Instalación de aerotermia: integración en una instalación de calefacción existente

• Integración de una bomba de calor en una instalación de calefacción existente.
• Funcionamiento híbrido bomba de calor-caldera.
• Factura energética de una antigua instalación de gas o gasóleo existente.
• Reducción de la factura energética con la bomba de calor.
• Reducción de emisiones y huella de carbono. 

Integración de bomba de calor aerotérmica en una instalación de calefacción y ACS existente: aspectos técnicos y prácticos

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En este caso vamos a considerar un equipo de capacidad calorífica un poco inferior al de la caldera, ya que las bombas de calor nos permiten adaptarnos mejor a la demanda energética ya en el diseño de la instalación.

En este ejemplo consideraremos un equipo de aerotermia que producirá calefacción, aire acondicionado y ACS de potencia calorífica 14,65 kW con los siguientes elementos:

Localizaremos un lugar donde poder instalar el modulo exterior teniendo en cuenta que pueden llegar a pesar hasta 150 kg en función de la potencia instalada.

Tener en cuenta que tenemos que comunicar el modulo exterior con el módulo interior mediante tubería y cableado adecuados, por lo que debemos buscar un equilibrio razonable para su ubicación, reduciendo al máximo la distancia que los separa buscando perforar el mínimo de paredes posible.

Muy importante también respetar las distancias mínimas de instalación que nos facilita el fabricante del equipo. Debe ser un lugar bien ventilado a poder ser al aire libre.

Cuando el módulo exterior está muy cerca de los vecinos, puede colocarse una pantalla acústica para reducir la contaminación acústica evitando así las quejas de los mismos.

Es conveniente pensar que el módulo exterior produce agua constantemente e instalar un desagüe, si esta agua de condensación puede producir molestias o riesgos a las personas por acumulación (resbalones, descargas eléctricas, inundaciones, etc).

En un equipo de estas características la unidad interior tiene varias conexiones hidráulicas que comentaremos a continuación:

En la siguiente figura, podemos ver un detalle de las tuberías que llegan y salen del módulo interior. Algunas como las de impulsión y retorno de calefacción las encontramos en antiguas calderas. En estos sistemas es usual tener un retorno de ACS ya que facilita el calentamiento del agua por acumulación.

Actualmente existen en el mercado equipos compactos (Monobloc) que pueden producir directamente Agua Caliente, en los que no es necesario instalar tubería frigorífica y todas sus conexiones son hidráulicas por lo que es factible la instalación sin tener acreditación en gases fluorados. 

Funcionamiento híbrido bomba de calor-caldera: esquema de instalación

Hay que tener en cuenta que los equipos bomba de calor, tienen dificultad para elevar la temperatura de los radiadores a las temperaturas en que puede hacerlo una caldera, por lo que si la intención es no acometer reformas importantes y aprovechar los beneficios de la calefacción por aerotermia, estas instalaciones pueden coexistir con una caldera antigua, aprovechando la red de radiadores y trabajar solo cuando su capacidad permita calentar el agua a unas temperaturas suficientes para caldear las estancias.

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En ocasiones con pequeñas reformas en aislamiento, podemos obtener grandes ahorros energéticos que contribuyen a utilizar menos la caldera en favor de la bomba de calor permitiendo ahorrar en la factura.

Si desde el principio se diseña la instalación con la posibilidad de poder elegir qué generación de calor nos interesa más, un sistema hibrido de Bomba de Calor- Caldera, podemos tener un mejor control independientemente de las condiciones climáticas. Estos sistemas son imprescindibles en lugares en los que es habitual días de frio extremo.

Algunos equipos están diseñados con “Configuración del modo de funcionamiento híbrido de un suministro hidráulico de apoyo”. Para ello es necesario fijar unos rangos de temperaturas  (como la temperatura mínima exterior de bomba Temperatura Bivalencia) entre sistemas que nos permitirá alternar entre ellos automáticamente en función de las siguientes causas:

• Cuando la temperatura exterior se hace tan extrema que el equipo bomba de calor no tiene capacidad suficiente para aumentar la temperatura, a ello puede contribuir temperaturas muy bajas o altos niveles de humedad ambiental, que pueden provocar el colapso del sistema por congelación del equipo, en estos casos la bomba de calor tiene que invertir el ciclo a refrigeración.
• Cuando el sistema demanda en función de la curva de calefacción (dependiendo de la temperatura exterior, el aislamiento de la vivienda y el dimensionado de los radiadores) una temperatura superior a la que puede generar la bomba de calor. Hoy en día muchos fabricantes incorporan de serie el Ajuste de la curva de calefacción que puede facilitar el control del sistema hibrido, al saber con exactitud la temperatura exterior a partir de la cual dejara de ser rentable la calefacción por bomba de calor.

• Puede llegar también un momento en el que el coste económico y ambiental de generar calor, en condiciones de frio extremo sea superior con la bomba de calor, aunque debido a la alta eficiencia conseguida por estos equipos, este punto cada vez es más complicado que ocurra, ya que consiguen trabajar en condiciones extremas hasta temperaturas exteriores de hasta -20^oC.

