En términos sencillos, una bomba de calor es un dispositivo que toma el calor del aire o del suelo alrededor de un edificio y lo aumenta hasta una temperatura que mantiene nuestras casas y negocios calientes en su interior.
A medida que buscamos formas de reducir nuestras emisiones de carbono, tenemos que cambiar los métodos de calefacción que dependen de combustibles con alto contenido de carbono por alternativas más limpias y con bajo o nulo contenido de carbono, una de las cuales es la bomba de calor.
En la actualidad, la calefacción desempeña un papel importante en nuestras emisiones de carbono; alrededor del 40% de las emisiones globales proceden de los edificios, y la mayoría de ellas se derivan de la forma en que calentamos nuestros hogares y empresas.
El uso del gas natural para la calefacción representa una gran parte de las emisiones de gases de efecto invernadero. Así que, el cambio a opciones más limpias y bajas en carbono desempeñará un papel fundamental para ayudarnos a alcanzar el objetivo de cero emisiones y hacer frente al cambio climático.
Bombas de calor: ¿Qué son y cómo funcionan?
Una bomba de calor toma el calor del suelo o del aire alrededor de un edificio y lo eleva a una temperatura que mantiene calientes los hogares y las empresas.
Piensa que es como un frigorífico que funciona a la inversa: en lugar de mantener fríos los alimentos, calienta tu casa utilizando un refrigerante, que puede evaporarse en gas y condensarse en líquido.
Antes de entrar de lleno con la explicación de lo que es y de cómo funciona una bomba de calor hablaremos acerca de dos fenómenos físicos que intervienen en el funcionamiento de estos dispositivos.
Diferencia entre calor y temperatura
El primer concepto del que se hablará es el de la diferencia que existe entre calor y temperatura.
- El calor es un flujo de energía que transmiten o absorben los cuerpos y que se puede medir en calorías.
- La temperatura es un indicador que sirve para medir la cantidad de calorías que un cuerpo posee.
Es importante conocer y comprender ambos conceptos, ya que no siempre un cuerpo que este a una temperatura más elevada va a tener mas energía calorífica que otro con temperatura más baja. También interviene la cantidad de masa del cuerpo.
Así por ejemplo, tendrá mucha más energía calorífica (calorías) una piscina que se encuentre a una temperatura de 35ºC que un clavo de hierro a 800ºC.
Esta al alcance de cualquiera poner al rojo vivo un clavo con sólo mantenerlo durante 5 minutos sobre una llama de un encendedor o mechero. Sin embargo si mantenemos esa misma llama durante ese mismo tiempo bajo una piscina esta no se elevará ni un solo grado centígrado. Ello es debido a que la piscina posee una masa mucho mayor que la de un clavo y será necesario mucha más energía para lograr que la piscina suba de temperatura un grado que la necesaria para lograrlo en un clavo.
La compresión y la temperatura
Otro fenómeno físico clave para comprender el funcionamiento de las bombas de calor es el relativo a la relación que existe entre la presión y la temperatura en los fluidos. Así cuando un fluido se comprime aumenta su temperatura y cuando se descomprime desciende.
Toda molécula de un fluido tiene una cierta de cantidad energía que le hace vibrar de determinada manera, más violentamente cuanta más energía tenga. El choque entre una molécula y otra es lo que produce el calor.
Si las moléculas están muy alejadas entre sí (esta poco comprimido) tardarán mucho tiempo en chocar. produciendo poco calor. En cambio si comprimimos el fluido provocamos que las moléculas estén en un espacio menor y en su movimiento de vibración choquen más veces entre si produciéndose más calor y elevando su temperatura aunque en sentido estricto la cantidad de la energía sea la misma.
¿Cómo funciona la bomba de calor?
El funcionamiento de la bomba de calor se basa en la relación entre la presión y la temperatura.
La bomba de calor toma un fluido y lo comprime haciendo que su temperatura suba. Ese calor “comprimido” se extrae entonces para calentar la sustancia que nos interese ya sea aire o agua.
Otros sistemas emplean fluidos que al comprimirse cambian de estado y absorben calor (calor latente) para luego volver a su estado original y liberarlo donde se quiere que caliente a otro fluido
El fluido el cual se ha comprimido y del que se ha extraído parte de su calor baja su temperatura. Esta temperatura baja aún más en el momento en que se descomprime a un punto muy por debajo de la que tenía antes de ser comprimido. De esta manera se puede decir que se extrae el calor de una sustancia para dársela a otra.
La particularidad de la bomba de calor es que es capaz de extraer el calor de un fluido a una determinada temperatura para traspasarlo a otro medio con una temperatura mayor.
