—  Tutorial nº 177  —

La aerotermia como tecnología para la producción de calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria

Índice de contenidos:

1.  ¿Qué es la aerotermia?

2.  Ventajas e inconvenientes de la aerotermia

3.  ¿Cómo funcionan los sistemas de aerotermia?

4.  Tipos de máquinas aerotérmicas aire-agua

5.  Soluciones para instalaciones de calefacción con aerotermia

6.  Soluciones para instalaciones de refrigeración con aerotermia

7.  Rendimiento COP y Rendimiento medio estacional (SCOP)

8.  Preguntas frecuentes

 

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DESARROLLO DEL CONTENIDO

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1.  ¿Qué es la aerotermia?

La aerotermia es una tecnología nueva, limpia y eficiente, que utiliza el aire como fuente de energía térmica para producir calefacción, refrigeración o agua caliente sanitaria. Los sistemas de aerotermia son, en realidad, bombas de calor que extraen la energía contenida en el aire exterior mediante un ciclo termodinámico y la ceden al interior de la vivienda para aportar calefacción en invierno, refrigeración en verano y agua caliente todo el año.

La palabra aerotermia se compone de los términos termia que procede del griego «thérme» 'calor', y aero del griego «aeros» que significa 'aire', es decir, el calor que contiene el aire.

La aerotermia se presenta como una de las mejores opciones para sustituir el gas natural y los sistemas tradicionales de calefacción por combustión, al tratarse de una tecnología mucho más eficiente y respetuosa con el medio ambiente.

La aerotermia requiere para su funcionamiento de una bomba de calor. Una bomba de calor básicamente es una máquina que capta la energía del aire exterior y la transfiere a las unidades interiores de la vivienda para su uso en climatización, bien sea a través de radiadores, de suelo radiante, de equipos de aire acondicionado, o también para la producción de agua caliente sanitaria (ACS). Se puede instalar en todo tipo de viviendas, ya sean unifamiliares, pareados o pisos. Ocupa poco espacio y se adapta muy bien a las condiciones de cada casa.

—  Uso de la aerotermia en la climatización de viviendas  —

El potencial de las bombas de calor eléctricas de última generación es muy alto  —son mucho más eficientes que las calderas convencionales—  y por ello serán fundamentales como elemento de cambio a la hora de electrificar y descarbonizar la demanda de calor.

De hecho, esta tecnología está considerada como renovable y sostenible, y así está calificada por la Unión Europea desde el punto de vista regulatorio. La razón fundamental es que la aerotermia, como bomba de calor que es, está basada en un ciclo termodinámico que consigue extraer el calor del aire exterior y lo transfiere al interior, gracias al uso de refrigerantes.

 

2.  Ventajas e inconvenientes de la aerotermia

La aerotermia es una tecnología que tiene muchas ventajas, tanto para el usuario como para el medio ambiente. Algunas de las más importantes son:

•  Energía limpia y segura: La aerotermia no produce gases de combustión ni residuos, y reduce las emisiones de CO2 al utilizar la energía que está presente en el aire del ambiente exterior como fuente principal de energía, contribuyendo así a los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

•  Alta eficiencia energética y rendimiento: La aerotermia tiene un coeficiente de rendimiento (COP) muy alto, lo que significa que por cada kWh eléctrico que consume puede generar entre 4 y 5 kWh térmicos. Esto supone un gran ahorro en la factura eléctrica y un menor impacto ambiental.

•  Versatilidad: La aerotermia puede proporcionar calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria con un solo sistema, adaptándose a las necesidades de cada estación del año, por lo que contribuye al ahorro de las facturas durante todo el año.

•  Bajo coste de mantenimiento: La aerotermia tiene un mantenimiento sencillo y económico, ya que no requiere de limpieza de chimeneas o conductos, ni tampoco de revisiones periódicas de combustible.

•  Instalación fácil: La aerotermia se puede instalar en todo tipo de viviendas, ocupando poco espacio y sin necesidad de obras complejas.

A los puntos anteriores, cabe recalcar que la aerotermia es un método cómodo, seguro y fiable como sistema de calefacción, al no depender del suministro de combustibles ni de mantenimientos complejos. Además, su funcionamiento es relativamente sencillo.

También mejora la calidad del aire a nivel local al eliminar por completo las emisiones de partículas de NOx (óxidos de nitrógeno) y SOx (óxidos de azufre) que provocan los sistemas de calefacción basados en calderas de combustión.

Por último, y no menos importante, la mayoría de los organismos públicos, tanto a nivel local como estatal, están impulsando medidas para fomentar el desarrollo de la electrificación, a través, por ejemplo, de incentivos fiscales.

