Bomba de calor: sistema de calefacción y ACS

¿Qué es una bomba de calor?

Una bomba de calor es un sistema cuyo funcionamiento se basa en la termodinámica. Su tarea principal es la de transportar energía procesada en forma de calor de algún ambiente, bien sea suelo, aire o agua a otro lugar. Este proceso se genera a través del cambio de estado de gas a líquido de un fluido refrigerante por medio de la temperatura ambiente y con ayuda de un compresor.

Por general, las bombas de calor se utilizan en la actualidad como equipos de climatización. En mucho de los casos para calentar agua sanitaria o transportar calor a la viviendas. Pero tambié, existen bombas de calor que funcionan de forma contraria, es decir, que aportan frío en vez de calor. En este caso se trata de una bomba de calor reversible.

Una gran ventaja de las bombas de calor es su capacidad de suministrar más energía útil (convirtiéndola en calor) y utilizarla en forma eléctrica. Lo que genera hasta un 70% de ahorro en comparación con otros sistemas que utilizán electricidad, gas o gasóleo. Además,no se debe olvidar que generan menos cantidad de de CO2 y esto las convierte en equipos atractivos en cuanto al cuidado del medio ambiente.

Tipos de bombas de calor

Bomba de calor agua-agua

El calor es tomado del circuito de agua que se encuentra en contacto con un elemento que se encarga de proporcionarle el calor (capa freática, la tierra) y es transferido a otro circuito.

Bomba calor aire-aire

Es un sistema bastante sencillo, ya que utiliza el calor directamente del aire que será transferido de forma directa al aire de la estancia o local que requiera calentarse.

Bomba de calor geotérmica (tierra-agua)

Este tipo de bomba de calor obtiene la energía del terreno a través de un fluido caloportador que absorbe el calor del suelo y lo transmite al circuito frigorífico de la bomba.

Bomba a calor aire-agua

En este tipo de sistema, el calor es tomado directamente del aire y posteriormente transferido a un circuito de agua que se encarga de abastecer un suelo/techo radiante/refrescante, radiadores, ventiloconvectores o aerotermos, o para la calefacción de piscinas.

Funcionamiento

1. E fluido refrigerante se encuentra a baja temperatura y a baja presión y, por lo tanto, en estado líquido. El aire aspirado del ambiente pasa a través del evaporador, dónde el fluido refrigerante absorbe la temperatura del aire ambiente y cambia de estado, pasa a gas o vapor. Al mismo tiempo, el aire es expulsado a una temperatura más baja.
2. Posteriormente el refrigerante en forma de fluido pasa al siguiente paso en forma de vapor pero todavía se encuentra a baja presión. Entra en el compresor y allí se produce un aumento de presión y de esta forma se aumenta la temperatura.
3. Al finalizar este proceso, se tiene como resultado el vapor pero con un estado alto en energía. El vapor pasa a la siguiente etapa, circulando a través del condensador que se encuentra situado en todo el calderín y aquí se cede toda la energía al agua que se encuentra acumulada, volviendo así a un estado liquido.
4. En el último paso del proceso, el fluido refrigerante ya en estado líquido se hace pasar por la válvula de expansión para obtener de nuevo el fluido en sus condiciones iniciales, es decir, la baja presión y a baja temperatura. De esta forma se puede volver a iniciar el proceso.

Ventajas de una bomba de calor

Ventajas
Bajo consumo	Funcionan con un compresoor que consume electricidad para transporter el calor, no para generarlo. Se definen por una gran eficiencia energética: por cada KW de consume se transfiere 2 – 4 Kw de calor
Muy económico	En el caso de que una vivienda no tenga la instalación hecha, una de las mejores si no hace mucho frío es la de optar por una bomba de calor. Muy fáciles de instalar.
Contaminan menos	Al consumir mucho menos energía a diferencia de una caldera o calefactor No emiten dióxido de carbono
Reversibles	Se pueden usar a la vez como aparatos de aire acondicionado en los meses de verano y como calefacción en invierno

 

Componentes principales de una bomba de calor

Para comprender mejor el rendimiento de una bomba de calor, conviene conocer sus cuatro elementos fundamentales: el evaporador, el compresor, el condensador y la válvula de expansión. En el evaporador, el fluido refrigerante absorbe calor del entorno (aire, agua o tierra) y se evapora a baja temperatura. A continuación, el compresor eleva la presión y la temperatura de ese gas, lo que permite transportar la energía térmica hacia el circuito de calefacción o acumulación de ACS.

