La bomba de calor es una tecnología de climatización capaz de aprovechar la energía disponible en el aire, el agua o el terreno para proporcionar calefacción y, dependiendo del sistema, también refrigeración y agua caliente sanitaria (ACS). Pero ¿cómo funciona una bomba de calor y por qué puede entregar más energía térmica que la electricidad que consume?
La clave está en que una bomba de calor no produce todo el calor directamente a partir de electricidad, sino que utiliza energía para transferir calor de un lugar a otro mediante un circuito termodinámico. Esta característica explica su elevado rendimiento y el creciente protagonismo de esta tecnología en la electrificación y descarbonización de los edificios.
Una bomba de calor es una máquina térmica que transfiere energía desde un foco a menor temperatura hacia otro a mayor temperatura mediante el aporte de energía externa, habitualmente electricidad.
El principio puede entenderse pensando en un frigorífico. Este extrae calor de su interior y lo libera en la estancia. Una bomba de calor utiliza el mismo principio termodinámico para trasladar energía en la dirección necesaria para climatizar un edificio.
Según la fuente de la que obtiene esa energía, puede aprovechar el aire exterior, el agua o el terreno. Cuando el equipo es reversible, puede invertir su funcionamiento para proporcionar calefacción durante el invierno y refrigeración durante el verano.
El Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) define precisamente la bomba de calor como una máquina térmica capaz de bombear calor desde un foco frío a otro caliente. Además, la energía capturada del medio ambiente por determinadas bombas de calor puede contabilizarse como energía procedente de fuentes renovables cuando se cumplen los requisitos establecidos por la normativa europea.
Para entender cómo funciona una bomba de calor hay que observar lo que sucede dentro de su circuito frigorífico. El sistema utiliza un refrigerante que circula continuamente y cambia de presión, temperatura y estado para captar y ceder energía.
El proceso se desarrolla fundamentalmente en cuatro etapas.
El refrigerante llega al evaporador a baja presión y baja temperatura.
En este intercambiador absorbe energía térmica de la fuente exterior —que puede ser el aire, el agua o el terreno— y se evapora.
Esto permite que una bomba de calor pueda obtener energía del aire exterior incluso cuando hace frío, ya que una temperatura exterior baja no significa que el aire carezca de energía térmica.
El refrigerante en estado gaseoso llega al compresor, uno de los elementos fundamentales de la bomba de calor.
El compresor aumenta la presión del refrigerante y, como consecuencia, también eleva considerablemente su temperatura. Para realizar este trabajo necesita energía, normalmente electricidad.
Este es uno de los puntos que permiten entender la eficiencia de una bomba de calor: la electricidad no se utiliza principalmente para generar calor mediante una resistencia, sino para hacer funcionar un ciclo que permite trasladar energía térmica de un medio a otro.
El refrigerante caliente y a alta presión llega posteriormente al condensador.
Allí cede la energía que transporta al sistema encargado de climatizar el edificio. Dependiendo del tipo de instalación, esta energía puede transferirse directamente al aire interior o a un circuito de agua que alimenta suelo radiante, fan coils, radiadores compatibles u otros emisores.
Al perder energía, el refrigerante se condensa y vuelve al estado líquido.
Finalmente, el refrigerante atraviesa la válvula de expansión.
Su presión disminuye bruscamente y, con ella, también su temperatura. El refrigerante queda de nuevo preparado para entrar en el evaporador, captar energía del exterior y repetir el proceso.
Evaporador, compresor, condensador y válvula de expansión forman así un ciclo cerrado que se repite continuamente mientras funciona el equipo.
Esta es una de las dudas más habituales sobre esta tecnología.
Una bomba de calor no necesita que el aire exterior esté caliente para extraer energía de él. Incluso con temperaturas por debajo de 0 ºC existe energía térmica disponible que puede ser aprovechada mediante el refrigerante y el ciclo termodinámico.
Lo que sí cambia con las condiciones exteriores es el rendimiento. En una bomba de calor aerotérmica, cuanto mayor sea la diferencia entre la temperatura de la fuente exterior y la temperatura que debe alcanzar el sistema de calefacción, mayor será el esfuerzo que deberá realizar el equipo.
