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La bomba de calor aerotérmica

Cecilia Salamanca. Departamento Técnicode la Asociación de Fabricantes de Equipos de Climatización (Afec)21/05/2013
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El aire exterior absorbe la energía de la radiación solar. Si este aire, inagotable y gratuito se utiliza mediante una bomba de calor, se estará aprovechando esta energía aerotérmica, que es energía renovable.
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Foto: Andreas Krappweis.

La aerotermia

La Directiva 2009/28, del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de Abril de 2009, relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables, define:

Energía procedente de fuentes renovables, como la energía procedente de fuentes renovables no fósiles, es decir, energía eólica, solar, aerotérmica, geotérmica, hidrotérmica y oceánica, hidráulica, biomasa, gases de vertedero, gases de plantas de depuración y biogás.

Energía aerotérmica, como la energía almacenada en forma de calor en el aire ambiente.

El aprovechamiento de esta energía gratuita se realiza a través de la bomba de calor aerotérmica, la cual puede ser de dos tipos: aire-agua y aire-aire.

La bomba de calor y su funcionamiento

Una bomba de calor es una máquina que extrae calor de un foco frío y lo bombea a un foco caliente. Como el calor fluye de manera espontánea de una zona de mayor temperatura a una de menor, la bomba de calor tiene que utilizar una cantidad de trabajo para forzar el flujo de calor en la dirección contraria.

La bomba de calor transfiere el calor almacenado en fuentes naturales y renovables del entorno a baja temperatura (foco frío), como son el aire, el agua o el suelo, hacia la zona que se pretende calentar (foco caliente).

El calor total aportado por la bomba de calor es el extraído de la fuente de calor, natural y renovable, más el trabajo externo aportado por el motor de accionamiento del compresor.

La mayor parte de las bombas de calor existentes trabajan con el ciclo de compresión de un fluido condensable, por medio de un circuito cerrado por el que circula un fluido refrigerante. Sus principales componentes son: compresor, válvula de expansión, condensador y evaporador, tal y como se muestra en la siguiente figura:

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La bomba de calor también se puede utilizar para enfriar. En este caso, la transferencia de calor se realiza en sentido contrario, es decir, desde la zona a enfriar al ambiente que se encuentra a temperatura superior.

Las bombas de calor, que funcionan en modo calefacción y refrigeración, se denominan reversibles e incorporan una válvula de 4 vías que permite invertir el sentido de la circulación del fluido frigorífico.

Aerotermia: energía renovable

Según la Directiva 2009/28, se debe considerar que las bombas de calor que permiten la utilización del calor aerotérmico, geotérmico o hidrotérmico a un nivel de temperatura útil, necesitan electricidad u otra energía auxiliar para funcionar. Por ello, a efectos del cálculo de la energía renovable, debe deducirse del total de energía utilizable, aquella necesaria para el funcionamiento de las bombas de calor. Solo deben tenerse en cuenta los equipos cuya producción supere de forma significativa la energía primaria necesaria para impulsarlas.

Es decir, el hecho de que su funcionamiento requiera la utilización de energía primaria no renovable, explica que, a los efectos del cálculo de la cantidad de calor que se ha de considerar como energía procedente de fuentes renovables, se haya establecido una metodología recogida en el Anexo VII, de la citada Directiva, titulado ‘Balance energético de las bombas de calor’. La Decisión de la Comisión 2013/114 de 1 de marzo de 2013, establece las directrices para el cálculo de la energía renovable procedente de las bombas de calor.

De conformidad con el citado anexo y la Decisión, la cantidad de energía renovable suministrada mediante tecnologías de bomba de calor (ERES), se calcula con la fórmula:

ERES= Qusable * (1-1/SPF)

Donde, Qusable = HHP * Prated

Siendo:

Qusable: Calor útil total estimado proporcionado por las bombas de calor, expresado en GWh.

HHP: Número anual de horas durante las que se supone que una bomba de calor debe suministrar calor a la potencia nominal, expresado en h.

Prated: Potencia nominal o capacidad de refrigeración o de calefacción del ciclo de compresión o del ciclo de sorción del vapor de la unidad en condiciones estándar.