El condensador es el punto donde el refrigerante cede el calor al agua del sistema de calefacción o del depósito, volviendo a estado líquido. Por último, la válvula de expansión reduce la presión del líquido refrigerante para reiniciar el ciclo. Este proceso cerrado se repite de forma continua y es la base de que el equipo pueda aportar más energía térmica que la eléctrica que consume.

Muchos modelos incluyen además un intercambiador de placas o un serpentín específico para producir agua caliente sanitaria de manera prioritaria, de modo que el mismo equipo puede atender tanto la calefacción como el ACS sin necesidad de una caldera adicional.

Coeficiente de rendimiento (COP) y eficiencia estacional (SCOP)

El coeficiente de rendimiento, conocido como COP, expresa la relación entre la energía térmica entregada y la energía eléctrica consumida en un instante concreto. Por ejemplo, un COP de 4 significa que por cada kWh eléctrico utilizado, la bomba de calor aporta 4 kWh de calor. Este valor depende de las temperaturas de trabajo: cuanto menor es la diferencia entre la fuente de calor y la temperatura de impulsión, mayor es el COP.

Sin embargo, el COP instantáneo no refleja el comportamiento real a lo largo de todo el año. Por ello se utiliza el SCOP o coeficiente de rendimiento estacional, que pondera el rendimiento en diferentes condiciones climáticas y regímenes de carga. Un SCOP alto indica que el equipo mantiene una buena eficiencia incluso en los días más fríos, lo que se traduce en un menor consumo eléctrico anual y una recuperación más rápida de la inversión inicial.

• El COP se mide en condiciones normalizadas (por ejemplo, A7/W35 según norma EN 14511).
• El SCOP se calcula para una temporada de calefacción completa en una zona climática determinada.
• Para ACS se emplea a menudo el coeficiente de rendimiento específico según perfil de consumo.

Integración con energía solar fotovoltaica y acumulación

Una de las combinaciones más interesantes desde el punto de vista económico y medioambiental es la unión de una bomba de calor con paneles solares fotovoltaicos. Al tratarse de un equipo que consume electricidad, los excedentes de generación solar pueden destinarse a alimentar el compresor, reduciendo drásticamente la factura energética. En viviendas unifamiliares con buena orientación, esta sinergia permite alcanzar niveles muy altos de autoconsumo, especialmente si la bomba de calor dispone de programación horaria o conexión a un gestor energético.

También es posible combinar la bomba de calor con captadores solares térmicos para precalentar el agua sanitaria. En este esquema, los paneles térmicos elevan la temperatura del agua hasta un valor intermedio y la bomba de calor solo realiza el apoyo final hasta la consigna deseada. De este modo se reduce el salto térmico que debe vencer la bomba de calor y, por tanto, aumenta su eficiencia global.

Además, los acumuladores de ACS de gran capacidad actúan como depósitos de inercia, permitiendo desplazar el consumo eléctrico hacia las horas de mayor producción solar o hacia tarifas con discriminación horaria, lo que optimiza aún más el coste de operación.

Mantenimiento y vida útil de los equipos

Las bombas de calor modernas requieren un mantenimiento relativamente sencillo, pero no por ello prescindible. Las tareas básicas incluyen la limpieza o sustitución de filtros de aire en unidades exteriores, la comprobación de la presión del circuito de refrigerante y la revisión anual del sistema eléctrico y de control. En equipos aire-agua, es fundamental evitar que las baterías del evaporador se obstruyan con hojas, polvo o hielo, ya que esto reduce el flujo de aire y hace caer el rendimiento.

La vida útil media de una bomba de calor bien mantenida oscila entre 15 y 20 años para el compresor y el circuito frigorífico, aunque algunos componentes como ventiladores, sensores o válvulas pueden necesitar sustitución antes. Realizar una revisión profesional cada uno o dos años, según indique el fabricante, ayuda a detectar fugas de refrigerante, desgastes prematuros o desajustes en la carga de gas, que son las principales causas de pérdida de eficiencia.

También conviene verificar periódicamente el estado del ánodo de sacrificio en los acumuladores de ACS y purgar el circuito hidráulico para eliminar posibles bolsas de aire. Un mantenimiento correcto no solo alarga la vida del equipo, sino que mantiene la garantía del fabricante y asegura que el COP se mantenga cerca de los valores nominales durante toda la vida útil.