¿Las bombas de calor también funcionan en edificios antiguos?

La realización de la transición energética está íntimamente ligada a la modernización de los edificios existentes. Además de los dispositivos arquitectónicos que sirven para reducir la necesidad de calefacción, también se presta atención a la mejora de la eficiencia del sistema de calefacción. Otro elemento en la transformación del sistema energético es la adecuada vinculación de los sectores de la electricidad y la calefacción. Las bombas de calor eléctricas pueden hacer una contribución significativa en estas dos áreas.

Friburgo (Alemania). Casi la mitad de todos los edificios nuevos ahora se calientan con una bomba de calor. En 2019, el 46 % de los propietarios eligió una bomba de calor para generar calor y agua caliente. Es un hecho que generan calor de forma eficiente y por tanto respetuosa con el medio ambiente en los nuevos edificios. Durante mucho tiempo, no hubo una investigación sistemática sobre si también pueden proporcionar suficiente calor en edificios residenciales más antiguos y, por lo tanto, reducir las emisiones de CO2. Sin embargo, son precisamente estos resultados los que tienen una importancia primordial para la transición térmica, ya que su éxito depende en gran medida de la modernización del parque edificatorio y del uso de métodos de calefacción respetuosos con el clima. El parque de edificios existente es responsable de alrededor del 30 por ciento del consumo total de energía final en Alemania. Además, es importante recordar que las bombas de calor pueden desempeñar un papel importante en el logro de los objetivos climáticos gubernamentales. Además, a medida que la tecnología continúa evolucionando, las mejoras futuras en la tecnología de bombas de calor podrían permitir un uso aún más eficiente.

¿Cómo funciona una bomba de calor?

Una bomba de calor extrae energía del aire ambiente. Este proceso es posible gracias al uso de un refrigerante que tiene la capacidad de absorber calor incluso a bajas temperaturas. Cuando el refrigerante entra en contacto con el aire circundante, absorbe el calor y se vaporiza en el proceso. El estado gaseoso del refrigerante permite almacenar y transportar esta energía térmica.

En la siguiente etapa, el refrigerante gaseoso es comprimido por un compresor, que eleva su temperatura. Esta temperatura elevada permite que la energía almacenada se libere eficientemente al sistema de calefacción del edificio.

Una vez que el refrigerante ha emitido su calor, pasa a través de un condensador. Aquí cede su calor al sistema de calefacción y vuelve a ser líquido. En la etapa final del ciclo, el refrigerante ahora líquido pasa a través de una válvula de expansión, disminuyendo su presión y por lo tanto su temperatura.

Con la temperatura reducida, el refrigerante ahora está listo para comenzar el ciclo nuevamente. Extrae energía del aire circundante y el proceso comienza de nuevo. Este circuito permite que la bomba de calor genere calor de manera eficiente incluso a bajas temperaturas ambientales y lo utilice para calentar el edificio.

El estudio casi no encontró interrupciones.

Los tiempos de incertidumbre ahora son cosa del pasado. El Dr. Marek Miara, Jefe de Investigación de Bombas de Calor en Fraunhofer ISE, informa que las bombas de calor en el estudio de investigación actual entregan calor de manera constante y confiable con una interrupción operativa mínima. Señala que los errores aparentes de instalación o parametrización son mucho menos comunes que en las pruebas de campo más antiguas. Él atribuye esto al aumento de habilidades entre los fabricantes e instaladores durante la última década o quince años. A pesar de esto, Miara señala que todavía hay margen de mejora, por ejemplo, a través de medidas adicionales de garantía de calidad durante la instalación y el funcionamiento, que pueden respaldarse con tecnologías digitales.

Las bombas de calor examinadas también representan una alternativa más respetuosa con el clima a los sistemas de calefacción de combustibles fósiles: según las mediciones de 2018, las emisiones de CO₂ calculadas de las bombas de calor de fuente de aire probadas fueron entre un 27 y un 52 % más bajas de lo que habrían sido si el los propios edificios hubieran sido calentados con calderas de condensación a gas. Las emisiones de CO₂ de las bombas de calor geotérmicas fueron incluso un 45-61 % más bajas. A medida que la energía eólica y solar continúen expandiéndose, las emisiones de CO₂ de la electricidad seguirán disminuyendo, lo que conducirá a mayores reducciones en las emisiones de CO₂. Incluso con un escenario de expansión prudente para las energías renovables, es realista ahorrar más del 50% de las emisiones de CO₂ a medio plazo.

Temperaturas de calefacción más bajas de lo esperado

Fraunhofer ISE evaluó datos de 41 bombas de calor, todas con el mismo período de evaluación y el mismo límite de presupuesto. Para el período de julio de 2018 a junio de 2019, el instituto analizó el rendimiento de 29 bombas de calor aerotérmicas para calentamiento de espacios y agua potable. Los datos de rendimiento (PC) de estos sistemas oscilaron entre 2,5 y 3,8, con un valor medio de 3,1. En este cálculo se ignoraron dos anomalías con valores JAZ superiores a la media. En el caso de las doce bombas de calor geotérmicas analizadas, se determinaron valores de JAZ que oscilan entre 3,3 y 4,7, con un valor medio de 4,1. No se tuvo en cuenta un sistema con un valor JAZ particularmente bajo al evaluar estas bombas de calor.

Las temperaturas de flujo más altas requeridas para la calefacción de espacios promediaron justo por debajo de los 44 grados centígrados para las 27 bombas de calor de fuente de aire analizadas, mientras que estaban ligeramente por encima de los 45 grados centígrados para las once bombas de calor de fuente terrestre probadas (en cada caso sin tener en cuenta los valores atípicos). ). Miara señala que en el contexto de los edificios existentes, a menudo hay un debate sobre las temperaturas del circuito de calefacción requeridas en el llamado punto de diseño estándar: estas son las temperaturas del circuito de calefacción a temperaturas exteriores muy bajas de menos doce a menos 16 grados centígrados. . Pero estos días extremadamente fríos son muy raros. Más bien, las temperaturas requeridas son decisivas para la eficiencia, cuando hace más calor, es decir, a temperaturas justo por encima de los cero grados centígrados, explica el experto en bombas de calor. Por lo tanto, las raras temperaturas extremas en el balance anual casi no tienen efecto.

Los calentadores eléctricos en las bombas de calor rara vez estaban en funcionamiento

El consumo de energía de los calentadores eléctricos, que soportan la bomba de calor a temperaturas particularmente bajas, fue de poca importancia en los sistemas examinados. Sobre la base de todas las bombas de calor de fuente de aire equipadas con un elemento calefactor eléctrico (24 de 29), el porcentaje de trabajo realizado por el elemento calefactor fue solo del 1,9 %. Una función notable de los elementos calefactores solo se determinó como resultado de ajustes incorrectos, defectos o para prevenir la legionela. Con las bombas de calor geotérmicas, solo dos de los doce sistemas usaban calentadores eléctricos.

No es la edad del edificio lo que es decisivo, sino la condición individual

A pesar de todos los aspectos positivos, la implementación de bombas de calor en edificios existentes no es un hecho. Miara señala que el funcionamiento eficiente no solo depende de la calidad y la eficiencia de la bomba de calor, sino que también está influenciado significativamente por factores externos. Estos incluyen, en particular, el nivel de energía del edificio y el sistema de transferencia de calor instalado. Los datos recopilados en el proyecto muestran que la edad del edificio no tiene un impacto significativo. Además, no hay absolutamente ninguna necesidad de modificar los sistemas de calefacción radiante, ya que los resultados del estudio muestran que los radiadores se han utilizado a temperaturas relativamente bajas. Actualmente hay radiadores en el mercado que requieren temperaturas de circuito de calefacción significativamente más bajas mientras ocupan el mismo espacio. «El éxito general depende de una planificación e instalación cuidadosas», resume Miara, enfatizando que los instaladores y los diseñadores de sistemas de calefacción juegan un papel clave.

Los edificios examinados en el marco del proyecto tienen entre 15 y 170 años. Los edificios construidos antes de la primera ordenanza de aislamiento térmico de 1979 se renovaron en diversos grados, mientras que las renovaciones de edificios más recientes tuvieron poco impacto en el rendimiento energético de la envolvente del edificio. El requisito específico de calefacción de todos los edificios, teniendo en cuenta las influencias meteorológicas, varía entre 50 kilovatios hora por metro cuadrado y año (kWh/m²a) y 250 kWh/m²a.

Redes inteligentes como apoyo adicional

En este proyecto, Fraunhofer ISE también investigó la integración de bombas de calor eléctricas en una red eléctrica inteligente. La atención se centró en las funciones de la etiqueta SG-Ready, que distingue las bombas de calor que están listas para una red inteligente. Los cálculos de simulación confirmaron la utilidad del control inteligente y demostraron una variación de carga confiable para un grupo de al menos 250 bombas de calor. Como parte del estudio de campo de nueve bombas de calor controladas SG-Ready, fue posible probar la implementación técnica y determinar los efectos de los enfoques de control inteligente y las propiedades del sistema en el desplazamiento de la carga.