La realidad, es que es más sencillo cumplir estos indicadores energéticos utilizando sistemas renovables de origen eléctrico, como son las bombas de calor aire-agua y los módulos fotovoltaicos. Es por esto por lo que se proyectan los nuevos edificios preferentemente con estas tecnologías en lugar de con calderas. Habrá que ver cómo se modifica el CTE en el futuro, de cara a alinearse con los objetivos de la Directiva EPBD y ver el encaje de los gases renovables como el biometano, así como los planteamientos de tipo hibrido que también define esta Directiva.

En edificios de más de 1.000 m2, cumplimiento HE5. En residencial 50% de las demandas han de venir de fuentes renovables

Principio de funcionamiento de la aerotermia

La aerotermia es una tecnología que permite aprovechar la energía gratuita e inagotable contenida en el aire ambiente, para poder transferir energia en forma calorífica para nuestras demandas de calefacción y ACS (invirtiendo el ciclo de funcionamiento, permite eliminar la energía no deseada de nuestro edificio para refrigerarlo). Esto lo realiza gracias al principio de funcionamiento de un ciclo frigorífico, manejando los puntos de evaporación y condensación del refrigerante de la bomba de calor y controlando de esa manera los flujos de energia según las necesidades de confort requeridas. Para conseguir este aprovechamiento de la energía potencial del aire, sí que es necesario consumir una pequeña cantidad de electricidad para alimentar ciertos componentes de la máquina (compresor, ventilador, bombas circuladoras de agua, etc.…).

Esta tecnología de alta eficiencia tiene la consideración de energía renovable, según la Directiva 2009/28/CE, siempre que el rendimiento en calefacción o COP sea superior a 2,5 (relación entre la energía transmitida respecto a la consumida).

Actualmente, debido a las futuras restricciones del Reglamento F-GAS para los refrigerantes con un poder de calentamiento atmosférico superior a 150, el mercado de las bombas de calor aire-agua de tipo compacto está evolucionando hacia el uso de refrigerantes de tipo natural como el R-290 (propano) o el R-744 (CO₂), refrigerantes con altas temperaturas de impulsión de agua que son muy útiles para instalaciones que tengan que cubrir demandas de ACS (como ocurre en múltiples edificios para usos distintos al residencial privado).

Aplicación de la aerotermia en instalaciones nuevas de tipo terciario

Si nos centramos en el planteamiento de edificios nuevos de tipo terciario, de forma generalista antes se ha comentado sobre la idoneidad de las soluciones de tipo eléctrico, combinando sistemas aerotérmicos de bomba de calor junto con instalaciones solares fotovoltaicas.

Si queremos hacer un análisis más fino en función del tipo de edifico terciario, podemos diferenciar entre los que no tienen demanda de ACS (como por ejemplo serían los centros comerciales o edificios de oficinas) y los que sí que requieren de esta demanda de confort (como hoteles, instalaciones deportivas o sanitarias).

Edificios terciarios sin demanda de ACS

En el primer tipo de edificios, donde el consumidor principal de energía será generalmente la climatización, las bombas de calor son una solución principal en comparación con el sistema clásico para resolver este tipo de edificación, con caldera para calefacción y enfriadora para refrigeración. Recordemos que estos sistemas de tipo eléctrico se combinarán siempre son sistemas de producción fotovoltaica, permitiendo que parte del consumo de electricidad de la bomba de calor se alimente de una producción eléctrica renovable in situ.

Edificios terciarios con demanda de ACS

En la segunda familia de edificios la demanda principal de energía será para el ACS, pudiendo ser del orden del 40-45% de la energía total considerada en los balances de la HE0 del CTE. Esto obliga a poner un especial foco en las tecnologías escogidas para este uso, dado su gran impacto energético en el total de consumos del edificio. En este tipo de edificios terciarios, también hay la exigencia normativa de cumplir el RD 487/2022 y posterior modificación según RD 614/2024, en cuanto a prevención y control de la legionela. Esto obliga a asegurar una temperatura mínima de almacenamiento en los depósitos de acumulación de 60 ⁰C, con la posibilidad de poder pasteurizar a 70 ⁰C en caso necesario.

En caso de que queramos solventar la instalación solo con aerotermia, lo anterior requeriría el uso de tecnologías que permitan producir agua a alta temperatura de impulsión, con lo que el uso de bombas de calor con refrigerantes R-290 o R-744 es prácticamente imprescindible. Si que, para hacer un planteamiento más optimo en términos económicos, puede separarse la demanda de climatización de la de ACS, para utilizar bombas de calor a baja temperatura para calefacción-refrigeración (con refrigerante R-32 por ejemplo) y bombas a alta temperatura (R-290 por ejemplo) para el ACS.

Una derivada del uso de bombas de calor para ACS en comparación con instalaciones resueltas con caldera es que hará falta aumentar el volumen de acumulación del orden de 2-3 veces, para adecuarse a los tiempos de funcionamiento y comportamiento más inercial de los sistemas renovables como es la bomba de calor. Esto hay que preverlo en términos de espacio de la sala técnica del edificio.

Finalmente, para este tipo de terciarios con altos consumos de ACS, podemos reflexionar sobre si también es útil combinar la instalación solar, con sistemas fotovoltaicos y térmicos. La energía solar térmica puede ser muy interesante de cara a precalentar el agua sanitaria, permitiendo de esta manera reducir las horas de funcionamiento y por tanto consumo eléctrico de las bombas de calor. Este uso de la solar térmica, que puede ser voluntario actualmente, quizás sea necesario en el futuro en función de como evolucione el CTE (y la exigencia de contribución mínima renovable de la demanda de ACS, según la sección HE4).

