¿Las bombas de calor son Efectivas en Invierno?
✔Las bombas de calor de aire pueden operar hasta en temperaturas de hasta -25 °C
✔Representan una fuente de energía geotérmica que ofrece un aquecimiento constante en cualquier condición climática
✔Las bombas de calor superan en eficiencia a las calderas tradicionales por un factor de tres, incluso en temperaturas bajo cero
Las bombas de calor representan una opción sumamente eficaz para el acondicionamiento térmico de tu hogar, al lograr transformar la electricidad en tres veces más cantidad de calor. Sin embargo, las bombas de calor aéreas operan a través de la extracción de calor del aire exterior a tu residencia. Pero, ¿qué ocurre cuando arriba el invierno y las temperaturas se desploman?
En esta guía profundizaremos sobre cómo continúan funcionando las bombas de calor ante las bajas temperaturas, las circunstancias en que deberías (o no deberías) inquietarte al respecto, y qué medidas puedes adoptar para prevenir que tu bomba de calor sucumba ante el congelamiento durante la temporada invernal.
Superan en eficiencia a las calderas y calefactores
La operación de las bombas de calor se desarrolla en tres fases esenciales: capturan calor de un entorno específico, incrementan su intensidad y finalmente lo trasladan a otra ubicación. Este calor puede originarse del aire circundante al dispositivo, lo que nos introduce al concepto de aerotermia, o bien del terreno donde se instala el equipo, entrando en el terreno de la geotermia. Sin embargo, es posible también captar el calor residual proveniente de instalaciones industriales próximas o cuerpos de agua, según informa la Agencia Internacional de la Energía (AIE).
“Dado que la mayor parte del calor se transfiere en vez de producirse desde cero, las bombas de calor resultan ser significativamente más eficientes que los sistemas tradicionales como las calderas o los calefactores eléctricos, constituyendo una alternativa más económica”, señala la AIE. Esta superioridad se evalúa mediante el coeficiente de rendimiento (_coefficient of performance_ o COP, por sus siglas en inglés), el cual en las bombas de calor estándar que se usan residencialmente alcanza comúnmente un valor de cuatro: esto implica la generación de cuatro unidades de calor por cada unidad de energía consumida para su traslación, de acuerdo al citado organismo.
Una caldera que opera con gas natural puede lograr una eficiencia máxima del 100%, logrando convertir íntegramente en calor el gas consumido sin desperdiciar energía en el proceso. En cambio, una bomba de calor tiene la capacidad de obtener eficiencias que superan el 100%, tal como se ilustra en un documento (página 19) liberado en 2021 por el New Buildings Institute. Retomando el ejemplo previo, un coeficiente de rendimiento de cuatro se traduce en una eficiencia del 400%.
Aunque su rendimiento disminuye en el frío, aún aventaja a soluciones tradicionales
Las bombas de calor, en particular las que se basan en la tecnología de la aerotermia, tienen la capacidad de trasladar calor de un lugar a otro. Aun en un entorno gélido, ¿cómo logran operar efectivamente? Aunque pueda sorprender, el aire frío aún posee energía térmica, siempre y cuando su temperatura no descienda más allá de los -273 ºC, señala la Agencia Internacional de Energía. Por otra parte, diversas investigaciones han mostrado que, aunque la eficiencia disminuye con el decremento de la temperatura, estos dispositivos mantienen un desempeño superior al de los sistemas tradicionales, incluso en condiciones de frío extremo.
En un estudio reciente sobre el comportamiento de las bombas de calor ante el frío, se publicó un comentario en la revista Joule, en septiembre de 2023, que hemos mencionado previamente en Maldita.es. Es importante aclarar que un comentario, a diferencia de una investigación científica, es un análisis sobre un tema específico que, pese a no estar revisado por pares, se apoya en información existente para sustentar sus argumentaciones.
Este estudio recopiló información de siete investigaciones de campo precedentes con el objetivo de analizar la eficacia de aproximadamente 500 sistemas de aerotermia en las condiciones climáticas reales de seis países distintos (Suiza, Alemania, Reino Unido, Estados Unidos, Canadá, China). Los resultados indican que la eficiencia de estos equipos disminuye a medida que la temperatura exterior cae, pero su rendimiento se mantiene superior a las calderas de gas y las resistencias eléctricas, inclusos en temperaturas muy inferiores a los 0 ºC.
“En inviernos particularmente fríos, donde raramente se experimentan temperaturas inferiores a -10 °C, lo cual sucede en la mayoría de Europa, las bombas de calor aerotérmicas ofrecen un coeficiente de rendimiento promedio de 2,74. Para inviernos más extremos, con temperaturas que rondan los -30 ºC, la aerotermia puede llegar a ser doblemente más eficiente que las opciones convencionales. Sin embargo, “se requiere de estudios adicionales”. Por lo tanto, incluso bajo condiciones de frío intenso donde podría ser necesaria una calefacción complementaria, las aerotermias representan una mejora significativa en la eficiencia del sistema energético”, indican los investigadores.