Por este motivo, el rendimiento de una instalación no depende únicamente de la eficiencia nominal de la máquina. También influyen el clima, el aislamiento del edificio, la temperatura de impulsión, los emisores térmicos, el dimensionamiento y la regulación de la instalación.
En determinadas condiciones de frío y humedad, las unidades exteriores de los sistemas aerotérmicos pueden acumular hielo en el intercambiador y necesitan realizar ciclos de desescarche para mantener su funcionamiento.
Las bombas de calor reversibles pueden invertir el ciclo para proporcionar refrigeración.
Durante el verano, el sistema extrae energía térmica del interior del edificio y la transfiere hacia el exterior. Es, esencialmente, el principio utilizado por un equipo de aire acondicionado.
Por este motivo, muchos sistemas permiten disponer con una única tecnología de calefacción durante el invierno y refrigeración durante el verano.
En las bombas de calor aire-agua, la refrigeración puede distribuirse mediante sistemas compatibles, como fan coils o determinadas instalaciones de suelo refrescante. En los equipos aire-aire, el intercambio se realiza directamente con el aire de los espacios climatizados.
Aunque la configuración depende del equipo y de la instalación, el circuito básico de una bomba de calor por compresión de vapor incluye cuatro componentes esenciales.
A estos componentes se suman elementos de control, bombas o ventiladores, intercambiadores, válvulas, sondas y sistemas electrónicos cuya configuración varía según la tecnología utilizada.
Las bombas de calor pueden clasificarse atendiendo fundamentalmente a la fuente de la que extraen energía y al medio al que transfieren el calor.
La bomba de calor aire-aire extrae energía térmica del aire exterior y la transfiere directamente al aire interior.
Es el principio utilizado por muchos sistemas de aire acondicionado reversibles, como equipos split y multisplit.
Permite proporcionar calefacción y refrigeración y se caracteriza generalmente por una instalación más sencilla que los sistemas que requieren circuitos hidráulicos.
La bomba de calor aire-agua también utiliza el aire exterior como fuente energética, pero transfiere la energía a un circuito de agua.
Puede alimentar sistemas de calefacción como suelo radiante, fan coils o radiadores adecuadamente dimensionados y, dependiendo de la instalación, producir agua caliente sanitaria.
Es una de las configuraciones asociadas habitualmente al concepto de aerotermia en el ámbito residencial.
En las bombas de calor agua-agua, la energía procede de una masa o corriente de agua y se transfiere a un circuito hidráulico interior.
La disponibilidad y características de la fuente condicionan la viabilidad de estas instalaciones.
La bomba de calor geotérmica aprovecha la energía almacenada en el terreno mediante captadores horizontales o sondas verticales.
Una de sus ventajas es que la temperatura del subsuelo presenta menores oscilaciones que la del aire exterior, aunque requiere una instalación de captación específica y una inversión inicial generalmente superior.
No exactamente.
La bomba de calor es la tecnología que permite transferir energía térmica, mientras que la aerotermia hace referencia al aprovechamiento de la energía térmica contenida en el aire ambiente.
Por tanto, una bomba de calor aerotérmica es un tipo de bomba de calor, pero no todas las bombas de calor son aerotérmicas.
También existen sistemas que obtienen energía del terreno —geotermia— o del agua —hidrotermia—.
Esta diferencia resulta especialmente importante porque en el mercado residencial español se utiliza frecuentemente la palabra aerotermia para referirse específicamente a bombas de calor aire-agua destinadas a calefacción, refrigeración y ACS, aunque el concepto de energía aerotérmica es más amplio.
El consumo de una bomba de calor depende del equipo, la demanda energética del edificio, las temperaturas de trabajo, las condiciones exteriores y las horas de funcionamiento, por lo que no existe una cifra única aplicable a todas las instalaciones.
Para valorar su rendimiento se utilizan indicadores como el COP y el SCOP.
El COP (Coefficient of Performance o coeficiente de rendimiento) relaciona la energía térmica proporcionada por la bomba de calor con la electricidad consumida para conseguirla bajo unas determinadas condiciones de funcionamiento.