SPF: Factor de rendimiento medio estacional estimativo, que se refiere al coeficiente de rendimiento estacional neto en modo activo (SCOPnet), en el caso de las bombas de calor accionadas eléctricamente y se evaluará de acuerdo con la norma EN 14825:2012.

Según lo recogido en la mencionada Directiva, sólo se tendrán en cuenta las bombas de calor con un SPF superior a 1,15 * 1/ŋ. La Comisión fija el valor de la eficiencia del sistema de energía (ŋ) en 0,455 (45,5%). Como consecuencia, el SPF mínimo de corte (SCOPnet) de las bombas de calor accionadas eléctricamente, para que se consideren a efectos del cálculo de energía renovable, es 2,5.

Aerotermia: mejora de la eficiencia energética

Hay dos conceptos básicos que definen la eficiencia energética de una bomba de calor:

1. SCOP (Factor de rendimiento medio estacional estimativo en modo calefacción).

2. SEER (Factor de rendimiento medio estacional estimativo en modo refrigeración).

Por ejemplo, supongamos una bomba de calor, en modo calefacción, con un SCOP de 4. Esto significa que, por cada 1 kW consumido por un sistema bomba de calor, se obtienen 4 kW de energía disponible; lo que representa 3 kW de energía gratuita.

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No hay energía más económica, más ecológica y menos contaminante, que la que no se consume
En los últimos años, la bomba de calor ha experimentado una evolución en la mejora de la eficiencia energética. Esto es debido, entre otros aspectos, a:
  • Sistemas de control PID (Proporcional Integral Derivado), que ajustan la producción a la demanda y optimizan los consumos de los elementos auxiliares de los equipos, cuando estos estén en funcionamiento.
  • Tecnología inverter.
  • Válvulas de expansión electrónica.
  • Caudal variable.
  • Ventiladores de alta eficiencia.
  • Sistemas de recuperación de energía.
  • Tecnología de doble compresor.

Esta evolución tecnológica permite que los equipos de bomba de calor mejoren sus rendimientos, tanto los SCOPs como los SEERs. El uso más generalizado de estos equipos hará que la climatización sea más respetuosa con el medio ambiente.

Aerotermia: reducción de emisiones de CO2

Según la Agencia Internacional de la Energía:
  • Los edificios representan la tercera parte del consumo final de energía a nivel mundial, lo que significa que son una fuente muy importante de emisiones de CO2.

  • Se estima que la refrigeración, la calefacción y el agua caliente sanitaria, especialmente éstos dos últimos, representan la mitad del consumo global de energía en los edificios. Estos usos finales son una buena oportunidad para reducir el consumo de energía, mejorando la eficiencia energética y, en consecuencia, reduciendo las emisiones de CO2.

Se puede decir por tanto, que la mayor eficiencia energética de las bombas de calor, ayuda a reducir sustancialmente el consumo de energía, y consecuentemente, se consigue una reducción significativa de las emisiones de CO2.

Las fortalezas de la bomba de calor

Las fortalezas con las que cuenta la bomba de calor, se pueden analizar desde tres puntos de vista:

El tecnológico

  • Es una tecnología madura y en continuo desarrollo.
  • Un mismo equipo aporta soluciones para refrigerar, calentar y producir agua caliente sanitaria.
  • Es integrable con otras tecnologías como por ejemplo, la energía solar.

El del usuario

  • Fácil uso, mantenimiento e instalación.
  • No tiene servidumbre.

El medioambiental

Utiliza energía renovable.

Reduce las emisiones de CO2.

Conclusiones

La bomba de calor aerotérmica forma parte del conjunto de soluciones que ayudarán a cumplir el objetivo 20-20-20 de la Unión Europea en su actuación contra el cambio climático, consistente en:
  • Cubrir el 20% del consumo energético con energías renovables.
  • Ahorrar el 20% del consumo de energía mediante una mayor eficiencia energética.
  • Reducir un 20% las emisiones de CO2.

Sobre la Afec

La Asociación de Fabricantes de Equipos de Climatización (Afec) representa a 65 empresas, 40 de ellas fabricantes españoles, que emplean a unas 6.000 personas en nuestro país. La asociación vela por la gestión y defensa de los intereses de estos fabricantes, a través de actividades como la participación en conferencias y estudios, y con ayudas a la exportación y al desarrollo tecnológico.

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