EL RETO DE LA DESCARBONIZACIÓN:  BOMBAS DE CALOR + ENERGÍAS RENOVABLES + ACUMULACIÓN TÉRMICA

Pedro Vicente Quiles

Presidente del Comité Técnico de Atecyr

La definición de los edificios de cero emisiones que aparece en la nueva revisión de la Directica de Eficiencia Energética de los edificios, tiene muy en consideración la producción de energía in-situ, pero descuida el uso de la energía renovable de la red. Aunque se nombra la importancia que deben desempeñar los edificios en el funcionamiento de la red, lo cierto es que no se consideran aspectos clave como la flexibilidad, la potencia instalada y la acumulación de energía en la determinación de la eficiencia de los sistemas térmicos de los edificios.

La descarbonización de los edificios consistirá, en muchos países, en la electrificación de sus instalaciones. En el PNIEC se considera que en España cerca del 90% de la eliminación de las calderas de combustibles fósiles se hará mediante su sustitución por bombas de calor. Sin embargo, tal y como se ve en la Figura 1, las curvas de consumo y producción en una vivienda generalmente no coinciden, lo que obliga a que la red deba ser la responsable de trasladar los kWh producidos in-situ a otros usuarios y a suministrar la energía que la vivienda necesita cuando no hay autoproducción.

Si se considera un balance anual, la instalación de la Figura 1 tiene una contribución renovable del 100%, si se hace balance mensual, del 90%, con balance diario sería de un 50% y con balance horario, apenas alcanza el 20%. La forma de hacer los balances importa: en este momento, la Certificación de la Eficiencia Energética del Edificio considera balance mensual, mientras que la compañía eléctrica hace balance horario o cuarto horario. La definición de autoconsumo resulta confusa para el usuario final, que es quien debe decidir si hacer la inversión.

Por otro lado, la producción de energía eléctrica es cada día más renovable y en los países mediterráneos se emplea cada día más la energía solar fotovoltaica. De hecho, España va por delante en producción fotovoltaica y en algunos momentos, ésta llega a ser superior al 50% de toda la energía producida por el sistema. La Figura 2 muestra la producción de energía eléctrica en España el 8 de mayo de 2024, donde la mancha naranja es la producción fotovoltaica.

Si se calculan los factores de conversión de Emisiones de CO₂ (grCO₂/kWh_EE), se observa que éstos cambian a lo largo del día, variando de 64 a 112 grCO₂/kWh_EE en función de la contribución renovable. Una visión realista de la Certificación Energética de los Edificios debería considerar factores de conversión horarios (al menos, permitirlos en un cálculo). De esta forma, se beneficiarían las instalaciones que sean más amigables con la red.

Un ejemplo muy sencillo de bomba de calor con acumulación, es el de los equipos domésticos de producción de Agua Caliente Sanitaria. Estos equipos se pueden instalar muy fácilmente en viviendas, están estandarizados y tienen un funcionamiento muy fiable. La eficiencia de los equipos se mide mediante la norma EN-16.147, que únicamente tiene en cuenta su comportamiento energético. Si tenemos en consideración que, en viviendas, el consumo principal de ACS se produce a primera hora de la mañana y por la noche, los equipos trabajarán principalmente en las horas donde no hay radiación solar.

La Figura 3, muestra el funcionamiento de una bomba de calor de 2,5 kW con un COP = 3 y un consumo nominal de 0,8 kW. Para una demanda de energía diaria de 6 kWh, el equipo funcionará durante aproximadamente 2,5 h. El problema es que, con un control convencional, este consumo se producirá principalmente en las horas donde no hay radiación solar.

Desde el punto de funcionamiento de la red, sería mucho mejor que el equipo tuviera la mitad de potencia térmica y eléctrica (kW). Si además se mejora el control para que funcione en horas de sol y se acumula suficiente energía (agua), el funcionamiento puede ser como el mostrado en la Figura 4.

En el caso de la Figura 4 se trata de una bomba de calor ON/OFF que solamente funciona en horas de sol. El control es sencillo y consiste que permitir que únicamente funcione entre las 10 y las 20 h.

Este funcionamiento del equipo, más amigable con la red debería ser considerado en la eficiencia energética del edificio, o en su etiquetado energético. De hecho, el sistema es eficiente desde el punto de vista de que hace un mejor aprovechamiento de la energía solar fotovoltaica que se produce en la red. No se trata únicamente de optimizar la producción in-situ. Muchas viviendas nunca podrán contar con instalación solar fotovoltaica, pero deben contribuir al funcionamiento del sistema energético con este tipo de soluciones.

Si consideramos factores de conversión variables por horas, tal y como se muestra en la Figura 2, se obtendrían los siguientes resultados:

• En una vivienda sin instalación fotovoltaica in-situ, las emisiones de CO₂ serían de 182 grCO₂/día para el sistema de 2,4 kW y de 128 gCO₂/día para el sistema de 1,2 kW con control solar (un 30% menos). La diferencia se produce por utilizar factores de conversión horarios.
• En una vivienda con instalación fotovoltaica in-situ, las emisiones del sistema de 2,4 kW serían de 165 grCO₂/día para el sistema de 2,4 kW y de 26 gCO₂/día para el sistema de 1,2 kW con control solar (un 85% menos).

Este mismo razonamiento se debe aplicar para los sistemas de climatización: calefacción y refrigeración.

Conclusiones

1. El reto de la descarbonización pasa por el uso de energía solar con bombas de calor y acumulación térmica para un mayor aprovechamiento solar.
2. La Certificación Energética de los Edificios y los Reglamentos de Ecodiseño deben considerar la flexibilidad de funcionamiento de los equipos para que funcionen cuando exista más energía renovable in-situ o en la red.
3. Independientemente de si el edificio tiene energía solar in-situ o no, las bombas de calor deben diseñarse para un funcionamiento en horas de sol y así favorecer la extensión de esta tecnología que principalmente consumirá energía de la red.