Aerotèrmia

El seu funcionament consisteix a obtenir la calor o el fred de la temperatura de l'exterior per a aplicar-la a la zona a refredar/calefactar usant el sistema invers que usa un frigorífic. Per això la majoria d'aquests aparells són reversibles.

Presenta rendiments majors quan la diferència entre la temperatura interior i l'exterior és moderada (10 ºC aprox.). El clima mediterrani és idoni per a aquest tipus d'aparells gràcies al clima benèvol.

Les bombes de calor són un gran desconegut per al públic general, però són màquines d'alt rendiment que serveixen tant per a refrigerar com per a calefactar una casa. L'aire condicionat o les neveres són bombes de calor, encara que en aquest cas no sempre es tracti d'un aparell reversible.

Alta eficiència energètica

Però el gran avantatge de les bombes de calor no és el seu caràcter polivalent; el que les fa realment valuoses, i més en els temps de crisis que corren, és la seva gran eficiència energètica. Els tècnics amiden l'eficiència mitjançant el denominat COP, sigles angleses que volen dir Coeficient of Performance, és a dir, Coeficient de Rendiment en castellà. Aquest coeficient amida quanta energia es produeix amb l'energia invertida.

Un COP 1 significa que per cada unitat d'energia utilitzada, es produeix una unitat d'energia. Un escalfador d'aigua del típic que tenim a casa per a escalfar l'aigua de te és un exemple de COP 1, ja que la resistència elèctrica aprofita la mateixa energia que consumeix de la xarxa elèctrica, sense afegir ni perdre gens pel camí. Una bona bomba de calor pot tenir fins a 5 COP, és a dir, que produeix cinc vegades més energia que l'electricitat que consumeix, gràcies al fet que obté aquesta energia de l'entorn. Això no és cap misteri. Encara que sembli miraculós, una bomba de calor que estigui produint calefacció pot extreure calor de l'exterior encara que la temperatura ambient sigui de 0º, per a escalfar un edifici la temperatura interior del qual és de 20ºC. Això es deu al fet que el líquid que es troba en l'interior del circuit de la bomba està a diversos graus sota zero, i per això pot absorbir calor d'un entorn que està menys fred que ell. Convé recordar que aquest és un valor variable que està en funció de les condicions de l'aparell i del seu entorn.

Segons els nostres estudis, en ciutats representatives i distants com aquestes obtenim aquests COPs termes mitjans en temporada hivernal per a un habitatge unifamiliar mitjana:

La Coruña = 5,2
Madrid = 4,2
Alicante = 5
Sevilla = 4,8

Funcionament

La bomba mou la calor d'un lloc a un altre. Basant-se en aquest principi, poden treure la calor de la nevera o del nostre pis (aire condicionat). També  poden ficar la calor que hi ha en l'exterior dintre de casa, amb el que estaríem generant calefacció. Bàsicament, es tracta d'un circuit hidràulic tancat amb un líquid refrigerant en el seu interior. Es fa circular en líquid pel circuit. Quan està en la zona càlida, el líquid continua en estat líquid, i en travessar el circuit cap a l'exterior, es baixa la seva pressió mitjançant una vàlvula d'expansió perquè passi a l'estat gasós. Mentre està en la zona freda, el refrigerant, que es troba en estat líquid, a diversos graus sota zero, absorbeix l'energia del mitjà, passant a l'estat gasós. Com ja hem dit, una temperatura baixa no és problema per a aconseguir la calor. Gràcies a una propietat física dels gasos, anomenada calor latent, el gas és convertit en líquid de nou mitjançant un compressor, cedint la seva calor latent, que és aprofitat per a calefactar.

