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Eficiencia de la bomba de calor: qué nos dice

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Imagen: © 3rdtimeluckystudio / Shutterstock.com

A la hora de evaluar el rendimiento de un sistema de calefacción, la eficiencia desempeña un papel importante. Con ello nos referimos a la cantidad de energía que se puede utilizar realmente. Mientras que los sistemas de calefacción de gasóleo y gas alcanzan resultados inferiores al 100 %, la eficiencia de una bomba de calor suele ser muy superior. A continuación le explicamos por qué es así y cómo puede mejorar la eficiencia de su bomba de calor.

Indicador estándar de la eficiencia de los sistemas de calefacción

El valor η (eta) se calcula para describir la eficiencia de procesos y máquinas. Se expresa en porcentaje y depende de la entrada de energía y de la salida de energía utilizable. Efectivamente, cuanto mayor es el valor, más eficiente funciona un sistema. Un valor del 100 % es ideal, ya que entonces se puede utilizar realmente toda la energía que entra.

Ejemplo de sistema de calefacción a gas: Si al quemador llega gas con un contenido energético de 100 kilovatios hora y en el sistema de calefacción pueden utilizarse realmente 95 kilovatios hora, el rendimiento es del 95 % (η = 95/100 * 100 = 95 %). El 5 % restante son pérdidas que se producen en el generador de calor.

Eficiencia superior al 100 %

A diferencia de los sistemas de calefacción a gas, la eficiencia de las bombas de calor puede superar ampliamente el 100 %. Dependiendo de la instalación, se pueden alcanzar rendimientos de entre el 300 % y el 500 %. La energía introducida no se multiplica como por arte de magia, sino que el elevado valor se explica por el funcionamiento de las bombas de calor y los valores de referencia seleccionados.

El modo de funcionamiento de la bomba de calor permite alcanzar altos valores de eficiencia

Las bombas de calor transfieren la energía ambiental del aire, el suelo o el agua a un medio especial: un refrigerante, que se evapora en el proceso. A continuación, un compresor accionado eléctricamente eleva la presión del refrigerante, provocando un aumento de su temperatura. El calor generado se transfiere al agua de calefacción. Esto puede expresarse mediante la siguiente fórmula

  • Energía de calefacción = energía ambiental + energía eléctrica

Cuando se habla de la eficiencia de una bomba de calor, generalmente sólo se tiene en cuenta la energía eléctrica consumida por el compresor y la energía calorífica producida. No se tiene en cuenta la energía ambiental, que se introduce en el proceso en otro lugar sin coste alguno. El resultado es la siguiente fórmula de eficiencia de la bomba de calor:

  • Rendimiento de la bomba de calor = energía eléctrica entrante / energía calorífica saliente

La elección de los valores de referencia suele dar como resultado un rendimiento superior al 100 %.

Teoría: Eficiencia Carnot de las bombas de calor

Los expertos también hablan de la eficacia de Carnot o del factor Carnot cuando se trata de bombas de calor. Este valor teórico marca la máxima eficiencia posible de un ciclo ideal. El ciclo es el proceso repetido mediante el cual la bomba de calor aprovecha la energía del entorno para calentar (evaporar, comprimir, condensar, expandir, volver a evaporar un refrigerante, etc.). Las temperaturas de la fuente de calor y del sistema de calefacción en grados Kelvin se utilizan para calcular el factor Carnot según la siguiente fórmula:

  • Rendimiento Carnot = temperatura del flujo / (temperatura del flujo - temperatura de la fuente de energía ambiental)

Es importante especificar los valores en Kelvin. Para ello, se añade 273 a la temperatura en grados Celsius (temperatura en grados Celsius + 273 = temperatura en Kelvin).

En general, el resultado no significará gran cosa para el consumidor medio. Sin embargo, puede utilizarse para determinar la energía eléctrica mínima que debe utilizarse en las condiciones imperantes. Como se producen pérdidas en varios puntos del proceso, la demanda de energía suele ser mayor en la práctica. Pero nunca es inferior al valor calculado mediante la fórmula del rendimiento Carnot de una bomba de calor.