Pero la aerotermia también tiene algunos inconvenientes que conviene tener en cuenta antes de optar por este sistema. Algunos de los más relevantes son:

•  Inversión inicial alta: La aerotermia requiere de una instalación que puede suponer un coste elevado en comparación con otros sistemas de climatización convencionales. En contrapartida, el coste de operación es menor.

•  Aumento de la potencia contratada: Los equipos de aerotermia funcionan con electricidad, por lo que añadimos equipos adicionales a nuestra instalación doméstica. Aunque para equipos de viviendas unifamiliares no suele suponer un consumo importante de electricidad, habrá que comprobar en todo caso si este incremento, por pequeño que sea, puede hacer que la potencia que tenemos contratada con la compañía eléctrica no sea suficiente, y tengamos que contratar un aumento de potencia y, en este caso, va a implicar tener que pagar más por el término fijo (el de potencia) en la factura eléctrica.

•  Rendimiento menor en regiones de clima muy frío: La aerotermia es un sistema que ofrece un rendimiento óptimo cuando la temperatura exterior no es muy baja, pero en zonas climáticas muy frías puede hacer disminuir su eficiencia y requerir el apoyo de otros sistemas en calefacción. Por tanto, la aerotermia es una buena opción para aquellas regiones con un clima templado, donde su eficiencia sí es muy buena.

•  Estética y ruido de la unidad exterior: Los sistemas de aerotermia necesitan de una unidad exterior que capta la energía del aire, lo que puede suponer que afecte a la estética y el ruido del entorno donde se instale. No obstante, los nuevos modelos de equipos para las unidades exteriores no suelen superar niveles sonoros que puedan resultar molestos para los vecinos, y además, cada vez estos aparatos son más compactos y ocupan menor espacio.

 

3.  ¿Cómo funcionan los sistemas de aerotermia?

La aerotermia es una tecnología basada en la bomba de calor. La aerotermia no genera calefacción a partir de reacciones de combustión como lo hacen los sistemas convencionales (calderas de gas, gasoil o de propano), sino que transporta el calor del exterior hasta al interior aprovechando el cambio de fase líquido-gas del fluido refrigerante que utiliza en un circuito.

Por tanto, la aerotermia, funcionando como bomba de calor, lo que hace es transportar el calor extraído del aire exterior y lo conduce hacia otro foco para ser utilizado, por ejemplo, en el interior de una vivienda como calefacción. Si funciona en modo inverso, es decir, extrayendo el calor del interior de la vivienda para cederlo hacia el exterior, funcionaría en modo refrigeración.

Los sistemas aerotérmicos son máquinas que van directamente enchufadas a la instalación eléctrica convencional de la vivienda, necesario para hacer funcionar el compresor de la bomba de calor. La gran diferencia de esta tecnología con el resto es que, debido a su gran rendimiento energético, su consumo es muy bajo en relación a la energía térmica que proporcionan.

De hecho, el principal elemento del sistema por consumo eléctrico es el compresor (el resto es electrónica) y se ha avanzado mucho últimamente en el diseño de este componente, por lo que actualmente se están consiguiendo compresores que consiguen grandes rendimientos energéticos. No es difícil encontrar en el mercado máquinas de aerotermia que pueden proporcionar entre 4 y 5 kWh de energía térmica, consumiendo tan sólo 1 kWh de energía eléctrica en el compresor (estamos hablando de rendimientos del 400-500%).

El proceso que tiene lugar en una máquina de aerotermia se puede descomponer en 4 fases principales desde una perspectiva técnica:

1. Evaporador: El aire exterior entra en contacto con el evaporador a través de un serpentín y el refrigerante que se encuentra en su interior se evapora al estar más frío que el aire exterior. En este dispositivo, por tanto, se produce la evaporación del fluido refrigerante, para lo cual absorbe calor del aire exterior. (Recuerda: Para que se produzca el cambio de fase de líquido a gas, el refrigerante absorbe calor del exterior).

2. Compresor: El refrigerante evaporado se desplaza hacia el compresor donde se comprime, aumentando su temperatura. Este componente funciona con energía eléctrica y su labor es elevar la presión del fluido refrigerante.

3. Condensador: El gas comprimido entra en el condensador y, al condensarse (cambia de fase de gas a líquido), libera calor que servirá para calentar el interior de la vivienda. El gas condensado se transforma en líquido refrigerante. El condensador, por tanto, se encarga de condensar el refrigerante que pasa del estado gaseoso a estado líquido mediante un intercambiador de calor. (Recuerda: Para que se produzca el cambio de fase de gas a líquido, el refrigerante, en este caso, cede calor al exterior).

4. Válvula de expansión: El refrigerante se desplaza hacia la válvula de expansión que baja la temperatura y la presión del refrigerante y lo devuelve al evaporador para reiniciar el proceso. Este dispositivo genera una elevada pérdida de carga produciendo la expansión del fluido refrigerante, para lo cual hace bajar mucho su temperatura y presión.

