Análisis comparativo del rendimiento de la energía geotérmica de baja entalpía en climas áridos y semiáridos

Enfriar edificios con el silencioso poder del subsuelo

En las regiones cálidas, los aires acondicionados trabajan en exceso, presionando las redes eléctricas y los bolsillos al tiempo que aumentan las emisiones que calientan el clima. Este estudio explora un ayudante más silencioso que se encuentra justo bajo nuestros pies: la temperatura estable del suelo a unos metros bajo la superficie. Al usar conductos enterrados para aprovechar este clima subterráneo estable, los edificios pueden preenfriar o precalentar el aire fresco entrante y reducir el trabajo que deben realizar los sistemas de aire acondicionado y calefacción.

Una idea simple bajo nuestros pies

Muy por debajo de las oscilaciones diarias del sol y el viento, el suelo se mantiene a una temperatura casi constante durante todo el año. El sistema examinado en este trabajo, llamado intercambiador de calor tierra–aire, aprovecha ese entorno subterráneo estable. El aire exterior es impulsado por un ventilador a través de largos tubos de plástico enterrados a varios metros de profundidad. A medida que el aire viaja por el conducto, intercambia calor con el suelo circundante. El aire caliente de las calles veraniegas se enfría antes de llegar al edificio, mientras que el aire frío invernal puede calentarse suavemente. Esta “preacondicionamiento” reduce la diferencia de temperatura que los sistemas mecánicos deben salvar, ahorrando energía sin cambiar la forma en que las personas usan sus espacios.

Poniendo el subsuelo a prueba en dos ciudades egipcias

El investigador utilizó un modelo informático detallado, previamente validado con experimentos, para ver qué tan bien funcionaría este sistema de conductos subterráneos en dos climas egipcios muy diferentes. Asuán, en el Alto Egipto, representa una ciudad desértica extremadamente cálida y seca, mientras que la costera Alejandría tiene un clima semiárido más templado influido por el mar Mediterráneo. Para cada ciudad, se usaron registros meteorológicos a largo plazo para estimar cómo cambia la temperatura del suelo con la profundidad y a lo largo del año. Estos perfiles de suelo se introdujeron luego en un modelo de flujo de aire y transferencia de calor dentro del conducto enterrado, lo que permitió al estudio explorar cómo las decisiones de diseño y el clima local afectan el rendimiento.

Encontrar el punto óptimo para el diseño del conducto

El estudio probó cómo la longitud del conducto, la profundidad de enterramiento, la velocidad del aire y el diámetro del conducto influyen en la temperatura del aire que sale del sistema. La mayor parte del enfriamiento ocurre en los primeros 20 metros de conducto, con el beneficio atenuándose más allá de aproximadamente 40 a 50 metros. Ir más profundo en el suelo mejora el rendimiento hasta alrededor de 4 a 5 metros, donde la temperatura del suelo se vuelve muy estable; excavar más añade costo pero poco beneficio adicional. Velocidades de aire más lentas, especialmente alrededor de 2 metros por segundo, dan al aire más tiempo para ajustarse hacia la temperatura del suelo sin exigir mucha potencia al ventilador. Conductos más estrechos, en el rango de 0,1 a 0,2 metros de diámetro, proporcionan una caída de temperatura mayor, y si se necesita más caudal de aire es mejor instalar varios conductos en paralelo en lugar de uno solo y grande.

Por qué los desiertos pueden ayudar con el confort

Cuando se aplicaron las mejores configuraciones de conducto, el modelo comparó el rendimiento en las horas más calurosas de ambas ciudades. En Asuán, el sistema enfrió el aire entrante en alrededor de 11 grados Celsius, mientras que en Alejandría la caída fue de unos 7,6 grados, lo que da a la ciudad desértica una reducción un 45 % mayor. El factor clave no es la estación en sí, sino el tamaño de la diferencia de temperatura entre el aire exterior y el suelo no perturbado. En invierno, cuando el suelo está más cálido que el aire, la misma configuración puede precalentar el aire; en Alejandría, este potencial de calefacción invernal fue incluso más fuerte que el efecto de enfriamiento veraniego. A lo largo del año, los lugares con temperaturas más extremas y una brecha mayor entre aire y suelo, como Asuán, ofrecen los mayores ahorros.

Qué significa esto para los edificios del futuro

Este trabajo muestra que los simples sistemas de conductos enterrados pueden ajustarse a las condiciones locales y ofrecer beneficios constantes tanto en las temporadas de calefacción como de refrigeración. Al identificar rangos de diseño prácticos para la profundidad, la longitud, la velocidad del aire y el tamaño del conducto, el estudio ofrece una hoja de ruta para usar el suelo como un socio natural de la climatización y la calefacción convencionales. Aunque investigaciones futuras deberán considerar sistemas completos de edificios, redes de conductos complejas y el comportamiento del suelo a largo plazo, el mensaje para el lector general es claro: en regiones cálidas y secas, la temperatura subterránea, silenciosa y constante, puede desempeñar un papel importante para hacer la vida interior más cómoda mientras se reduce el consumo de energía.

Cita: Hegazy, A. Comparative performance analysis of low-enthalpy geothermal energy in arid and semi-arid climates. Sci Rep 16, 14279 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47489-4

Palabras clave: intercambiador de calor tierra-aire, refrigeración geotérmica, clima árido, energía en edificios, refrigeración pasiva