La bomba de calor una idea revolucionaria y natural

Un sistema de calefacción que utiliza el calor del sol almacenado en el aire, en el suelo o en el agua, disponible todo el año.

Una bomba de calor que transfiere al agua del sistema toda la energía recuperada de la tierra, del aire o del agua disponibles en el entorno exterior. Esta energía se utiliza para calentar y enfriar el ambiente y para la producción de agua caliente sanitaria.

 

 

Cuatro son las etapas que componen el ciclo termodinámico del refrigerante dentro de una bomba de calor: la compresión, la condensación, la expansión y la evaporación. Durante la compresión del fluido - en estado gaseoso - su presión y su temperatura aumentan por absorción de calor. En la siguiente fase, el fluido pasa por un condensador y el calor se transfiere al agua o al aire utilizadas como soportes para la calefacción del entorno o del agua caliente sanitaria. En la tercera fase, el fluido - que se ha vuelto otra vez líquido - atraviesa una válvula de expansión (proceso de laminación), lo que provoca una reducción en la presión y en la temperatura. Por último, en la cuarta y última fase, la evaporación, pasa al estado de vapor absorbiendo energía de la fuente termica. La aportación energética tiene que ver básicamente con la corriente eléctrica necesaria para el funcionamiento del compresor, pero en general el sistema es capaz de proporcionar más energía (en forma de calor) de la que consume.

El entorno está lleno de energía. En teoría, hay que alcanzar el cero absoluto (-273,15 º C) para eliminar hasta el último vestigio de energía. Con la ayuda de una bomba de calor, una parte de esta energía natural puede ser recolectada y procesada para obtener agua caliente sanitaria y calor.
En términos económicos, la instalación de este tipo de sistema es conveniente: el calor también puede extraerse a temperaturas inferiores a -15 ° C. En promedio, a lo largo de un año, el retorno de energía natural a coste cero será de aproximadamente la mitad de los normales gastos de calefacción.
 

Funzionalidad de una bomba de calor

La energía recolectable gratuitamente del entorno proporciona alrededor del 75% de la energía requerida por una bomba de calor. Con la integración de tan sólo el 25% de energía exterior (generalmente eléctrica), se llega al 100% de las necesidades del sistema de calefacción. La energía se puede extraer del aire exterior, del agua (ya sea subterránea, de río o de lago) y del suelo, a través de intercambiadores de calor. Este calor entra en el ciclo de la bomba de calor, donde es llevado a un nivel de temperatura adecuado para las necesidades de calefacción.


Recuperación de energia del suelo

Estas bombas de calor son capaces de recuperar la energía del suelo de dos formas distintas: horizontal y vertical.

Recuperación de la energia del suelo mediante sondas horizontales

Un colector geotérmico colocado horizontalmente en el jardín (bobinas horizontales de materia sintética PE colocadas en el terreno a una profundidad de aprox. 1,2 a 1,5 m) absorbe el calor de la tierra y lo envía a un fluido de transferencia térmica (agua glicolada). Este líquido llega a la bomba de calor que, en el modo de invierno, absorbe el calor del agua para cederlo, a través del sistema de refrigeración, a la planta dentro de la casa (a través de radiadores, fan coils, paneles o radiantes). Este sistema requiere una superficie de terreno de dos a tres veces el tamaño de la zona a calentar.

Recuperación de la energia del suolo mediante sondas verticales

El principio de funcionamiento de la sonda geotérmica es similar al de los colectores geotérmicos enterrados en una superficie horizontal. A una profundidad de 30-100 m se colocan sondas geotérmicas, constituidas por una o más tuberías de material sintético, a través de las cuales fluye el agua con glicol. Las sondas geotérmicas verticales requieren poco espacio. La capacidad de absorción varía en función de las características del suelo y tiene entre 30 y 100 vatios por metro de sonda geotérmica.

Recuperación de la energía del agua

La energía puede recuperarse del agua, aprovechando el calor natural de lagos, pozos y acuíferos. En particular, las aguas subterráneas son ideales para una bomba de calor, ya que tienen la capacidad de acumular el calor del sol durante un largo período y en general mantienen una temperatura constante de 9-12°C.
Con estas temperaturas, las bombas de calor ofrecen un mejor rendimiento (y por tanto costos operativos menores) que las que se basan en el principio de sondas geotérmicas. Utilizando una bomba de alimentación se extrae agua subterránea para llevarla a la bomba de calor, que recupera el calor. A continuación, un pozo absorbente conduce el agua hacia el acuífero. La distancia entre el pozo de alimentación y el pozo absorbente debe ser de al menos 10 m para la prevención de cortocircuitos. Los volúmenes disponibles y la calidad del agua se deben controlar de forma previa con ensayos de bombeo.