—  Esquema de funcionamiento de una bomba de calor de aerotermia —

Por tanto, en una instalación de aerotermia, la unidad evaporadora del sistema (la situada en el exterior) siempre podrá extraer algo de energía calorífica que está presente en el aire exterior que, por muy frío que se encuentre, siempre contendrá algo de energía.

Así, mientras que la temperatura del aire esté por encima de -273 ºC (que equivale a 0 grados kelvin o cero absoluto, que es la temperatura del estado de un cuerpo sin energía), contendrá cierta energía acumulada en su masa. Y como cualquier masa de aire siempre estará por encima de esta bajísima temperatura (-273 ºC) siempre contendrá algo de energía calorífica, que podrá ser extraída por el evaporador y transportada a las unidades interiores de la casa donde lo cede.

La aerotermia es una tecnología que está basada, en concreto, en el ciclo termodinámico de Carnot que necesita utilizar un fluido refrigerante como vehículo portador de la energía. Los refrigerantes, que se encuentran en constante evolución, son una de las claves para conseguir las mejores prestaciones en la bomba de calor. El último refrigerante más empleado para esta tecnología es el R32, que alcanza una temperatura de hasta 70 ºC y es capaz de mejorar la eficiencia del sistema. Se trata de un hidrofluorocarburo con gran poder refrigerante, pero es ligeramente inflamable.

 

4.  Tipos de máquinas aerotérmicas aire-agua

Las máquinas aerotérmicas que funcionan en modo aire-agua son las que se suelen instalar mayoritariamente en la actualidad para sistemas de calefacción de viviendas, ya que proporcionan un mayor confort, sobre todo cuando hay bastante demanda térmica.

Una vez que se opta por la instalación de un sistema de climatización de aerotermia, a continuación se tiene que decidir si se instala una máquina bibloc con línea frigorífica, o por el contrario nos decantamos por un sistema monobloc con conexiones hidráulicas.

Ambas configuraciones pueden ser adecuadas y funcionar correctamente en cualquier situación. Sin embargo, dependiendo de las condiciones climáticas del exterior, del espacio que se disponga, o de las necesidades que tenga cada usuario, resultará más apropiada una opción que la otra.

La principal diferencia entre los sistemas monobloc y bibloc es el número de unidades de cada uno de estos sistemas. Los sistemas bibloc se caracterizan por contar con una unidad exterior y otra interior dentro de la vivienda, mientras que en una instalación monobloc todos los elementos se integran en un único bloque que debe instalarse en el exterior de la vivienda. A continuación, se explica con mayor detalle cada una de estas configuraciones.

-  Sistema de aerotermia Bibloc o de expansión directa:

Los equipos de aerotermia denominados Bibloc o de expansión directa constan de dos unidades separadas, una unidad exterior que contiene la bomba de calor con los ventiladores, el compresor, el evaporador y la válvula de expansión y, por otro lado, una unidad interior o hidrokit, que estará conectada a través de un circuito frigorífico con la unidad exterior, y que contiene un intercambiador aire-agua y, cuando sea necesario, el acumulador de agua caliente sanitaria (ACS).

En los sistemas Bibloc, la unidad exterior es de tamaño más reducido y la interior suele estar diseñada en un formato mural compacto que se integra como un electrodoméstico más de la vivienda. Actualmente en la mayoría de las marcas existen modelos que incorporan en la unidad interior un acumulador de ACS.

En la siguiente figura se muestra el esquema básico de instalación de un sistema bibloc que puede dar servicio de calefacción y refrigeración por medio de suelo radiante y unidades fancoils, y de suministro de agua caliente sanitaria (ACS).

—  Esquema de instalación de un sistema Bibloc  —

En los sistemas Bibloc, la unidad exterior es la encargada de captar la energía aerotérmica del aire exterior, mientras que la unidad interior servirá de control del sistema de calefacción y ACS (agua caliente sanitaria).

La instalación de los equipos Bibloc precisa de colocar conexiones frigoríficas que conecte ambas unidades, la bomba de calor (unidad exterior) con el hidrokit (unidad interior).

Las conexiones entre ambas unidades se realizará mediante tubo de cobre por donde circulará el fluido refrigerante, lo que implica que en su instalación haya que manipular gases fluorados.

Para simplificar los trámites de la instalación y puesta en marcha, la carga de gas fluorado para su uso en viviendas ha de ser inferior a 1,842 Kg en R32, por lo que se suele limitar la potencia a 11 o 12 kW con esta configuración. No obstante, algunas marcas ya están comercializando máquinas que pueden ofrecer hasta 16 kW con 1,8 kilos de carga de refrigerante R32.

