Bomba de calor: qué es, cómo funciona, tipos y rendimiento
- Escrito por Idoia Arnabat CALORYFRIO
Una bomba de calor es un sistema de climatización que extrae energía térmica del aire (aerotermia), el agua (hidrotermia) o el terreno (geotermia) y la transfiere a un edificio para producir calefacción, refrigeración o agua caliente sanitaria (ACS). Su funcionamiento se basa en un circuito frigorífico y permite aprovechar energía disponible en el entorno.
Se trata de un sistema de climatización capaz de transferir energía térmica desde un foco a menor temperatura hacia otro a mayor temperatura. Como hemos comentado, puede aprovechar la energía disponible en el aire, el agua o el terreno para producir calefacción, refrigeración y, en determinados equipos, agua caliente sanitaria (ACS).
Su principal característica es que no genera todo el calor que entrega a partir de la electricidad que consume, sino que utiliza esa energía eléctrica para accionar un ciclo frigorífico capaz de captar y transportar calor procedente del entorno. Por este motivo, las bombas de calor pueden alcanzar rendimientos energéticos muy elevados cuando el equipo, la instalación y los emisores están correctamente dimensionados.
La bomba de calor se ha convertido además en una de las tecnologías centrales del proceso de electrificación y descarbonización de la climatización de edificios, tanto en obra nueva como en rehabilitación.
- ¿Qué es una bomba de calor?
- ¿Cómo funciona una bomba de calor?
- Tipos de bombas de calor
- Diferencia entre bomba de calor y aerotermia
- Partes de una bomba de calor
- ¿Para qué sirve una bomba de calor?
- Rendimiento: COP y SCOP
- ¿De qué depende su eficiencia?
- Bomba de calor y sistemas emisores
- Ventajas de la bomba de calor
- Refrigerantes y bomba de calor
- Normativa aplicable
¿Qué es una bomba de calor?
Una bomba de calor es una máquina térmica que utiliza un circuito frigorífico para transportar calor entre dos focos a distinta temperatura. Para hacerlo necesita un aporte de energía, normalmente eléctrica, que permite accionar principalmente el compresor del sistema.
El principio es similar al de un frigorífico doméstico. Un frigorífico extrae calor de su interior y lo cede a la estancia. Una bomba de calor aplicada a climatización utiliza el mismo principio termodinámico para captar calor de un foco y transferirlo a otro.
Dependiendo del equipo y de la instalación, ese intercambio puede realizarse entre aire y aire, aire y agua, agua y agua o entre el terreno y un circuito hidráulico.
Cuando una bomba de calor es reversible, el ciclo puede invertirse para proporcionar tanto calefacción en invierno como refrigeración en verano.
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Información independiente sobre la tecnología de bomba de calor, sus aplicaciones y su papel en la descarbonización de los edificios.
¿Cómo funciona una bomba de calor?
Una bomba de calor funciona haciendo circular un refrigerante por un circuito cerrado en el que se suceden evaporación, compresión, condensación y expansión. Estos cambios de presión, temperatura y estado permiten absorber calor de un medio y cederlo posteriormente a otro.
De forma simplificada, el ciclo de una bomba de calor en modo calefacción puede dividirse en cuatro etapas:
- Evaporación. El refrigerante circula por el evaporador a baja presión y baja temperatura. Allí absorbe energía térmica del foco exterior —por ejemplo, el aire— y se evapora.
- Compresión. El refrigerante en estado gaseoso entra en el compresor. Al aumentar su presión, aumenta también su temperatura.
- Condensación. El refrigerante caliente atraviesa el condensador, donde cede energía al medio que se quiere calentar, ya sea aire o agua. Al perder calor, el refrigerante se condensa.
- Expansión. El refrigerante atraviesa la válvula de expansión, donde disminuyen bruscamente su presión y su temperatura. El fluido vuelve así a las condiciones necesarias para iniciar de nuevo el ciclo.
