Tanto en España como en la Unión Europea se vienen desarrollando nuevas políticas energéticas para reducir el consumo energético en todos los sectores y aumentar la incorporación de las energías renovables al sector de la calefacción y refrigeración.

La Directiva (UE) 2018/2001 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 11 de diciembre de 2018, promueve el uso de energía renovable en la UE. Reúne y modifica cambios previos en la Directiva 2009/28/CE, estableciendo que los Estados miembros deben garantizar que al menos el 32% de la energía consumida en la UE provenga de fuentes renovables para 2030. Además, insta a aumentar la cuota de energías renovables en calefacción y refrigeración en un 1,3% anual a partir de 2020. También cumple con el objetivo de ahorro energético establecido en la Directiva 2012/27/UE, revisado por la Directiva 2018/2002.

A nivel nacional, el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) entre sus objetivos energéticos incluye lograr en 2030 una presencia de las energías renovables sobre el uso final de energía del 42%, mediante inversiones en renovables eléctricas y térmicas, así como la reducción en el consumo final de energía resultado de los programas y medidas de ahorro y eficiencia en todos los sectores de la economía, con el objetivo a largo plazo de convertir a España en un país neutro en carbono en 2050.

El PNIEC prevé un importante avance de las energías renovables térmicas en este sector y en lo referente a bombas de calor se plantea un aumento en la presencia de esta tecnología multiplicando por cuatro la contribución energética de las bombas de calor en el sector de la calefacción y refrigeración en la próxima década. En este sentido, se propone un marco para el desarrollo de las energías renovables térmicas, mediante el establecimiento de incentivos y programas de ayudas para este tipo de energías.

Este importante objetivo de la bomba de calor no se podrá alcanzar solo con la entrada de la bomba de calor en el segmento de la nueva construcción, sino que será necesario impulsar y fomentar su introducción en la rehabilitación energética de edificios existentes.

El objetivo de esta guía es que sirva a usuarios, profesionales del sector y administraciones públicas como herramienta de consulta y orientación para la planificación y elaboración de proyectos de rehabilitación energética, incluyendo también casos reales de éxito en diferentes climas, sectores y tipos de edificios.

Ventajas y beneficios de la bomba de calor

Aunque la tecnología de bomba de calor ya existe hace muchos años, el desarrollo y los avances técnicos que se han venido produciendo en los últimos años han permitido lograr unos niveles cada vez mayores de eficiencia energética en todo tipo de condiciones ambientales, alcanzando temperaturas de trabajo cada vez mayores y convirtiéndola, en consecuencia, en una opción cada vez más respetuosa con el medio ambiente. Algunos de sus beneficios son:

• Confort: se consigue una mejor regulación de la temperatura al ajustarse mejor a la curva de demanda teórica de la vivienda o local y, además, mediante determinados equipos, se pueden controlar y contribuir así a la obtención de una óptima calidad del aire interior.
• Versatilidad: es capaz de adaptarse a diferentes entornos o instalaciones existentes, trabajar en un rango de temperaturas exteriores muy amplio (incluso en climas muy fríos) e hibridarse con otros sistemas ya instalados o con otras energías renovables.
• Eficiencia: multiplica su capacidad de generar calor o frío, transportando el calor del ambiente de forma altamente eficiente. Por cada kW eléctrico consumido, es capaz de generar una media de 4 kW para usos térmicos.
• Ahorro: gracias a su elevada eficiencia energética, el consumo energético de estos equipos es muy bajo y permite grandes ahorros respecto a los sistemas tradicionales basados en combustibles fósiles.
• Sostenibilidad: utiliza energía procedente de fuentes renovables, como es el calor contenido en el aire exterior o bajo la superficie de la tierra, reduciendo las emisiones de CO2.
• Funcionalidad: un solo equipo es capaz de proporcionar calefacción, refrigeración y ACS a la misma vivienda, incluso determinados sistemas son capaces de aprovechar la energía residual, recuperando el calor expulsado en el proceso de refrigeración para producir calefacción o ACS, aumentando enormemente la eficiencia global del sistema.
• Fiabilidad: es el sistema más utilizado en los sectores con grandes necesidades de climatización. Su mantenimiento es relativamente sencillo, lo que contribuye a alargar su vida útil y, por ello, a aumentar el valor de la vivienda o edificio.
• Revalorización de la vivienda: contribuye a una mejora de la calificación energética del inmueble, lo que redunda en un aumento del valor de este.