Les noves generacions de bombes de calor

És convenient recordar que no totes les bombes funcionen igual de bé a baixes temperatures. Fins fa poc, no solien instal·lar-se en llocs on el terme mitjà de la temperatura era inferior a quatre graus a l'hivern, ja que sota aquest límit la bomba de calor queia en picat, al congelar-se el vapor d'aigua contingut en l'interior de l'aparell, formant una pel·lícula de gel que funcionava com aïllant. Una nova generació ha superat aquest problema instal·lant un mecanisme que resol el problema; aquest tipus de bombes funcionen en climes molt freds, suportant temperatures de fins a -20ºC; encara que a aquestes baixar temperatures va perdent la seva eficiència, aquesta característica fa possible utilitzar les bombes de calor en aquestes latituds.

A pesar d'haver resolt el problema, és cert que les bombes són més útils per a climes temperats. Especialment perquè instal·lar una bomba reversible proporciona calefacció a l'hivern i refrigeració a l'estiu.

Si té pensat adquirir una bomba de calor, es preguntarà què significa la paraula Inverter. Una bomba inverter té dos avantatges enfront de la qual no ho és, -encara que naturalment també sigui més cara-. Aquests avantatges es basen que el compressor té una potència adaptable. Un compressor normal, o s'apaga o està encès, sense termes mitjos. Un inverter funciona de forma contínua, adaptant la seva potència a les condicions de l'entorn. L'avantatge ve, d'una banda, de l'estalvi d'electricitat, i per un altre, de la major confortabilitat, ja que no notem alts i baixos en la temperatura.

Tipus de bombes de calor

Aire-aire

Una bomba de calor aire-aire obté l'energia de l'aire exterior i la cedeix a les estades d'un habitatge o local introduint aire a la temperatura desitjada.

Encara que aquest tipus de bomba de calor té eficiències lleument inferiors a la d'aire-aigua, té l'avantatge que una instal·lació d'aquest tipus és reversible, no necessita complements per a generar fred a l'estiu. S'usen unitats de baixa potència, que es destinen a la calefacció i refrigeració d'habitatges.

L'equip està en contacte amb l'exterior, d'on extreu la calor i també amb l'aire interior de l'habitatge, on cedirà la calor. Posteriorment es distribuirà mitjançant conductes per les estades. El rendiment d'una bomba de calor aire-aire ve molt condicionat de la temperatura exterior. Sempre que tinguem temperatures extremes de fred o calor, no treballarà al màxim de la seva capacitat. Tenim diversos tipus d'instal·lacions:

Compacta, on l'equip integra els components en el mateix aparell. La bateria externa està en contacte amb l'ambient exterior i la interior està connectada amb els conductes que distribueixen l'aire per l'habitatge.

Partida, on la bateria interior i exterior aniran connectades mitjançant canonades aïllades, on circularà el refrigerant. La unitat exterior anirà col·locada fora de l'habitatge i la unitat interior en l'habitatge deixant-la a la vista o amagada en el fals sostre.

Aire-aigua

La bomba de calor aire-aigua extreu calor de l'aire exterior i ho cedeix a l'aigua que circula pel sistema de calefacció. Això permet que pugui adaptar-se perfectament a una instal·lació de calefacció ja existent i que sigui molt útil per a la climatització de piscines.

L'aigua calenta generada pot calefactar un habitatge adaptant-se a la instal·lació, sigui de radiadors o de sòl radiant. El sòl radiant treballa amb unes temperatures ideals per a una bomba de calor aire-aigua. S'haurà de tenir en compte la instal·lació, ja que amb sòl radiant, és necessari instal·lar un sistema de deshumidificació de l'aire. El funcionament d'una bomba de calor és el qual usen tots els aparells refrigerants, amb l'avantatge que és reversible.

D'aquesta manera, vam invertir el flux de refrigerant, passant del fred a la calor, i de la calor al fred. Les temperatures baixes d'impulsió d'aigua a l'hivern 35ºC-45ºC i altes temperatures a l'estiu 12ºC-16ºC, permeten estalviar en energia, i que la màquina treballi amb un rendiment òptim. Amb la bomba de calor podem independitzar la temperatura de totes les zones a climatitzar aportant major benestar i confort sense fer un malgasto energètic. A l'estiu, s'absorbeix la calor que duu l'aire. L'intercambiador de plaques s'encarrega de fer l'intercanvi de temperatures cedint a l'aigua el frio mitjançant la bateria exterior. A l'hivern, s'absorbeix el frio de l'aire, i l'intercambiador de plaques envia la calor a l'aigua. Les bombes de calor s'adapten a diferents sistemes de generació de calor com calderes o captadors solars.