Rendimiento de la bomba de calor

El factor Carnot muestra que el rendimiento de la bomba de calor depende de las condiciones de temperatura. En efecto, cuanto menor sea la diferencia entre la temperatura de la fuente y la del flujo, mayor será el rendimiento. Esto se debe a que el compresor tiene que realizar menos trabajo para elevar la temperatura de la energía ambiental a un nivel utilizable. El consumo de energía de la bomba de calor disminuye y la eficiencia aumenta.

Cuando se trata de calentar un edificio, esto también permite sacar otra conclusión: manteniendo todas las demás propiedades iguales, la eficiencia depende de la energía ambiental utilizada, especialmente en invierno.  

Indicadores alternativos de la eficiencia ecológica de la calefacción

Además de la eficiencia de la bomba de calor, existen otros parámetros informativos. He aquí un resumen de los más importantes:

  • COP: El coeficiente de rendimiento (COP) indica la eficiencia en un punto definido (ejemplo: 2 °C de temperatura del aire y 35 °C de temperatura de impulsión). Se determina en un banco de pruebas dividiendo la potencia calorífica por la potencia eléctrica aplicada.
  • SCOP: Al igual que el COP, el coeficiente de rendimiento estacional (SCOP) también se determina en un banco de pruebas. Sin embargo, tiene en cuenta el rendimiento en diferentes condiciones climáticas y, por lo tanto, es aún más informativo.
  • COP anual: Al igual que la eficiencia, el COP y el SCOP, el coeficiente de rendimiento anual de una bomba de calor pone en relación los beneficios y los costes. Sin embargo, aquí son relevantes las cantidades de energía medidas (calor transferido y consumo de energía), por lo que este valor nos permite sacar conclusiones sobre la eficiencia en funcionamiento.
  • ETAs: La eficiencia energética estacional de la calefacción de locales (ETAs) también tiene en cuenta el factor de energía primaria de la energía utilizada, que debe dividirse por el SCOP para determinar el valor de ETAs. Esto es especialmente importante para las subvenciones a las bombas de calor, ya que deben respetarse determinados límites de ETAs.

Consejos de expertos para mejorar la eficiencia de las bombas de calor

Seleccionar la fuente de calor más rentable
Instalar grandes superficies calefactoras
Optimizar el sistema de calefacción
Ajustar la bomba de calor

Si la eficiencia de la bomba de calor es baja, se necesitará más electricidad y aumentarán los costes de calefacción. Para evitarlo, hay que optimizar el rendimiento desde la fase de diseño. El objetivo de todas estas medidas es mantener la diferencia de temperatura entre la fuente de calor y el flujo lo más baja posible. Existen las siguientes opciones:

  • Seleccionar la fuente de calor más rentable: Si hay varias fuentes de calor entre las que elegir, la más cálida garantizará la mayor eficiencia, en igualdad de condiciones.  
  • Instale grandes superficies de calefacción: Una vez determinado el tipo de fuente de calor, la temperatura de impulsión puede reducirse en muchos casos. Para ello, resulta especialmente eficaz la instalación de grandes radiadores, radiadores de baja temperatura o sistemas de calefacción por zonas. Si tiene derecho a una subvención por bomba de calor, puede incluir los costes de las superficies calefactoras.
  • Optimiceel sistema de calefacción: Optimizar la distribución del calor también ayudará a mejorar la eficiencia de su bomba de calor. Esto puede conseguirse, por ejemplo, con el equilibrado hidráulico, que reduce la temperatura de impulsión.
  • Ajuste la configuración de la bomba de calor: Si su sistema de calefacción se controla en función de la temperatura exterior, también puede optimizar la eficiencia ajustando la curva de calefacción. Esta curva especifica la temperatura de impulsión que debe alcanzarse a distintas temperaturas exteriores. Con la regulación en función de la temperatura ambiente, ayuda a optimizar las temperaturas ambiente.

Además de modernizar el sistema de calefacción, también puede llevar a cabo medidas de aislamiento o cambiar las ventanas. Así disminuirá la demanda de calor y podrá reducir la temperatura de impulsión. Sin embargo, el esfuerzo y los costes suelen ser mayores que en el caso de la calefacción.