¿Qué deberías saber sobre la bomba de calor?

Adios a los humos

Las regulaciones de la Unión Europea establecen fechas específicas hasta las cuales aún será posible instalar calderas de gas en nuevos edificios. Aquellas que ya estén instaladas podrán seguir utilizándose, pero su eficiencia económica será cada vez más dolorosa para los usuarios. La presión de los cambios normativos y la creciente conciencia ecológica, respaldada por la omnipresente contaminación del aire, está dirigiendo la atención hacia tecnologías de calefacción que no contaminan el aire y pueden ser más económicas de operar. Estas son tecnologías que obtienen energía de una manera diferente a la quema de cualquier sustancia. Son las bombas de calor.

Los tres elementos

El aire, el suelo y el agua. Estos son precisamente los recursos renovables utilizados por la bomba de calor como fuentes de energía. Es importante tener en cuenta que la bomba de calor en sí no genera calor. Lo que hace es transferir energía del aire, el suelo o el agua al sistema de calefacción y agua caliente de un edificio. Para lograr esto, se utilizan tecnologías avanzadas y diferentes según el tipo de bomba de calor. Estas tres fuentes mencionadas se denominan fuentes de calor inferiores, mientras que el sistema de calefacción del edificio y la preparación de agua caliente se consideran fuentes de calor superiores. Es importante recordar esto, ya que esta terminología algo confusa será útil al comunicarse con profesionales y vendedores cuando decidas adoptar esta nueva tecnología.

Por lo general, se trata de un sistema de calefacción de baja temperatura, como calefacción radiante (por ejemplo, suelo radiante), aunque también se pueden utilizar radiadores y climatizadores (que no solo pueden calentar, sino también enfriar los espacios en verano). Independientemente de la calefacción de los espacios, en otro modo de funcionamiento de la bomba de calor, el agua caliente de calefacción pasa a través de un intercambiador de calor del calentador de agua, calentando así el agua que utilizamos, por ejemplo, para ducharnos.

Uno de los componentes más importantes del sistema de refrigeración de una bomba de calor es el compresor. Los parámetros de funcionamiento y la eficiencia de la bomba de calor dependen en gran medida de su funcionamiento. Para ti, la eficiencia de la bomba de calor es el parámetro más importante, ya que determina los costos de calefacción finales.

Una bomba de calor es un dispositivo alimentado por energía eléctrica, principalmente consumida por el compresor. La eficiencia de la bomba de calor se expresa como el coeficiente de rendimiento energético (COP, por sus siglas en inglés), que indica cuántas unidades de energía térmica en kWh puede transferir la bomba al sistema de calefacción utilizando 1 kWh de energía eléctrica en el mismo período de tiempo. La eficiencia de la bomba de calor depende de su nivel de tecnología, así como de la temperatura de la fuente de calor (ya sea suelo, agua o aire) y de la temperatura requerida del fluido de calefacción en la instalación de calefacción.

El valor del COP no es constante. Por ejemplo, en una bomba de calor aire-agua, el COP, que suele oscilar entre 3 y 4, disminuye a medida que desciende la temperatura exterior. En resumen, un COP de 3.5 significa que obtendremos 3.5 kWh de energía térmica utilizando 1 kWh de energía eléctrica que consume la bomba de calor.

A una cierta profundidad bajo el suelo, se mantiene una temperatura constante y positiva. Para una bomba de calor, esta es una situación ideal, ya que al aprovechar esta fuente de calor, consume menos energía y, como resultado, funciona con alta eficiencia energética. En la práctica, existen dos formas de extraer calor del suelo. Ambas requieren trabajos de excavación y un área de terreno relativamente grande.

• Colector plano (horizontal) A una profundidad de 20-30 cm por debajo del nivel de congelación del suelo, se instalan sistemas de tuberías formando bucles, a través de los cuales circula un fluido caloportador en un circuito cerrado. Este fluido suele ser una solución acuosa de propilenglicol u otro líquido tecnológico con parámetros rigurosamente seleccionados. Al calentarse desde el suelo, transfiere el calor a la bomba de calor. Ya hemos mencionado qué hace la bomba de calor con ese calor. Cuanto más calor transferimos a la bomba en el fluido caloportador, menos trabajo tendrá que realizar el compresor de la bomba para alcanzar la temperatura deseada del agua de calefacción y, por ende, dentro del edificio. Por lo tanto, un colector plano subterráneo consta de varias vueltas de tuberías, no solo una.

Para asegurarte de que tu terreno tiene la superficie adecuada para esta solución, en términos muy simplificados y sin tener en cuenta las diferencias según el tipo de suelo y su conductividad térmica, considera que la eficiencia térmica de un colector plano horizontal es de aproximadamente 15-20 W/m2. En otras palabras, para cubrir una demanda de calor de 1 kW en tu hogar, necesitarías aproximadamente 40-50 m2 de terreno. Ten en cuenta que esta fuente subterránea de nuestra bomba de calor impone ciertas restricciones en el uso del terreno sobre el colector plano. Aquí no se pueden plantar árboles, arbustos con sistemas de raíces extensos, y la regeneración de esta fuente inferior se realiza mediante la radiación solar y las precipitaciones atmosféricas.

• Sonda geotérmica (perforaciones verticales)
En lugar de bucles horizontales, se pueden colocar tuberías en una perforación vertical. Por lo general, las perforaciones tienen una profundidad de hasta 100 metros, aunque las más profundas requieren documentación adicional, permisos y aprobación del instituto minero, por lo que se realizan con menos frecuencia. Una perforación de 100 metros de profundidad suele proporcionar alrededor de 3,5-4,0 kW de potencia de calefacción. Al igual que con el colector vertical, esto depende en gran medida del tipo de suelo y su conductividad térmica.

