Bombas de calor para producción de ACS por Francisco J. Aguilar Valero

Las exigencias contempladas en los estándares de construcción de edificios de consumo de energía casi nulo (Directiva de Eficiencia Energética de Edificios (2010/31/EC)) reducirán notablemente el consumo energético de los servicios de refrigeración y calefacción. Como consecuencia, el consumo de energía asociado a la producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS), en términos porcentuales, tendrá un elevado impacto en el consumo total del edificio, por lo que cobra especial relevancia la implementación de soluciones de ACS de alta eficiencia.

En este sentido, las bombas de calor se han convertido en una alternativa viable y más que interesante para la producción de Agua Caliente Sanitaria en los edificios. Es por ello que, desde la Agencia Española de Climatización y Refrigeración se ha trabajado en la redacción del DTIE 8.05 BOMBAS DE CALOR PARA PRODUCCIÓN DE ACS. Este documento analiza en profundidad la producción de ACS mediante bombas de calor, tanto en viviendas, como en aplicaciones del sector terciario. Asimismo, se presentan las diferentes alternativas y configuraciones comerciales que existen para el empleo de esta tecnología, incluyendo aspectos como el tipo y la potencia del compresor, el volumen de acumulación, etc. Además, se analiza su posible acoplamiento con sistemas de energía renovable, como son las instalaciones solares térmicas y las de energía solar fotovoltaica.

A nivel tecnológico, los fabricantes están desarrollando equipos, cada vez más eficientes, por lo que resulta sencillo encontrar bombas de calor de ACS con SCOP_DHW⁽¹⁾ de 3 o superior. Asimismo, se trata de equipos con alto grado de fiabilidad de funcionamiento y bajo coste de mantenimiento, por lo que, en los últimos años, se están convirtiendo en una solución a tener muy en cuenta en aplicaciones domésticas y del sector terciario de pequeña potencia.

El marco normativo actual también resulta favorable para las bombas de calor de ACS. A nivel europeo, entre los objetivos principales contemplados en la directiva de eficiencia energética en edificios (UE 2018/844) se encuentra la descarbonización de los edificios para el año 2050, fomentando así el uso de la energía eléctrica frente a otras fuentes de energía de origen fósil, como es el caso del gas natural o los GLPs.

⁽¹⁾ Rendimiento según ensayo de acuerdo a norma EN16147:2017

En España, el Código Técnico de la Edificación publicado en el año 2013 dejaba la puerta abierta al uso de otras tecnologías distintas a la Energía Solar Térmica para cubrir el aporte de energía renovable necesario en la producción de ACS en los edificios. Las exigencias impuestas a estas soluciones alternativas eran tres:

• Tener un origen renovable, lo que hacía posible el uso de las bombas de calor con SCOP_NET superior a 2,5.
• Generar menos emisiones de CO₂ que la instalación de referencia, definida ésta como una caldera de gas natural con rendimiento medio estacional del 92%.
• Tener un consumo de energía primaria no renovable (EPnR) inferior a la instalación de referencia, anteriormente definida.

La nueva versión del CTE, publicada en diciembre de 2019, actualiza, entre otras, las exigencias relativas a la producción de ACS y el calentamiento de piscinas. En el Documento Básico HE de “Ahorro de Energía”, la exigencia HE4 “Contribución mínima de energía renovable para cubrir la demanda de agua caliente sanitaria” se mantiene el valor de SCOP_NET superior a 2,5 para que la energía térmica aportada por una bomba de calor accionada eléctricamente pueda ser considerada como contribución renovable. Este valor se reduce a 1,15 en el caso de bombas de calor accionadas térmicamente. Sin embargo, desaparecen del mencionado documento las exigencias relativas a la comprobación de emisiones de CO₂ y de energía primaria no renovable, aunque las exigencias relativas al consumo de energía primaria se resuelven en la sección HE0.

