Bomba de calor Ariston NUOS

La Directiva 2009/28/CE* relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables, publicada a mediados del año pasado, es una directiva que marca una diferencia en cuanto a que por primera vez, se contempla la energía aerotérmica como fuente de energía renovable. Una de las energías más usadas por las bombas de calor.

Esta decisión tomada por la Unión Europea es una acción decisiva que no solamente va en la línea de conseguir los objetivos 20/20/20 (reducir un 20% las emisiones de CO₂ con respecto las de 1990, reducir un 20% el consumo de energía y producir un 20% de la energía primaria con fuentes renovables) sino que también colaborará a potenciar el desarrollo y el uso de este tipo de tecnología. Es de esperar que la próxima Ley de sostenibilidad prevista para finales de este año en España trate el tema con los mismos términos.

La bomba de calor AIRE-AGUA utiliza la temperatura del aire ambiente para calentar el agua sanitaria. Aunque requiere una alimentación eléctrica, en su ciclo normal de funcionamiento no utiliza la electricidad directamente para calentar el agua sino que realiza un uso más racional, logrando el mismo resultado pero de una manera mucho más eficiente.

La bomba de calor debe su nombre al hecho de que logra transferir calor de un nivel inferior de temperatura a uno superior, invirtiendo así el flujo natural del calor que, como todos conocemos a través de la experiencia, solamente puede ir de un nivel de temperatura más alto a otro más bajo.

La ventaja de usar la bomba de calor reside en su capacidad de suministrar más energía útil (en forma de calor) de la que utiliza para su funcionamiento (energía eléctrica), pudiendo llegar a producir un ahorro del 70% respecto a un sistema de calentamiento tradicional como gas, electricidad o gasóleo.

Para explicar el funcionamiento de esta tecnología utilizaremos una bomba de calor de pequeñas dimensiones, destinada a aplicaciones domésticas como es NUOS de 80 – 100 y 120  litros de capacidad.

Componentes de la bomba de calor Ariston NUOS

Nuos consta básicamente de dos partes, el grupo bomba de calor situado en la parte superior y el depósito de acumulación en la parte inferior. La bomba de calor se basa en aprovechar la energía que producen los cambios de estado del fluido refrigerante. Este fluido circula por el interior de un circuito cerrado que consta de:

1. El compresor, cuyo trabajo permite el desarrollo del proceso y que requiere de electricidad para su funcionamiento. Este es el componente que supone la mayor parte del consumo de energía eléctrica de NUOS.
2. El condensador. Intercambiador de calor situado a lo largo del calderín y a través del cual el fluido refrigerante en forma de vapor cede toda su energía al agua del depósito. A medida que va cediendo la energía condensa y vuelve a estado líquido.
3. Válvula de expansión. Componente del circuito por el que pasa el fluido refrigerante  y que por medio de su cambio de sección, supone una reducción brusca de la presión y también un descenso notable de la temperatura.
4. Evaporador. Otro intercambiador de calor situado en la parte superior, que a través de su superficie ampliada por un sistema de aletas, permite el intercambio entre el fluido refrigerante y el aire ambiente. En este intercambiador el fluido refrigerante pasa a estado vapor.

Como la energía térmica solamente puede ir de un nivel de energía más alto a otro más bajo, el fluido refrigerante presente en el evaporador, necesariamente debe estar a una temperatura menor que la del aire ambiente. Por otra parte, el fluido refrigerante situado en el condensador debe tener también necesariamente, una temperatura superior a la del agua a calentar en el depósito para poder cederle energía.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento de la bomba de calor se puede estructurar en 4 pasos:

-       En el primer paso, el fluido refrigerante se encuentra a baja temperatura y a baja presión y por lo tanto, en estado líquido. El aire aspirado del ambiente pasa a través del evaporador, dónde el fluido refrigerante absorbe la temperatura del aire ambiente y cambia de estado. Al mismo tiempo, el aire es expulsado a una temperatura más baja.

-       El fluido refrigerante llega al paso 2 en forma de vapor pero todavía a baja presión. Pasándolo a través del compresor se produce un aumento de la presión con el consiguiente aumento de temperatura.

-       Como resultado se obtiene vapor en un estado elevado de energía. Este vapor situado en el paso 3 es el que circula por el condensador situado a lo largo del calderín donde va cediendo toda la energía al agua acumulada, volviendo así a estado líquido.