Existen modelos de bombas de calor diseñados específicamente para temperaturas bajas
Las bombas térmicas convencionales están diseñadas para operar en temperaturas inferiores a 0 ºC, aunque existen modelos específicos para entornos de frío extremo. La plataforma norteamericana Consumer Reports, enfocada en ofrecer asesoramiento a los consumidores, provee un catálogo de estas bombas aerotérmicas especializadas para el frío.
Que una bomba térmica sea eficiente no implica necesariamente que proporcione un calor abundante. En otras palabras, es posible consumir menos energía de la que se produce, sin lograr incrementar la temperatura del hogar más allá de un límite específico. Por lo tanto, además de la eficiencia, se evalúa su potencia de calefacción o heating capacity en inglés. ¿Cuál es la capacidad de calefacción de estas bombas térmicas durante el invierno?
El estudio realizado por New Buildings Institute en 2021 destaca que, históricamente, tanto la eficiencia energética como la capacidad de calefacción han sido considerablemente más bajas bajo condiciones frías. Sin embargo, apuntan que “los avances de los productores en la tecnología de las bombas térmicas para climas fríos han sido significativos”. “Actualmente, la oferta de los principales modelos de bombas térmicas aerotérmicas es bastante estable, anticipándose mejoras tanto en la optimización tecnológica como en la variedad de productos en el futuro cercano”, concluyen.
Funcionamiento del sistema de aerotermia
El procedimiento operativo de un sistema de aerotermia se desglosa en tres fases fundamentales:
- Inicialmente, capta el calor de un entorno específico. Este proviene del calor existente en el aire, originado por el movimiento incesante de partículas, especialmente útil para calentar el hogar. Contrariamente, al desear enfriar el ambiente, se extrae el calor del interior de la vivienda.
- Posteriormente, intensifican dicho calor, debido a las transformaciones de estado que sufre un refrigerante a temperaturas extremadamente bajas.
- Finalmente, trasladan el calor captado a otro espacio. En épocas de bajas temperaturas, el calor ambiental se introduce en el hogar, mientras que durante las temporadas de calor, el procedimiento se modifica para expulsar el calor del hogar hacia el exterior.
Este mecanismo se caracteriza por su altísima eficacia, produciendo cuatro veces más energía térmica de la que requiere en forma eléctrica. Tal eficiencia se valora mediante el coeficiente de rendimiento (COP), el cual varía en función del modelo del sistema así como de la temperatura a la que opera.
¿Es viable la aerotermia en entornos fríos?
Podrías suponer que el frío impide que la aerotermia genere calor. Sin embargo, esto no refleja la realidad. La actividad térmica originada por el desplazamiento de átomos y moléculas en el aire continúa hasta que se llega al Cero Absoluto (-273,15ºC).
Esto, por supuesto, no implica que una bomba de calor de tipo aire-agua sea capaz de operar a dichas temperaturas extremas. Además, tal suposición resultaría innecesaria, considerando que la temperatura más baja jamás registrada en nuestro país no ha descendido hasta -35ºC. No obstante, esto señala que el aire siempre contiene calor aprovechable, una cualidad que la aerotermia explota mediante el uso de un refrigerante extremadamente frío.
En realidad, los sistemas aerotérmicos diseñados específicamente para entornos más gélidos incorporan un refrigerante que hierve a una temperatura aún más baja, asegurando así su circulación constante por el sistema de bomba de calor, aun bajo condiciones de temperaturas ambientales reducidas.
Capacidad operativa de un sistema de aerotermia ante el frío
La elección del sistema juega un papel crucial aquí. Un sistema de aerotermia estándar puede continuar operando con eficiencia, incluso a temperaturas de hasta -10ºC. Sin embargo, si decides inclinarte por una bomba de calor aire-agua diseñada para climas gélidos, esta puede mantener su capacidad de calefacción eficaz a temperaturas de hasta -25ºC, o incluso inferiores.
Impacto de las bajas temperaturas en la aerotermia
Como mencionábamos anteriormente, un sistema de aerotermia mantiene su funcionalidad incluso cuando las temperaturas descienden por debajo de los 0ºC. No obstante, es preciso señalar que, al alcanzar ciertos niveles de frío, la eficacia del equipo experimentará una disminución.