Bomba de calor geotèrmica

Una bomba de calor geotèrmica és una bomba de calor aigua-aigua. Mitjançant un fluid que circula per un llaç enterrat, extreu o cedeix calor a la gran massa formada pel subsol. La bomba de calor geotèrmica té una eficiència quantitativament superior a les altres, ja que es beneficia de la característica que presenta el subsol de mantenir-se a una temperatura pràcticament constant al llarg de l'any. En una bomba de calor l'energia subministrada depèn de la temperatura de la font que subministra la calor al condensador. Els sistemes de climatització convencionals absorbeixen la temperatura de l'atmosfera, i treballen amb temperatures extremes, a l'estiu i hivern. A l'hivern el condensador no pot captar pràcticament gens de calor i el rendiment de la bomba és baix.

A l'estiu, quan fa més calor, la bomba ha de cedir la calor a l'atmosfera que pot estar a 40º C, baixant el seu rendiment. En el sistema de bomba geotérmica, al disposar d'una font a temperatura constant, el rendiment sempre és òptim sense que importin les condicions de temperatura atmosfèrica. La bomba geotèrmica té les seves inicis en Oregón instal·lant-se en el Commonwealth Building de Portland en 1946. Després de la crisi petroliera de 1973, els grans països com Alemanya, Suècia, Estats Units, Canadà o Anglaterra la van tenir en compte com a alternativa al petroli. La Unió Europea té grans propòsits per al 2010, quant a energies renovables. Una de les campanyes que va iniciar @ser<3> la de potenciar les bombes tèrmiques amb la instal·lació de 250.000. En Espanya no és una tecnologia rellevant, però a poc a poc es va posant a nivells europeus.

Estudi comparatiu entre una bomba de calor i una caldera convencional

El nostre departament tècnic ha comparat una caldera de gasoli convencional amb la bomba de calor Altherma de Daikin, que té capacitat de proporcionar refrigeració i calefacció a tota la casa mitjançant sòl radiant. El resultat és que pot estalviar-se 1.362 euros anuals en energia si ens decidim per instal·lar uneixi Altherma en la nostra llar.

El nostre estudi es limita a analitzar el rendiment i avantatges econòmics que ofereix aquesta bomba com font de calefacció; al comparar-la amb una caldera, hem d'obviar l'evaluació de les seves prestacions en refrigeració, cada vegada més sol·licitades a causa del creixement de la nostra renda per cápita i als augments de temperatura a causa del canvi climàtic. Si, per exemple, vam comparar amb el gasoli, la diferència és clara i, a més, a molt curt termini.

Actualment, durant el segon trimestre de 2008, el preu del gasoli ha arribat als 90 cèntims d'€ el litre (+ IVA), el seu mercat de futur és ascendent i és més que probable que abans de final d'any estiguem parlant de 1€ (+ IVA) per litre de combustible. Per a poder apreciar les diferències entre les diverses fonts d'energia hem de passar a una moneda comuna en termes d'energia: el kWh; i, al seu torn, relacionar-lo amb els diferents preus del mercat. Sabem que en gasoli:

1 litre de gasoli = 1 €
1 litre de gasoli= 10,21 kWh

En gas:
1 kWh de gas = 0,0514 €

I en electricitat:
1 kWh elèctric = 0,1073 €

Fem els càlculs pertinents posant com a exemple una casa unifamiliar amb un consum mitjà de 2.000 litres de gasoli a l'any. Per tant, a Madrid tenim:

Font d'energia	En Gasoli	En gas	En corrent
Necessitats d'habitatge	20.000 kWh	20.000 kWh	20.000 kWh
Energia consumida	25.000 kWh	22.222 kWh	5.952 kWh
En combustible	2.000 litres	---	---
Cost	2.000 €	1.143 €	638 €

 

En Madrid amb un COP de 4,2, la diferència anual arriba als 1.362 i 505 en gasoli i gas respectivament a favor de la bomba de calor!. Que dir d'altres ciutats amb COPs més favorables. Amb l'avantatge afegit que tenim fred en tota la casa sense necessitat de comprar cap aire condicionat a l'ús!

