Las bombas de calor para calefacción y refrigeración

Las bombas de calor para calefacción y refrigeración.

La generación de calor en un edificio se solía realizar tradicionalmente mediante chimeneas u hogares.  Posteriormente se comenzaron a sofisticar los sistemas de producción apareciendo las calderas de combustión con hogar cerrado alimentadas por carbón o leña,  gasoleo y en última instancia gas o electricidad. Pero a principios del siglo XX en Estados Unidos se comenzó a utilizar equipos de acondicionamiento de aire en edificios comerciales. En 1903 el edificio Fuller de Daniel Burnham, más conocido como Flatiron incorporó sistemas de climatización que incluyen la refrigeración. A partir de entonces los sistemas de ciclo reversible capaces de dar calor y frío indistintamente comienzan a instalarse en todo tipo de edificios.

Cómo funcionan las bombas de calor para calefacción y refrigeración

Las bombas de calor para calefacción y refrigeración. Las bombas de calor sirven tanto para refrigerar en verano como para calefactar en invierno. Su rendimientos van a variar en función al sistema elegido para condensar el gas, aire o agua y también de si  estamos utilizando la bomba de calor para producir frío o calor.

Los rendimientos COP y ERR nos indican la relación entre KW de entrada y salida, el KWh eléctrico consumido y Kwh térmico producido, y son una variable muy importante para decidir el sistema a instalar dentro del edificio. Eso si, que nadie se confunda, la energía no se crea de la nada, así que hablar de rendimientos por encima de 1 no significa que multipliquemos los kw de electricidad, simplemente los transformamos.

Cuando las bombas de calor trabajan mediante sistemas de aire tenemos peor rendimiento tanto en  frío como en calor, además de ocasionar el calentamiento del aire en verano alrededor de las máquinas de condensación, lo que hace que las ciudades contribuyan a aumentar la temperatura ambiente durante los meses más calurosos. Sin embargo, este es el sistema que más se ha implantado durante las últimas décadas, ya que se adapta a múltiples situaciones y cubre demandas que van desde la climatización de una pequeña habitación con la típica mochila exterior y split interior a edificios completos con complejos sistemas de conductos y condensadoras en cubierta.

Cuando la condensación se realiza por agua, lo más común es que ésta se enfríe mediante torres de refrigeración en las que el agua se pulveriza haciendo pasar simultáneamente a través de la torre una corriente de aire, con lo que se consigue que parte del agua se evapore y se produzca el enfriamiento adiabático. Este es el sistema más eficiente para producir frío, pero tiene como contrapartida el riesgo de la contaminación del aire por legionella.

La bomba de calor para calefacción y refrigeración más eficiente es aquella que para la condensación por agua, enfría esta haciéndola pasar por un circuito enterrado en el subsuelo, es lo que se denomina geotermia de baja temperatura. Aunque hoy en día la aerotermia, que basicamente utilzia el aire, se ha convertido en una alternativa muy interesante bajo determinadas condiciones.

En verano, una bomba de calor enfría agua o directamente aire, alimentando posteriormente a los distintos sistemas de distribución: fan coils, unidades de tratamiento de aire, etc... En invierno, la bomba de calor calienta aire o agua en un proceso inverso al que se realiza en verano. El problema es que el rendimiento de una bomba de calor con temperaturas inferiores a 5 °C cae en picado, ya que el gas licuado permanece en estado líquido, es aquí donde la geotermia de baja temperatura consigue optimizar el rendimiento de una bomba de calor en invierno, ya que pone en contacto el gas licuado con agua que pasa por el subsuelo y llega a la máquina a temperaturas de 12 a 16 °C.

En conclusión, las bombas de calor son una alternativa muy interesante para refrigerar y calefactar nuestros edificios. En el caso de primar la calefacción, es necesario estudiar detenidamente los condicionantes externos que afectarán al rendimiento de la bomba de calor, ya que como hemos visto, en zonas muy frías, con temperaturas inferiores a los 5 °C, una bomba de calor que funcione en un proceso aire aire, puede resultar muy poco eficiente.

Por otro lado, hay que tener también en cuenta el sistema elegido para calentar o refrigerar un edificio, ya que no es lo mismo hacerlo mediante aire que mediante sistemas de circuitos cerrados de líquidos. Dependiendo de las necesidades de nuestro edificio, será más eficiente un sistema otro. Por ejemplo, si tenemos que calentar una sala de convenciones que va ser utilizada durante pocas horas y está muy bien aislada al interior, resulta mucho más eficiente utilizar una bomba de calor que expulse  aire caliente. Sin embargo, si necesitamos calefactar un edificio que va ser utilizado durante muchas horas al día, puede resultar interesante aprovechar la inercia térmica de los elementos constructivos para aumentar la eficiencia de nuestro sistema de calefacción.

Foto: la foto muestra una bomba de calor para un sistema de geotermia de baja temperatura.