Funcionamiento de la bomba de calor: por qué y cuándo conviene

Una bomba de calor es un sistema de calefacción que utiliza la energía del aire, agua o suelo para producir calor. Técnicamente hablando, la bomba de calor toma la energía térmica del ambiente externo y la transfiere al interior del edificio a calentar. En verano, se invierte el proceso extrayendo el calor del ambiente para su refrigeración. Al tomar la energía propia del ambiente, es un sistema de climatización especialmente sostenible y respetuoso del medioambiente.

Tipos de bomba de calor

En general, se distinguen tres tipos de bombas dependiendo de su fuente de calor:

1. Bomba de calor aire/agua: Este tipo de bomba de calor, también llamada bomba de calor aerotérmica, utiliza el aire externo como fuente de calor. Es una solución que requiere menos espacio que los otros dos tipos de bomba de calor y no requiere cavar el suelo, por lo que es de fácil instalación. Es por ello también que resulta menos costosa que los otros dos tipos.
2. Bomba de calor tierra/agua: También denominada bomba de calor geotérmica. Este tipo de bomba de calor extrae el calor del suelo a través de un sistema de tuberías subterráneas. La energía geotérmica se usa para calentar el aire o agua que luego se distribuye a los sistemas de calefacción de la vivienda (radiadores o suelo radiante).
3. Bomba de calor agua/agua: Las bombas de calor agua/agua o hidrotérmicas recogen el calor de las aguas subterráneas, normalmente a través de un pozo. Al igual que la bomba de calor tierra/agua, su instalación puede ser compleja, ya que se tiene que cavar el suelo.

Componentes de una bomba de calor

Todos los tipos de bombas de calor cuentan con los mismos componentes principales: el evaporador, el compresor, el condensador y la válvula de expansión. A diferencia de otros sistemas de calefacción, las bombas de calor no generan energía a través de procesos de combustión haciendo uso de un fluido refrigerante como medio para la transferencia de calor.

1. Evaporador: absorbe el calor del ambiente externo o de la fuente de calor pertinente. En esta fase del proceso, el refrigerante cambia de estado de líquido a vapor.
2. Compresor: aplica una alta presión al refrigerante vaporizado, haciendo que se comprima y aumente su temperatura.
3. Condensador: el refrigerante se condensa, transfiriendo el calor liberado en el proceso al sistema de calefacción.
4. Válvula de expansión: reduce la presión del refrigerante, de modo que empieza a evaporarse nuevamente.

Estos cuatro componentes conforman un circuito cerrado por donde circula el refrigerante, transfiriendo la energía liberada por los cambios de estado de este fluido al sistema de calefacción.

Además de estos cuatro componentes principales, las bombas de calor pueden presentar otros componentes dependiendo de su tipo. Estos son unos cuantos ejemplos:

• Ventilador (bomba de calor aire/agua)
• Tuberías subterráneas (bomba de calor tierra/agua)
• Pozo de extracción de aguas subterráneas (bomba de calor agua/agua)

Funcionamiento de la bomba de calor

El funcionamiento de la bomba de calor se basa en los principios de la termodinámica de transferencia de calor. La bomba de calor captura la energía de un ambiente (aire, agua o tierra, dependiendo del tipo de bomba) y la transfiere al sistema de calefacción de la vivienda. Para ello, utiliza un fluido refrigerante que circula en un circuito cerrado y cambia de estado constantemente, liberando energía en el proceso. Esta energía – o calor – se distribuye a través de radiadores o suelos radiantes, e incluso sirve para la preparación de agua caliente sanitaria (ACS).

Examinando el funcionamiento de la bomba de calor, se pueden distinguir cuatro fases.

Evaporación

En esta fase, el evaporador actúa como un primer intercambiador de calor. Este absorbe el calor de la fuente de energía (aire ambiental, calor geotérmico o agua subterránea) y lo transfiere al circuito del fluido refrigerante. Cabe destacar que únicamente se transfiere la energía sin que el aire, agua o tierra entre en contacto con el refrigerante para evitar la contaminación del fluido.

Al momento de entrar al evaporador, el refrigerante se encuentra a una temperatura de entre -5 y -10°C, calentándose y convirtiéndose en vapor al atravesarlo.

Compresión

Al pasar de estado líquido a estado gaseoso, el refrigerante se expande, iniciando la siguiente fase: la compresión. Durante este proceso, la temperatura del vapor aumenta hasta unos 70°C, lo que constituye la fase de mayor consumo energético de la bomba de calor.

Condensación

El refrigerante, que se encuentra a alta presión, entra al condensador en forma de vapor caliente. Una vez ahí, transfiere su energía al agua de calefacción a través de un segundo intercambiador de calor y se condensa, pasando nuevamente a estado líquido.