En una bomba de calor reversible, una válvula de inversión modifica el sentido del ciclo frigorífico. Así, el sistema puede extraer calor del interior del edificio y expulsarlo al exterior para proporcionar refrigeración.
Tipos de bombas de calor
Las bombas de calor pueden clasificarse en función del medio del que extraen la energía térmica y del medio al que la transfieren. Esta clasificación resulta más precisa que considerar la aerotermia como un tipo independiente de equipo, ya que la aerotermia hace referencia a la fuente energética —el aire— y no a un ciclo termodinámico diferente.
| Tipo de bomba de calor | Fuente | Medio de distribución | Aplicaciones habituales |
|---|---|---|---|
| Aire-aire | Aire exterior | Aire interior | Calefacción y refrigeración |
| Aire-agua | Aire exterior | Circuito de agua | Calefacción, refrigeración y ACS |
| Agua-agua | Agua | Circuito de agua | Calefacción, refrigeración y ACS |
| Geotérmica | Terreno | Circuito hidráulico | Calefacción, refrigeración y ACS |
Bomba de calor aire-aire
La bomba de calor aire-aire extrae energía térmica del aire exterior y la transfiere directamente al aire del interior del edificio. Es el principio utilizado por muchos sistemas de aire acondicionado con bomba de calor.
Cuando el equipo es reversible puede proporcionar calefacción durante el invierno y refrigeración durante el verano. Puedes consultar con más detalle el funcionamiento de una bomba de calor aire-aire.
Bomba de calor aire-agua
La bomba de calor aire-agua toma energía del aire exterior y la transfiere a un circuito de agua. Ese agua puede utilizarse posteriormente para alimentar sistemas como suelo radiante, techo radiante, fancoils, radiadores dimensionados para baja temperatura o depósitos de agua caliente sanitaria.
Es una de las configuraciones más extendidas de las bombas de calor aerotérmicas y puede constituir un sistema integral de climatización y ACS. Aquí explicamos en profundidad el funcionamiento de la bomba de calor aire-agua.
Bomba de calor agua-agua
En una bomba de calor agua-agua, el intercambio energético se realiza con una fuente de agua o con un circuito hidráulico conectado a una fuente térmica y posteriormente se transfiere esa energía a otro circuito de agua destinado a climatizar el edificio.
Su diseño depende en gran medida de las características de la fuente disponible y de las condiciones concretas de la instalación.
Bomba de calor geotérmica
La bomba de calor geotérmica intercambia energía con el terreno, normalmente mediante sondas o circuitos enterrados por los que circula un fluido caloportador.
Una de sus características es que la temperatura del terreno presenta una mayor estabilidad que la del aire exterior, aunque este tipo de sistemas necesita una instalación de captación específica y un estudio previo del terreno y de las necesidades del edificio.
En Caloryfrio.com puedes consultar nuestra guía sobre cómo funciona una bomba de calor geotérmica.
¿Qué diferencia hay entre bomba de calor y aerotermia?
Bomba de calor y aerotermia no son exactamente lo mismo. La bomba de calor es la máquina que realiza la transferencia de energía térmica mediante un ciclo termodinámico, mientras que la aerotermia hace referencia a la energía disponible en forma de calor en el aire ambiente.
Por tanto, una bomba de calor aerotérmica es aquella que utiliza el aire como fuente de energía. Dentro de esta categoría pueden encontrarse, por ejemplo, sistemas aire-aire y aire-agua.
La aerotermia tampoco debe identificarse únicamente con los equipos aire-agua para suelo radiante y ACS. Un equipo aire-aire también aprovecha energía aerotérmica.
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Para profundizar en esta cuestión puedes consultar nuestro artículo sobre las diferencias entre bomba de calor y aerotermia y nuestra guía sobre qué es la aerotermia.
Partes de una bomba de calor
Aunque la configuración concreta depende del tipo de equipo, el circuito frigorífico de una bomba de calor por compresión de vapor cuenta con cuatro componentes fundamentales:
Compresor
El compresor aspira el refrigerante en estado gaseoso y aumenta su presión. Como consecuencia de la compresión también aumenta la temperatura del refrigerante.
