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Aerotermia híbrida: sistemas de bomba de calor de aerotermia con apoyo solar

Esquema de instalación de aerotermia híbridaLa bomba de calor de aerotermia (aire-agua) se ha posicionado en el mercado durante los últimos años como una alternativa innovadora y altamente eficiente para satisfacer las necesidades de confort en los edificios. A lo largo de este artículo repasaremos qué soluciones de aerotermia híbrida existen para calefacción, ACS y refrigeración y su combinación con otras energías renovables para edificios de uso residencial vivienda de consumo casi nulo.

La nueva reglamentación vigente desde diciembre de 2019 en materia de ahorro energético (CTE db HE) , determina que los edificios nuevos que se construyan y los existentes que se rehabiliten, deberán de alcanzar altos estándares de eficiencia energética, limitando radicalmente su consumo energético. Para ello prima el control de la demanda energética, el uso de instalaciones de alta eficiencia energética y el aprovechamiento de las energías renovables.

En este contexto, la bomba de calor de aerotermia se convierte en una solución ideal para uso residencial en viviendas y el cumplimiento de las actuales exigencias normativas, bajo el estándar de lo que ya se conoce como edificios de consumo energético casi nulo

Exigencias normativas actuales de ahorro energético en los edificios

La actual normativa de ahorro de energía, que entró en vigor en diciembre de 2019 y que es de aplicación obligatoria desde septiembre de este año, ya incluye la definición de Edificio de consumo de energía casi nulo (Nearly Zero Energy Buildings, Nzeb). Un concepto transpuesto de la directiva europea de 2010, relativa a la eficiencia energética en los edificios, la cual determinaba que la nula o muy baja energía requerida en los edificios, procederá en muy amplia medida, de fuentes renovables, generadas in situ o en el entorno.

Con la actual versión del Documento Básico de Ahorro de Energía del Código Técnico de la Edificación (CTE), los edificios que cumplan con sus exigencias en cuanto a la limitación del consumo energético serán considerados Edificios de consumo de energía casi nulo. Y la estrategia pasa por garantizar el mínimo consumo energético en los edificios mediante la reducción al mínimo de la demanda energética y el alto rendimiento energético de las instalaciones térmicas. No olvidemos la fórmula:

Fórmula consumo de aerotermia 

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Control de la demanda energética

El cumplimiento de la actual normativa para la nueva construcción de viviendas, o la rehabilitación de las existentes, pasa la verificación de las condiciones reglamentarias para el control de la demanda energética: instalación de aislantes térmicos de elevado espesor y baja conductividad, la reducción de los puentes térmicos, el control de las ganancias por radiación solar, el control de la hermeticidad de la envolvente, la instalación de carpinterías de altas prestaciones y en consecuencia el diseño de envolventes, en la medida de lo posible, de alta compacidad.

La proporción de superficies acristaladas frente a cerramientos opacos, su orientación y dimensiones y la instalación de dispositivos móviles de sombra, serán factores implícitos para tener en cuenta en el control de la radiación solar para limitar las ganancias por radiación solar en los meses de verano y aprovecharlas, por el contrario, en los meses de invierno.

Adicionalmente, en el procedimiento para el cálculo de la calificación energética del edificio, se exige la definición de un sistema de ventilación para viviendas, que, para la reducción de la demanda de calefacción, en zonas climáticas de invierno más frías, deberá de incorporar un recuperador de calor

Limitación del consumo energético

A partir de aquí, las necesidades energéticas para alcanzar el confort térmico dentro de las viviendas serán satisfechas por una combinación de instalaciones térmicas de alto rendimiento y de aprovechamiento de las fuentes de energía renovable. Para ello la normativa incluye dos limitaciones:

  • Limitación del consumo energético total del edificio.
  • Limitación del consumo de energía no renovable.

Ambos conceptos en relación con el consumo de energía primaria, es decir, a la cantidad de energía a producir en la fuente de generación. Por lo tanto, el tipo de combustible y su factor de paso (vector energético) serán un factor clave a tener en cuenta.

