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Desde hace unos años, en consonancia con la mejora de la eficiencia energética de las instalaciones impuesta por las directivas europeas, los fabricantes de  equipos de producción de calor/frío están concentrando sus desarrollos a equipos  cada vez energéticamente más eficientes.

Dentro de los equipos que un instalador puede ofrecer a sus clientes se encuentran las bombas aerotérmicas. Dichos equipos no son nuevos y ya se comercializaron en los años 80 como consecuencia de otras crisis energéticas anteriores. La aerotérmica de hoy día, debido a los nuevos materiales, al conocimiento y a los avances en los procesos tecnológicos, ha permitido que los principales fabricantes de equipos de aire acondicionado pongan en el mercado bombas de calor aire-agua capaces de alcanzar temperaturas por encima de los 60º que permiten preparar agua caliente sanitaria.

Estos equipos han sido conceptualmente desarrollados para sustituir en viviendas a las calderas mixtas (calefacción y ACS) o sistemas partidos (caldera y enfriadora), que utilicen como fluido distribuidor el agua. Por otro lado dichos equipos pueden dar un servicio de refrigeración, bien con la instalación de un suelo refrescante o con fan-coils.

En la Directiva 2009/28/CE se reconoce como energía renovable, en determinadas condiciones, la energía capturada por bombas de calor. Las bombas de calor que podrán considerarse como renovables son aquellas en las que la producción final de energía supere de forma significativa el insumo de energía primaria necesaria para impulsar la bomba de calor. La decisión de la Comisión de 1 de marzo de 2013 (2013/114/UE)  establece el parámetro η con el valor del 45,5 %, por lo que las bombas de calor deben  de considerarse como renovables siempre que su SPF(factor de rendimiento medio estacional estimativo) para dichas bombas de calor sea superior a 2,5

Composición básica de una bomba aerotérmica

Las bombas aerotérmicas son muy parecidas a los equipos convencionales de aire acondicionado. Por lo general cuentan con una unidad exterior encargada de captar la energía existente en el aire del ambiente, un circuito de gas refrigerante que conecta la unidad exterior con la interior, normalmente denominada hidrokit. La unidad interior contiene intercambiadores de calor y circuladores, entre otros equipos, que transfieren la energía hacia los distintos emisores o acumuladores existentes en la vivienda. Determinados fabricantes, en cambio, el sistema consiste en una bomba de calor aire-agua en el exterior y un circuito de agua climatizada que alimenta un depósito de inercia para la calefacción-refrigeración y un acumulador para el ACS.

La mayoría de los equipos, para no sobredimensionar la bomba de calor, incorporan una resistencia eléctrica de apoyo que complementa la energía necesaria demandada por la instalación. La puesta en marcha de dicha resistencia deberá ser lo mínimo posible y que entre en funcionamiento en periodos cortos de tiempo cuando las condiciones exteriores son más desfavorables. Evidentemente esto perjudica el rendimiento estacional del equipo (SPF) y debe ser tenido en cuenta en los cálculos del rendimiento aportados por el fabricante.

Una particularidad de los  sistemas de bomba de calor  es que la producción energética es proporcional a la demanda, gracias a un control continuo de la capacidad, obteniendo COP altos.

Estos sistemas incorporan compresores de tipo Scroll de altas prestaciones, que permiten una mejor regulación. Los sistemas más avanzados logran obtener un control continuo entre el 10% y el 100% de la capacidad de la unidad exterior.

Cada unidad bomba de calor dispone de placa de control, así como los elementos de medida y protección necesarios. La placas de control gobiernan los diferentes elementos de regulación a través de controles tipo PID, garantizando el correcto funcionamiento en todo momento, así como informando inmediatamente de anomalías detectadas.

Los termostatos interiores disponen de una sonda de temperatura que proporciona la información necesaria para que la bomba de calor regule su capacidad y obtenga las mejores prestaciones. Esta regulación se realiza mediante el control Inverter de variación de la velocidad del compresor y modificando su factor de compresión. Se consigue así de forma automática la adaptación del sistema a la demanda global y la máxima eficiencia energética.

Importancia de un sistema modulante

El dimensionado de la instalación de calefacción se realiza teniendo en cuenta unas condiciones que sólo serán alcanzadas en el 2,5% del tiempo de funcionamiento, lo que realza la importancia de disponer de un sistema de climatización eficiente a cargas parciales, adaptándose perfectamente a la curva de demanda térmica del edificio.El factor que permite obtener el máximo rendimiento a cargas parciales es la producción de la energía.