En la siguiente figura, un esquema de principio de una instalación de aerotermia, en este caso con caldera de apoyo.

En algunas instalaciones de aerotermia, el módulo exterior puede comunicase con dos tubos frigoríficos de diferente diámetro con el modulo interior que hace les funciones de caldera.

En lugar de quemar combustible extrae el calor del ambiente exterior.

En la desviación a aire acondicionado la V3V es para evitar condensaciones en los radiadores en el momento de poner el sistema en refrigeración. Si por el contrario utilizamos suelo radiante-refrescante, será necesario instalar un ventilo-convector en cada zona de suelo radiante-refrescante y conveniente poner algún tipo de control de temperatura de rocío para evitar condensaciones en el suelo refrescante.

En la sala técnica donde se instale el módulo interior, puede ser conveniente tener cerca un desagüe para poder vaciar la instalación de calefacción y la de ACS, que puede ser fijo o mediante manguera.

El igual que en los sistemas con caldera, es conveniente siempre conducir la descarga de la válvula de seguridad del circuito a un desagüe con visor para tener mejor control de la funcionalidad del vaso de expansión.

Si la válvula de seguridad descargara, podría ser necesaria la instalación de un vaso de expansión externo al equipo.

En otros sistemas aerotérmicos el módulo exterior trata directamente transmitiendo calor a un circuito de agua mediante un intercambiador interno (refrigerante – agua), para intercambiar con un segundo intercambiador entre el circuito primario y el secundario del ACS obligatorio por normativa al ser agua para consumo humano.

En la figura anterior vemos que el agua fría pasa por este segundo intercambiador en este caso un Inter acumulador, esto permite precalentar el agua consiguiendo un importante ahorro energético ya que es en este rango de temperaturas en el que la bomba de calor rinde mas.

En caso de que el cambio fuera forzado por una avería de la caldera, se podría terminar de calentar el agua con una resistencia en el Inter acumulador. 

Factura energética de una antigua instalación de gas existente

Imaginemos una antigua caldera de gas del tipo mural estanca de calefacción y ACS, con un rendimiento estimado del 92,8% del PSI que será un 84,15% del PCS, es decir una caldera que nos pierde por chimenea un 15,84% de la energía que pagamos trabajando al 100% (cuando trabaja al 30% el rendimiento desciende al 90,5% del PSI que será un 82,07% del PCS, es decir que en ese caso nos pierde por chimenea un 17,92% de la energía que pagamos)

Si optamos por sustituir la caldera por una de condensación, tienen mejor rendimiento, pero solo ahorraremos (ya veremos cuanto ahorramos) si sustituimos los radiadores por unos de baja temperatura, estos son más voluminosos por lo que nos veremos obligados posiblemente a cambiar nuestra decoración.

En este ejemplo vamos a considerar una caldera de gas de 24 kW en una vivienda unifamiliar en la que consumen de media al año 17.104 kWh en gas natural, de los cuales 16.001 kWh se emplean para la producción de calefacción y ACS (según tarifa regulada 3.2 para este consumo). A 0,0792892 €/kWh serían 1.268,73 €/año, debido a calefacción y a ACS (en este computo está descartado el consumo de gas en cocina según datos estadísticos de IDAE que será de 1.098 kWh). 

Reducción de la factura energética con la bomba de calor

Para realizar este trabajo, la bomba de calor utiliza energía eléctrica llegando a cuatriplicar la energía invertida, por lo que está reconocida como una energía renovable al superar el baremo establecido de acuerdo con la Norma EN 14.825:2012 llamado SCOPnet superior a 2,5.

Continuando con el equipo estimado en el apartado de "integración de una bomba de calor",  estimamos un COP de 4,22 con una temperatura del aire exterior +7 °C, temperatura del agua en la salida +35 °C en calefacción y de 2,72 en ACS con una temperatura de consigna del agua: 53 °C, una temperatura exterior de 7 °C y una temperatura del aire interior de 20 °C.

La factura energética para que este equipo produzca en un año 11.704 kWh en calefacción y 4.297 kWh en ACS pagando 0,178208 €/kWh seria de 775,80 € anuales que comparados con los 1.268,73 € anuales que consume la caldera de gas anterior nos deja un saldo de ahorro favorable a la instalación de aerotermia. 

Reducción de emisiones y la huella de carbono

La instalación de aerotermia nos deja la satisfacción de haber contribuido a reducir la huella de carbono

Según la calculadora de huella de carbono de ECODES sería de  1.784,73 Kg de CO2 eq sin energía verde contratada que se reduce a 0 Kg de CO2 eq contratando energía verde

En gas natural es de 0,202 kg CO2 eq/kWh por lo que los 16.001 kWh de gas natural producirían 3.232,20 Kg de CO2 eq.

Después de analizar los datos obtenidos en este estudio podemos llegar a la conclusión de que una instalación de aerotermia nos permite ahorrar reduciendo nuestro impacto medioambiental y reduciendo la huella de carbono a 0 Kg de CO2 eq cambiando los sistemas antiguos de calefacción y ACS de gas natural por sistemas que consuman energías renovables.

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