¿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 o aerotermias.

Los tres elementos

El aire, el suelo y el agua son los recursos utilizados por la bomba de calor como fuentes de energía renovables. Es crucial comprender que la bomba de calor en sí no genera calor; su función principal es transferir energía del aire, al sistema de climatización, o al agua, o al sistema de calefacción y agua caliente de un edificio. Para lograr esta transferencia, se emplean tecnologías avanzadas y especializadas, adaptadas según el tipo de bomba de calor.

Estas tres fuentes mencionadas son utilizadas para aumentar la eficiencia energética y son los generadores, mientras que el sistema de calefacción o refrigeración del edificio y la acumulación de agua caliente se consideran emisores. 

Por lo general, la bomba de calor se integra en un sistema de calefacción de baja temperatura, como el suelo radiante y se pueden emplear con los radiadores existentes y climatizadores que no solo calientan, sino que también pueden enfriar los espacios en verano. Además también generamos el agua caliente sanitaria a través de un intercambiador de calor del acumulador de agua, lo que calienta el agua que utilizamos, por ejemplo, para ducharnos.

Por todas estas razones, la aerotermia se destaca como el mejor sistema actual, ya que cubre todas estas necesidades con un solo sistema eficiente y sostenible.

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 el sistema de aerotermia que tengamos instalado.

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 aerotermia), 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. Los mejores compresores 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, no 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 una resistencia eléctrica. Sin embargo, estos días críticos y fríos en los que la potencia de la bomba de calor no sería suficiente, son solo unos pocos días al año, por lo que no hay de qué preocuparse, la contribución de la resistencia eléctrica 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 sugiere que una bomba de calor solo genera calor, también puede ser una fuente de frío. En una bomba de calor reversible, diseñada para operar tanto en modos de calefacción como de refrigeración, cuando llega el verano y las altas temperaturas son abrumadoras, simplemente se debe invertir la dirección de funcionamiento de la bomba. Esto permite extraer el calor del interior del edificio y transferirlo al suelo, agua o aire utilizando el mismo refrigerante. De esta manera, la misma unidad que proporciona calefacción en invierno puede ofrecer refrigeración en verano, proporcionando un confort térmico constante durante todo el año.

Es esencial un requisito fundamental: el sistema de calefacción del edificio debe estar capacitado para recibir frío. Esto puede lograrse mediante unidades de aire acondicionado, radiadores de agua o, preferiblemente, mediante una instalación de calefacción por suelo radiante. La última opción permite que el sistema se alimente con agua fría, manteniendo una temperatura mínima de 16°C. Se puede ajustar esta temperatura según el punto de rocío, teniendo en cuenta la humedad relativa del aire y la ubicación geográfica del equipo, para asegurar un funcionamiento óptimo y eficiente del sistema de aerotermia.

En la fase de diseño, los nuevos edificios están diseñados para cumplir con los estándares térmicos necesarios desde el principio. Al adherirse a estos estándares, puedes confiar en los resultados del funcionamiento de la bomba de calor. Sin embargo, en el caso de edificios antiguos, es recomendable realizar medidas de termomodernización primero, tales como el aislamiento de paredes, techos y el reemplazo de ventanas. Esto garantiza que los beneficios del funcionamiento de la bomba de calor no se vean comprometidos. Evitar el desperdicio de energía es fundamental para evitar tirar dinero por la ventana, en todos los sentidos de la expresión.

Dado que la bomba de calor opera con electricidad, es importante considerar la posibilidad de cubrir parte de su consumo con la energía generada por tus paneles solares fotovoltaicos. Integrar paneles solares fotovoltaicos en tu sistema energético no solo reduce tu dependencia de la red eléctrica convencional, sino que también te ofrece una fuente de energía limpia y sostenible.

Los paneles solares fotovoltaicos son un complemento ideal para cualquier tipo de bomba de calor, ya que funcionan de manera sinérgica para maximizar la eficiencia energética de tu hogar o negocio. Al aprovechar la energía del sol para alimentar tu bomba de calor, puedes reducir significativamente tus costos de energía a largo plazo y contribuir activamente a la reducción de emisiones de carbono.

Además, los paneles solares fotovoltaicos ofrecen una mayor independencia energética y una mayor resiliencia ante posibles cortes de energía, lo que brinda tranquilidad y seguridad adicional. En resumen, considerar la instalación de paneles solares fotovoltaicos como complemento a tu bomba de calor es una decisión inteligente y sostenible que beneficia tanto a tu hogar como al medio ambiente.