Calefacción por aerotermia - Funcionamiento y precios
El siguiente artículo ha sido escrito por Alejandro San Vicente en caloryfrio.com. El artículo original aquí
Todo el mundo a estas alturas ya ha oído algo acerca de las máquinas de aerotermia para calefacción y agua caliente. Es evidente que se trata de una tecnología de presente y que tiene un excelente futuro con todas las miradas puestas en la descarbonización total europea para el año 2050.
Pero ¿Qué es y cómo funciona la calefacción por aerotermia? ¿Qué tipos de instalación de aerotermia podemos elegir? ¿Cuánto nos va a costar y en cuánto tiempo vamos a amortizar esta inversión? Te lo explicamos:
Cambio de calefacción de caldera de gas natural por aerotermia
Instalaciones existentes y los precios actuales de la energía
La aerotermia es una tecnología basada en el ciclo de Carnot de las máquinas convencionales de aire acondicionado. Sin embargo, estas máquinas en la actualidad tienen mucho mayor rendimiento energético y, además, no sólo proporcionan frío, sino también calor gracias a una válvula de 4 vías capaz de invertir el ciclo frigorífico.
La bomba de calor aerotérmica no funciona generando calor mediante una reacción química exotérmica como los procesos convencionales de calefacción basados en combustión (calderas de gas, gasoil, propano) sino que transporta calor aprovechando el cambio de fase líquido-gas de un refrigerante (habitualmente R410A, R32…)
Su propia denominación define su modo de funcionamiento ya que, la bomba de calor de aerotermia bombea (transporta) calor extrayéndolo del aire para depositarlo en otro foco. Esa energía puede ser extraída del exterior para cederla al interior de la vivienda (modo calefacción) o del interior para expulsarla finalmente al exterior (modo refrigeración).
En el modo calefacción, la unidad evaporadora (situada en el exterior) extrae algo de energía de calor del ambiente exterior que, por muy frío que se encuentre, siempre está por encima del -273K (0 absoluto, cuerpo sin energía) para transportarlo a la unidad interior donde lo cede.
Eso sí, el rendimiento de la máquina en este proceso no siempre es el mismo ya que cuanto más frío se encuentre el foco exterior más le cuesta obtener calor del aire.
COP y Rendimiento medio estacional (SCOP)
Las bombas aerotérmicas son máquinas que van directamente enchufadas a la instalación eléctrica convencional y tienen un consumo muy bajo en relación con la energía térmica que proporcionan.
Su principal elemento de consumo eléctrico es el compresor (el resto es electrónica) y se ha avanzado mucho en su desarrollo de modo que actualmente se consiguen grandes rendimientos energéticos finales. No es difícil encontrar en el mercado bombas de calor aerotérmicas que pueden conseguir 5-6kWh de energía térmica aportando tan sólo 1kWh al compresor (rendimiento de 500-600%).
Por otra parte, las bombas de calor trabajan con una temperatura de impulsión óptima en modo calefacción de 30-50ºC a diferencia de las calderas convencionales que suelen trabajar en el rango 60-80ºC. De esta manera, la necesidad de aportar energía para conseguir estas temperaturas ya es, de base, mucho menor.
En modo calefacción, el rendimiento de una bomba de calor viene definido por su valor medio estacional SCOP que se compone, a su vez, de varios rendimientos parciales para distintas configuraciones de carga, temperaturas de trabajo y exteriores denominados COP.
Rendimientos COP nominales en diferentes modos de trabajo
Normalmente, el valor que se utiliza como COP nominal es el primero de la tabla para una temperatura exterior de 7ºC y una impulsión a 35ºC que puede ser perfecta para una instalación de calefacción por suelo radiante. En esas circunstancias el valor del COP para la máquina de la tabla sería de 4,02.
Sin embargo, las condiciones meteorológicas externas no son estables y pueden variar y como se puede observar en la tabla para una temperatura exterior de -7ºC el COP se reduce hasta 2.49, en el límite de lo que se considera energía renovable para una bomba de calor de aerotermia (rendimiento mínimo= 2,50).
Por tanto, dependiendo de la selección de la temperatura de impulsión (35-45-55ºC) y de la temperatura exterior (climas fríos, templados o cálido) el rendimiento medio estacional de la máquina (SCOP) del ejemplo podría ser cercano al 4 o mucho más bajo cercano al 2. Una máquina con los parámetros de la tabla anterior, trabajando a 45ºC (suelo radiante) en un ambiente frío (entre -7ºC y 7ºC de forma habitual) podría tener un rendimiento medio estacional entre 2 y 3.27. Por ejemplo 3 (un 300%).