La inversió en una màquina d'aquest tipus, que és gamma alta, resulta un poc més elevada en comparació de les convencionals, però si al preu final li descomptem el preu del seu equivalent en gasoli ens queda una diferència d'entre 4.000 i 6.000 euros màxim.

Si anualment estalviem 1.362 euros només en combustible amortitzem la bomba d'en un màxim de 4 a 5 anys. Si comptem amb l'estalvi de sistema d'aire condicionat que necessitaríem per a fer fred en les instal·lacions de caldera clàssica, ens quedaria una diferència 1.000 a 3.000 euros. Aplicant l'anteriorment exposat amortitzem en un màxim d'1 a 2 anys i de 3 a 5 anys en gasoli i gas respectivament a favor de la bomba de calor.

Aplicacions de la bomba de calor

Climatització: La climatització de petits locals, oficines, restaurants, és una aplicació molt habitual.

Aigua Calenta Sanitària: L'aigua és el focus de calor. La demanda més gran d'aigua calenta és al matí, i per això podem estalviar produint ACS durant la nit.

Climatització de piscines: En les piscines cobertes, s'ha de renovar l'aire a causa de la gran humitat en l'ambient.

Calefacció, climatització i acs: Subministren aigua a fan-coils, per a la calefacció de locals i naus.

Escalfament d'aigua: De vegades els processos industrials necessiten simultàniament aigua freda i calenta. Les bombes de compressió amb motor elèctric són ideals per a aquestes instal·lacions.

Assecament de productes: Per a la deshumidificació industrial i assecat a temperatures baixes i moderades, les bombes de calor són perfectes.

Altres usos de la bomba de calor: Destil·lació i obtenció de concentrats, calefacció d'hivernacles, escalfament i refredament d'aigua en Piscifactories, fermentació del pa

 

Morfologia de la bomba de calor

A part dels diferents tipus de bombes que existeixen podem classificar-les segons construcció:

- Compacta: Tots els elements estan allotjats dintre d'una mateixa carcassa.

- Split o partides: Formades per dues unitats separades. Una exterior on s'allotja el compressor i la vàlvula d'expansió i una interior. Així, s'eviten els sorolls en la zona a climatitzar.

- Multi-split: Constituïdes per una unitat exterior i diverses unitats interiors en cada zona a climatitzar.

També podem diferenciar-les segons el seu funcionament

- Reversibles: Poden funcionar tant en cicle de calefacció com en cicle de refrigeració canviando el sentit de flux del fluid.

- No reversibles: Únicament aporten calefacció.

- Termofrigobombas: Produeixen simultàniament fred i calor.

Futur de la climatització mitjançant bombes de calor

La reducció actual d'emissions de CO2 de la bomba de calor, és d'un 6%, i podria arribar en un futur fins al 16%, segons l'Agència Internacional de l'Energia. Els desenvolupaments en aquesta tecnologia, permetran que les bombes de calor millorin encara més el seu actual rendiment i el seu ús més generalitzat, farà que la climatització de llars sigui més beneficiosa per al medi ambient. L'evolució de la bomba de calor en els pròxims anys dependrà de l'evolució dels fluids refrigerants. Els refrigerants organoclorados, usats per la major part de les bombes de calor, tendeixen a desaparèixer a causa de la seva alta contaminació sobre la capa d'ozó i l'efecte hivernacle. Per a millorar les emissions de la bomba de calor, fent que sigui una alternativa atractiva des del punt de vista de l'estalvi energètic, la substitució dels refrigerants per uns altres ha de mantenir o superar les eficiències dels cicles.