Para entender cómo funcionan las Bombas de Calor Aerotérmicas, es necesario por un lado conocer el concepto de Aerotermia, y por otro los fundamentos del funcionamiento y las caracterí­sticas de los citados equipos.

En la Directiva 2009/28/CE, relativa al fomento del uso de energí­a procedente de fuentes renovables, se define Energí­a Aerotérmica como la energ­ía almacenada en forma de calor en el aire ambiente, entendiéndose como tal el aire del medioambiente que nos rodea.

Las Bombas de Calor (BdC) son equipos que, utilizando un gas refrigerante en un ciclo termodinámico cerrado, transfieren calor entre dos focos a diferente nivel térmico, haciendo que el citado calor fluya de una temperatura más baja a más alta.

Es decir, las Bombas de Calor Aerotérmicas son capaces de captar energía del aire, disponible en la naturaleza e inagotable (renovable), permitiendo utilizarla para la climatización de los espacios ocupados por las personas.

funcionamiento aerotermia fig. 1

      Figura 1

Principales componentes

En el ciclo termodinámico de las bombas de calor, el estado fí­sico del fluido contenido en el circuito frigorí­fico (refrigerante) se modifica para permitir la citada transferencia de calor del “foco frío” al “foco caliente” mediante la aportación de un trabajo mecánico.

componentes bomba calor aerotermica

Figura 2

Ello se realiza por medio de sus componentes principales: Compresor, Condensador, Dispositivo de Expansión y Evaporador, teniendo cada uno tiene una función destinada un proceso especí­fico (Figura 2):

  • Compresión: se eleva la presión y temperatura del refrigerante y se transfiere al mismo la energí­a necesaria para su movimiento a lo largo del circuito frigorí­fico.
  • Condensación: se produce la condensación del refrigerante, cediendo calor al medio externo al condensador.
  • Expansión: la válvula de expansión genera una pérdida de carga que reduce la alta presión del refrigerante procedente del condensador.
  • Evaporación: el refrigerante se evapora absorbiendo calor del medio externo al evaporador.

En resumen, lo que se hace es absorber en el evaporador calor del medio frí­o (enfriamiento) y ceder este calor en el condensador, junto con la energí­a aportada al compresor para su funcionamiento, al medio caliente (calentamiento), originando la transferencia de calor antes mencionada.

ciclo frigorífico fig. 3

En la Figura 3, correspondiente a la gráfica de presiones-entalpí­as representativa del ciclo frigorí­fico, puede observarse en el eje de abscisas cómo el tramo de entalpí­a correspondiente a la energía “convencional” aportada, necesaria para el proceso de compresión, es muy inferior a los tramos de entalpia correspondientes tanto al de la energí­a absorbida en el evaporador para la refrigeración, como al de la energí­a cedida en el condensador para la calefacción, mostrando gráficamente por qué los rendimientos de las bombas de calor, tanto en refrigeración como en calefacción, son muy superiores a 1.

Habitualmente está muy extendido el uso de las bombas de calor reversibles, que incorporan en su circuito un quinto elemento, la válvula de inversión o de 4-ví­as, que permiten invertir el sentido del flujo del refrigerante y, consecuentemente, el del calor.

De esta manera, el mismo equipo puede trabajar en modo calefacción y en modo refrigeración, ya que ambos intercambiadores pueden funcionar como evaporador o como condensador alternativamente.

Funcionamiento bomba calor aerotérmica fig. 4 y 5

Por esta razón en las Bombas de Calor se habla de “Unidad Exterior”, que contiene los elementos del circuito frigorí­fico que se sitúan en el exterior, y la “Unidad Interior”, que contiene los elementos que se ubican en el interior del local o dan servicio al mismo, incorporando ambos los respectivos intercambiadores de calor exterior e interior que funcionan como evaporador o como condensador según el modo de funcionamiento.