—  Ejemplo de instalación de un sistema Bibloc en vivienda  —

En resumen, las máquinas Bibloc precisan de disponer en la vivienda de un espacio para instalar la unidad interior que suele incluir un depósito para el agua caliente, y de la instalación de una línea frigorífica que conecte esta unidad interior con la unidad situada en el exterior.

-  Sistema de aerotermia Monobloc o hidrónico:

Los equipos de aerotermia Monobloc se componen de una única unidad para su instalación en el exterior, donde se integran tanto la bomba de calor como el hidrokit. Si se requiere de un acumulador para tener también agua caliente, éste iría de manera independiente.

En el sistema monobloc, como la bomba de calor y el hidrokit van juntos en la misma unidad exterior, ésta suele ser un poco más voluminosa que las unidades exteriores del bibloc, por lo que ocuparán más espacio en el exterior del edificio. En este caso, el agua procede directamente de la unidad exterior, donde la bomba de calor aire-agua lleva adelante el proceso de transferencia de energía ambiental al circuito hidráulico que se encuentra también dentro del módulo exterior.

Por otro lado, la instalación de un equipo monobloc es fácil y sencilla, al no requerir colocar tuberías frigoríficas exteriores que conecten las unidades exterior e interior de la vivienda, como ocurre con el bibloc.

Los equipos monobloc disponen de un circuito frigorífico hermético y sólo se necesita conectar los tubos de agua de entrada y salida a las instalaciones de ACS y climatización de la vivienda. Generalmente, la mayoría de los instaladores suelen recomendar los equipos monobloc debido a que ocupan poco espacio y el precio es un poco menor que los sistemas bibloc.

—  Ejemplo de instalación de un sistema Monobloc en vivienda  —

En los sistemas monobloc únicamente hay que dimensionar bien la bomba de agua y la tubería, de manera que podamos separar el depósito de ACS o los equipos interiores de climatización (fancoils, radiadores, suelo radiante, etc.) a la distancia que necesitemos.

Además, otra ventaja de los sistemas monobloc es que no es necesaria una habilitación especial por parte del instalador al no haber manipulación de gases. Igualmente, al no existir gases fluorados no hay riesgo de fugas y, por tanto, no son necesarias las revisiones periódicas de estos equipos para controlarlas y son sistemas más respetuosos con el medio ambiente.

En definitiva, la principal ventaja de las máquinas monobloc es, por tanto, que no ocupan espacio en el interior de la vivienda y que, al no necesitar conexiones frigoríficas, su instalación es mucho más sencilla.

—  Tipos de sistemas en aerotermia  —

¿Cuándo es preferible colocar sistemas Bibloc?

Acabamos de mencionar que la tendencia de casi todos los instaladores suele ser la de instalar sistemas monobloc por su sencillez de instalación y porque sólo requiere de la instalación de una sola unidad exterior. Pero, si existen los bibloc en el mercado, es porque también tienen utilidad y se instalan. Ahora bien, ¿cuándo es mejor instalar un monobloc o un bibloc?

La respuesta está, fundamentalmente, en las características de los edificios donde se vaya a instalar. Hay edificios donde hay suficiente espacio en el exterior para colocar una unidad monobloc (que como hemos visto suelen ser más voluminosas) y además, el cuarto de calderas está relativamente cercano donde colocar el depósito de agua caliente sanitaria y los demás dispositivos que deberán ir unidos mediante tuberías con la bomba de calor de la unidad exterior.

Ahora bien, en otras ocasiones hay edificios cuya estructura es más peculiar y en los que no queda más remedio que instalar la bomba de calor lejos del cuarto de calderas. En concreto, podría haber una separación de hasta más de 30 metros. En estos casos habría que instalar un sistema bibloc.

Por tanto, la conclusión que se puede extraer de todo esto es que la instalación de una máquina monobloc o bibloc depende de las características del edificio.

Instalación de equipos en cascada

En este tipo de máquinas de aerotermia las potencias máximas que encontramos en el mercado suelen ser de 15-18 kW. Para instalaciones que requieran de una mayor potencia, por ejemplo en edificios de uso terciario (restaurantes, hoteles...) o residencias de varios pisos, se pueden instalar varias máquinas en cascada, multiplicando así la potencia final de la instalación.

 

5.  Soluciones para instalaciones de calefacción con aerotermia

Existen varias opciones de diseñar una instalación de calefacción con aerotermia, que se diferencian entre sí principalmente por el método de intercambio de calor en el circuito secundario. En este sentido, los tipos de instalaciones para calefacción con aerotermia pueden ser:

•  Calefacción por suelo radiante (aerotermia aire-agua)

•  Calefacción por radiadores de baja temperatura (aerotermia aire-agua)

•  Calefacción por fancoils (aerotermia aire-agua)

•  Calefacción por aire acondicionado (aerotermia aire-aire)

—  Tipos de instalaciones de calefacción con aerotermia  —

-  Calefacción por suelo radiante con bomba de calor aire-agua:

La instalación de un sistema de calefacción por suelo radiante combinado con bomba de calor aerotérmica es una buena solución, ya que ofrece un excelente confort térmico que proporcionan los suelos radiantes, unido con el ahorro y la eficiencia energética que proporciona una máquina de aerotermia.