En condiciones en las que una bomba de calor registre un coeficiente de eficiencia promedio de entre 3 y 4 con una temperatura ambiente de 5ºC, al llegar a los -10ºC, este coeficiente podría disminuir a un rango entre 2 y 3. Además, en situaciones en las que se disponga de un sistema aerotérmico diseñado para enfrentar los rigores del invierno, en épocas en las que se registren temperaturas extremadamente bajas, aproximadamente -30ºC, la bomba de calor puede continuar ofreciendo una eficiencia doblemente superior a la de los sistemas tradicionales de calefacción, ya sea por resistencias eléctricas o por la combustión de combustibles fósiles.
Riesgo de congelación de las bombas de calor durante el invierno
El papel de la tecnología inverter
Un factor clave para optimizar el desempeño en entornos fríos es la inclusión de una bomba de calor equipada con tecnología inverter. Este sistema se basa en un compresor de velocidad ajustable, lo cual habilita al dispositivo de aerotermia a operar a niveles superiores de manera constante, ajustándose precisamente a las demandas térmicas del hogar en todo momento.
Lo anterior implica evitar repetidas secuencias de activación y desactivación del aparato, logrando así una mayor eficacia en el funcionamiento del sistema y una notable disminución en el consumo de energía eléctrica. Esto no solo mejora el confort térmico dentro del hogar, sino que también puede incrementar el periodo de vida útil del sistema de aerotermia.
La sinergia de la aerotermia y paneles solares en zonas frías
Al hablar sobre cómo la eficiencia de la aerotermia disminuye al llegar a ciertas temperaturas, estamos indicando que necesitaremos más energía eléctrica para lograr ese nivel de confort deseado.
La fusión de la aerotermia con paneles solares es, desde cualquier perspectiva, una estrategia excepcional. La razón es clara: mientras la energía solar proporciona la electricidad requerida por la bomba de calor para su operación, el aumento en el consumo de energía generado por la aerotermia es compensado por los paneles solares. Esta sinergia no solo optimiza el rendimiento sino que también acelera el retorno de la inversión inicial de la instalación, especialmente en zonas de bajas temperaturas donde la demanda energética de la aerotermia es mayor, logrando así una mayor eficiencia y economía tanto para tu economía personal como para el cuidado del planeta, ya que se traduce en un modelo energético completamente verde.
En el desarrollo de este artículo pusimos de manifiesto la capacidad de la aerotermia para operar eficientemente aún bajo condiciones climáticas extremadamente frías. Sin embargo, es crucial la orientación profesional para seleccionar el sistema de aerotermia más adecuado a tus necesidades específicas y al clima de tu localidad. Por esto, si te encuentras en una zona con temperaturas que descienden bajo cero y aspiras a disfrutar del confort que ofrece una bomba de calor, no dudes en contactarnos.
Causas de fallo de las bombas de calor a bajas temperaturas
Procuraremos desentrañar este mecanismo sin caer en excesivas explicaciones técnicas o recurrir a complicados esquemas de Mollier, etc. Una bomba de calor opera transformando un gas en líquido dentro de la unidad interna (lo que genera calor) y revirtiendo este proceso en la unidad externa (lo que captura calor = genera frío). De este modo, el sistema se rige por dos presiones fundamentales: la elevada (calor) y la reducida (frío). Aunque esta explicación no es absolutamente precisa, asumiremos que la diferencia entre la presión elevada y la reducida es un valor constante.
Exploraremos las dos razones principales por las cuales el dispositivo puede presentar fallas bajo temperaturas frías:
La primera razón por la que el aparato deja de operar eficientemente bajo temperaturas frías es que, a medida que la temperatura ambiente desciende, la presión baja también disminuye, y dado que la discrepancia entre la alta y la baja se mantiene constante, la alta se reduce igualmente. Esto provoca que la temperatura en la unidad interna descenda, resultando en una calefacción menos efectiva.
La segunda razón son los procesos de desescarche. Por ejemplo, si la temperatura ambiente es de 0ºC, es necesario que la evaporación (en la unidad externa) se realice a una temperatura ligeramente inferior para poder extraer calor del ambiente. Esto conduce a que se formen temperaturas bajo cero en el serpentín del equipo, propiciando la formación de hielo a partir de la humedad del aire.
Los sistemas de bomba de calor están diseñados con mecanismos que identifican esta condición y revierten el ciclo, activando la función de calefacción en la unidad externa y la de refrigeración en la interna por un periodo, para así derretir el hielo acumulado y permitir el funcionamiento óptimo del equipo. Este proceso de desescarche, como podrán imaginar, reduce la eficiencia del dispositivo y su capacidad para generar calor, ya que temporalmente “produce frío” en la unidad interna.
¿Representa esto un desafío significativo?