Recuperación de la energia del aire

La solución con el mayor campo de aplicación sigue siendo la de la recuperación de energía del aire exterior, un elemento siempre disponible y que no tiene restricciones de ningún tipo. Los beneficios de este sistema se traducen en su facilidad de instalación, ya que es suficiente una máquina exterior para recuperar el calor de la atmósfera, lo cual permite bajar los costes de la instalación. Además, las bombas de calor de aire tienen hoy en día una eficiencia energética muy elevada incluso con temperaturas muy bajas.



Las modernas instalaciones de bombas de calor de energía eléctrica que aprovechan la energía almacenada en el medio ambiente tienen una clara ventaja, en relación con el equilibrio ecológico y los costes anuales de la energía, incluso respecto a las mejores instalaciones de calefacción de gas u otro combustible.

Las ventajas de una bomba de calor consisten en:
- Ahorro energético, gracias al aprovechamiento de la energía almacenada en el entorno
- Reducción de las emisiones de CO2
- Utilizo de energia al 100% eléctrica, una fuente que procede cada vez más de fuentes alternativas
- Fiabilidad en el funcionamiento y facilidad de mantenimiento
- Ninguna expulsión de combustible, lo que permite evitar los controles sobre las emisiones

La bomba de calor como fuente renovable

La Comisión Europea publicó el pasado 23 de abril de 2009 (Directiva 2009/28/CE) la propuesta de Directiva RES (Fuentes Renovables de Energía) sobre la promoción del uso de energía procedente de fuentes renovables. La propuesta considera la bomba de calor como una tecnología que utiliza la energía renovable procedente del aire, del agua y de la tierra. La bomba de calor es una tecnología madura, que puede contribuir de forma significativa al ahorro de energía y, en general, a alcanzar los objetivos de protección climática de la UE. Asimismo, es una de las pocas tecnologías que pueden cubrir todas las necesidades de calefacción, refrigeración y producción de agua caliente sanitaria con el uso de fuentes renovables. La bomba de calor se puede utilizadar por tanto con éxito en edificios residenciales, comerciales e industriales. La calefacción y la refrigeración representan no menos del 40% de toda la energía primaria consumida en la UE. Si se instalaran de forma generalizada, podría haber alrededor de 70 millones de bombas de calor en función en 2020. Dichas unidades contribuirían en un 21,5% al objetivo de reducción de CO2 para 2020. En ese año, las bombas de calor producirían más de 770 TWh (aproximadamente un 30% del objetivo de EUs) de energía renovable, con un ahorro de unos 900 TWh de energía primaria.


Eficiencia

La eficiencia de una bomba de calor eléctrica se mide con el coeficiente de rendimiento "C.O.P.", que es la relación entre la energía suministrada (calor transferido al medio a calentar) y la electricidad consumida.
La bomba de calor recupera aproximadamente el 75% de la energía que necesita del medio ambiente (aire, agua, tierra). Esto significa que cada kWh de electricidad consumida proporcionará 2,5 kWh de calor al medio a calentar. El C.O.P. varía dependiendo del tipo de bomba de calor y de las condiciones de funcionamiento.


Comparación de las emisiones de CO2

El beneficio más obvio de una bomba de calor, aparte de su alta eficiencia energética, es la eliminación total de las emisiones locales procedentes de la combustión. Las únicas emisiones de CO2 que pueden persistir son aquellas que dependen de la producción de electricidad por parte de las centrales eléctricas. En general, sin embargo, las plantas son responsables de menos emisiones que los pequeños sistemas de calefacción doméstica. La sustitución de las calderas de gas o petróleo antiguas e ineficientes, por lo tanto, represente una prioridad.


El índice "Primary Energy Ratio" (PER)

La estimación de las emisiones de CO2 es un elemento esencial en la evaluación de la eficiencia ambiental. Sin embargo, hay otros índices para verificar la eficacia real de los distintos sistemas disponibles.

PER (Relación Primaria de la Energía) se identifica como la relación entre el calor útil transferido al medio ambiente y la energía primaria consumida. Este indicador permite efectuar análisis de conveniencia energética comparando las diferentes soluciones, con el fin de deducir la menos costosa en términos de consumo de energía primaria.