Una instalación básica de suelo radiante combinada con bomba de calor aerotérmica consiste en el montaje de un sistema de tuberías flexibles bajo el suelo de la habitación, que se adapta a la geometría de la habitación y por donde circularía el agua caliente a baja temperatura (entre 35-45 ºC). Este entramado de tuberías queda colocado oculto bajo una capa de mortero de cemento y sobre esta capa se colocaría el pavimento final de la habitación, que puede ser de tipo cerámico, piedra, suelo laminado de madera, etc.

El funcionamiento de un sistema de calefacción por suelo radiante es muy sencillo. Básicamente consiste en que la capa de mortero que envuelve a las tuberías de agua caliente absorbe el calor de dichas tuberías y lo transfiere al pavimento superior que, a su vez, transmite este calor hacia las paredes y techo de la habitación mediante radiación y, en menor grado, por convección natural también cede calor al aire de la habitación. Dado que el mecanismo principal de transmisión de calor es por radiación, esta tecnología ha recibido el nombre comercial de calefacción por suelo radiante.

—  Instalación de calefacción por suelo radiante con aerotermia  —

Los sistemas de calefacción por suelo radiante suelen ser los que proporcionan un mayor confort, ya que el calor se reparte de una forma uniforme a través de toda la vivienda. Por tanto, este sistema mantiene un perfil de gradiente de temperatura óptimo, es decir, que no genera cambios bruscos de temperatura de una estancia a otra de la casa, lo que reduce la inercia térmica del edificio y también elimina las corrientes de aire convectivas en el interior de la vivienda. Si además, el suelo radiante lo combinamos con una bomba de calor aerotérmica que es capaz de generar calor con la mayor eficacia y rendimiento, entonces se consigue un importante ahorro de la energía consumida.

Pero hay más ventajas. La calefacción por suelo radiante genera una mayor amplitud de espacio en las estancias, al no existir elementos visibles como radiadores o difusores y, además, prácticamente no genera ruido.

Por otro lado, en verano, la misma instalación se puede utilizar como suelo "refrescante" invirtiendo el ciclo de la bomba de calor para la generación de frío.

Sin duda, en climas fríos y con demanda importante de calefacción, está opción de suelo radiante es la más aconsejada.

-  Calefacción por radiadores de baja temperatura (aerotermia aire-agua):

La instalación de calefacción por medio de radiadores de baja temperatura es otra de las modalidades que permite la aerotermia funcionando en modo aire-agua.

Se trata de un sistema similar al anterior, pero sustituyendo el pavimento de suelo radiante por radiadores de baja temperatura que recibe el agua caliente impulsada por una bomba de calor aerotérmica aire-agua.

Los radiadores de baja temperatura utilizados en los sistemas de aerotermia son muy similares a los radiadores convencionales, estando diseñados específicamente para poder ofrecer las mismas prestaciones, pero utilizando un flujo de agua que está a unos rangos de temperaturas inferiores (en torno a 45-55 ºC) que los radiadores tradicionales, que manejan flujos de agua caliente a temperaturas de entre 70-80 ºC.

Estos radiadores suelen ser más grandes (o anchos) que los convencionales ya que trabajan a menor temperatura y, por tanto, necesitan mayor superficie de radiación para poder ofrecer las mismas prestaciones de calefacción. Además, no pueden funcionar nunca en modo refrigeración.

Esta opción puede ser una buena alternativa ya que se trata de una instalación mucho más barata, o cuando la opción de suelo radiante resulta imposible de ejecutar por el costo o por las características constructivas de la vivienda.

-  Calefacción por fancoils (aerotermia aire-agua):

Para zonas con climas más templados, donde las necesidades de calefacción no son muy altas, realizar la inversión que supone la instalación de un suelo radiante quizá no sea la mejor opción. En este caso, la calefacción por fancoil es, probablemente, la mejor solución.

Como se sabe, un fancoil es un aparato de climatización que funciona con agua. El agua actúa como fluido refrigerante y portador de calor. Un fancoil posee un ventilador (fan) y una batería de intercambiador de calor (coil) por donde circula el agua fría o caliente, según estemos refrigerando o calentando el ambiente. También conocido como ventiloconvector, este aparato recibe su nombre del inglés: fan (ventilador) y coil (batería de intercambio).