Para comenzar, es importante destacar que esto jamás debería constituir una dificultad, ni en el presente ni en épocas pasadas, dado que resulta suficiente con revisar los cuadros de capacidad/temperatura y optar por un aparato que proporcione la potencia necesaria al enfrentarnos a la temperatura más baja del área de instalación.
Si he realizado los cálculos necesarios y determino que la necesidad de calefacción de mi espacio es de 18kW, podría caer en el error de escoger un sistema de 20kW de capacidad nominal (la especificada en el folleto) como el mostrado en la tabla, pero cuando la temperatura descienda a -5ºC, mi sistema apenas alcanzará los 12kW, lo cual resultará insuficiente. La solución es simple: elegir un sistema que ofrezca 18kW a -5ºC o a la temperatura más baja que se registre en el área.
Capacidad de las bombas de calor de fuente de aire en climas adversos
Las bombas de calor aire-aire siguen operativas incluso durante las bajas temperaturas externas, pudiendo funcionar adecuadamente hasta en condiciones de hasta -25 °C.
Capturan el calor generado por el rápido movimiento de átomos y moléculas a través del aire, calor que permanece disponible incluso cuando las temperaturas se sitúan bajo el umbral de congelación.
En realidad, el calor existe en cualquier cuerpo de aire que registre una temperatura por encima del cero absoluto (-273,15 °C), ya que hasta alcanzar tal punto, los átomos y las moléculas mantienen su actividad a lo largo del aire.
Aunque la tecnología de bombas de calor aún no ha alcanzado esos límites extremos, es importante destacar que el lugar más gélido habitado de forma constante en la tierra, Oymyakon en Rusia, registra temperaturas de hasta -47 °C en el momento de redactar este texto, por lo que el concepto de cero absoluto queda bastante alejado de ser una limitación práctica.
Opciones óptimas de bombas de calor para el frío
Residiendo en una zona de notables bajas temperaturas, tu gran desafío será adquirir una bomba de calor eficaz durante todas las estaciones del año.
Una opción óptima sería optar por una bomba de calor geotérmica, cuya eficiencia no se ve afectada por el clima adverso, gracias a su ubicación bajo la superficie terrestre.
Aun cuando el exterior se muestre helado, las capas subterráneas permanecen entre 10 °C y 13 °C, una reserva de calor que la bomba de calor puede aprovechar para abastecer de energía a tu vivienda.
En caso de que la implementación de una bomba de calor geotérmica no sea factible, no hay motivo de preocupación: la mayoría de las bombas de calor aerotérmicas están diseñadas para operar eficientemente bajo temperaturas de congelación, incluso hasta -10 °C.
Este rango de operación cubre las necesidades de la vasta mayoría de usuarios en España.
Pese a que no es extraño experimentar temperaturas bajo cero en nuestro territorio, escasamente se han reportado cifras inferiores a -20°C, y esto solamente en áreas montañosas.
Por añadir un dato interesante, el registro de temperatura más baja se observó en la estación meteorológica de Vega de Liordes, a una altura de 1.874 metros en la provincia de León al noroeste, apenas superando el récord previo de -34,1 °C, establecido el día antecedente en los Pirineos.
Diversas marcas de bombas de calor ofrecen la capacidad de calentar tu hogar incluso cuando las temperaturas descienden drásticamente hasta -25 °C.
Adopción de bombas de calor en regiones heladas
Efectivamente, las bombas de calor gozan de una enorme popularidad en las regiones más gélidas. Es más, si observamos las estadísticas, los primeros cuatro países de Europa con un mayor uso de bombas de calor per cápita (empezando por Noruega, seguido por Suecia, Finlandia y Estonia) se sitúan entre los más helados del globo. En Noruega, donde las temperaturas promedio del invierno alcanzan los -6,8 °C, uno de cada cuatro habitantes cuenta con una bomba de calor en su hogar. Además, las naciones europeas que más rápidamente están incorporando el uso de bombas de calor, como Lituania y Polonia, también se caracterizan por su clima severo, con termómetros que frecuentemente descienden más allá del punto de congelación.
Mecanismo de acción de la aerotermia
Para comprender el funcionamiento de la aerotermia, es esencial adentrarse en los principios básicos que rigen las bombas de calor, así como las especificidades de estos dispositivos mencionados.
Para ofrecer una mejor comprensión de este mecanismo, hemos elaborado un video ilustrativo que se puede ver justo aquí:
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Según se establece en la Directiva 2009/28/CE, dedicada a promover el empleo de energías originarias de fuentes renovables, se define la energía aerotérmica como la energía conservada en forma de calor en el aire del entorno, interpretándose como tal al aire que se encuentra en nuestro ambiente. Las Bombas de Calor (BdC) son dispositivos que, al emplear un gas refrigerante dentro de un ciclo termodinámico cerrado, posibilitan la transferencia de calor entre dos puntos a distintos niveles térmicos, propiciando así que dicho calor se desplace de una temperatura inferior a otra superior.