Es uno de los principales consumidores de energía eléctrica del sistema y su funcionamiento tiene una influencia directa sobre el rendimiento de la bomba de calor.
Condensador
El condensador es el intercambiador en el que el refrigerante cede calor al medio que se quiere calentar. En una bomba de calor aire-agua trabajando en calefacción, por ejemplo, transfiere energía al agua del circuito hidráulico.
Válvula de expansión
La válvula de expansión reduce la presión del refrigerante antes de que este llegue al evaporador. La caída de presión provoca también una disminución de su temperatura y permite preparar el fluido para volver a absorber calor.
Evaporador
El evaporador es el intercambiador en el que el refrigerante absorbe energía térmica de la fuente exterior. Para que exista transferencia de calor, la temperatura de evaporación del refrigerante debe ser inferior a la temperatura del medio del que se quiere captar energía.
A estos componentes se suman otros elementos esenciales para el funcionamiento y control de una instalación real: ventiladores, bombas circuladoras, intercambiadores, válvulas, sensores, sistemas de regulación, acumuladores o depósitos de inercia, según la configuración.
¿Para qué sirve una bomba de calor?
Una bomba de calor puede cubrir diferentes servicios térmicos de un edificio. La capacidad concreta dependerá del tipo de equipo y de cómo se haya diseñado la instalación.
Bomba de calor para calefacción
En invierno, la bomba de calor puede captar energía del aire, el agua o el terreno y transferirla al interior del edificio.
En los equipos aire-aire, la energía se entrega directamente al aire interior. En los sistemas aire-agua, agua-agua o geotérmicos puede distribuirse mediante un circuito hidráulico.
Bomba de calor para refrigeración
Una bomba de calor reversible puede invertir su funcionamiento durante el verano para extraer calor del interior del edificio y transferirlo al exterior.
La refrigeración puede realizarse directamente mediante aire acondicionado inverter o utilizando sistemas hidráulicos como fancoils o superficies radiantes diseñadas también para trabajar en modo refrescante.
Bomba de calor para agua caliente sanitaria
Las bombas de calor también pueden producir agua caliente sanitaria, ya sea como función integrada dentro de un sistema de climatización o mediante equipos específicos para ACS.
En estos sistemas, que pueden ser compactos o sistemas partidos, la energía térmica captada del entorno se utiliza para elevar la temperatura del agua almacenada en un acumulador.
Rendimiento de una bomba de calor: COP y SCOP
El rendimiento de una bomba de calor no debe expresarse mediante un porcentaje fijo de ahorro, ya que depende del equipo, las temperaturas de trabajo, el clima, el edificio, los emisores, la regulación, el uso y el coste de las diferentes fuentes de energía.
Para evaluar el funcionamiento de una bomba de calor se utilizan, entre otros, indicadores como el COP y el SCOP.
¿Qué es el COP de una bomba de calor?
El COP (Coefficient of Performance) expresa la relación entre la energía térmica útil entregada por la bomba de calor y la energía eléctrica consumida para obtenerla en unas condiciones de ensayo determinadas.
Por ejemplo, un COP de 4 significa que, bajo esas condiciones concretas, el sistema proporciona 4 kWh de energía térmica por cada 1 kWh de energía eléctrica considerada en el cálculo.
Esto no significa que la máquina tenga una eficiencia del 400 % en el sentido convencional. La diferencia procede de la energía térmica captada del entorno, que se suma a la energía utilizada para accionar el sistema.
¿Qué es el SCOP?
El SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) es un indicador estacional que permite aproximarse mejor al comportamiento del equipo durante una temporada completa de calefacción.
A diferencia del COP, que corresponde a unas condiciones concretas de funcionamiento, el SCOP contempla diferentes condiciones de carga y temperatura a lo largo de la temporada.