Por tanto, un fancoil (ventiloconvector) es un equipo que consta de un ventilador, un intercambiador de calor y un filtro que, en combinación con un sistema aerotérmico con bomba de calor aire-agua, puede funcionar calentando o refrescando el ambiente.

Al fancoil le llegan dos tuberías de agua (impulsión y retorno) procedentes de la bomba de calor aerotérmica. En el interior del fancoil estas tuberías se enrollan formando una bobina o batería que constituye el intercambiador de calor. El ventilador del fancoil hace pasar el aire de la habitación a través del intercambiador de manera que se transfiere energía, según se funcione en modo calefacción (en este caso el agua caliente que llega al fancoil cede calor al aire), o en modo refrigeración (en este caso, por el contrario, es el aire de la habitación el que cede calor al agua fría que llega al fancoil).

—  Esquema de funcionamiento de un fancoil  —

Este sistema ofrece un diseño muy compacto por lo que no ocupa demasiado espacio. El fancoil es un equipo que se suele poner en el interior de falsos techos o de forma mural como los radiadores y son una alternativa a tener en cuenta, tanto en proyectos de climatización de edificios residenciales, como en comercios y otras instalaciones terciarias.

—  Unidad de fancoil instalado en techo  —

Además, este sistema también permite realizar una instalación por conductos derivados desde un único equipo fancoil y dar servicio a varias estancias de la vivienda, introduciendo el aire mediante rejillas en cada habitación.

-  Calefacción por aire acondicionado (aerotermia aire-aire):

La calefacción por aire acondicionado aire-aire es la típica instalación convencional de una máquina de aire acondicionado tipo split. En modo calefacción estos equipos toman el calor del aire exterior por medio de la bomba de calor aerotérmica situada en la unidad exterior para, a continuación, cederlo de forma directa al aire interior a través de una unidad tipo split colocada en la habitación.

En este caso, este tipo de configuración no transporta agua como las anteriores, sino que utiliza las conexiones frigoríficas de refrigerante para transportar el calor desde la máquina situada en el exterior hasta la unidad interior tipo split de la estancia que se quiere climatizar.

Ambos intercambios (exterior e interior) se realizan por medio del aire que, impulsado por ventiladores, atraviesa los dos intercambiadores de calor de tubos aleteados denominados baterías, y por los que circula el gas refrigerante que transporta el calor a lo largo del circuito.

En general, la calefacción por intercambio de aire (splits o aire acondicionado), suele ser algo menos confortable y eficiente que el suelo radiante, ya que el calor emitido desde el split situado en el techo o pared tiende a subir, al ser el aire caliente más ligero, generando así menos uniformidad y quedando el aire más estratificado (con más calor a la altura de la cabeza y sensación de frío en los pies).

No obstante, en zonas de clima templado con poca demanda térmica, puede ser una opción bastante interesante, por su menor coste y para poder aprovechar el mismo sistema en modo refrigeración para el verano.

 

6.  Soluciones para instalaciones de refrigeración con aerotermia

Muchos relacionan la aerotermia sólo con calefacción y agua caliente sanitaria, pero la aerotermia sirve también para proporcionar frío y refrigerar nuestra vivienda o local comercial como cualquier otro equipo de aire acondicionado de uso doméstico o comercial.

Como ya hemos visto, la aerotermia básicamente es el sistema mediante el cual se realiza un intercambio térmico utilizando el aire ambiente como fuente de energía principal. Este intercambio térmico se realiza mediante una bomba de calor reversible del tipo aire-aire o aire-agua.

La clave para que una máquina aerotérmica pueda funcionar tanto como sistema de calefacción como de refrigeración, es que la bomba de calor sea reversible. Es decir, pueda funcionar en un sentido como en el contrario. De esta manera, la bomba de calor, que es el aparato donde se realiza el intercambio térmico, hará posible o bien calentar una estancia o bien refrigerarla (dependiendo de la dirección del ciclo termodinámico).

De este modo, cuando funciona en modo calefacción, la bomba de calor extrae el calor del ambiente exterior a través del evaporador y lo transfiere al interior de la vivienda a través del condensador. En el modo refrigeración, la bomba de calor invierte el ciclo, es decir, absorbe el calor del interior de la vivienda a través del evaporador y cede todo este calor al exterior a través del condensador. Con ello, con una misma máquina podemos emplearla para generar tanto calefacción como refrigeración, según la época del año.