En otras palabras, las bombas de calor aerotérmicas tienen la facultad de capturar la energía presente en el aire, un recurso natural y perpetuo (renovable), posibilitando su uso para el acondicionamiento de espacios habitados por seres humanos.
Pros y contras del aprovechamiento aerotérmico
Tras haber detallado el funcionamiento de la tecnología aerotérmica, es oportuno destacar tanto los beneficios como las limitaciones que ofrece. Es fundamental considerar nuestras exigencias relacionadas con el bienestar y el gasto energético previo a seleccionar el sistema más adecuado para nuestra vivienda o empresa.
Coste de implementación de la aerotermia
El precio de implementar un sistema de aerotermia se verá influenciado principalmente por el tamaño del inmueble y la capacidad de la bomba de calor. El área total del espacio, ya sea una casa o un negocio, es crucial, ya que determinará tanto la extensión necesaria de la red de instalación como la cantidad de metro cuadrado de calefacción por suelo necesario. Para viviendas más extensas, el sistema de aerotermia resulta más beneficioso en términos de eficiencia, por lo cual, no se recomienda su implementación en propiedades menores de 90 metros cuadrados.
Como ilustración, el coste de montar un sistema de aerotermia en una vivienda de 100 metros cuadrados, que incluya un tanque para el sistema de agua caliente sanitaria (ACS) y calefacción por suelo radiante —considerando mano de obra, materiales, sistema eléctrico, y demás elementos—, podría variar entre los 10,000 y los 15,000 euros.
Es altamente aconsejable solicitar la opinión de profesionales y técnicos especializados en aerotermia, así como de instaladores con licencia en tu área, para conseguir una cotización y plan detallado y adaptado a tus necesidades.
Economía del sistema aerotérmico
De acuerdo con las estimaciones que se detallan en este texto, el gasto anual que implica el uso de un sistema de aerotermia reversible en una casa situada en la zona climática D (equivalente a Madrid) con una calificación de eficiencia energética E (característica de viviendas con aislamiento deficiente) ascendería a unos 295,70 euros para una superficie de 100 metros cuadrados. Para llegar a esta conclusión, se ha estimado un requerimiento de energía eléctrica (destinada a la calefacción y la refrigeración) de 2.190 kW/h por año.
De acuerdo con el Segundo Informe SPAHOUSEC del IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía), el consumo medio de gas natural en un hogar español se sitúa en los 5.097 kWh anuales, lo que permite observar una notable reducción del consumo al compararlo con el sistema de aerotermia.
Dudas comunes acerca de la aerotermia
¿Compatibilidad con sistemas de radiadores?
Una bomba de calor opera a temperaturas inferiores comparadas con las de una caldera de gas, aproximadamente entre 50 °C y 60 °C. Esto no significa que la instalación de sistemas de aerotermia sea incompatible con viviendas que ya cuentan con radiadores tradicionales. Simplemente, será necesario considerar la adición de más elementos a cada radiador existente o incrementar el número de radiadores. Otra opción viable es optar por radiadores diseñados para operar a baja temperatura. Con estos radiadores de baja temperatura, el calor se dispersa mediante convección, lo cual brinda una sensación de mayor bienestar al mismo tiempo que facilita una distribución del calor más efectiva.
Por otro lado, existen actualmente algunas variedades de bombas de calor aerotérmicas que pueden trabajar a temperaturas más elevadas (entre 65° y 80°C), resultando ideales para proyectos de renovación en los que se planea únicamente reemplazar la caldera sin alterar el sistema de radiadores preexistente. A partir de esta información, es posible afirmar definitivamente que la aerotermia muestra compatibilidad con los sistemas de radiadores.
Impacto ambiental nulo
A diferencia de las calderas o otras estufas de combustión, los sistemas de aerotermia no generan ningún tipo de emisión, ya sea humo o vapor. Esto significa que la instalación de estos dispositivos no requiere considerar la existencia de chimeneas para expulsar gases de combustión.
Versatilidad del sistema
Utilizando un único sistema aerotérmico, es posible producir tanto calefacción y agua caliente para uso doméstico como climatización, dado que las bombas de calor ofrecen la característica de ser reversibles. Asimismo, esta tecnología tiene la capacidad de integrarse con sistemas híbridos que emplean energía solar fotovoltaica, lo cual eleva al máximo la eficiencia de estos sistemas, alcanzando ahorros totales del 100% al adquirir la energía eléctrica a través de una instalación de autoconsumo.