Como se puede ver, para calentar una casa se necesitan varias perforaciones, cada una de ellas ubicada a aproximadamente el 10% de la profundidad, es decir, alrededor de 10 metros en el caso de una perforación de 100 metros de profundidad. De esta manera, puedes calcular el tamaño del terreno que necesitarás para la instalación de las perforaciones verticales como fuente de calor geotérmico.

Cada terreno es diferente. Cuanta más agua haya en el suelo, más húmedo estará y mejor será. Las perforaciones en acuíferos ofrecen los mejores resultados. La realización de las perforaciones requiere algunos permisos administrativos, pero a una profundidad de perforación de hasta 100 metros, el proceso suele ser bastante sencillo y se evitan la mayoría de las reuniones con funcionarios. En la mayoría de los casos, la realización de las perforaciones verticales, la instalación de las tuberías, su conexión, el llenado con un agente anticongelante y la conexión al edificio son tareas integrales que realiza una empresa de perforación profesional especializada en este tipo de fuentes de calor geotérmico.

Bomba de calor agua-agua.

Este es el tipo menos común de bomba de calor en la práctica. En este caso, el principal origen de calor se encuentra en las aguas subterráneas. Por lo general, esta solución requiere al menos dos pozos. Un pozo se utiliza para extraer agua de la cual obtenemos calor (pozo de extracción), mientras que el agua enfriada se dirige hacia el otro pozo (pozo de retorno). La disposición de los pozos a una distancia adecuada entre sí (generalmente más de 15 m) también debe tener en cuenta la dirección del flujo de las aguas subterráneas. Los requisitos de rendimiento de los pozos, la calidad del agua presente en ellos y la obtención de los permisos adecuados no favorecen este tipo de inversión. La mayoría de las aguas subterráneas en Polonia no cumplen con los requisitos de composición química y pureza. Después de algunos años de uso, los pozos a menudo requieren renovación. Por lo tanto, este tipo de solución se utiliza más comúnmente por inversores institucionales que tienen terrenos muy grandes, como para edificios de oficinas.

Bomba de calor aire-agua.

En la vida siempre hay compromisos. Puede que no te preocupes por tener un terreno lo suficientemente grande para aprovechar el calor del suelo. En cambio, puedes optar por otra opción y aprovechar el calor del aire que rodea el edificio. Sin duda, no te faltará aire caliente, a diferencia de otros tipos de bombas de calor, ya que la fuente de aire en este caso es inagotable y no requiere regeneración. No tenemos que pagar extra por ello. Esta es una gran ventaja de este tipo de bombas de calor.

Sin embargo, para la bomba de calor aire-agua (comúnmente conocida como bomba de calor aire-aire), surge el problema de la variación de temperatura de la fuente de aire, que durante el invierno alcanza valores muy bajos. ¿Puede este aire frío proporcionarnos suficiente calor para calentar la casa o el agua? Sí, incluso a -25°C, la bomba de calor puede manejarlo. Las mejores compresoras en las bombas de calor y las soluciones tecnológicas innovadoras aplicadas a ellas resuelven este problema. Debido a la disminución de la capacidad de calefacción de la bomba de calor a medida que la temperatura exterior desciende, así como a la eficiencia energética (recordemos, es la eficiencia de la bomba de calor) y a veces a la temperatura del refrigerante, es necesario contar con una segunda fuente de calor adicional que complemente la bomba de calor aire-agua. Por lo general, en nuevas instalaciones, esto es un calentador eléctrico. Sin embargo, estos días críticos y fríos en los que la bomba de calor no es suficiente ocurren solo unos pocos días al año, por lo que no hay de qué preocuparse: la contribución del calentador eléctrico al consumo total de energía necesaria para calentar la casa es mínima y, en un sistema adecuadamente dimensionado, no supera el 2%.

Aunque el nombre habla de una bomba de CALOR, también puede ser una fuente de FRÍO. En una bomba de calor reversible (diseñada para funcionar en modo de calefacción y refrigeración), cuando llega el verano y el calor agobia, solo tienes que invertir la dirección de funcionamiento de la bomba para extraer el calor del interior del edificio y transferirlo al suelo, agua o aire utilizando el mismo refrigerante. Hay una condición: el sistema de calefacción del edificio debe tener la capacidad de recibir frío, ya sea a través de unidades de aire acondicionado o al menos tener una instalación de calefacción por suelo radiante, que se alimentará con agua fría con una temperatura mínima de 16°C.

Al elegir una bomba de calor geotérmica con colector plano, investiga la profundidad de congelación del suelo en tu zona climática. En Polonia, hay varias zonas, y sería una lástima si colocaras el colector demasiado superficialmente en el suelo.

Los nuevos edificios, incluso en la etapa de diseño, garantizan el cumplimiento de los parámetros térmicos adecuados. Si te adhieres a ellos, puedes estar tranquilo con respecto a los resultados del funcionamiento de la bomba de calor. En edificios antiguos, es mejor realizar primero medidas de termomodernización (aislamiento de paredes, techo, reemplazo de ventanas) para que los efectos del funcionamiento de la bomba no se desperdicien. No permitas el desperdicio de energía.

Dado que la bomba de calor funciona con electricidad, vale la pena considerar que parte de su consumo sea cubierto por la energía generada por tus paneles solares fotovoltaicos. Vale la pena tenerlos en cuenta. Son un complemento perfecto para cualquier tipo de bomba de calor.