Desde esta semana tenemos un Nuevo Documento para la aplicación del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) que va a clarificar cuándo una bomba de calor, de distintos tipos, se puede considerar como energía renovable, al tomar esa energía del agua (energía hidrotérmica), del aire (energía aerotérmica), o bien del terreno (energía geotérmica).
Veamos unas imágenes de estas bombas de calor, obtenidas de la magnífica web de sitiosolar.com al que podéis acceder diréctamente haciendo click aquí.
La bomba de calor hidrotérmica toma la energía diréctamente del agua almacenada bajo la superficie (pozo):
La bomba de calor geotérmica intercambia energía con el terreno, bien sea con colectores de captación horizontales o verticales:
Y la bomba de calor aerotérmica capta la energía del aire exterior (que a su vez lo recibe del Sol):
Las bombas de calor son considerados sistemas eficientes por el RITE y así viene recogido en su Instrucción Técnica IT 1.2.3. punto 5 como un sistema de referencia a considerar en los diseños. Pero además la Directiva 2009/28/CE relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables, en su artículo 2 recoge una gran diversidad de fuentes renovables:
- Energía eólica.
- Solar.
- Aerotérmica.
- Geotérmica.
- Hidrotérmica.
- Oceánica.
- Hidráulica.
- Biomasa.
- Gases de vertedero.
- Gases de plantas de depuración.
- Biogás.
Por tanto estas bombas de calor, aerotérmica, geotérmica e hidrotérmica, se pueden considerar que utilizan energías renovables al utilizar la energía del aire, la Tierra, o de yacimientos de agua, a un nivel de temperatura útil, pero necesitan energía eléctrica u otra fuente auxiliar para funcionar. Por ello debe deducirse del total de utilizable la energía utilizada en el funcionamiento de las bombas de calor. Así solo podrán utilizarse las bombas de calor cuya producción energética supere de forma significativa la energía primaria necesaria para impulsarlas.
La reciente modificación del RITE a través del RD 238/2013, y el Documento Básico de Ahorro de Energía del Código Técnico de la Edificación, DB-HE, también se han abierto a todas las fuentes energéticas no fósiles. Así en ambos se deja de citar los aportes de energía solar térmica, para utilizar el térmico aportes de calor renovables o residuales en los sistemas térmicos de los edificios.
La cantidad de energía aerotérmica, geotérmica o hidrotérmica capturada por bombas de calor que debe considerarse energía procedente de fuentes renovables se denomina ERES y se determina según el Anexo VII de la Directiva 2009/28/CE utilizando la fórmula siguiente:
ERES = Qusable x ( 1 - 1/SFP )
Donde Qusable es el calor útil estimado que proporcionan las bombas de calor, y SFP es el factor de rendimiento medio estacional estimativo para dichas bombas de calor.
De tal manera que sólo se tendrán en cuenta las bombas de calor para las que:
SFP > 1,15 x 1/η
Así la clave está el el factor SFP, el cual a través de la Decisión de la Comsión de 1 de marzo de 2013, estableció que el valor de eficiencia del sistema de energía, η, en 0,455 (45,5 %), valor que será revisado antes del 1 de enero de 2.016.
Por tanto el valor "renovable de SFP" será de:
SFP > 1,15 x 1/0,455
SFP > 2,53
En el caso que se pretenda sustituir el aporte solar mínimo para la producción de ACS mediante una bomba de calor aerotérmica, geotérmica o hidrotérmica, será necesario justificar documentalmente, del modo establecido en la IT 1.2.2. del RITE, que las emisiones de dióxido de carbono y el consumo de energía primaria debidos al consumo de energía eléctrica de la bomba de calor son iguales o inferiores a los que se obtendrían mediante la instalación solar térmica y el sistema auxiliar, que constituirán una instalación de referencia que cumple con el RITE y el DB-HE 4. Se considerará una instalación de referencia alimentada con gas natural y con un rendimiento estacional de 0,92 (92 %).
