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 existente
• Reducción de la factura energética con la bomba de calor
• Reducción de emisiones y huella de carbono

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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.

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

Hay que tener en cuenta que debemos comunicar el módulo 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 y buscando perforar el mínimo de paredes posible.

Es muy importante también respetar las distancias mínimas de instalación que 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 y evitar así sus quejas.

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 también en antiguas calderas. En estos sistemas es habitual 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 su instalación sin disponer de acreditación en gases fluorados.

Funcionamiento híbrido bomba de calor-caldera: esquema de instalación

Hay que tener en cuenta que los equipos de bomba de calor tienen dificultad para elevar la temperatura de los radiadores a las temperaturas que puede alcanzar 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 trabajando solo cuando su capacidad permita calentar el agua a temperaturas suficientes para caldear las estancias.

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En ocasiones, con pequeñas reformas en el 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 elegir qué generación de calor nos interesa más, un sistema híbrido de bomba de calor-caldera nos permite tener un mejor control independientemente de las condiciones climáticas. Estos sistemas son imprescindibles en lugares donde es habitual el frío 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, o temperatura de bivalencia) entre ambos sistemas, lo que 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 pueden 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 facilita el control del sistema híbrido al conocer con exactitud la temperatura exterior a partir de la cual dejará 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 frío extremo sea superior con la bomba de calor, aunque, debido a la alta eficiencia conseguida por estos equipos, este punto es cada vez más difícil que ocurra, ya que consiguen trabajar en condiciones extremas hasta temperaturas exteriores de -20 °C.

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 comunicarse mediante dos tubos frigoríficos de diferente diámetro con el módulo interior, que hace las funciones de caldera. En lugar de quemar combustible, extrae el calor del ambiente exterior.

En la desviación a aire acondicionado, la válvula de tres vías (V3V) evita condensaciones en los radiadores en el momento de poner el sistema en refrigeración. Si, por el contrario, se utiliza suelo radiante-refrescante, será necesario instalar un ventilo-convector en cada zona de suelo radiante-refrescante, siendo conveniente incorporar 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 de ACS, ya sea fijo o mediante manguera.

Al igual que en los sistemas con caldera, es conveniente conducir siempre la descarga de la válvula de seguridad del circuito a un desagüe con visor, para tener un 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 transmite directamente el calor a un circuito de agua mediante un intercambiador interno (refrigerante-agua), que a su vez intercambia calor con un segundo intercambiador entre el circuito primario y el secundario de ACS, obligatorio por normativa al tratarse de agua para consumo humano.

En este segundo intercambiador —en este caso, un interacumulador— el agua fría se precalienta antes de completar su calentamiento, lo que permite un importante ahorro energético, ya que es en ese rango de temperaturas donde la bomba de calor rinde más.

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 interacumulador.

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 PCI, que será un 84,15% del PCS; es decir, una caldera que pierde por chimenea un 15,84% de la energía que pagamos cuando trabaja al 100% (cuando trabaja al 30%, el rendimiento desciende al 90,5% del PCI, un 82,07% del PCS, es decir, en ese caso pierde por chimenea un 17,92% de la energía que pagamos).

Si optamos por sustituir la caldera por una de condensación, esta tendrá mejor rendimiento, pero solo ahorraremos de forma significativa si además sustituimos los radiadores por unos de baja temperatura; estos son más voluminosos, por lo que posiblemente nos veremos obligados a modificar nuestra decoración.

En este ejemplo vamos a considerar una caldera de gas de 24 kW en una vivienda unifamiliar que consume 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 destinados a calefacción y ACS (en este cómputo se descarta el consumo de gas en cocina, que según datos estadísticos del IDAE sería de 1.098 kWh).

Nota: los precios de gas y electricidad de este ejemplo corresponden a un periodo de referencia anterior y se mantienen únicamente para ilustrar el método de cálculo. Recalcula siempre con las tarifas vigentes en el momento de tu instalación.