Por ejemplo, de forma simplificada:
| COP | Electricidad consumida | Energía térmica suministrada |
|---|---|---|
| 2,5 | 1 kWh | 2,5 kWh |
| 3 | 1 kWh | 3 kWh |
| 4 | 1 kWh | 4 kWh |
| 5 | 1 kWh | 5 kWh |
Un COP de 4 significa, por tanto, que en esas condiciones de ensayo el sistema proporciona aproximadamente 4 kWh de energía térmica por cada 1 kWh de electricidad consumida.
Esto no significa que la máquina genere cuatro veces más energía de la que recibe. La diferencia procede de la energía térmica captada del entorno.
El COP representa el comportamiento del equipo bajo unas condiciones determinadas. Sin embargo, una bomba de calor trabaja durante el año con temperaturas exteriores y demandas diferentes.
Por ello, para analizar el funcionamiento en calefacción durante una temporada completa resulta especialmente relevante el SCOP o coeficiente de rendimiento estacional, que tiene en cuenta diferentes condiciones de funcionamiento.
Cuanto mayor sea el SCOP, mayor será, en términos generales, la cantidad de energía térmica suministrada en relación con la electricidad utilizada durante la temporada considerada.
Comprar un equipo con un buen rendimiento nominal no garantiza por sí solo una instalación eficiente.
El comportamiento real depende de numerosos factores, entre ellos la temperatura de la fuente exterior, la temperatura de impulsión requerida, la calidad de la envolvente térmica del edificio, el dimensionamiento del equipo, el tipo de emisor, la regulación y los hábitos de utilización.
La diferencia entre la temperatura de la fuente y la que debe proporcionar la instalación es especialmente importante. En términos generales, cuanto menor sea ese salto térmico, más favorable será el funcionamiento de la bomba de calor.
Por eso, los sistemas que trabajan a temperaturas moderadas, como el suelo radiante, presentan condiciones especialmente adecuadas para esta tecnología.
Esto no significa que una bomba de calor no pueda utilizarse con radiadores. Existen equipos capaces de alcanzar temperaturas de impulsión elevadas, pero antes de sustituir una caldera por una bomba de calor es necesario estudiar las características del edificio y comprobar las necesidades térmicas y la capacidad de los emisores existentes.
Una de las principales ventajas de esta tecnología es su capacidad para aprovechar energía disponible en el entorno en lugar de producir toda la energía térmica mediante combustión o efecto Joule.
Además, según la configuración elegida, una única instalación puede cubrir calefacción, refrigeración y producción de agua caliente sanitaria, reduciendo el número de sistemas necesarios en el edificio.
Entre sus principales ventajas se encuentran su elevado rendimiento energético, la posibilidad de funcionar con electricidad de origen renovable, la ausencia de combustión local en los equipos eléctricos y su capacidad para contribuir a la electrificación de los usos térmicos de los edificios.
La bomba de calor tiene además un papel relevante en la rehabilitación energética. El IDAE ha señalado su potencial para sustituir sistemas convencionales de climatización y avanzar en la electrificación y descarbonización del parque inmobiliario.
La bomba de calor también presenta condicionantes que deben analizarse antes de realizar una instalación.
El coste inicial puede ser superior al de otras soluciones, especialmente en instalaciones aire-agua, geotérmicas o proyectos que requieren modificar emisores, acometidas o instalaciones existentes.
El rendimiento depende además de las condiciones de funcionamiento. Un edificio con una demanda energética elevada, una envolvente deficiente o emisores diseñados para trabajar a temperaturas muy altas puede requerir actuaciones adicionales para aprovechar todo el potencial de la tecnología.
También son fundamentales un dimensionamiento correcto, una adecuada regulación y una instalación realizada por profesionales cualificados.
En los equipos con unidad exterior deben considerarse igualmente aspectos como su ubicación, el espacio disponible, el ruido y las condiciones para su mantenimiento.
El refrigerante desempeña un papel esencial porque permite captar, transportar y liberar energía mediante sus cambios de estado dentro del circuito.