En circunstancias naturales debería ocurrir de manera totalmente opuesta, ya que el cuerpo de más temperatura cede su calor a otro de menor temperatura hasta que se alcance un total equilibrio de temperaturas entre ambos cuerpos. Esto lo comprobamos fácilmente cuando sacamos al exterior una olla cocinada al fuego para que se enfríe. La olla y su contenido al paso del tiempo tendrá la misma temperatura que el medio ambiente en el que se encuentre.
En los procesos de calefacción y ACS por bombas de calor lo que se hace es tomar la cantidad inmensa de calor que se encuentra en la atmósfera (o en el agua o en la tierra) a una temperatura baja para llevarla a un espacio reducido con poca energía pero con una temperatura mayor.
Por este método aparte de calefactar espacios también se puede, invirtiendo el proceso, refrigerarlos en este caso tomando el calor del interior para sacarlo al exterior.
Ventajas de las bombas de calor
Las ventajas de utilizar una bomba de calor en comparación con un sistema de calefacción tradicional son las siguientes:
- Al reducir las emisiones de carbono, las bombas de calor son una opción de calefacción más respetuosa con el medio ambiente.
- Un sistema de bomba de calor es tres veces más eficiente que una caldera de gas.
- Es posible que pueda acogerse al plan de mejora de calderas que tienen muchos países, que se ha puesto en marcha para apoyar la instalación de bombas de calor.
- Aunque el coste inicial de la instalación puede ser mayor, las bombas de calor tienen el potencial de reducir sus facturas de calefacción a largo plazo.
Desventajas de las bombas de calor
- Las bombas de calor pueden no ser adecuadas para todos los edificios, especialmente los más antiguos. Las medidas de eficiencia energética deben estar ya implantadas, como el aislamiento del tejado y de las paredes, y puede ser necesario aumentar el tamaño de los radiadores.
- El condensador de la bomba puede hacer ruido.
- La instalación de bombas de calor geotérmicas requiere un jardín grande con fácil acceso para excavar, con algunas molestias.
- La instalación de las bombas de calor puede ser más cara, aunque tiene el potencial de reducir las facturas de calefacción a largo plazo.
¿Serán las bombas de calor la primera opción de calefacción en el futuro?
No existe una «bala de plata» para la calefacción doméstica, ya que pueden ser necesarias diferentes soluciones de calefacción con bajas emisiones de carbono para diferentes tipos de edificios y ubicaciones.
Se espera que las bombas de calor contribuyan de forma importante a la descarbonización de la calefacción.
Las bombas de calor están llamadas a convertirse en una de las nuevas alternativas limpias a los combustibles fósiles, junto con las calderas de biomasa, que queman materiales vegetales como los pellets de madera, las calderas de hidrógeno y las redes de calor para zonas densamente pobladas.
Es probable que se ofrezca a los propietarios un mosaico de soluciones, incluidas las bombas de calor, en lugar de una solución de calefacción descarbonizada única.
Tipos de bombas de calor
Hay diferentes tipos de bombas de calor: las de aire, las de suelo y las híbridas.
Bomba de calor de aire
Una bomba de calor de aire toma el calor del aire y lo eleva a una temperatura más alta.
Hay dos tipos principales de bombas de calor aerotérmicas: aire-agua y aire-aire.
Las bombas de calor aire-agua toman el calor del aire exterior y lo introducen en su sistema de calefacción central húmeda (similar a la calefacción central de gas existente). Como el calor producido es más frío que el de una caldera convencional, es posible que tenga que instalar radiadores más grandes o suelo radiante en su casa para aprovecharlo al máximo. Las bombas de calor aire-agua pueden ser las más adecuadas para las viviendas de nueva construcción o las que son energéticamente eficientes.
Las bombas de calor aire-aire toman el calor del aire exterior y lo introducen en la vivienda mediante ventiladores. Este tipo de sistema puede utilizarse para la calefacción, pero no puede producir agua caliente.
Bomba de calor geotérmica
Un sistema de bomba de calor geotérmica aprovecha el calor natural del subsuelo bombeando agua a través de tuberías. La bomba de calor aumenta entonces la temperatura y el calor se utiliza para proporcionar calefacción o agua caliente en el hogar.
La bomba desempeña la misma función que una caldera en un sistema de calefacción central. Pero utiliza el calor ambiental del suelo, en lugar de quemar combustible para generar calor.
Los sistemas de bomba de calor geotérmica se componen de un bucle de tierra (una red de tuberías de agua enterradas; cuanto más grande sea la casa y las necesidades de calefacción, mayor será el bucle) y una bomba de calor a nivel del suelo.
Una mezcla de agua y anticongelante se bombea alrededor del bucle de tierra y absorbe el calor natural almacenado en el suelo. La mezcla de agua se comprime y pasa por un intercambiador de calor, que extrae el calor y lo transfiere a la bomba de calor. A continuación, el calor se transfiere al sistema de calefacción de su casa.