Como se ha mencionado anteriormente, en el caso de las Bombas de Calor Aerotérmicas, la fuente exterior es el aire ambiente, por lo que el intercambiador exterior suele ser una “baterí­a” (intercambiador de calor aire-fluido refrigerante), en tanto que el intercambiador interior puede ser:

  • También una baterí­a, en el caso de unidades BdC Aire-Aire, que tratan directamente el aire de los espacios interiores.
  • Un intercambiador de placas, multitubular o coaxial, en el caso de unidades BdC Aire-Agua que suministran agua caliente o frí­a para su distribución interior a los emisores (fan-coil, suelo radiante/refrescante, etc.).

Uso de Energí­a procedente de Fuentes Renovables

La citada Directiva 2009/28 establece que:

  • la energí­a aerotérmica, geotérmica e hidrotémica capturada por las bombas de calor se tendrá en cuenta a efectos del consumo de energí­a procedente de fuentes renovables, necesitando estos equipos de la electricidad u otra energí­a auxiliar para funcionar.
  • solo deben tenerse en cuenta las bombas de calor cuya producción supere de forma significativa la energí­a primaria necesaria para impulsarlas.

Por esta razón, a efectos del cálculo de la energí­a renovable, debe deducirse del total utilizable la energí­a empleada en el funcionamiento de las bombas de calor. Para ello se estableció una metodología recogida en el Anexo VII de la mencionada Directiva, titulado “Balance energético de las bombas de calor”. De acuerdo con este anexo y con la Decisión 2013/114, de la Comisión Europea, publicada el 1 de marzo de 2013, la cantidad de energí­a renovable suministrada mediante tecnologí­as de bomba de calor (ERES), se calcula con la fórmula:

                                                               ERES = Qusable x (1-1/SPF)

Siendo:

  • Qusable.- Calor útil total estimado proporcionado por la bomba de calor, expresado en GWh, obtenido mediante la fórmula Qusable = HHP x Prated
  • HHP.- Número anual de horas durante las que se supone que una bomba de calor debe suministrar calor a la potencia nominal, expresado en horas.
  • Prated.- Potencia nominal o capacidad de refrigeración o de calefacción del ciclo de compresión o del ciclo de sorción del vapor de la unidad en condiciones estándar, expresado en GW.
  • SPF.- Factor de rendimiento medio estacional estimativo, que se refiere al coeficiente de rendimiento estacional neto en modo activo (SCOPnet), en el caso de las bombas de calor accionadas eléctricamente.

El citado anexo de la Directiva establece un límite mí­nimo de rendimiento energético estacional, relacionado con la eficiencia media del sistema eléctrico europeo (η):

                                                                  SPF >1,15 x 1/η

La Decisión establece el valor de la eficiencia del sistema de energí­a (η) en un 45,5%, de lo que se deduce que el SPF mí­nimo, de corte, es 2,5. Por debajo de este valor se considera que la bomba de calor no aporta energí­a renovable.

A modo de reflexión, si en la formula anterior relativa al cálculo del ERES se asigna el valor 2,5 al SPF, resultará:

                                                                 ERES = Qusable x 0,60

Es decir, la bomba de calor aerotérmica con el menor SPF necesario para ser considerada como aportadora de energí­a renovable, del calor que proporciona, el 60% procede directamente de la energí­a capturada del aire ambiente.

En la actualidad prácticamente todas las bombas de calor con accionamiento eléctrico comercializadas tienen coeficientes SCOPnet significativamente superiores a 2,5. Por esta razón, el porcentaje de energí­a renovable es, en casi en casi la totalidad de los casos, netamente superior al 60% del total de la energí­a aportada por estos equipos, lo que es una muestra de la gran cantidad de energí­a renovable que son capaces de suministrar las Bombas de Calor Aerotérmicas.

Artí­culo realizado por Manuel Herrero, Adjunto a dirección de AFEC (Asociación de Fabricantes de Equipos de Climatización)