Es importante destacar que para lograr todos estos beneficios y alcanzar las máximas prestaciones es necesario realizar un adecuado diseño y correcta ejecución de todo el sistema de climatización con bomba de calor, por lo que esta guía trae casos tipo y casos reales de diferentes edificios en los que se puede aplicar esta tecnología, entre ellos una clínica de fisioterapia y un centro de salud.

Caso de éxito: clínica de fisioterapia - cambio de caldera por bomba de calor

La clínica consiste en una única planta de 130 m² distribuidos en recepción y sala de espera, aseos, vestuarios, sala de consulta, despachos, una sala de tratamiento, una sala multiusos y un almacén pequeño. El sistema de calefacción original consiste en una caldera de gas natural de baja temperatura con radiadores convencionales, y la refrigeración es un sistema de conductos de expansión directa

Considerando la demanda mensual, se concluye que anualmente la clínica consume:

Servicio de calefacción

Siguiendo la guía IDAE, el cálculo de necesidades térmicas se realiza considerando una temperatura exterior de -0,8 °C, con un resultado de potencia total de calefacción de 10,2 kW de refrigeración de 12,1 kW.

Con estos números se decide una solución basada en bomba de calor con fancoils (para calefacción y refrigeración) con una bomba de calor aire-agua de 15kW y un depósito de inercia de 100 litros.

La guía IDAE también indica las condiciones climáticas de la estación más próxima a la instalación: T_seca 99,6% de -0,8 ºC y una humedad relativa del 69%, lo que implica una temperatura exterior húmeda de -2,5 ºC. La temperatura mínima de diseño en bombas de calor aire-agua será la temperatura húmeda del percentil más exigente, menos 2 ºC, lo que para este caso supone tener una T_húmeda de diseño de -4,5 ºC.

Servicio de refrigeración

Siguiendo la guía IDAE se considera una T_seca de 0,4% de 34,8 ºC. La temperatura máxima de diseño para refrigeración en equipos enfriados por aire será la temperatura seca del percentil más exigente, más 3 ºC, lo que supone una T_seca de 37,8 ºC.

Para estas condiciones la potencia del equipo en modo refrigeración y una temperatura de impulsión de 7 ºC es de 12,5 kW, que cubre la carga solicitada de 12,1 kW.

Dimensionado de la bomba de calor

El caudal nominal del equipo son 2.580 l/h. La tubería de ida y retorno del circuito primario mide 30 m, y la pérdida de carga es de 31,6 kPa (inferior al punto de trabajo nominal de 35 kPa).

Emisores

Se usan fancoils de conducto en todas las estancias salvo en el vestuario, donde se considera un fancoil de consola para eliminar mejor la estratificación del aire en modo calefacción. Se establece un salto térmico de 5 ºC en refrigeración y 8 ºC en calefacción.

Fancoils en régimen de calefacción:

Fancoils en régimen de refrigeración:

Se determina que la bomba de secundario tiene que trabajar a 2.069 l/h y una pérdida de carga de 60 kPa, teniendo en cuenta las pérdidas de carga en unidades terminales y de la distribución de la red de tuberías.

La implantación de la bomba de calor reduce considerablemente la energía final, la energía primaria y las emisiones de CO₂, así como un elevado ahorro económico al poder prescindir del gas natural; no obstante, puede que haga falta aumenta la potencia eléctrica contratada.

En esta tabla resumen se pueden ver los cambios en la demanda conseguidos al cambiar el tipo de instalación siguiendo las indicaciones de la guía IDAE:

Puedes acceder a este documento en la página web de la Asociación de fabricantes de equipos de climatización, haciendo clic aquí.