A continuación, puede utilizar este calor en un radiador, para el agua caliente o en un sistema de calefacción por suelo radiante.
Bomba de calor híbrida
Un sistema de bomba de calor híbrido, también llamado sistema de energía dual, integra una bomba de calor (de fuente de aire o de tierra) con su sistema de calefacción de caldera de gas tradicional, o incluso con su caldera de hidrógeno en el futuro.
Un sistema de calefacción híbrido controla la temperatura exterior y elige automáticamente la opción más eficiente desde el punto de vista energético para mantener su casa siempre caliente y el agua caliente.
¿Cómo pueden las bombas de calor reducir nuestras emisiones si funcionan con electricidad?
Las bombas de calor utilizan electricidad, pero pueden producir entre dos y tres veces más calor del que consumen en electricidad.
Los sistemas de bombas de calor están diseñados para extraer una mayor cantidad de energía térmica del entorno que la que consumen para crear calor.
Además, la propia generación de electricidad está avanzando hacia la red cero. Las fuentes de energía renovables, como la energía solar y la energía eólica, alimentan cada vez más nuestros sistemas, lo que significa que la electricidad que se utiliza para alimentar las bombas de calor es cada vez más limpia.
¿Las bombas de calor pueden utilizarse también como climatizadores de aire?
Sí, el ciclo de la bomba de calor es totalmente reversible y las bombas de calor pueden proporcionar climatización durante todo el año en el interior, calentando en invierno y enfriando en verano.
¿Cuánto duran las bombas de calor?
Los sistemas de calefacción y refrigeración del hogar son caros, por lo que es comprensible que los propietarios esperen que esta inversión les dure muchos años.
Una bomba de calor ofrece una solución eficiente y completa de calefacción y refrigeración en un solo sistema, mientras que la tecnología convencional de HVAC requiere la compra de dos sistemas separados, como un horno y un aire acondicionado. Pero, ¿se ve comprometida la vida útil de una bomba de calor por su doble funcionalidad? ¿Cuánto duran las bombas de calor?
Vida útil de una bomba de calor
La vida útil de una bomba de calor sigue siendo objeto de debate, pero en general se acepta que las bombas de calor duran entre 10 y 15 años, aunque algunos expertos afirman que una bomba de calor correctamente instalada y mantenida debería durar entre 20 y 25 años. Pero, en definitiva, la vida útil de la bomba de calor depende del modelo, la frecuencia de uso y el mantenimiento.
Actualmente, los sistemas convencionales de calefacción y refrigeración, como los hornos y los aires acondicionados, probablemente duren unos años más que un sistema de bomba de calor.
Sin embargo, a diferencia de estas soluciones, las bombas de calor están en funcionamiento durante todo el año.
Además, la tecnología de las bombas de calor mejora constantemente, por lo que es probable que su vida útil siga aumentando.
Mantenimiento de una bomba de calor.
El consumo de energía de una bomba de calor varía considerablemente según el mantenimiento que tenga.
Al igual que cualquier otro sistema de climatización, el rendimiento de las bombas de calor disminuirá con el tiempo hasta que sea necesario sustituirlas.
Sin embargo, el mantenimiento adecuado aumenta la vida útil y la eficiencia de una bomba de calor, deben ser revisados por un profesional al menos una vez al año para comprobar cosas como las obstrucciones, fugas en los conductos, el flujo de aire, y más.
Para optimizar su sistema tanto en la temporada de calefacción como en la de refrigeración, lo mejor es recibir un mantenimiento profesional dos veces al año.
Además, el mantenimiento en el hogar puede ayudar a prolongar la vida útil de su bomba de calor al tiempo que mitiga la escalada de problemas evitables en las necesidades de servicio más grandes; la limpieza periódica de los filtros de aire y su unidad exterior prevenir las obstrucciones del flujo de aire para aumentar la eficiencia.
Señales de que ha llegado el momento de sustituir la bomba de calor.
Incluso la bomba de calor mejor mantenida se enfrenta a un inevitable declive con el tiempo.
Después de una década y media o más de control de la temperatura, podría empezar a experimentar signos de que podría ser el momento de reemplazar su sistema de bomba de calor.
Por ejemplo, el aumento de las facturas de energía y/o la mala calidad del aire interior pueden indicar que el rendimiento de tu sistema está disminuyendo.
Del mismo modo, si tu sistema envejecido requiere reparaciones frecuentes, puede ser más rentable sustituirlo en lugar de reparar continuamente sus averías.
Para entender mejor la causa de cualquier problema con tu sistema de bomba de calor y si la sustitución o la reparación es la mejor opción para ti, lo mejor es consultar con un instalador de confianza.
