en su totalidad debido a la instalación. El coste de funcionamiento ya es menor. La imagen cambia cuando:

La electricidad es más barata en relación con el gas, como en Suecia, Noruega y Francia, o con una tarifa por tiempo de uso.
El bucle de tierra dura más de 20 años. Se espera que los pozos bien instalados sobrevivan a varias bombas de calor; extendidos durante 50 años en lugar de 20, el costo anual del bucle cae en aproximadamente un cuarto.
Muchos edificios comparten un campo de perforación, el diseño de corte, la movilización y los costos de perforación por hogar, y dejando que las cargas de enfriamiento recarguen el suelo.
La alternativa es la calefacción por aceite, GLP o electricidad directa, que cuestan más que el gas.
El edificio necesita refrigeración y calefacción, que el mismo sistema proporciona a un costo extra.

Donde puede ganar, y donde no puede

Puede ganar:

Campus, hospitales, oficinas y nuevas urbanizaciones, donde un campo de perforación sirve a muchos edificios y se necesitan tanto calefacción como refrigeración.
Hogares y granjas fuera de la red de gas que reemplazan el petróleo o el GLP.
Climas fríos, donde las bombas de calor de fuente de aire luchan en las semanas más frías y el suelo mantiene su temperatura.
Calles reconstruyendo su red de gas. Las redes térmicas gestionadas por empresas de servicios públicos, como la de Framingham, podrían reemplazar las tuberías de gas envejecidas con bucles de agua compartidos.
Nuevos edificios, donde los agujeros pueden ser perforados antes de cimientos y calefacción por suelo radiante mantiene la temperatura de flujo baja.

No puede ganar:

Hogares existentes donde el gas es barato y la electricidad cara, como muestra la tabla de costos, a menos que el precio de instalación caiga bruscamente.
Bloques de ciudad densos y viejos sin espacio para perforar.
Edificios mal aislados con radiadores pequeños, hasta que el edificio sea mejorado.
Como fuente de electricidad. Utiliza electricidad; no la produce.

Lo que está probado, plausible y especulativo

Probado: el límite de Carnot y la importancia del ascenso a baja temperatura; temperaturas estables del suelo; SPF anuales medidos en campo alrededor de 4 para sistemas de fuente terrestre bien diseñados; décadas de operación confiable en Suecia, Suiza, Alemania y América del Norte; sistemas a escala de campus que reemplazan el carbón y el gas.

Plausible: Redes térmicas de propiedad de las empresas que hacen el calor de fuente geológica asequible para las calles ordinarias; perforación mucho más barata a través de mejores equipos, diseños estándar y escala; campos de perforación que almacenan calor en verano para uso en invierno.

Especulativo: Los costes de instalación cercanos a los de una caldera de gas para viviendas individuales; las bombas de calor que superan ampliamente el 60% del límite de Carnot en el campo; los pozos profundos (500 m y más) se vuelven lo suficientemente baratos para un uso urbano denso.

Preguntas de investigación abiertas

Perforación más barata. La perforación puede ser el mayor costo de un sistema de fuente terrestre. Las plataformas más rápidas, los arreglos densos más superficiales, las pilas de energía en cimientos y la perforación direccional horizontal necesitan datos de costo real.
Diseño de redes. Cómo dimensionar los bucles compartidos y los campos de perforación para que la calefacción y el enfriamiento se equilibren durante décadas, y quién debería ser su propietario.
Real rendimiento a escala. Monitoreo independiente de redes como la de Framingham: SPF anual, energía de bombeo, tendencias de temperatura del suelo y facturas de los clientes.
Refrigerantes de bajo GWP. Bombas de calor de propano y CO2 con alta eficiencia e instalación segura en interiores.
Efectos de cuadrícula. Cómo millones de bombas de calor cambian la demanda máxima en invierno y cómo los sistemas de fuente terrestre la reducen en comparación con la fuente de aire.
Reequipar las vías. El pedido más barato de aislamiento, mejoras de radiadores y bombas de calor para diferentes tipos de vivienda.

Lo que necesitaría un prototipo de trabajo

Las bombas de calor en sí mismas están maduras; las ideas útiles son los bucles de tierra más baratos, las redes compartidas y un control más inteligente. Un modelo de trabajo debe entregar calor medido, con electricidad medida y calor fuera.

Fase	Trabajo	Decisión que permite	Costo aproximado	Tiempo
1. Estudio documental	Demanda de calor de edificios reales, datos del suelo de estudios geológicos, diseño de bucles con software estándar, presupuestos de los perforadores	¿Es la idea más barata por kW que los hoy en día?	$5k to $20k	2 a 3 meses
2. Lazo de la prueba	Un pozo o un nuevo diseño de intercambiador de tierra con una prueba de respuesta térmica, una pequeña bomba de calor, contadores de calor y electricidad, sensores de temperatura del suelo	Calor medido por metro y FPS durante un invierno	$30k to $80k	6 a 12 meses
3. Piloto de calle	De 5 a 20 edificios en un bucle compartido, un año de datos medidos, facturas del cliente	Coste real por vivienda y por kWh de calor	$0.5M to $3M	18 a 24 meses

A quién necesitamos

Geólogos e hidrogeólogos Para leer el suelo y modelar campos de perforación.
Contratistas de perforación Estamos dispuestos a probar nuevos métodos y compartir los costos reales.
Ingenieros de bombas de calor y HVAC para el diseño, puesta en marcha y monitorización.
Planificadores de energía y servicios públicos del distrito para redes compartidas y modelos de propiedad.
Especialistas en física de edificios Para secuenciación de retrofit y emisores de baja temperatura.
Economistas y diseñadores de tarifas para fijar precios justos del calor y recompensar la flexibilidad.

¿Tiene una mejor idea?

Algunos miembros de la Fundación pueden tener contactos que podrían escuchar un pitch para una idea de energía fuerte. Para ser lanzada, una idea necesita un Un modelo de trabajo, real que realmente produce energía; para una idea de calor como esta, eso significa un modelo que entrega calor medido, con su salida y su uso de electricidad registrados en instrumentos, no reclamados. Las ideas en papel también son bienvenidas: si la física y los números son sólidos, podemos publicarlas aquí en el sitio web. Pero recaudar capital sin un modelo de trabajo es muy difícil, y nada aquí es una promesa de financiamiento, retornos o introducciones.

Envía tu idea a través del Formulario de contribución con el problema que resuelve, la comprobación física, un costo aproximado por kWh de calor y la prueba más barata que podría probarlo equivocado. Si tienes un modelo de trabajo, incluye su salida medida y cómo la mediste. The Fuentes de energía Compara esta y las otras alternativas en el radar de ideas.

Fuentes

Wikipedia. Ball State University: sistema geotérmico completado en 2017.
IEA (2022). El futuro de las bombas de calor.
Fraunhofer ISE. WPsmart im Bestand: bombas de calor en edificios existentes, prueba de campo.
Wikipedia. Bomba de calor geotérmica: profundidades de los pozos, temperaturas del suelo y el gradiente geotérmico.
Departamento de Seguridad Energética y Cero Neto (2026). Estadísticas del Plan de Actualización de Calderas, abril 2026, tablas Q1.1A y 1.1.
Ofgem (2026). Tasas unitarias de tope de precios de la energía, 1 de octubre a 31 de diciembre de 2026.
PBS NewsHour (2025). Una alianza improbable construye una red de energía geotérmica más limpia en la comunidad de Massachusetts.
Departamento de Energía de EE.UU. Estudio de caso de bomba de calor geotérmica: Universidad de Colorado Mesa.
Buffa, S., Cozzini, M., D’Antoni, M., Baratieri, M. y Fedrizzi, R. (2019). Sistemas de calefacción y refrigeración urbanas de 5ª generación: una revisión de los casos existentes en Europa. Reseñas de Energía Renovable y Sostenible 104, 504-522.
Staffell, I., Brett, D., Brandon, N. y Hawkes, A. (2012). Una revisión de las bombas de calor domésticas. Ciencias de la Energía y el Medio Ambiente 5, 9291.
Lazard (junio de 2026). Coste de Energía+, versión 19.
Local Solar System Fundación. El modelo abierto de Fan Wall: el punto de referencia solar en la azotea de $ 0.19 por kWh.