Por otro lado, el consumo energético total será la suma del consumo de energía renovable y no renovable. Y la estrategia pasa lógicamente, por dar un mayor peso a la contribución renovable. 

Contribución mínima de energía renovable en la producción de ACS

Del cumplimiento de las condiciones reglamentarias para el control de la demanda energética, se obtienen unos valores de cálculo de la demanda de calefacción y de refrigeración muy reducidas. Como consecuencia, el consumo energético asociado a la producción de agua caliente sanitaria en las viviendas cobra especial protagonismo.

La normativa de ahorro energético determina que, la contribución mínima de energía procedente de fuentes renovables cubrirá al menos el 70% de la demanda energética anual para agua caliente sanitaria (ACS), incluida la climatización de la piscina si la hubiera. No obstante, dicho porcentaje se reduce al 60% cuando la demanda de ACS sea inferior a 5000 l/d. En uso residencial vivienda, el CTE establece una demanda diaria de ACS de referencia de 28 l/d por persona a 60°C.

A dicha exigencia se añade que se considerará únicamente, la aportación renovable de la energía con origen in situ o en las proximidades del edificio, o procedente de biomasa sólida. 

Contribución renovable mediante bomba de calor de aerotermia

Entre las tecnologías disponibles para el cumplimiento de la exigencia, la normativa dedica un apartado a la bomba de calor de aerotermia (aire-agua). Para considerar su contribución renovable, deberá de disponer de un rendimiento medio estacional (SCOP dhw) superior a 2,5 cuando sean accionadas eléctricamente. Dicho rendimiento, en cambio, será superior a 1,15 cuando sean accionadas mediante energía térmica. Adicionalmente, se exige que el rendimiento medio estacional sea calculado para una temperatura de preparación del ACS, no inferior a 45°C.

Como novedad, la nueva versión de la herramienta oficial Líder-Calener (HULC), para el cálculo de la calificación energética de edificios, incluye la verificación del porcentaje de contribución renovable para ACS. En el caso de la bomba de calor de aerotermia, a partir de los valores introducidos de prestaciones técnicas de la instalación. Un cálculo que permite por un lado determinar el valor de contribución renovable obtenido con la instalación, y por otro, verificar si se alcanza o se supera el valor mínimo exigido. 

Componentes de la instalación de bomba de calor de aerotermia

Un sistema completo de bomba de calor de aerotermia incluye una unidad exterior y una unidad interior. La unidad exterior capta el calor del ambiente para su aprovechamiento como fuente de energía renovable. Dicho calor se aprovecha para calentar agua en la máquina interior.

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En los meses de verano, el sistema funciona en modo reversible, evacuando el calor del interior al exterior. A mayor rendimiento de la instalación, mayor contribución renovable.

Adicionalmente la instalación de aerotermia cuenta con un acumulador que integra la unidad interior de la bomba de calor y con un depósito de inercia que sirve de conexión entre la unidad interior y las unidades terminales.

La bomba de calor de aerotermia permite satisfacer las necesidades de agua caliente sanitaria, de calefacción y de refrigeración en una única instalación. Las unidades terminales, ya sean de suelo radiante y/o fancoils, se diseñan para todas las combinaciones posibles:

  • Fancoils para calefacción y refrigeración según la época del año.
  • Suelo radiante para calefacción y refrescante en verano.
  • Combinación de suelo radiante para calefacción y de fancoils para refrigeración.

La bomba de calor de aerotermia incorpora la electrónica necesaria para la configuración de la instalación y su puesta en marcha, así como el control de los parámetros de temperatura y humedad, el consumo y el rendimiento energético de la instalación, en función de las condiciones térmicas cambiantes del ambiente exterior. 

Soluciones integrales de aprovechamiento de diferentes fuentes de energía renovable

Entendida la bomba de calor de aerotermia como fuente de energía renovable para satisfacer las diferentes demandas energéticas de una vivienda: calefacción, refrigeración y ACS; es posible hibridar esta tecnología con otras que también permitan el aprovechamiento de otras fuentes de energía renovable como es la radiación solar.