Evaluación de la eficacia aerotérmica
La tecnología de la aerotermia, en particular las bombas de calor, representa una de las soluciones más eficaces en materia de climatización disponibles hoy en día. Este nivel de eficiencia se debe a que estas bombas pueden captar hasta un 80% de su energía del aire, una fuente inagotable y sin coste. Gracias a esta característica, las bombas de calor que emplean aerotermia son capaces de aumentar la eficacia del consumo eléctrico necesario para el funcionamiento del compresor, desplazando calor útil de manera excepcionalmente eficiente.
El funcionamiento de las bombas de calor implica el consumo de electricidad para generar calor. Pero es importante destacar que:
- Por cada kilovatio eléctrico (Kw) consumido por una bomba de calor operando en modo calefacción, se producen 4,5 kW de calor, lo que se traduce en un Coeficiente de Performance (COP) de 4,5.
- Por cada kilovatio eléctrico (Kw) que consume una bomba de calor reversible trabajando como aire acondicionado, se generan 3,5 kW de capacidad de enfriamiento, lo que equivale a una relación de Eficiencia Energética en Refrigeración (EER) de 3.5.
Para profundizar en los conceptos de coeficientes de rendimiento (COP) y la eficiencia energética durante el ciclo de refrigeración (EER) en las bombas de calor, te invitamos a explorar este artículo.
Rendimiento de la aerotermia bajo temperaturas gélidas
Las unidades de bombeo térmico disminuyen su eficiencia a medida que decrece la temperatura ambiente. Esto no significa que su desempeño sea inferior con climas fríos extremos, simplemente que requerirán de una potencia superior y, por ende, el consumo energético será mayor. La necesidad de potencia se incrementa conforme crece el gradiente térmico entre el ambiente interno y externo, obligando a la bomba de calor de tipo aerotérmico a demandar más energía para su funcionamiento óptimo.
Por ende, al momento de seleccionar una unidad de bombeo térmico, es crucial considerar las características climáticas de nuestra región y la eficacia del aislamiento de nuestro hogar.
En áreas donde las temperaturas descienden hasta los -20ºC (situación habitual en ciertos sectores interiores de España), es aconsejable optar por una unidad de mayor potencia (por ejemplo, de 18 kW). En contraste, si residimos en un área donde las temperaturas mínimas extremas no superan los -5ºC, una bomba de 9 kW sería suficiente.
Respecto al aislamiento, contar con un aislamiento de primer nivel en nuestro hogar nos permitiría escoger una unidad de bombeo térmico menos potente, debido a que la masa térmica del inmueble sería superior, lo cual mitiga las variaciones bruscas de temperatura. A partir del año 2019, se establece la normativa de que todos los edificios de nueva edificación deben cumplir con los estándares de Edificios de Consumo Casi Nulo, reduciendo así la necesidad de unidades de bombeo térmico de alta potencia en el futuro.
Una alternativa frecuentemente adoptada para atender las elevadas demandas de calefacción y agua caliente sanitaria (ACS) en hogares situados en zonas de climas especialmente rigurosos consiste en la implementación de sistemas híbridos que integran unidades de bombeo térmico de menor potencia con calderas de condensación a gas. De esta manera, la caldera complementa el sistema durante aquellos periodos del año cuando las temperaturas externas resulten excepcionalmente bajas.
Integración de la aerotermia con radiadores
Por supuesto, pese a que el funcionamiento de la aerotermia se basa en el uso de agua a temperaturas menores (aproximadamente entre 45 y 55ºC, en contraste con los 60-80ºC habituales), resulta recomendable optar por radiadores diseñados específicamente para bajas temperaturas, los cuales generalmente cuentan con un mayor número de componentes que los modelos tradicionales. Debido a su operación a temperaturas reducidas, estos radiadores requieren una superficie de radiación más amplia.
Temperatura óptima de operación aerotérmica en invierno
La aerotermia representa una alternativa de climatización altamente eficiente en términos energéticos, que al ser plenamente explotada y ajustada de forma óptima, puede llevar a una disminución notable en el consumo de energía. Esto se refleja directamente en una reducción de los gastos asociados a nuestras facturas de energía.
Ajustar la temperatura del sistema de climatización de acuerdo con el tipo de emisor de calor presente en la instalación constituye uno de los aspectos cruciales para potenciar su rendimiento energético.
Es fundamental recordar que, al proceder con el ajuste de la temperatura del sistema, es esencial considerar distintos elementos que pueden afectar su eficiencia energética. Entre estos, el aislamiento térmico de la propiedad, las particularidades únicas de cada edificación, la región climática en la que se encuentra, o las preferencias personales de confort de los usuarios.