El equivalente para el rendimiento de calefacción COP-SCOP en el modo de refrigeración es el EER-SEER.
Es por esta razón que las bombas de calor aerotérmicas funcionan mejor en ambientes templados, y así incluso vienen etiquetadas, diferenciando 3 tipos de climas:
Atlántico Norte
Continental
Mediterráneo
Ejemplo de etiqueta energética bomba de calor para calefacción y SCOP
Tipos de instalaciones
Conocida la máquina generadora del calor, existen varias opciones de diseñar una instalación de calefacción con esta tecnología, en función principalmente del método de intercambio de calor secundario:
Calefacción por bomba de calor aire-agua
Calefacción por aire acondicionado aire-aire
Normalmente, en el argot actual de aerotermia se suele utilizar el término bombas de calor para el intercambio aire-agua y el de aire acondicionado para el intercambio aire-aire convencional.
Hay que recordar también que, aunque en este artículo sólo se habla de calefacción, es muy habitual que la misma bomba de calor se utilice para proporcionar también el agua caliente sanitaria y la demanda de refrigeración.
Calefacción con suelo radiante con bomba de calor aire-agua
Se podría decir que la combinación de suelo radiante con bombas de calor aerotérmicas es perfecta ya que se combina el confort térmico que proporciona el suelo radiante con la eficiencia energética máxima de la aerotermia.
La configuración básica del sistema de suelo radiante por aerotermia consiste en la impulsión de agua a baja temperatura (en torno a los 35-45ºC) a través de circuitos de tuberías ocultados por una capa de mortero de cemento sobre el que se coloca un pavimento final que puede ser de tipo cerámico, piedra, suelo laminado de madera, etc...
El mortero absorbe el calor de las tuberías y lo cede al pavimento superior que, por último, transmite esta energía hacia las paredes y techo de la habitación mediante radiación y en menor grado por convección natural. Dado que el mecanismo principal de transmisión de calor es por radiación, la tecnología ha recibido el nombre comercial de suelo radiante.
El suelo radiante es uno de los sistemas de calefacción más confortable ya que el calor se reparte de forma uniforme a través de toda la vivienda, mantiene un óptimo perfil de gradientes de temperaturas, reduce la inercia térmica del edificio y reduce las corrientes de aire evitando el flujo brusco por corrientes convectivas. Además, combinado con aerotermia, proporciona un elevado rendimiento energético consiguiendo importantes ahorros de energía.
Pero también genera otras ventajas como la total libertad de espacio al no existir elementos emisores visibles y que prácticamente no genera ruido. Además, en verano, se puede utilizar como suelo refrescante invirtiendo el ciclo de la bomba de calor.
Sin duda, en climas fríos y con demanda importante de calefacción, está opción es la más aconsejada.
Calefacción con radiadores de baja temperatura con bomba de calor aire-agua
Se trata de un sistema similar al anterior, pero sustituyendo el pavimento radiante por radiadores de baja temperatura. Son equipos muy similares a los radiadores convencionales pero diseñados para ofrecer las mismas prestaciones con temperaturas de agua inferiores (en torno a 45-55ºC en vez de los 70-80ºC de los clásicos).
Suelen ser más grandes (o anchos) que los convencionales ya que trabajan a menor temperatura y, por tanto, necesitan mayor superficie de radiación. Además, no pueden funcionar nunca en modo refrigeración.
Pueden ser una buena alternativa ya que la instalación es más barata o cuando el suelo radiante es imposible de ejecutar debido a que la gran obra que hay que realizar.
Calefacción con fancoils con bomba de calor aire-agua
Para climas más templados, la inversión en un suelo radiante quizá no sea tan necesaria ya que la demanda de calefacción no es muy alta. En este caso, la calefacción por fancoil, es probablemente, la mejor opción.
Un fancoil (ventiloconvector) es un equipo que consta de un ventilador, un intercambiador de calor y un filtro que, en combinación con sistemas como la aerotermia, puede funcionar calentando o refrescando el ambiente.
Al fancoil le llegan, generalmente, dos tuberías de agua (impulsión y retorno) procedentes de la bomba de calor y en su interior realiza un intercambio de calor con haciendo pasar el aire.
Presentan un diseño muy compacto por lo que no ocupan demasiado espacio (se suelen poner en el interior de falsos techos o de forma mural como los radiadores) y son una alternativa a tener en cuenta tanto en proyectos de climatización residencial como en comercios y otras instalaciones terciarias.
Además, también permite realizar una instalación por conductos derivados desde el propio fancoil a varias estancias introduciendo el aire mediante rejillas.