Por ello, para comparar bombas de calor destinadas a calefacción resulta más representativo analizar los valores estacionales y las condiciones para las que han sido calculados que comparar únicamente un COP puntual.
¿De qué depende la eficiencia de una bomba de calor?
El rendimiento real de una bomba de calor puede variar considerablemente de una instalación a otra. Entre los factores que más influyen se encuentran:
- La temperatura de la fuente exterior. Cuanto menor sea el salto térmico que tenga que vencer el sistema, mejores pueden ser sus condiciones de funcionamiento.
- La temperatura de impulsión. Una bomba de calor suele trabajar de forma más favorable cuando el sistema emisor permite utilizar temperaturas de agua moderadas.
- El dimensionamiento. La potencia del equipo debe adecuarse a las cargas térmicas reales del edificio.
- La envolvente térmica. Un edificio con menores pérdidas térmicas necesita menos energía para mantener las condiciones interiores.
- Los emisores. Suelo radiante, techo radiante, fancoils y determinados radiadores pueden diseñarse para trabajar con temperaturas compatibles con bombas de calor.
- La regulación y el control. Una curva climática correctamente configurada, la modulación del equipo y una regulación adecuada pueden reducir consumos innecesarios.
- La instalación hidráulica y frigorífica. El diseño, equilibrado, aislamiento, puesta en marcha y mantenimiento condicionan el rendimiento global.
Por ello, dos instalaciones con la misma bomba de calor pueden tener comportamientos energéticos diferentes.
¿Con qué emisores funciona mejor una bomba de calor?
Las bombas de calor pueden trabajar con diferentes sistemas de emisión, pero el rendimiento está estrechamente relacionado con las temperaturas necesarias para cubrir la demanda térmica.
Bomba de calor y suelo radiante
El suelo radiante combinado con aerotermia es una solución habitual porque permite distribuir calor mediante grandes superficies y trabajar con temperaturas de agua inferiores a las utilizadas tradicionalmente por sistemas de alta temperatura.
Bomba de calor y fancoils
Los fancoils utilizan un intercambiador de agua y un ventilador para climatizar el aire de la estancia. Pueden trabajar tanto en calefacción como en refrigeración y son compatibles con numerosos sistemas de bomba de calor aire-agua y agua-agua.
Bomba de calor y radiadores
Una bomba de calor también puede utilizar radiadores, pero es necesario comprobar si la potencia disponible de los emisores a la temperatura de impulsión prevista resulta suficiente para cubrir la demanda.
Esta cuestión cobra especial importancia en rehabilitación. No basta con sustituir directamente una caldera por una bomba de calor: deben analizarse conjuntamente las cargas térmicas del edificio, los emisores existentes y las temperaturas necesarias de funcionamiento.
Ventajas de una bomba de calor
Cuando el sistema está correctamente diseñado y aplicado, la bomba de calor presenta varias características que explican su creciente utilización en climatización:
- Puede proporcionar varios servicios con una misma tecnología: calefacción, refrigeración y, en determinados sistemas, ACS.
- Aprovecha energía térmica disponible en el entorno procedente del aire, el agua o el terreno.
- Puede alcanzar elevados rendimientos estacionales cuando trabaja en condiciones adecuadas.
- Facilita la electrificación de la climatización y permite reducir o eliminar el uso directo de combustibles fósiles en determinadas instalaciones.
- Puede combinarse con autoconsumo fotovoltaico, aunque la producción solar y la demanda térmica no siempre coinciden y el comportamiento debe analizarse para cada instalación.
- Puede integrarse en sistemas híbridos cuando las características del edificio o de la instalación aconsejan combinar varias tecnologías.
- Es compatible con obra nueva y rehabilitación, siempre que previamente se compruebe la viabilidad técnica de la solución.
Estas ventajas no implican que una misma configuración sea adecuada para todos los edificios. Una instalación de bomba de calor debe seleccionarse teniendo en cuenta clima, aislamiento, cargas térmicas, espacio disponible, emisores, necesidades de ACS, potencia eléctrica y características de uso.