Fundamentos de la Aerotermia
La aerotermia representa una opción de climatización innovadora, altamente eficaz y basada en fuentes de energía sostenible. Este mecanismo logra capturar hasta el 80% de la energía contenida en el aire, facilitando su conversión en sistemas de calefacción, enfriamiento para el acondicionamiento de espacios residenciales o comerciales y suministrando agua caliente con un único dispositivo.
Este sistema se ha posicionado como una alternativa ideal frente a las tradicionales formas de calefacción que utilizan combustión. No sólo destaca por ser una fuente de energía verde, sino que también promete un significativo ahorro económico en las facturas, dado que el calor generado tiende a ser un 25% más económico que el derivado del gas natural y hasta un 50% menos costoso que el proveniente del gasóleo.
Principios operativos de la Aerotermia
La aerotermia se vale de una bomba de calor diseñada para suministrar calefacción en los meses fríos, aire acondicionado en época de calor y agua caliente sanitaria todo el año.
Este sistema aprovecha la energía presente en el ambiente aéreo, sin importar las condiciones térmicas externas, y mediante un gas refrigerante, se encarga de extraer el calor del ambiente.
El mecanismo de la aerotermia se sustenta en fundamentos de termodinámica. Se trata de trasladar la energía calórica del aire de un lugar a otro. Utilizando una bomba de calor, se extrae la energía calórica del aire para conducirla a través de un circuito relleno de refrigerante, donde se realiza un cambio de temperaturas.
En este circuito, el cambio de estado del refrigerante de gas a líquido se facilita con el apoyo de un compresor. En el transcurso de este proceso, el gas libera su calor al aire o a un sistema de agua caliente al fluir a través del intercambiador de calor. Este intercambiador tiene la tarea de distribuir la energía generada a los sistemas de calefacción, refrigeración, y suministro de agua caliente sanitaria de la casa.
La calefacción a través de la Aerotermia
La calefacción por aerotermia se caracteriza por capturar la energía térmica presente en el aire externo para calentar un sistema de agua sanitaria. Este, a su vez, alimenta un entramado ya sea de suelo radiante o de radiadores diseñados para trabajar a temperaturas bajas. Para implementar un sistema de calefacción basado en la aerotermia, es esencial contar con una bomba de calor del tipo aire-agua, cuya función es extraer el calor del aire exterior para inyectarlo en un circuito de agua caliente sanitaria. La inclusión de un tanque acumulador añade la posibilidad de suministrar agua caliente para uso en la cocina y en los baños.
Producción de agua caliente mediante Aerotermia
Efectivamente, en el ámbito comercial se encuentran disponibles los equipos conocidos como bombas de calor de tipo aire-agua, las cuales, a diferencia de limitarse a elevar la temperatura del aire, incrementan la temperatura del agua destinada a un sistema de ACS (Agua Caliente Sanitaria), ya sea para alimentar un sistema de calefacción de suelo radiante o radiadores de baja temperatura, o para proveer al sistema de agua doméstica necesaria para el uso en duchas y cocinas.
Por otro lado, el Código Técnico de la Edificación (CTE), específicamente en su sección HE-4, establece la exigencia de incorporar un aporte mínimo de energía solar en la instalación de sistemas de agua caliente sanitaria (ACS) tanto para construcciones nuevas como para proyectos de rehabilitación. Esta normativa del CTE aclara que es viable reemplazar la energía solar térmica por otras fuentes de energía renovable, siempre y cuando las emisiones de CO2 y el consumo de energía primaria no renovable de la opción alternativa no superen las correspondientes a la instalación solar térmica.
La Aerotermia como fuente de energía limpia
Por supuesto, las fuentes de energía renovable se derivan de recursos naturales que son inagotables, tales como el viento, la luz solar y, en esta instancia, la temperatura del aire. La tecnología de la aerotermia se clasifica dentro de la categoría de energías que provienen de fuentes renovables de acuerdo con la Directiva Europea 2009/28/CE, siempre y cuando el desempeño de la bomba de calor alcance un mínimo especificado (un COP superior a 3).
Dicha Directiva declara, en uno de sus artículos, que la gestión del consumo energético en Europa y el incremento en el uso de energías originarias de fuentes renovables, sumado al ahorro de energía y una eficiencia energética mejorada, son componentes críticos del conjunto de estrategias necesarias para minimizar las emisiones de gases de efecto invernadero.
Valoración de la eficiencia aerotérmica
La tecnología de aerotermia, especialmente a través del uso de bombas de calor, representa uno de los sistemas de climatización más eficaces disponibles actualmente. El secreto de su elevada eficiencia radica en la capacidad de extraer hasta un 80% de su energía del aire exterior, una fuente inagotable y sin coste. Esta característica permite que las bombas de calor aerotérmicas incrementen de manera notable la eficiencia en la conversión de energía eléctrica utilizada en el accionar del compresor, logrando trasladar calor de manera sumamente eficiente.