La evolución de la regulación europea sobre gases fluorados de efecto invernadero está acelerando el cambio hacia refrigerantes con menor potencial de calentamiento global y está influyendo directamente en el diseño de nuevos equipos de climatización y bombas de calor.
Entre las alternativas que están ganando protagonismo se encuentra el R290 (propano), un refrigerante con muy bajo potencial de calentamiento global que ya se utiliza en diferentes soluciones de bomba de calor, especialmente aire-agua.
La elección del refrigerante afecta al diseño, las condiciones de instalación y los requisitos de seguridad del equipo, por lo que es un aspecto cada vez más relevante para fabricantes, proyectistas e instaladores.
No existe una solución universal para todos los edificios.
Una bomba de calor puede resultar especialmente interesante cuando se busca electrificar la calefacción, sustituir sistemas basados en combustibles fósiles, integrar calefacción y refrigeración o aprovechar generación eléctrica renovable.
Su idoneidad debe estudiarse teniendo en cuenta la zona climática, demanda energética, aislamiento, instalación existente, temperaturas necesarias, espacio disponible y perfil de utilización del edificio.
En rehabilitación, el análisis debe realizarse de forma conjunta. Mejorar previamente la envolvente térmica puede reducir la demanda del edificio y permitir instalar equipos de menor potencia y trabajar en condiciones más favorables.
Por ello, más que preguntarse únicamente qué bomba de calor comprar, resulta fundamental determinar qué solución térmica necesita realmente el edificio y en qué condiciones va a funcionar.
La mayoría de las bombas de calor instaladas actualmente utilizan electricidad para accionar el compresor y otros componentes, pero una parte importante de la energía térmica suministrada procede del aire, el agua o el terreno.
Sí. Una bomba de calor reversible puede transferir calor hacia el interior durante el invierno y extraerlo hacia el exterior durante el verano, proporcionando calefacción y refrigeración con el mismo sistema.
Sí. Determinadas bombas de calor, especialmente los sistemas aire-agua, pueden producir ACS mediante un acumulador preparado para trabajar con el equipo.
También existen bombas de calor específicamente diseñadas para la producción de agua caliente sanitaria.
Sí, aunque su rendimiento y capacidad pueden variar con la temperatura exterior. Los fabricantes especifican los rangos de funcionamiento de cada equipo y la instalación debe dimensionarse teniendo en cuenta las condiciones climáticas de la ubicación.
La bomba de calor es una tecnología que utiliza energía para trasladar calor. La energía capturada del aire, agua o terreno puede considerarse renovable cuando se cumplen las condiciones establecidas por la normativa aplicable.
Depende del tipo de equipo y de la cantidad de refrigerante, entre otros factores. Es importante mantener limpios los intercambiadores y filtros cuando corresponda, comprobar el correcto funcionamiento del sistema y realizar las operaciones de mantenimiento e inspección establecidas para cada instalación.
La bomba de calor ha pasado de ser simplemente una alternativa de climatización a convertirse en una de las tecnologías relevantes para la electrificación de los usos térmicos y la descarbonización de los edificios.
Su principal característica reside en un principio relativamente sencillo: en lugar de producir toda la energía térmica que necesita un edificio, aprovecha energía disponible en el entorno y la transfiere allí donde se necesita.
Comprender cómo funciona una bomba de calor permite también entender por qué el diseño de la instalación es tan importante como el propio equipo. El rendimiento final dependerá de la máquina, pero también del edificio, los emisores, las temperaturas de trabajo, el clima, la regulación y un correcto dimensionamiento.
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Como se transmite el calor por las habitaciones si el compresor lo tengo fuera en un balcón?
Ahora tengo caldera de gas natural con sus respectivos radiadores de elementos.
Este sistema usa radiadores o tipo split como los aires acondicionados.
Tengo una bomba de calor de 220 voltios que es para 24000 litros aprox pero no calienta ni prende el ventilador y en el panel me aparece E02 que significa falla de flujo de agua, pero ya cheque toda la tubería bomba filtro y pues me sigue apareciendo ese código.
He comprado una casa de segunda mano en un pueblo de Alicante y me gustaria dotar dotarla de calor y frío y creo que el sistema de bomba de calor es el más adecuado