La mayoría de las  calderas instaladas en viviendas, debido a que sus quemadores son de una sola marcha,  proporcionan una capacidad térmica fija, provocando múltiples paros y arranques, lo que disminuye el rendimiento del sistema a cargas parciales.

Comparativa energética

Como pequeña muestra de que la aerotermia puede ser una alternativa más a los actuales se realiza un pequeño estudio comparativo  del consumo estimado para una vivienda unifamiliar tipo 160 m², en una zona próxima a la costa, en Galicia.

El periodo de utilización de calefacción estimado es de Noviembre a Mayo. La temperatura interior de confort considerada a lo largo del día será de 21ºC. Para esta vivienda sería necesaria una potencia térmica de calefacción entorno a los 14,5 kW. Tal y como se mencionaba anteriormente, estas condiciones sólo se alcanzan en muy pocas ocasiones a lo largo del año.

Partiendo de los datos climáticos obtenidos de “Guía Condiciones Climáticas”, publicados por el IDAE, teniendo en cuenta temperaturas medias mensuales inferiores a 15ºC  y de las características constructivas de una  vivienda media de referencia podemos trazar la demanda térmica de calefacción media mensual necesaria en kWh de la vivienda tal y como se indica a continuación:

Actualmente, los precios de los distintos combustibles con IVA son aproximadamente de:

Por lo que el coste estimado  para distintos sistemas de calefacción sería de:

Conclusiones

• La aerotermia se plantea por lo tanto como  una alternativa más ante el incremento de los precios en los combustibles  y como mejora en la eficiencia de las instalaciones.  Se puede concluir también que es interesante  ya que puede ser utilizada en aquellos caso en los que no es posible la instalación de calderas comúnmente utilizadas, ya sea por problemas en la evacuación de los productos de combustión, imposibilidad  de acceso al gas natural, falta de espacio para la instalación de equipos de combustión por biomasa,..y además a unos costes de operación e instalación comparables con estos últimos siempre y cuando se utilicen emisores de baja temperatura, esto es, suelo radiante ó fan-coils. En el caso de que una instalación disponga como emisores radiadores, el rendimiento estacionario disminuye considerablemente con lo que la instalación llega a ser menos atractiva.

• Otra conclusión que puede hacerse de dicho sistema es que en regiones con veranos calurosos, por ejemplo para las zonas 3 y 4 del CTE, además se pueden utilizar como sistemas de  refrigeración mediante suelos refrescantes o fancoils, con lo que evitamos tener que utilizar otro sistema para este servicio.

• El mantenimiento de una instalación con bomba de calor, en general es sencillo y rápido. Periódicamente se deberá realizar la comprobación de presiones y consumos de la unidad exterior, así como la limpieza de baterías y filtros.

En cambio, no todo son ventajas, si no que dichos equipos tienen varias particularidades que conviene citar:

• El sector eléctrico está  sufriendo números cambios en los últimos años que arrastran al consumidor final subidas del precio directamente o indirectamente con cambios en la regulación. Es por ello que la tendencia alcista del precio de la electricidad y la inestabilidad de su marco regulatorio son factores negativos importantes a la hora de decidir por  esta energía para climatizar las viviendas en modo calor, frente a la biomasa, por ejemplo, cuyo precio es más estable.

• Desde el punto de vista técnico, la energía eléctrica es una energía de primera calidad que se debería utilizar sólo para obtener trabajo, no calor, puesto que existen otras fuentes de energía más específicas  como la biomasa, gas,… que energéticamente son más eficientes que la corriente  eléctrica. En el caso de calificaciones  energéticas de una edificación  con aerotermia las emisiones de CO₂ son incluso superiores al gas o con creces a la biomasa.

• En zonas frías, con temperaturas de funcionamiento por debajo de 7ºC, la eficiencia de estos equipos disminuye bastante. Para viviendas unifamiliares implica, que el  equipo complemente la demanda térmica con la  resistencia de apoyo para cuando la bomba de calor no tiene capacidad suficiente. Es por ello que en casos con mal aislamiento térmico de la vivienda, sobre todo en reformas, este sistema puede llevar sobrecostes imprevistos en el consumo.

• Son equipos que requieren de una inversión inicial alta, pero el ahorro obtenido anualmente en el consumo se consiguen amortizar con respecto a otras tecnologías en 5-6 años.

Fuentes:

Directiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 23 de abril de 2009, relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables

http://www.minetur.gob.es

http://www.idae.es