-       En el último paso del proceso, el fluido refrigerante ya en estado líquido se hace pasar por la válvula de expansión para obtener de nuevo el fluido en sus condiciones iniciales, es decir,  a baja presión y a baja temperatura. De esta forma se puede volver a iniciar el proceso.

3.- Rendimiento

Una vez conocido el funcionamiento de este proceso y para poder hablar de la eficiencia de la bomba de calor, debemos recurrir al COP (Coefficient of Performance) o lo que es lo mismo, un coeficiente de rendimiento. Este coeficiente nos da una relación entre la potencia suministrada y la potencia consumida. En este caso, una relación entre el calor cedido al agua a calentar y la energía eléctrica consumida principalmente por el compresor.

El COP es variable según el tipo de bomba de calor y según las condiciones a las que se refiere su funcionamiento. Un COP de 3, significa que por cada 1kW de energía consumida se producen 3 kW.

Valores de COP para cada uno de los modelos de NUOS.

(*): Valores obtenidos con temperatura del aire a 20ºC, una humedad relativa del 37% y una temperatura del agua de entrada a 15ºC (según lo previsto por la EN 255-3).

Teniendo en cuenta el rango de temperaturas dentro del cual funciona la bomba de calor (de 10 a 37ºC), en relación con las características del fluido refrigerante y la temperatura de la fuente gratuita de energía (en este caso el aire ambiente), NUOS funcionando solamente con la bomba de calor puede calentar el agua acumulada hasta alcanzar una temperatura de 55ºC. Temperatura totalmente adecuada para satisfacer todos los usos en el ámbito doméstico.

De todas formas, la bomba de calor también lleva instalada una resistencia de 1200 W que ofrece otras posibilidades como acelerar la puesta a régimen, combinando su funcionamiento con el de la bomba de calor y permitiendo alcanzar los 65ºC. Temperatura que también se utiliza para hacer ciclos de protección contra la legionela.

4.- Tiempos de calentamiento y consumos

A continuación se exponen los gráficos de tiempos de calentamiento y consumos energéticos para la bomba de calor de 80 litros comparándolo al tiempo y consumo necesario de un sistema tradicional con 1.200 W de potencia y un ?T de 45ºC.

Se observa que a una temperatura ambiente de 20ºC, la bomba de calor consume unos 1,2 kW/h frente a los 3,9 kW/h que consumiría un sistema tradicional. Esto implica un 70% de ahorro.

A continuación se exponen los tiempos de calentamiento:

Como se puede observar, la bomba de calor en modo ECO (funcionamiento exclusivo de la bomba de calor) necesita mayor tiempo para calentar el agua acumulada pero en cuanto a consumos puede suponer hasta un 70% de ahorro con respecto al termo. Incluso funcionando en modo FAST(bomba de calor y resistencia simultáneamente) puede reducir el consumo hasta un 30% con respecto al consumo eléctrico de un sistema tradicional.

5.- Conclusiones

En cuanto a instalación la bomba de calor tiene todas las ventajas posibles frente a una instalación de energía solar ya que se podría equiparar a  la instalación de un termo eléctrico tradicional, sólo que la bomba de calor consume tres veces menos.

Además del ahorro que puede llegar a suponer también hay que considerar otros efectos que produce su funcionamiento. El aire que expulsa, a diferencia de otros sistemas de calentamiento de agua sanitaria, no solamente no es el resultado de ningún tipo de combustión sino que es aire fresco. De esta forma, las bombas de calor contribuyen aunque sea en pequeña medida a la reducción del calentamiento global y también a la reducción de emisiones de CO₂. De hecho, se ha estimado que una bomba de calor de 80 litros permite reducir 480 kg/año de CO₂ vinculado a la producción de energía eléctrica.

En resumen, la finalidad de la bomba de calor es llevar a otro nivel el concepto de calentamiento de agua sanitaria. Un sector en el que el concepto de eficiencia energética hasta ahora casi no tenía lugar. La bomba de calor supone un paso importante hacia la eficiencia y el ahorro energético utilizando como fuente de energía algo tan simple como el propio aire ambiente. Todo ello con un producto más flexible, más sencillo de instalar y más económico que otros equipos que se aprovechan de las energías renovables como el sol o la temperatura de la tierra. Además de ajustarse en mayor medida a las necesidades reales de la vivienda y ser más accesible al usuario.

* DIRECTIVA 2009/28/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 23 de abril de 2009 relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables y por la que se modifican y se derogan las Directivas 2001/77/CE y 2003/30/CE. Directiva disponible en http://eur-lex.europa.eu/

Más información:

Bomba de calor Nuos de Ariston