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Área técnica: Aerotermia.

En el siguiente post, dentro del área técnica presentamos la Aerotermia. Las bombas de calor aerotérmicas utilizan como fuente energética el aire exterior. A partir de esta energía, la bomba de calor, mediante un ciclo termodinámico, consigue alcanzar la temperatura necesaria para obtener calefacción y agua caliente sanitaria. Todo ello con un bajo consumo eléctrico.

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Principio de funcionamiento

La bomba de calor está formada por un compresor, una válvula de expansión y dos intercambiadores de calor: el evaporador y el condensador.

1. En el evaporador se produce un intercambio entre la energía obtenida del aire exterior y el refrigerante que se encuentra en su interior, que pasa de estado líquido a estado gaseoso.

2. El refrigerante evaporado pasa al compresor. Accionado por un motor eléctrico, y mediante  un proceso de compresión, el compresor logra elevar la temperatura del refrigerante.

3. El gas comprimido llega al condensador, donde pasa nuevamente a estado líquido. Durante este proceso de condensación se produce una cesión energética del refrigerante al circuito hidráulico, con lo que se libera la energía necesaria para cubrir las necesidades de calefacción y ACS de la vivienda.

4. El refrigerante pasa a la válvula de expansión, que reduce su presión y temperatura y lo pasa al evaporador en las condiciones óptimas para que se reinicie el proceso.

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

El factor que permite obtener el máximo rendimiento a cargas parciales es la producción de la energía.

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

En los sistemas de bomba de calor, la producción energética es proporcional a la demanda, gracias al control continuo de capacidad, obteniendo unos coeficientes de eficacia energética muy elevados.

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

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

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

Por otro lado, el mantenimiento de una instalación con bomba de calor, se deberá realizar únicamente mediante la comprobación de presiones y consumos de la unidad exterior, así como la limpieza de baterías y filtros; además, tal y como se comentaba anteriormente, el sistema de control informa de anomalías detectadas. Será un mantenimiento sencillo y rápido.

Para el mantenimiento de la instalación con caldera, se deberán realizar comprobaciones de presiones y consumos, comprobación de los parámetros de combustión del quemador y ajuste de los mismos, limpieza de la caldera y limpieza y sustitución de diferentes partes del quemador. Será un mantenimiento más complicado y prolongado.

Comparativa energética

Vamos a realizar este estudio comparativo a una vivienda unifamiliar de 160 m² repartidos en dos plantas, la cual se encuentra situada en una zona próxima a la costa, en el norte de Galicia.

El periodo de utilización de calefacción estimado es de Noviembre a Mayo.

La temperatura interior de confort estimada a lo largo del día será de 21ºC.

Para esta vivienda y con los datos de cálculo de proyecto sería necesaria una potencia térmica de calefacción de 10,89 kW.

Tal y como se mencionaba en la introducción, estas condiciones sólo se alcanzan en muy pocas ocasiones a lo largo del año.

Partiendo de los datos climáticos obtenidos de «Guía Condiciones Climáticas», publicados por el IDAE, y de las características constructivas de la vivienda podemos trazar la curva de la potencia térmica de calefacción media mensual necesaria en kW de la vivienda tal y como se indica a continuación:

Este cálculo se realiza sobre el periodo anual con temperaturas medias mensuales inferiores a 15ºC.

Por lo tanto estimamos una demanda térmica en kWh de:

Este cálculo se realiza sobre el periodo anual con temperaturas medias mensuales inferiores a 15ºC.

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

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

Una vez observada la comparativa energética entre los distintos sistemas de calefacción disponibles, ahora estimaremos el plazo de tiempo aproximado que tardará en amortizar el sobrecoste que supone una bomba de calor aerotérmica frente a una caldera de gasóleo, suponiendo la instalación estudiada para calefacción y ACS con acumulación.

Costes y amortización de la bomba de calor:

En la tabla que se detalla a continuación verán el ahorro estimado que supone haberse decidido por una bomba de calor frente a una de gasóil.

Cabe mencionar que esta tabla es sólo una herramienta creada con la intención de que un usuario final que carece de conocimientos técnicos pueda constatar cuántos años puede tardar en amortizar el mayor precio que tiene una bomba de calor. Los cálculos de consumos y demás valores expuestos son aproximados, y están en función de parámetros que van más allá de cualquier generalización, como por ejemplo, los materiales con los que está construído el edificio, cuántas ventanas tiene, hacia dónde está orientado, las temperaturas medias, mínimas y máximas a lo largo del año, etc. Para realizar un cálculo exacto de costes y consumos, sería necesario tener en cuenta todos estos parámetros, es decir, analizar cada caso concreto. Consideramos que con los datos tenidos en cuenta, un usuario que se esté planteando la posibilidad de decidirse por una bomba de calor podrá ver fácilmente que a pesar del precio que tiene, le compensa económicamente invertir su dinero en una, independientemente de que sus datos reales puedan sufrir algunas variaciones sobre nuestra simulación.

La forma de cálculo del aumento del precio es el de un 7% para la electricidad y un 11% para el gasóleo, calculados aproximadamente para una media de los últimos 5 años.

Además, para este tipo de bombas de calor, cabe la posibilidad de financiar su compra, desde 12 hasta 60 meses. A continuación se ofrece un ejemplo de una simulación de la financiación: