¿Cómo funciona una bomba de calor?

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Una bomba de calor extrae energía térmica gratuita del medio ambiente (aire, suelo o agua subterránea) y utiliza una pequeña cantidad de electricidad para elevar esta temperatura y utilizarla para calentar un edificio [1]. Básicamente, funciona como un frigorífico invertido: mientras que un frigorífico transporta el calor desde su interior hacia el exterior, una bomba de calor bombea el calor del ambiente hacia el interior de la casa [2].

El ciclo de refrigeración (también llamado ciclo de la bomba de calor) es la pieza central. Un refrigerante especial circula en él y cambia continuamente su estado de agregación, presión y temperatura para transportar el calor de un nivel bajo a uno alto. Esto ocurre en cuatro pasos:

1. Evaporación (absorción de calor): En el evaporador, el refrigerante líquido absorbe el calor de la fuente ambiental. Debido a su punto de ebullición muy bajo, se evapora incluso a temperaturas bajas y se convierte en gas. La energía absorbida proviene en su mayor parte de forma gratuita del medio ambiente [1].

2. Compresión (aumento de temperatura): El compresor aspira el refrigerante gaseoso y lo comprime a alta presión. Como resultado, la temperatura aumenta considerablemente. Este paso requiere energía eléctrica y es decisivo para elevar el calor al nivel necesario para la calefacción [2].

3. Condensación (cesión de calor): En el condensador, el refrigerante caliente y a alta presión cede su calor al sistema de calefacción (por ejemplo, radiadores o calefacción por suelo radiante). Se enfría, se condensa y vuelve a volverse líquido. El calor cedido calienta el edificio [1].

4. Expansión (reducción de presión): A través de la válvula de expansión, la presión se reduce abruptamente, lo que provoca que la temperatura del refrigerante baje drásticamente. Ahora vuelve a estar frío y líquido, listo para el siguiente ciclo en el evaporador [2].

Particularidad con aire exterior frío: Incluso a temperaturas bajo cero (por ejemplo, -5 °C), el aire todavía contiene energía térmica utilizable, ya que el frío absoluto solo se alcanza a -273,15 °C. En ese caso, el refrigerante está aún más frío (por ejemplo, -15 °C) y puede absorber calor, ya que el calor siempre fluye de lo más cálido a lo más frío. El bajo punto de ebullición del refrigerante (a menudo inferior a -20 °C) permite esto. Sin embargo, la eficiencia disminuye con heladas fuertes, ya que el compresor debe trabajar más [2].

El coeficiente de rendimiento anual (JAZ) mide la eficiencia real a lo largo de todo un año: indica cuánto calor (en kWh) se genera por cada kWh de electricidad consumido. A diferencia del COP (Coefficient of Performance) en condiciones de prueba, el JAZ tiene en cuenta todas las influencias reales, como las fluctuaciones de temperatura y los ciclos de descongelación. Los valores buenos para las bombas de calor aire-agua están entre 3,5–4,0, para las de salmuera-agua entre 4,0–5,0 y para las de agua-agua entre 4,5–5,5+. Se recomienda un JAZ a partir de 3,0 para que sea rentable. Las temperaturas de impulsión bajas (por ejemplo, con suelo radiante) y las fuentes de calor estables mejoran considerablemente el JAZ [2].

Diferencias entre tipos: Todos utilizan el mismo ciclo de refrigeración, pero difieren en la fuente de calor. Las bombas de calor aire-agua son económicas en la adquisición (aprox. 25.000–45.000 €), fáciles de instalar y flexibles, pero tienen una eficiencia fluctuante y una unidad exterior audible. Las bombas de calor salmuera-agua (geotermia) son más eficientes y estables (JAZ 4,0–5,0), pero requieren trabajos de tierra o perforaciones (coste 35.000–60.000 €) y permisos. Las bombas de calor agua-agua (agua subterránea) ofrecen la mayor eficiencia (JAZ superior a 5,0), pero son las más caras (40.000–65.000 €) y están estrictamente sujetas a permisos debido a los pozos [3].

Idoneidad para edificios antiguos no renovados: Sí, a menudo es posible, pero supone un reto debido a la alta demanda térmica y a las altas temperaturas de impulsión necesarias (hasta 60–70 °C). En estos casos, son adecuadas las bombas de calor de alta temperatura o los sistemas híbridos (combinación con una caldera de gas o gasoil existente). La calefacción por suelo radiante es ideal (bajas temperaturas de impulsión de 30–35 °C), aunque a menudo es costosa de instalar a posteriori en edificios antiguos. En el caso de los radiadores, ayudan los modelos más grandes, los radiadores de baja temperatura, el equilibrado hidráulico o pequeñas medidas de aislamiento (por ejemplo, en el tejado o las ventanas) para reducir la temperatura de impulsión. Un cálculo profesional de la carga térmica es esencial [4].

Costes y subvenciones: Los costes de adquisición oscilan entre 25.000 y 65.000 €, según el tipo (incluyendo la instalación). Los costes operativos dependen del COP anual (JAZ) y del precio de la electricidad; con un JAZ de 4 y una demanda térmica de 15.000 kWh, a menudo se sitúan por debajo de los 1.300 €/año con electricidad para bombas de calor. En Alemania, la Subvención Federal para Edificios Eficientes (BEG) financia hasta el 70 % de los costes (subvención básica del 30 %, más bonificaciones por sustitución de calefacciones antiguas, eficiencia o ingresos; máx. 21.000 €). La solicitud debe presentarse ante la BAFA/KfW antes de iniciar las medidas; se recomienda un consultor energético. Como alternativa, es posible obtener una bonificación fiscal [3].

Nivel sonoro y ubicación: Los modelos geotérmicos y de agua-agua son muy silenciosos (comparables a un frigorífico). Los dispositivos de aire-agua alcanzan entre 35 y 50 dB(A) a 1 m de distancia. Importante: respetar la distancia con los vecinos y las ventanas (tener en cuenta la TA Lärm), evitar esquinas y superficies acústicamente duras, y utilizar amortiguadores de vibraciones y un cimiento estable. El modo nocturno reduce el ruido [1].

Ahorro de CO₂: En comparación con una calefacción de gas (aprox. 200 g CO₂/kWh), una bomba de calor con un JAZ de 4 y el mix eléctrico alemán (aprox. 380 g CO₂/kWh) ahorra más del 50 % de CO₂. Con electricidad ecológica o una instalación fotovoltaica, las emisiones operativas son casi del 100 %. El ahorro aumenta a medida que crece la proporción de energía verde en la red [3].

Conclusión para propietarios: Las bombas de calor son eficientes, respetuosas con el medio ambiente y preparadas para el futuro. La elección depende del terreno, el edificio y el presupuesto. Un asesoramiento individual por parte de una empresa especializada y un consultor energético, incluyendo el cálculo de la carga térmica, es indispensable para una planificación, subvención y eficiencia óptimas.