El CTE clasifica el territorio español en cinco zonas climáticas dependiendo del valor de la radiación solar global media diaria anual en la zona. La clasificación va desde valores inferiores a 3,8 kWh/m² para la zona climática I hasta valores superiores a los 5,0 kWh/m² en la zona climática V.

La cantidad de energía generada a partir de la radiación solar dependerá de la localización geográfica y del rendimiento de la instalación, entre otros factores. Una vez calculada la generación mensual de energía mediante la instalación de paneles solares fotovoltaicos o paneles solares térmicos, podremos determinar la contribución renovable a tener en cuenta en el cálculo de la eficiencia energética de nuestra vivienda.

La exigencia relativa a la generación mínima de energía eléctrica no es de aplicación para uso residencial vivienda. Se regula en la sección cinco del documento básico de ahorro de energía del CTE para otros usos. En España, la instalación de generación de energía eléctrica en viviendas para autoconsumo está permitida y regulada por el Real Decreto 244/2019, de 5 de abril

Combinación de aerotermia con energía solar fotovoltaica

La producción de energía eléctrica mediante la instalación de paneles solares fotovoltaicos permite por un lado el aprovechamiento de la energía eléctrica generada para el funcionamiento de la bomba de calor de aerotermia, reduciendo así el consumo energético asociado a la instalación de aerotermia.

Esquema de instalación de aerotermia híbrida con energía solar fotovoltaica

Por otro lado, la energía eléctrica generada también puede ser empleada para otros servicios como la iluminación, el funcionamiento de electrodomésticos y la recarga del vehículo eléctrico.

Cuando la instalación fotovoltaica produce una cantidad de energía eléctrica superior al consumo asociado a la vivienda, el consumo de energía no renovable se anula. Llegados a este punto, podemos hablar de edificios de energía positiva

Combinación de aerotermia con energía solar térmica

Otra posible combinación de la bomba de calor de aerotermia consiste en la instalación de paneles solares térmicos para la producción de agua caliente sanitaria. En este caso, como ya hemos visto, la producción de energía térmica mediante contribución renovable si está regulada por la normativa de ahorro energético.

Esquema de instalación de aerotermia híbrida con energía solar térmica

La contribución renovable mediante la producción de agua caliente sanitaria a través de paneles solares permite reducir la demanda de energía térmica inicial de ACS prevista para la vivienda. En términos de cálculo, para el cumplimiento de las exigencias normativas, esto representa una ventaja frente a otras tecnologías, contribuyendo a un menor consumo energético de energía no renovable y por lo tanto una menor cantidad de emisiones de CO2 a la atmósfera.

La combinación de solar térmica y bomba de calor de aerotermia permite alcanzar porcentajes de contribución renovable más elevados y, por lo tanto, la reducción del consumo de energía no renovable de la vivienda por los servicios de calefacción y ACS. 

Conclusiones

La actual normativa de ahorro energético en los edificios representa sin duda un gran reto para todos los profesionales involucrados.

El sector de la edificación debe de dar respuesta a las necesidades actuales de la sociedad y se debe de adaptar a las exigencias reglamentarias. Y para ello es necesario alcanzar los más altos niveles de eficiencia energética, cuyo objetivo último, no lo olvidemos, consiste en la reducción del consumo energético y por lo tanto de las emisiones de CO2 a la atmósfera.

La construcción, funcionamiento, rehabilitación y fin de vida de los edificios representa el 40% del consumo de energía en la Unión Europea. En consecuencia, el 36% de las emisiones de gases de efecto invernadero. La mejora de la eficiencia energética tanto de la envolvente de los edificios como de las instalaciones mecánicas de apoyo y el aprovechamiento de las energías renovables, son las estrategias que permitirán reducir dichos porcentajes y alcanzar los objetivos a corto, medio y largo plazo. Entre ellos el de la neutralidad climática marcada como objetivo para 2050 en el Green Deal Europeo.

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Modificado por última vez enLunes, 21 Diciembre 2020 14:11
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