Resulta clave, por tanto, disponer de una metodología clara y precisa para poder conocer el SCOP de las bombas de calor de ACS. Como método simplificado, el Ministerio de Industria, Energía y Turismo a través del Instituto para la Diversificación y el Ahorro de la Energía publicó el documento “Prestaciones medias estacionales de las bombas de calor para producción de calor en edificios”. Este documento trataba de estimar el valor del SCOP de las bombas de calor accionadas eléctricamente en aquellos casos en los que el fabricante no aportaba dicho valor en su ficha de características. La metodología propuesta calculaba el SCOP multiplicando el COP_NOMINAL proporcionado por el fabricante por un factor de ponderación (FP) y un factor de corrección (FC). No obstante, estos factores se encontraban muy del lado de la seguridad, por lo que los valores de SCOP resultantes se veían muy penalizados.

Afortunadamente, la gran mayoría de los fabricantes de bombas de calor de ACS ya proporcionan en la ficha de características de sus equipos el valor de SCOP_DHW obtenido según la norma UNE-EN 16147:2017. Esta norma es válida para bombas de calor con compresor accionado eléctricamente, conectadas o que incluyan un depósito acumulador de ACS.

En la mencionada norma se describen un total de 10 perfiles de extracción de ACS asociados, cada uno de ellos, con un volumen de consumo de agua diferente y con una cantidad de energía entregada. Dentro de cada perfil de extracción se especifica una serie de instantes de apertura de grifo, tratando de replicar el consumo de agua a lo largo de un día, tanto de aplicaciones domésticas, como de aplicaciones del sector terciario. Así, se definen consumos referidos a una pequeña apertura de grifo (pequeños consumos), a duchas, baños, e incluso a consumos del uso de lavavajillas (en el caso de disponer de lavavajillas bitérmico).

En la tabla adjunta se resume el volumen de agua consumida y la energía extraída en cada uno de los perfiles contemplados en la norma. Como se puede apreciar, los perfiles M y L son asimilables a viviendas de mediano y gran tamaño. En concreto, el perfil M podría corresponder al de una vivienda de 4 miembros, suponiendo un consumo de 28 L/día·persona (según CTE-HE4).

Perfiles de extracción de ACS incluidos en la norma UNE-EN 16147:2017. Volumen de agua calculado con temperatura de extracción a 60ºC y temperatura de agua de red de 10ºC

Perfil		3XS	XXS	XS	S	M	L	XL	XXL	3XL	4XL
Vol.	Litros	5,95	36,24	36,24	36,24	100,88	201,16	329,14	423,37	807,05	1614,10
Ener.	kWh	0,345	2,100	2,100	2,100	5,845	11,655	19,070	24,530	46,760	93,520

Cabe indicar que, el protocolo de ensayos descrito en la norma UNE-EN 16147:2017 contempla únicamente tres temperaturas del aire de entrada al evaporador: 2ºC (climas fríos), 7ºC (climas menos fríos) y 14ºC (climas cálidos). Para el caso concreto de España, se deberán tomar los valores de los ensayos a 7 o 14ºC, en función de si el equipo se va a instalar en una zona climática de clima medio o de clima cálido, respectivamente.

Resulta evidente pensar que, dadas las condiciones climáticas de España, la temperatura exterior promedio de 14ºC resulta excesivamente baja para la mayoría de las regiones. Esta temperatura penaliza notablemente la eficiencia energética de las bombas de calor, por lo que, en la mayoría de los casos, la eficiencia real de estos equipos será superior a la declarada para la temperatura exterior de 14ºC.

En el DTIE 8.05 BOMBAS DE CALOR PARA PRODUCCIÓN DE ACS se incluye una propuesta de metodología para determinar el SCOP de la bomba de calor, de acuerdo a las condiciones climáticas específicas de la localidad concreta en la que se va a instalar el equipo, partiendo, para ello, del valor de COP a 14ºC declaro por el fabricante, según la UNE-EN 16147:2017.

Resulta necesario también abordar el caso de aquellas bombas de calor que no disponen de un depósito acumulador integrado. Este es el caso, de bombas de calor de ACS de mayor potencia, pensadas, principalmente para aplicaciones del sector terciario. Este tipo de equipos no disponen de una norma de ensayo específica, por lo que los fabricantes siguen tomando como guía la UNE EN 14511.

De igual manera, en el mencionado documento técnico se ha incluido una metodología similar para la obtención del SCOP de la bomba de calor de acuerdo a las condiciones climáticas específicas de una localidad concreta, partiendo de los valores nominales aportados por los fabricantes según la UNE EN 14511.