Volumen de acumulación en instalaciones con aerotermia

• El uso de bomba de calor para ACS supone un aumento del orden de 3 veces en comparación de sistemas con caldera (75-80% vs 25% respectivamente).
• Se requieren superficies de intercambio mayores para adaptarse a las tecnologías renovables.
• Las pérdidas por acumulación aumentan con sistemas de bomba de calor.

Consideraciones en el marco de la rehabilitación. Sistemas híbridos bomba de calor – caldera

Lo anteriormente comentado para nueva edificación puede aplicarse también en el caso de la rehabilitación energética de edificios y sus instalaciones, pero dado que generalmente en este tipo de actuaciones partimos de una instalación en que existen calderas de gas, puede ser interesante valorar la combinación y uso de ambas tecnologías (descarbonizando parcialmente hibridando bombas de calor y caldera de condensación a gas).

La lógica de este planteamiento es que la bomba de calor pueda cubrir la demanda de calefacción y ACS durante la mayor parte del año, aprovechando su alta eficiencia y consideración renovable (recordemos que según la Directiva 2009/28/CE, una bomba de calor de accionamiento eléctrico se considera renovable cuando tenga un COP superior a 2,5). Cuando las temperaturas exteriores son extremadamente bajas o la demanda de calor es alta, la caldera entra en funcionamiento para asegurar el suministro de calor y confort constante. También podemos articular el funcionamiento o no de cada generador, en función de un análisis económico a partir de los costes energéticos (gas y electricidad), en cada momento del día.

La hibridación es especialmente útil en zonas climáticas con condiciones ambientales muy extremas entre invierno y verano. Las bombas de calor funcionan eficientemente con temperaturas de aire no muy bajas (ya que su potencia y rendimiento disminuyen cuanto más baja es la temperatura exterior), mientras que la caldera mantiene sus prestaciones independientemente de las condiciones exteriores (aportando también una rápida respuesta ante las variaciones de demanda térmica para calefacción y ACS dada su mayor instantaneidad en comparación con la bomba de calor).

Este planteamiento híbrido, además de reducir la potencia eléctrica necesaria en la instalación (en ocasiones puede ser un punto limitante del edificio existente), también permite reducir el volumen de acumulación en las instalaciones de ACS en comparación con soluciones solo BC. Esto, en el marco de la rehabilitación, puede hacer viable la intervención en función del tamaño de la sala técnica existente y la accesibilidad a la misma.

La importancia estratégica de la demanda de ACS justifica el hacer planteamientos lo más precisos posibles para la misma, considerando también el cumplimiento del grado de confort requerido, así como los requisitos sanitarios en cuanto a prevención de la legionela, de aplicación para los edificios de tipo terciario. Los sistemas híbridos pueden ayudar y ser la solución óptima tanto técnica como económicamente.

Antes comentado, habrá que ver cómo evoluciona la definición en el uso de gases renovables en la futura legislación. Si en el futuro se definen los gases de origen renovable como tales, en un sistema híbrido en que la caldera se alimente de este gas verde (biometano, por ejemplo), tendremos un sistema totalmente descarbonizado y renovable.

Resumen y conclusiones

Es clara la necesidad de descarbonizar el parque de edificios de Europa antes de 2050 (2030 para la nueva edificación), en cumplimiento de los requisitos de la Directiva EPBD. Evidentemente, este reto es mucho más ambicioso y complejo para los edificios existentes, requiriendo en este caso del aprovechamiento y utilización de todas las energías renovables disponibles (sistemas aerotérmicos aire-agua, energía solar, gases renovables, etc.…).

En el marco de los edificios terciarios, con exigencias algo diferentes a los edificios de tipo residencial, el comportamiento energético no solo depende de la zona climática sino también del tipo de edifico considerado (pudiendo diferenciar claramente entre aquellos que no tienen demanda de ACS y los que sí que requieren de esta demanda de confort).

En ambos casos, el uso preferente en nueva edificación de bombas de calor aerotérmicas y energía fotovoltaica es una realidad (ya que permiten cumplir las exigencias normativas de forma más sencilla en comparación con otras soluciones).

En el caso de edificios terciarios con necesidades de ACS (hoteles, instalaciones deportivas o sanitarias), esta es la demanda principal en consumo de energía, con lo que habrá que apoyarse en soluciones de alta eficiencia para reducir el consumo energético y la huella de carbono de ese edificio. El uso de bomba de calor será también principal, pero teniendo la precaución de utilizar sistemas que permitan alta temperatura de impulsión de agua, para asegurar el cumplimiento de la legislación de control y prevención de la legionela.

También, quizás principalmente en el ámbito de la rehabilitación de edificios, esta descarbonización puede ser más viable combinando de forma hibrida bombas de calor junto con calderas de gas. Aquí la lógica de funcionamiento es que la bomba de calor cubra la demanda base de la instalación (considerando que no más de un 20% de las horas anuales de funcionamiento de una instalación requieren el 100% de potencia), entrando en apoyo las calderas cuando se produzcan puntas de demanda térmica.  En este marco es necesario que se defina dentro de la legislación el lugar de los gases renovables (biometano, H₂, etc..), para que tengamos la opción de escoger también esta solución hibrida en nueva edificación (hoy en día limitada en parte por la exigencia de los indicadores de la sección HE0).

Aunque evidentemente descarbonizar no es sinónimo de electrificar, si que es una realidad que los sistemas aerotérmicos por bomba de calor tienen un papel fundamental en la consecución de este objetivo. La virtud de la aerotermia es que puede cubrir de forma muy eficiente y autónoma nuestras demandas de confort para climatización y ACS, pero también permite una hibridación optima con otros sistemas, tanto solares (fotovoltaicos y térmicos) como con caldera de condensación a gas (idealmente, combustionando gases de origen renovables).

*Artículo basado en la ponencia presentada durante el XXXV Congreso de Conaif