Reducción de la factura energética con la bomba de calor

Para realizar este trabajo, la bomba de calor utiliza energía eléctrica, llegando a cuadruplicar la energía invertida, por lo que está reconocida como energía renovable al superar el umbral establecido de acuerdo con la norma EN 14825:2012, denominado SCOPnet, que debe ser superior a 2,5. Este umbral procede de la Decisión de la Comisión 2013/114/UE, adoptada en desarrollo del anexo VII de la Directiva (UE) 2018/2001 (RED II) —que sustituyó a la anterior Directiva 2009/28/CE— y posteriormente modificada por la Directiva (UE) 2023/2413 (RED III).

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 de +7 °C y temperatura del agua de salida de +35 °C en calefacción, y de 2,72 en ACS con una temperatura de consigna del agua de 53 °C, una temperatura exterior de 7 °C y una temperatura del aire interior de 20 °C.

La factura energética de este equipo, para producir en un año 11.704 kWh en calefacción y 4.297 kWh en ACS, pagando 0,178208 €/kWh, sería 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 de 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, el consumo eléctrico de este ejemplo generaría 1.784,73 kg de CO2 eq sin energía verde contratada, cifra que se reduce a 0 kg de CO2 eq contratando energía verde.

En gas natural, el factor de emisión oficial es de 0,182 kg CO2/kWh (MITECO), por lo que los 16.001 kWh de gas natural producirían 2.912 kg de CO2 eq.

Después de analizar los datos obtenidos en este estudio, podemos concluir que una instalación de aerotermia nos permite ahorrar reduciendo nuestro impacto medioambiental, llegando a reducir la huella de carbono a 0 kg de CO2 eq si se sustituyen los sistemas antiguos de calefacción y ACS de gas natural por sistemas que consuman energías renovables con contrato de energía verde.

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Preguntas frecuentes sobre la integración de aerotermia con calefacción existente

¿Se puede instalar una bomba de calor aerotérmica sobre una instalación de calefacción con radiadores ya existente?

Sí. La bomba de calor puede convivir con la caldera y la red de radiadores existente en un sistema híbrido, sin necesidad de acometer una reforma completa. Solo hay que dimensionar bien el equipo y estudiar hasta qué temperatura exterior puede seguir aportando calor de forma eficiente antes de que entre en apoyo la caldera.

¿Qué diferencia hay entre un sistema aerotérmico independiente y uno híbrido con caldera?

En un sistema híbrido, la bomba de calor y la caldera coexisten y se reparten la producción de calor según la temperatura exterior: la bomba de calor trabaja en la mayoría de las condiciones, y la caldera entra en apoyo solo cuando la demanda supera su capacidad, por ejemplo en frío extremo.

¿Es necesaria la acreditación en gases fluorados para instalar un equipo de aerotermia?

Depende del tipo de equipo. Si es un sistema partido con circuito frigorífico entre unidad exterior e interior, sí se necesita. Sin embargo, los equipos monobloc, que producen agua caliente directamente y solo requieren conexiones hidráulicas, pueden instalarse sin esa acreditación.

¿Cuánto se puede ahorrar al sustituir una caldera de gas por una bomba de calor aerotérmica?

En el ejemplo de este artículo, una vivienda que gastaba 1.268,73 €/año en gas para calefacción y ACS pasaría a pagar 775,80 €/año con aerotermia. La cifra exacta depende del consumo real, las tarifas contratadas y el rendimiento (COP/SCOP) del equipo instalado.

¿Por qué se considera la aerotermia una fuente de energía renovable?

Porque su rendimiento estacional (SCOPnet o SPF) supera el umbral de 2,5 fijado por la Decisión de la Comisión 2013/114/UE, en desarrollo de la Directiva (UE) 2018/2001 (RED II). Por debajo de ese valor, la energía aportada por la bomba de calor no se contabiliza como renovable.

¿Hasta qué temperatura exterior puede seguir funcionando una bomba de calor aerotérmica?

Los equipos actuales de alta eficiencia pueden seguir operando en condiciones extremas hasta temperaturas exteriores de -20 °C, aunque en los sistemas híbridos suele fijarse una temperatura de bivalencia a partir de la cual la caldera de apoyo toma el relevo.