Para obtener la energía primaria, verdadero indicativo del consumo energético del edificio, deberemos aplicar unos coeficientes de paso reconocidos. Hoy está pendiente de aprobación conjunta por parte del Ministerio de Industria y Fomento un documento reconocido para la aplicación del RITE con unos coeficientes de paso que recogen la diversidad de la producción eléctrica nacional. Podéis acceder al listado oficial de Documentos Reconocidos haciendo click aquí.
Mientras se aprueba podemos aplicar los coeficientes de paso utilizados en Certificación Energética del programa Calener:
En la Decisión de la Comisión de 1 de marzo de 2013, se estableció que la determinación SPF (COP estacional) de las bombas de calor accionadas eléctricamente deberá efectuarse de acuerdo con la Norma EN 14.825:2012, donde el SFP viene citado como SCOPnet.
Cuando un fabricante nos aporte el SFP (SCOPnet) y este sea superior a 2,5 en las condiciones de funcionamiento de la bomba de calor, su aporte energético tendrá consideración de fuente energética renovable.
Por otro lado los fabricantes de bombas de calor están obligados a través de la IT 1.2.4.1.2.1. punto 11 a ofrecer los datos correspondientes al etiquetado energético (COP/SCOP) correspondientes a la norma europea en vigor. Ofreciendo datos de funcionamiento a distintas temperaturas al objeto de facilitar la evaluación del rendimiento energético de la instalación.
En el caso de que el fabricante nos ofrezca el dato del COPnominal obtenido mediante ensayos realizados mediante otra norma que les afecte: UNE-EN 14511:2012, UNE-EN 15.316:2010, UNE-EN 16147,... habrá que justificar el SPF en las condiciones de trabajo de la bomba de calor. Para ello se deberá justificar documentalmente el valor del SFP mediante:
- Declaración de conformidad CE del fabricante.
- Etiquetado energético.
Y se podrá utilizar el método propuesto en la Guía Técnica de Prestaciones Medias Estacionales de las Bombas de Calor para Producción de Calor en los Edificios, reciente documento reconocido para la aplicación del RITE. La cual realiza una corrección del COPnominal en función de la zona climática, a través del factor de ponderación (FP), y la temperatura de uso o distribución, a través del factor de corrección (FC).
Así el Factor de Ponderación (FP) toma los siguientes valores en función de la zona climática y el tipo de bomba de calor:
Las zonas climáticas nacionales vienen determinadas en el apéndice B del DB-HE 1 para las distintas provincias y sus altitudes sobre el nivel del mar:
Y el Factor de Corrección se determinará en función de las temperaturas de distribución o uso (temperatura de condensación), y la temperatura de ensayo del COP:
Con ambos factores obtenemos el valor prestacional del índice SFP aplicando:
SFP = COPnominal x FP x FC
De la aplicación de la expresión anterior obtenemos el COPnominal mínimo para la consideración de energía renovable en función de la temperatura de distribución, resultando:
En el caso de bombas de calor para producción de ACS deberá considerarse 60 ºC como la temperatura de uso o distribución. Para temperaturas de preparación distintas de 60 ºC el volumen de acumulación se determinará mediante la expresión de equivalencia:
Donde D (60 ºC) es la demanda (volumen) de ACS a 60 ºC, T es la temperatura a la que se desea obtener la demanda (volumen equivalente) y Ti es la temperatura del agua de red obtenida según la tabla del apéndice b del documento HE 4 (o bien de la UNE 94.002:2005):
Hagamos un ejemplo para ver si una bomba de calor aerotérmica tiene un aporte renovable.
EJEMPLO 1.
Deseamos saber si una bomba de calor aire-agua ("aerotérmica") de tipo split, realiza una aportación renovable en una instalación de suelo radiante.
Datos:
- El fabricante nos facilita en su etiquetado energético que la bomba de calor tiene un COPnominal de 3,6, para una temperatura de distribución de 35 ºC (temperatura de condensación).
- La temperatura de distribución de la instalación de suelo radiante son 40 ºC.
- La instalación dota de calefacción a una instalación situada en Albacete.
Solución:
Debemos determinar el SPF para observar si es superior a 2,5 y así considerarse la bomba de calor como de producción energética renovable.