Básicamente, las opciones que se suelen emplear para que la máquina de aerotermia pueda funcionar también como refrigeración, son las siguientes:

•  Refrigeración por suelo refrescante (aerotermia aire-agua)

•  Refrigeración por fancoils (aerotermia aire-agua)

•  Refrigeración por aire acondicionado (aerotermia aire-aire)

-  Refrigeración por suelo refrescante y fancoil (aerotermia aire-agua):

La refrigeración por aerotermia aire-agua son aquellos sistemas aerotérmicos donde el intercambio térmico se realiza utilizando un circuito de agua que se enfría en la bomba de calor, y posteriormente ese agua se usa para enfriar el aire interior de la vivienda. Este intercambio puede hacerse a través de dos sistemas: por suelo refrescante o por medio de fancoils.

En un sistema de suelo refrescante la máquina hace pasar agua fría a través de las tuberías distribuidas por el suelo, y que es la misma instalación que la usada para suelo radiante. Es válido para zonas climáticas con baja humedad y que no sean muy calurosas.

Cuando se utilizan aparatos de fancoils, en este caso la unidad fancoil recibe el flujo de agua fría que procede de la unidad exterior. Un ventilador impulsa el aire a través del fancoil y lo hace atravesar a través de los tubos por los que pasa el agua fría, produciéndose aquí la refrigeración del flujo de aire. Tras pasar por el filtro, el aire refrigerado sale, refrescando el ambiente de la estancia.

-  Refrigeración por aire acondicionado (aerotermia aire-aire):

En este tipo de sistema, el calor es cedido al exterior y el equipo transfiere aire fresco directamente a la estancia.

Según el tipo de instalación, puede tratarse de una unidad split o multisplit compuesto por una unidad exterior (el condensador) y una o varias unidades interiores split (el evaporador) por donde se refrigera el aire de la estancia.

También utilizan la aerotermia aire-aire algunas instalaciones de aire acondicionado por conductos, cuya distribución se realiza expulsando aire refrigerando a través de un sistema de rejillas estratégicamente colocadas en un falso techo de la vivienda.

 

7.  Rendimiento COP y Rendimiento medio estacional (SCOP)

En sistemas de calefacción, es habitual utilizar los términos COP y SCOP para definir cuál es la eficiencia energética que alcanza el equipo.

Así, la norma UNE-EN 14511 define el Coeficiente de Rendimiento COP como el ratio entre la potencia calorífica entregada y la potencia absorbida útil del equipo, mientras que la norma UNE-EN 14825 define el Coeficiente de Rendimiento Estacional SCOP como el coeficiente global de rendimiento que se calcula como la demanda calorífica anual de referencia dividida por el consumo energético anual para calefacción.

De esta manera, el coeficiente SCOP se refiere al término estacional, es decir, a un determinado periodo de tiempo (un año tipo), mientras que el COP se refiere a momentos instantáneos de funcionamiento. Además, el COP se define como un cociente entre potencias, mientras que el coeficiente SCOP se define como un cociente entre las energías entregada y la consumida.

En modo calefacción, el rendimiento de una bomba de calor viene definido por su valor medio estacional SCOP que se compone, a su vez, de varios rendimientos parciales para distintas configuraciones de carga, temperaturas de trabajo y exteriores, que son los denominados COP.

—  Tabla de rendimientos COP de una máquina aerotérmica  —

Supongamos que la tabla anterior se refiere a las especificaciones técnicas de una máquina aerotérmica usada para calefacción. Normalmente, el valor que se utiliza como COP nominal del equipo es el primero de la tabla para una temperatura exterior de 7 ºC y una impulsión a 35 ºC, que puede ser perfecta para una instalación de calefacción por suelo radiante, por ejemplo. En esas circunstancias el valor del COP para la máquina de la tabla sería de 4,02.

Sin embargo, las condiciones meteorológicas externas no son estables y pueden variar, como cabe de esperar. Así, como se puede observar en la tabla anterior, para una temperatura exterior de -7 ºC el COP se reduce hasta 2,49, en el límite de lo que se considera energía renovable para una bomba de calor de aerotermia (rendimiento mínimo ≥ 2,50).

Por tanto, dependiendo de la selección de la temperatura de impulsión (35-45-55 ºC) y de la temperatura exterior (climas fríos, templados o cálido) el rendimiento medio estacional de la máquina (SCOP) del ejemplo anterior, podría ser cercano al 4 o mucho más bajo, y estar cercano al 2. Una máquina con los parámetros de la tabla anterior, trabajando a 45 ºC (suelo radiante) en un ambiente frío (entre -7 ºC y 7 ºC de forma habitual) podría tener un rendimiento medio estacional entre 2 y 3.27. Por ejemplo un rendimiento de 3, supondría entregar una energía calorífica incrementada en un 300%.

El equivalente para el rendimiento de calefacción COP-SCOP, pero en el modo de refrigeración es el EER-SEER.

Por esta razón, las bombas de calor aerotérmicas funcionan mejor en ambientes de climas templados, y así incluso vienen etiquetadas las máquinas aerotérmica, diferenciando 3 tipos de climas: Atlántico Norte, Continental y Mediterráneo.