El funcionamiento de las bombas de calor implica el consumo de electricidad para la generación de energía térmica. No obstante:
- Por cada kilovatio eléctrico (kW) consumido en modo calefacción, se generan 4,5 kW de energía térmica (resultando en un COP de 4,5).
- Por cada kilovatio eléctrico (kW) consumido por una bomba de calor reversible en modo refrigeración, se obtienen 3,5 kW de capacidad de enfriamiento (equivalente a un EER de 3.5).
Para profundizar en los conceptos de coeficiente de rendimiento (COP) y la eficiencia energética durante el ciclo de refrigeración (EER) asociados a las bombas de calor, te invitamos a consultar este artículo.
Proceso de instalación aerotérmica
Para aprovechar al máximo las ventajas de la aerotermia, es imperativo seleccionar un equipo apropiado, disponer del espacio necesario para su instalación y contar con un técnico cualificado que realice su montaje de manera precisa.
El montaje del sistema aerotérmico no presenta mayores complicaciones, dado que estas estructuras se entregan semiensambladas desde la fábrica. Sin embargo, su instalación exige la intervención de un profesional versado en esta tecnología, así como un lapso mínimo de tres días para su montaje adecuado.
Al optar por la aerotermia como solución para acondicionar el ambiente de un hogar, una comunidad de propietarios, un establecimiento comercial o una corporación, el sistema estará compuesto por:
- Unidad exterior o compresor: esta unidad utiliza un refrigerante para capturar la energía del ambiente externo. Dicho refrigerante, luego de convertirse en gas, circula por las tuberías transfiriendo su calor y, tras retornar a su estado líquido, sale de nuevo al entorno para iniciar el proceso de nuevo.
- Es preciso disponer de un área disponible en una terraza, techo o fachada para su colocación. En el caso de las casas unifamiliares, basta con montar un compresor externo con un tamaño apenas mayor que el de un sistema de aire acondicionado tradicional.
- Unidad interior o hidrokit: responsable de transferir el calor al agua que circula a través del sistema de calefacción, ya sea por suelo radiante o radiadores convencionales.
- Este dispositivo puede ser del tamaño de una lavadora o incluso de un refrigerador, si se incluye el tanque para el agua caliente sanitaria (ACS).
- El sistema de calefacción y/o enfriamiento ya existente en la instalación o el que se desee añadir.
Balance de pros y contras de la Aerotermia
A la hora de considerar el sistema de aerotermia, un enfoque moderno repleto de avances significativos en la tecnología, es esencial reconocer algunos de sus desafíos antes de optar por esta alternativa. A continuación, algunas de sus ventajas:
- Destaca como el método de calefacción más eficiente debido a su bajo consumo energético. Esto se traduce en que, comparativamente, la calefacción por aerotermia resulta ser un 25% más económica que su equivalente a gas.
- Su versatilidad le permite funcionar eficazmente tanto en períodos de frío como de calor, gracias a su eficaz mecanismo de refrigeración.
- El coste inicial de instalación se recupera en tan solo 2 a 3 años.
- Conlleva un ahorro considerable en el consumo eléctrico. Si actualmente utilizas un sistema de calefacción eléctrico, notarás una reducción en tu factura de electricidad puesto que la aerotermia utiliza menos energía eléctrica (kWh) que otros sistemas de calefacción eléctricos.
- Proporciona un nivel de seguridad superior al de las calderas convencionales.
- Requiere mínima intervención en términos de mantenimiento.
- Representa una fuente de energía renovable y ecológica, reconocida por la Unión Europea desde el año 2007
En términos de impacto ambiental, es importante destacar que una bomba de calor típica produce aproximadamente 71gr de CO2/kWh, en contraposición a los 215 grCO2/kW que genera una caldera de gas natural en promedio.
Conclusión
El mensaje es evidente: si alguien señala que su sistema de bomba de calor no proporciona la calefacción adecuada durante los días de frío extremo, el equipo no es el problema sino más bien el diseñador que estuvo a cargo del proyecto, el técnico que realizó estimaciones aproximadas o ese vendedor confiable, que nos convenció de comprar un equipo basándose únicamente en la superficie de nuestro espacio.
Para aquellos escenarios en los que las bajas temperaturas exteriores son frecuentes, existen sistemas de bomba de calor diseñados específicamente para afrontar estas condiciones, asegurando que no nos dejen en la estacada cuando más los necesitemos.
Si requieres asistencia para tu situación en particular, te invito a utilizar el servicio de consulta PRO para hacerte llegar tu consulta junto con toda la documentación requerida (planos, presupuestos obtenidos, etc.) y obtendrás mi respuesta en un máximo de 2 días.
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