El fabricante ofrece el dato nominal del COP por lo que se le deberá aplicar los coeficientes correctores.
Albacete capital está a menos de 700 m.s.n.m. por tanto será zona climática D. Y para una bomba de calor tipo split, el factor de corrección FP será igual a 0,64.
El dado del COP está referido a unas condiciones de 35 ºC, por tanto debemos corregirlo para la temperatura de uso de 40 ºC, resultando un factor de corrección FC igual a 0,87.
Así podemos determinar el SFP:
SFP = COPnominal x FP x FC
SFP = 3,6 x 0,64 x 0,87 = 2 < 2,5
Por tanto esta bomba de calor no aporta energía renovable.
Lógicamente en función de los datos de partidas tendremos un resultado u otro. Hagamos otro ejemplo, con un "final feliz".
EJEMPLO 2:
Deseamos saber si una bomba de calor aire-agua ("aerotérmica") de tipo centralizado, realiza una aportación renovable en una instalación de suelo radiante.
Datos:
- El fabricante nos facilita en su etiquetado energético que la bomba de calor tiene un COPnominal de 3,8, para una temperatura de distribución de 35 ºC (temperatura de condensación).
- La temperatura de distribución de la instalación de suelo radiante son 35 ºC. Recordemos que el suelo radiante puede calcularse para cualquier temperatura de impulsión.
- La instalación dota de calefacción a una instalación situada en Albacete.
Solución:
Debemos determinar el SPF para observar si es superior a 2,5 y así considerarse la bomba de calor como de producción energética renovable.
El fabricante ofrece el dato nominal del COP por lo que se le deberá aplicar los coeficientes correctores.
Albacete capital está a menos de 700 m.s.n.m. por tanto será zona climática D. Y para una bomba de calor tipo split, el factor de corrección FP será igual a 0,75.
El dado del COP está referido a unas condiciones de 35 ºC, por tanto NO debemos corregirlo. FC igual a 1.
Así podemos determinar el SFP:
SFP = COPnominal x FP x FC
SFP = 3,8 x 0,75 x 1 = 2,85 > 2,5
Por tanto esta bomba de calor SI aporta energía renovable.
Seguramente el interés radica en poder determinar cuándo podemos sustituir las placas solares térmicas para contribución en la producción de ACS por una bomba de calor, por ejemplo, aerotérmica.
Esta cuestión me ha sido planteada en numerosas ocasiones, y a falta de datos para valoración, no tenía respuesta. Pero siempre he dado y mantengo el mismo consejo. Las bombas de calor aire-agua son un excelente equipo en cuanto a consumo energético y más con la tecnología actual. ¿Por qué no complementarlo con una instalación de ACS solar que durante los meses de verano permita "desconectar" el equipo auxiliar y disponer de ACS totalmente "gratis"?.
Con la normativa e información actual podemos determinar la producción renovable de una bomba de calor, y para ello se aplica la expresión mencionada anteriormente:
ERES = Qusable x ( 1 - 1/SFP )
Donde Qusable es el calor útil estimado que proporcionan las bombas de calor, y SFP es el factor de rendimiento medio estacional estimativo para dichas bombas de calor.
Podemos estimar Qusable utilizando la expresión de la Decisión de la Comisión de 1 de marzo de 2013:
Qusable = HHP x Prated
Donde HHP es el número de horas equivalente de funcionamiento de la bomba de calor a plena carga, y Prated es la potencia de la bomba de calor instalada.
El número de horas equivalentes de funcionamiento lo podemos determinar utilizando el cuadro I de la Decisión de la Comisión de 1 de marzo de 2013 en función de la fuente energética y la zona climática europea:
Recordemos que una Decisión Europea es una Norma vinculante y de aplicación directa para los Estados miembros, al igual que un Reglamento Europeo, y a diferencia que una Directiva que precisa de una transposición al ordenamiento jurídico en los Países destinatarios a través de un Reglamento Nacional. También indicar que esta Decisión permite paralelamente a los Estados realizar sus propios cálculos y estudios con la finalidad de mejorar la exactitud del modelo propuesto en la misma.