En la siguiente figura, se incluye un ejemplo de etiqueta energética correspondiente a una bomba de calor para calefacción:

—  Ejemplo de etiqueta energética  —

En definitiva, todo apunta, por tanto, a que la aerotermia para calefacción va a ser la tecnología que va a sustituir en un futuro próximo a la gran mayoría de los equipos y calderas tradicionales de combustión (gasoil, gas natural), porque es una tecnología más limpia (no hay emisiones de gases), mucho más eficiente y cumple con todas las exigencias normativas de la Unión Europea (Código Técnico de la Edificación incluido).

Hoy en día, en obras de nueva construcción no hay ninguna duda que las instalaciones de calefacción son en su mayoría de aerotermia, bien sea por suelo radiante (principalmente en climas fríos con bastante demanda de calefacción), o bien por fancoils (para climas más templados).

 

8.  Preguntas frecuentes

•  La aerotermia aporta más energía de la que consume, ¿en qué porcentaje?

Depende de la calidad del equipo y su calificación energética. Así por ejemplo, para un equipo con rendimiento COP 4,5 significaría que aportamos 4,5 kW de potencia calorífica para calentar una estancia, consumiendo tan sólo 1 kW de potencia eléctrica. Por tanto, el 78% de la energía aportada es ¡¡gratuita!!

•  ¿Cuánto tardo en recuperar la inversión respecto a una instalación de gas?

Los sistemas de aerotermia pueden alcanzar, por ejemplo en unidades Toshiba, un rendimiento COP de 6,97. Esto significa que el usuario puede conseguir 6,97 kW de potencia calorífica por cada kilovatio eléctrico que consume. Eso es un 697% de rendimiento.

Comparado con las calderas más eficientes en instalaciones de gas que pueden llegar hasta el 110% de rendimiento, la diferencia en ahorro de energía es enorme.

El tiempo que se tarda en recuperar la inversión, por el mayor coste inicial de los sistemas de aerotermia, depende de muchos factores, como la zona geográfica, temperatura de uso, número de usuarios, bañeras o duchas a que se dé servicio, tiempo de uso del agua caliente, etc. Pero en cualquier caso, esta amortización seguro que se alcanza MUCHO ANTES de agotar la vida útil del equipo.

•  ¿Es lo mismo hablar de bomba de calor y aerotermia?

La bomba de calor y la aerotermia no son exactamente lo mismo. Aunque las dos pueden generar tanto frío como calor, la principal diferencia recae en la manera de utilizar la energía. La aerotermia es una bomba de calor, pero en este caso particular, la bomba de calor aerotérmica captura energía del aire a través de la unidad exterior, y la transforma en energía calorífica que el usuario va a poder utilizar para el calentamiento del agua para calefacción y ACS.

Por ello, la aerotermia es muy eficiente, porque gran parte de la energía que utilizamos en la vivienda procede de una fuente renovable que es la energía que contiene el aire exterior.

•  ¿Merece lo pena la aerotermia para un piso de 100 m² o menos?

Sin duda.

Los sistemas de aerotermia son altamente recomendables para viviendas de 100 m² o menos (desde 70 m²), tanto para climatización como para producir agua caliente sanitaria.

•  ¿Se puede usar aerotermia con los radiadores de una instalación de gas?

Sí.

La mayoría de fabricantes de sistemas de calderas de condensación por gas recomiendan como temperatura ideal del agua entre los 55 ºC - 60 ºC para conseguir una buena eficiencia.

Los sistemas de Aerotermia de alta temperatura trabajan a estas temperaturas o superiores (hasta 65ºC), por lo que pueden trabajar con los mismos radiadores de la instalación de gas anterior.

Hay excepciones. Si la instalación actual está funcionando a 80 ºC, podremos igualar el confort aumentando el número de horas de uso, sin que ello deje de suponer un enorme ahorro respecto al gas.

Si aún así, el aumento de horas no fuese suficiente, entonces es aconsejable estudiar mejoras en la vivienda para evitar el indudable derroche de energía que se está produciendo en el hogar usando las tradicionales calderas de combustión, por ejemplo, cambiar a radiadores de baja temperatura o mejorar el aislamiento de las ventanas.

•  ¿Se puede usar aerotermia sin suelo radiante?

Sí.

Los sistemas de aerotermia generan agua caliente para calefacción, agua fría para refrigeración y también agua caliente sanitaria. Este agua lo podemos llevar a diferentes elementos de disipación, como pueden ser: suelo radiante, radiadores, fancolis, paredes radiantes, etc. Sólo necesitamos un elemento de disipación y no tiene por qué ser siempre suelo radiante.

 

 

 

 

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Información y consulta:

Hermenegildo Rodríguez Galbarro

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