Refrigerantes en las bombas de calor
El refrigerante es un elemento esencial en el funcionamiento de la bomba de calor, ya que es el fluido encargado de absorber y ceder energía durante el ciclo frigorífico.
La elección del refrigerante está adquiriendo una importancia creciente debido a la evolución de la normativa europea sobre gases fluorados y a la reducción progresiva del uso de fluidos con elevado potencial de calentamiento global.
Entre las soluciones presentes en el mercado se encuentran refrigerantes fluorados y refrigerantes de muy bajo potencial de calentamiento global, incluidos refrigerantes naturales como el propano (R290). Este último está aumentando su presencia en determinadas bombas de calor, aunque su inflamabilidad exige que el diseño, la instalación y las operaciones técnicas cumplan los requisitos de seguridad correspondientes.
El Reglamento (UE) 2024/573 sobre gases fluorados de efecto invernadero establece un calendario de restricciones que afecta también a equipos de aire acondicionado y bombas de calor. Desde el 1 de enero de 2026, entre otras disposiciones, restringe el uso de determinados gases fluorados con un potencial de calentamiento global igual o superior a 2.500 para el mantenimiento o revisión de estos equipos, con las excepciones y periodos previstos en el propio Reglamento.
Normativa aplicable a las bombas de calor
El diseño y ejecución de una instalación de bomba de calor en España puede verse afectado por diferentes reglamentos en función de la potencia, el tipo de instalación, el refrigerante utilizado y las características del edificio.
Entre los principales marcos normativos que deben tenerse en cuenta se encuentran:
- Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE), que establece las exigencias de eficiencia energética, seguridad, diseño, ejecución, mantenimiento y uso de las instalaciones térmicas.
- Código Técnico de la Edificación (CTE), especialmente el Documento Básico HE de Ahorro de Energía.
- Reglamento de seguridad para instalaciones frigoríficas (RSIF), cuando resulte de aplicación al circuito frigorífico de la instalación.
- Reglamento (UE) 2024/573 sobre gases fluorados de efecto invernadero, que establece restricciones progresivas a la comercialización y utilización de determinados refrigerantes y equipos.
- Normativa de seguridad, instalaciones eléctricas y demás disposiciones que sean aplicables según las características concretas del proyecto.
Además, la regulación europea de energías renovables reconoce, bajo determinadas condiciones y metodologías de cálculo, la energía captada por las bombas de calor a partir de fuentes como el aire, el agua o el terreno.
¿Es siempre renovable la energía de una bomba de calor?
La energía ambiente que la bomba de calor capta del aire (la aerotermia) es renovable. Dado que la bomba de calor también necesita energía para funcionar, normalmente electricidad, no toda la energía térmica que entrega se contabiliza como renovable. La normativa europea calcula como renovable la energía captada del ambiente y exige además un rendimiento estacional mínimo al equipo.
¿Bomba de calor en obra nueva o en rehabilitación?
La bomba de calor puede utilizarse tanto en edificios nuevos como existentes, pero las condiciones de diseño son diferentes.
En obra nueva resulta posible plantear desde el principio una envolvente eficiente, emisores de baja temperatura, espacios técnicos y potencias adaptadas al funcionamiento del sistema.
En rehabilitación, en cambio, es necesario analizar previamente cuestiones como:
- demanda y cargas térmicas reales del inmueble;
- nivel de aislamiento de fachadas, cubiertas, ventanas y otros elementos de la envolvente;
- temperatura requerida por los emisores existentes;
- potencia eléctrica disponible;
- espacio para unidades exteriores e interiores;
- producción de ACS;
- ruido y ubicación de las unidades;
- posibilidad de mantener, modificar o sustituir los emisores;
- viabilidad de soluciones híbridas cuando sean necesarias.
Por ello, una rehabilitación energética puede requerir actuar no solo sobre el generador, sino también sobre la envolvente, los emisores y el sistema de regulación para obtener el mejor comportamiento del conjunto.