Expansión

En esta última fase, la temperatura y presión del refrigerante disminuyen, haciendo que el fluido vuelva a su estado original. Esto se hace a través de la válvula de expansión, la cual enfría el fluido a su temperatura inicial para poder volver a absorber el calor de la fuente. En este estado, el fluido pasa al evaporador, cerrando así el ciclo de la bomba de calor.

Refrigeración con bomba de calor

El funcionamiento de la bomba de calor puede invertirse añadiendo algunos componentes, lo que permite su uso como refrigeración. Sin embargo, es necesario distinguir entre la refrigeración pasiva y la refrigeración activa.

1. Refrigeración pasiva

Con la refrigeración pasiva, la bomba de calor extrae el exceso de calor del interior de la vivienda a través de una válvula de tres vías y lo transfiere al subsuelo, donde la tierra y las aguas subterráneas se mantienen a temperaturas constantes durante todo el año. El intercambio de calor entre el subsuelo o aguas subterráneas y el espacio habitable es suficiente para enfriar la vivienda. Este tipo de refrigeración tiene una eficiencia energética especialmente alta, pues solo utiliza los circuitos del agua de calefacción y de la fuente de calor.

2. Refrigeración activa

En el caso de la refrigeración activa, la bomba de calor actúa como un frigorífico, con el compresor en marcha y el circuito del refrigerante invertido: la bomba de calor extrae la energía térmica del interior de la vivienda y la transfiere al circuito del fluido refrigerante a través del segundo intercambiador de calor que funciona como evaporador. Esto puede reducir la temperatura unos 3 o 4°C. Para poder usar el mismo circuito para refrigeración, es necesario instalar una válvula de cuatro vías y una segunda válvula de expansión. Todos los tipos de bomba de calor son adecuados para este tipo de refrigeración.

Atención: Ciertos modelos de bombas de calor permiten la instalación de componentes adicionales a posteriori para ambos tipos de refrigeración. Las bombas de calor aire/agua WOLF CHA Monoblock son una alternativa idónea para aquellos que buscan un sistema duradero, silencioso y de alta eficiencia tanto para calefacción como para refrigeración. Un instalador experto puede asesorarte acerca del tipo de refrigeración que más se adecúe a tus necesidades.

¿Cuándo conviene hacer el cambio a una bomba de calor?

Ahora que hemos visto cómo funciona una bomba de calor para calefacción y aire acondicionado, podemos hablar acerca de cuándo conviene.

La bomba de calor presenta importantes ventajas que otros sistemas de calefacción no ofrecen. Para empezar, utiliza la energía de su propio ambiente, como el aire o el suelo, reduciendo su impacto climático y contribuyendo a la sostenibilidad. Además, es un sistema de gran eficiencia energética. En general, una bomba de calor utiliza un tercio de la energía necesaria para producir la misma cantidad de calor que un sistema de calefacción convencional.

¿Estás pensando en cambiar a una bomba de calor? Desde Wolf te explican qué factores debes tener en cuenta para saber si es el sistema que más te conviene.

• El clima: Las bombas de calor son especialmente eficientes en zonas con inviernos suaves y veranos calurosos, donde las temperaturas oscilan entre los 0 y 35°C. En estas zonas, la bomba de calor puede sustituir tanto a los sistemas de calefacción como al aire acondicionado, ahorrando costes de energía durante todo el año.
• Características de la vivienda: La eficiencia de las bombas de calor es mayor en edificios con buen aislamiento y baja dispersión térmica. Sin embargo, también es posible lograr un buen nivel de eficiencia en edificios antiguos. No dudes en consultar a un experto para obtener asesoría específica a tu situación.
• Subvenciones e incentivos: En muchos países existen subvenciones económicas para la instalación de sistemas de calefacción de alta eficiencia energética, lo que puede hacer que las bombas de calor sean incluso más rentables. En España, dependiendo de dónde vivas, puedes encontrar subvenciones públicas para hacer el cambio. Infórmate en la página web del Gobierno de tu comunidad.
• Legislación: Desde septiembre de 2022 existe un nuevo impuesto sobre gases fluorados, como aquellos presentes en ciertos fluidos refrigerantes. Si bien esto puede afectar a algunos usuarios con modelos más antiguos, las nuevas bombas de calor como la WOLF CHA Monoblock utilizan refrigerantes naturales, por lo que están exentas de este impuesto.

En resumen, la bomba de calor es un sistema versátil, adecuado tanto para construcciones nuevas como para la renovación de sistemas antiguos. Con un mantenimiento mínimo y una larga vida útil, la bomba de calor garantiza una buena relación calidad-precio a largo plazo. Además, como sistema de calefacción de alto rendimiento energético y bajas emisiones, asegura un ahorro considerable mes a mes y un aporte importante a la sostenibilidad.