En la citada Decisión se presenta la figura 2 con las distintas zonas climáticas europeas:
En ella se observa que la mayor parte de España tiene la consideración de clima cálido, excepto alguna zona interior de Castilla o la zona pirenaica.
En el documento básico HE-1 se establecen 5-6 zonas climáticas en nuestro país a través de las tablas B1 y B2 reproducidas anteriormente, y que podemos representar aproximadamente con el siguiente gráfico:
Para ser cautos en los criterios de cálculo, tal como indica la Decisión de la Comisión de 1 de marzo de 2013 , podemos estimar como las zonas: A, B, C, y, D equivalentes a la zona climática cálida europea, quedando la zona E como equivalente a la zona climática media europea.
Cualquier fuente de carácter renovable debe aportar energía en los sistemas térmicos de los edificios, obteniendo al menos la cobertura indicada en el Documento HE 4 del CTE, el cual establece un porcentaje renovable para la producción de ACS en los edificios en función de la zona climática y de la demanda:
Las zonas climáticas están detalladas población por población en el Documento de Ayuda DA-HE-4:
La demanda de ACS a la temperatura de referencia de 60 ºC, también está indicada en el capítulo 4 del Documento HE-4 en función del uso del edificio:
Que en el caso de viviendas, según el DB-HE-4, la ocupación se determinará en función del número de dormitorios del siguiente modo:
Y para edificios de viviendas, viene establecido en el DB-HE-4, que se considerará una simultaneidad adicional, denominado factor de centralización, de demanda total del edificio, en función del número de viviendas:
Hagamos un ejemplo final para determinar si una instalación con bomba de calor es sustitutiva (equivalente) de una instalación solar térmica para producción de ACS.
EJEMPLO 3:
Deseamos saber si una bomba de calor aertoérmica tipo centralizado, de 10 kW de potencia térmica nominal, empleada para calefactar una vivienda unifamiliar de 4 dormitorios situada en Albacete capital, realiza una aportación renovable y es sustitutiva de las placas de energía solar térmica para producción de ACS.
Datos:
- Este ejemplo es la continuación del ejemplo 2 realizado anteriormente.
- El fabricante nos facilita en su etiquetado energético que el COPnominal de la bomba de calor es de 3,8, para una temperatura de distribución de 35 ºC (temperatura de condensación).
- La temperatura de distribución de la instalación de suelo radiante son 35 ºC. Recordemos que el suelo radiante puede calcularse para cualquier temperatura de impulsión.
En el ejemplo 2 hemos obtenido un SPF = 2,85 y por ello se considera una aportación energética renovable.
Solución:
Debemos determinar la energía final que satisface la equivalente instalación solar para esta vivienda de 4 dormitorios.
Observamos que en viviendas la demanda de ACS son 28 litros diarios por persona a 60 ºC, y una vivienda de 4 dormitorios tiene una ocupación de 5 personas.
Por tanto la demanda de ACS será:
5 personas x 28 litros/persona = 140 litros diarios a 60 ºC.
Y la energía útil diaria para producir esta demanda será:
Eútil = Consumo ACS x (Salto térmico) x 1,16
Donde el salto térmico será la diferencia entre la temperatura de referencia de la demanda y la temperatura del agua de red, y 1,16 es el calor específico del agua en Wh/litro.ºC.
Tomando una temperatura media del agua fría de red para Albacete de 13 ºC, para este ejemplo la energía útil diaria necesaria será:
Eútil = 140 x (60 - 13) x 1,16 = 7.633 Wh
Y las necesidades anuales serán:
Eútil = 7633 x 365 / 1000 = 2.786 kWh
Una instalación solar de REFERENCIA aportará una contribución, en la zona climática V (zona climática de Albacete), de un 60 % (por cierto, antes de la reforma de HE era de un 70 % para la zona V).
Así el ahorro de referencia que tendría una instalación solar sería de un 60 % de la energía útil total anual:
Eútil ahorrada= 60 % de 2.786 = 1.672 kWh
Este deberá ser la cantidad de energía renovable que nos deberá aportar al sistema térmico la bomba de calor aire agua para poder sustituir a la instalación de energía solar térmica para producción de ACS.