Preguntas frecuentes sobre bombas de calor
¿Una bomba de calor sirve para calefacción y aire acondicionado?
Sí, siempre que se trate de una bomba de calor reversible. En invierno transporta energía hacia el interior del edificio para calefactarlo y en verano invierte el ciclo para extraer calor del interior y proporcionar refrigeración.
¿Una bomba de calor puede producir agua caliente sanitaria?
Sí. Existen bombas de calor aire-agua capaces de proporcionar climatización y ACS, así como equipos específicamente diseñados para producir agua caliente sanitaria mediante bomba de calor.
¿Aerotermia y bomba de calor son lo mismo?
No exactamente. La bomba de calor es la máquina térmica que transfiere energía, mientras que la aerotermia es la energía térmica disponible en el aire. Una bomba de calor aerotérmica utiliza precisamente el aire como fuente de energía.
¿Qué consume una bomba de calor?
Las bombas de calor utilizadas habitualmente en edificios consumen electricidad para accionar el compresor, ventiladores, bombas y otros componentes auxiliares. La energía térmica útil entregada incluye además la energía captada del entorno.
¿Qué es mejor, un COP o un SCOP alto?
En ambos casos, un valor superior indica una mejor relación entre energía térmica entregada y energía consumida dentro de las condiciones utilizadas para calcularlo. Sin embargo, para analizar calefacción durante una temporada completa, el SCOP es más representativo que un COP medido en un único punto de funcionamiento.
¿La bomba de calor funciona cuando hace frío?
Sí. Las bombas de calor aerotérmicas pueden funcionar con temperaturas exteriores bajas, aunque su capacidad y rendimiento dependen de las características del equipo y de las condiciones de funcionamiento. El dimensionamiento debe realizarse teniendo en cuenta el clima de la localidad y las cargas térmicas del edificio.
¿Se puede instalar una bomba de calor con radiadores?
Sí, pero debe comprobarse que los radiadores sean capaces de cubrir la demanda térmica trabajando con las temperaturas de impulsión previstas. En edificios existentes puede ser necesario aumentar la superficie emisora, sustituir algunos radiadores, reducir previamente la demanda del edificio o utilizar equipos diseñados para temperaturas más elevadas.
¿La bomba de calor funciona mejor con suelo radiante?
El suelo radiante es especialmente compatible con bombas de calor porque puede diseñarse para calefactar utilizando temperaturas de agua relativamente bajas. Sin embargo, no es la única solución posible: fancoils, techo radiante y determinados radiadores también pueden utilizarse correctamente si se dimensionan para las condiciones de trabajo del sistema.
La bomba de calor, una tecnología clave para la climatización
La evolución de los edificios hacia sistemas térmicos más eficientes, una mayor electrificación y la reducción progresiva del uso directo de combustibles fósiles están dando a la bomba de calor un papel cada vez más relevante en calefacción, refrigeración y producción de ACS.
Francisco Perucho, presidente de AFEC, asociación de fabricantes de equipos de climatización, nos explicaba en la siguiente entrevista de nuestro ciclo #protagonistascaloryfrio cuál es la posición de la bomba de calor en el mercado HVAC, cómo se puede sacar el mayor rendimiento a esta tecnología hibridándola con otros sistemas y cuál es su potencial para la rehabilitación y descarbonización de edificios.
La implantación de esta tecnología en el mercado HVAC es indiscutible hoy en día sobre todo, en vivienda de nueva. Nos encontramos ante una gran oportunidad y reto con miles de viviendas por rehabilitar y con un mercado por descarbonizar. Pero el rendimiento de la tecnología no depende únicamente de elegir un equipo con buenas prestaciones. El resultado final está condicionado por el diseño completo de la instalación, la demanda del edificio, los emisores, las temperaturas de trabajo, la regulación y la calidad de la ejecución y puesta en marcha.
Por este motivo, antes de instalar o sustituir un sistema de climatización conviene realizar un estudio específico de las necesidades del edificio y recurrir a profesionales cualificados.
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