Calculemos el aporte renovable de la bomba de calor, y para ello comenzaremos calculando su calor útil total proporcionado por la bomba:
Qusable = HHP x Prated
Donde HHP es el número de horas equivalente de funcionamiento de la bomba de calor a plena carga, y Prated es la potencia de la bomba de calor instalada.
Para una zona climática "calida" el valor de HHP de acuerdo a la Decisión de la Comisión de 1 de marzo de 2013 será de 1.170 horas.
Así para la potencia nominal de la bomba de calor aire-agua de 10 kW, y 1170 horas de funcionamiento equivalente a su potencia nominal:
Qusable = 1.170 x 10 = 11.700 kWh
Observamos que en otra zona climática más severa, el número de horas equivalente de funcionamiento a potencia nominal será lógicamente mayor, y el valor renovable final también lo será.
Con el dato del calor útil estimado proporcionado por la bomba de calor, Qusable ,y con el dato calculado anteriormente del factor de rendimiento medio estacional SFP de 2,85, aplicamos:
ERES = Qusable x ( 1 - 1/SFP )
ERES = 11.700 x ( 1 - 1/2,85 ) = 7.595 kWh
Como la instalación debía tener una contribución renovable para producción de ACS de 1.672 kWh, y esta bomba de calor aporta una cantidad de energía de 7.595 kWh, PUEDE SUSTITUIRSE la instalación de energía solar térmica para producción de ACS al instalar esta bomba de calor AEROTÉRMICA que aporta energía renovable a la instalación.
Recordemos que para aplicación del Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) siempre podemos optar por uno de los dos métodos que justifican su cumplimiento, de acuerdo con el artículo 14 del mismo:
- Método simplificado. Simplemente seguir la reglamentación al pie de la letra de tal manera que el sistema diseñado cumple con el RITE.
- Método alternativo. Consistente en adoptar soluciones que se aparten total o parcialmente de las Instrucciones Técnicas, pero que el resultado final proporciona un menor consumo energético (energía primaria) y menores emisiones de CO2 que un sistema o subsistema de referencia que cumpla con el RITE.
Al optar por el método alternativo el diseñador de la instalación deberá justificar su cumplimiento, previa conformidad de la propiedad, y bajo su responsabilidad.
Para determinar la energía primaria ahorrada y emisiones evitadas, podemos tomar una instalación de referencia alimentada con gas natural, con un rendimiento del 92 %. Tal y como recomienda el reciente documento HE 0 del CTE.
EJEMPLO 4:
Determinar las emisiones de CO2 evitada por la instalación de la bomba de calor aerotérmica del ejemplo 3, e igualmente la energía primaria ahorrada.
Solución:
Primeramente debemos calcular la energía final ahorrada. Para utilizando la instalación de gas natural de referencia, y el rendimiento medio de 0,92, aplicamos:
Efinal = Eútil / Rendimiento medio
Efinal = 7.595 / 0,92 = 8.255 kWh
Observamos que una instalación alimentada con gas natural tiene unos coeficientes de paso de:
- EP/EF: 1,011.
- Emisiones CO2/EF: 0,204 kg CO2.
Por tanto la energía primaria ahorrada son: 8255 x 1,011 = 8.346 kWh.
Y las emisiones de CO2 evitadas son: 8255 x 0,204 = 1.684 kg CO2.
Podemos calcular la energía primaria consumida y las emisiones de CO2 emitidas por la instalación térmica de calefacción (o de calefacción + ACS) utilizando los coeficientes de paso de la fuente energética utilizada por la bomba de calor, en este caso electricidad, que aún siendo coeficientes de paso altos, quedan compensados por las prestaciones de la bomba de calor (COP) obteniéndose resultados aceptables.
Espero que esta explicación ayude a la aplicación de este método prestacional alternativo en el que habrá que justificar la solución adoptada.
Javier Ponce
FORMATEC
jpformatec@gmail.com
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