¿Qué es la aerotermia? En qué consisten y cómo funcionan las instalaciones aerotérmicas

La mayoría de instalaciones relacionadas con la climatización y con procesos industriales han utilizado el aire ambiente exterior, en un grado u otro y en una fase u otra del proceso, como medio de intercambio de energía dado que es lo más sencillo y económico. Algunas excepciones serían las centrales nucleares que utilizan el agua de los ríos o del mar para refrigerarse. Siendo, por lo tanto, instalaciones aerotérmicas, que no las habíamos denominado explícitamente así hasta la aparición de técnicas y sistemas cada vez más comunes que no utilizan  aire sino la tierra o el suelo como medio de intercambio: lo que denominamos instalaciones geotérmicas.

Por lo tanto, en contraposición, utilizamos esta expresión de instalaciones aerotérmicas para agrupar todos aquellos sistemas que basan la transferencia de calor en el aire que las rodean. Nada de nuevo pero diferenciando, a partir de ahora, otros sistemas que se van haciendo más populares y basados en otros conceptos de transferencia.

Un solo sistema compacto, simple y otras prestaciones

Y ¿por qué se habla tanto de aerotermia, si es un concepto relativamente clásico y común? Porque aparecen nuevas aplicaciones basadas en el simple intercambio con aire, bastante eficientes para competir con sistemas basados en renovables.

Debido a las normativas cada vez más exigentes con el uso de la energía, que obligaban a utilizar una parte de la energía necesaria proveniente de fuentes renovables (por ejemplo para la producción de agua caliente sanitaria), los sistemas basados en aerotermia han desarrollado tecnologías que los permiten integrar en un solo sistema, compacto, simple y de pequeñas dimensiones los equipos capaces de proporcionar resultados equivalentes a los obtenidos con sistemas convencionales apoyados por fuentes renovables con consumos de energía primaria (eléctrica) iguales o inferiores, por lo tanto, haciendo innecesaria la instalación, por ejemplo, de campos solares térmicos.

Este tipo de instalaciones de captación de energía térmica solar son, en general, poco eficientes y caros si son pequeños y usan mucho espacio y hace falta mucho control y regulación si son grandes. Además, el mantenimiento es caro y requiere un seguimiento eficaz para que el sistema aproveche todo su potencial. Adicionalmente hay que tener en cuenta que los sistemas acostumbran a quedar cortos en invierno (baja la radiación) y reciben un exceso de energía en verano (por el motivo contrario), lo que obliga a un compromiso de diseño que resulta en sistemas caros y poco eficientes. No queremos decir que la solar térmica no sea una energía útil, aprovechable e interesante pero sí que tiene aplicaciones
mejores, pongamos por caso, que producir agua caliente sanitaria en uso residencial individual.

Cómo le es propio, la industria busca soluciones para cumplir con unos requerimientos normativos de la manera más económica, compacta y sencilla de mantener y podemos decir que hoy en día ya existen soluciones simples y eficaces. Aparecen por ejemplo, como una evolución de las unidades partidas de climatización simple con expansión directa y aire, una serie de equipos con circuitos interiores mixtos que tanto pueden tratar el aire de climatización como pueden calentar agua aprovechando el calor, subproducto de un proceso de refrigeración, por ejemplo. Esta agua calentada, por lo tanto, con un calor que arrojaríamos al exterior, podemos considerar que ha sido preparada con energía renovable, que en este caso es un calor residual que no calienta el entorno ni el planeta.

Una vez acumulada convenientemente esta agua podrá ser utilizada como agua caliente sanitaria (ACS ). Y hará innecesaria la instalación de un sistema solar térmico porque la relación entre energía producida y energía consumida es tan alta que se cumplen los requerimientos legales de eficiencia energética determinados por el actual reglamento de instalaciones térmicas RITE, CTE, normas de la comunidad autónoma y normas locales.

Estos nuevos equipos compactos, requieren poco espacio, necesitan poco mantenimiento, y únicamente utilizan energía primaria eléctrica, la más eficiente y menos contaminante como fuente global de referencia. A pesar de que la Administración fue inicialmente reticente a aceptar como bonos los cálculos y justificaciones que proporcionaban los fabricantes de estos de equipos, finalmente se ha demostrado sobradamente que los equipos actuales con dobles circuitos con diferentes refrigerantes que modulan la respuesta en función de la demanda son tan o más eficientes en el uso de la energía que el uso teórico de energías renovables como la solar térmica.

Además lo hacen con sistemas simples y compactos que ocupan poco espacio, que no requieren de diversas fuentes de energía primaria, con unos componentes habituales y con mantenimientos razonables. Todavía son algo más caros de compra que los equipos equivalentes de climatización y calefacción o ACS (sin tener en cuenta las instalaciones térmicas solares) y presentan limitaciones técnicas (pérdidas de rendimiento importantes que hay que tener en cuenta a la hora de hacer un buen diseño) alrededor de las temperaturas máximas que pueden lograr.

Pero estos problemas se irán reduciendo con el tiempo y se acabará disponiendo de unos sistemas eficientes, limpios y simples para proporcionar calefacción y ACS a los hogares con potencias y consumo siempre ajustados.

¿Cómo funcionan estos sistemas?

El sistema se compone básicamente de una unidad exterior y una unidad interior entre las que circula, como siempre, un gas refrigerante. La diferencia radica en el hecho que, si bien la unidad exterior intercambia calor con el aire exterior (de aquí el nombre), la unidad interior lo hace con agua. El agua (en general todo líquido) es un mejor fluido de intercambio que un gas como el aire, y de aquí resultan unidades pequeñas y compactas.

Sistema partido para producción de ACS. Acumulación en depósito externo y calefacción por tierra radiante.
Sistema partido para producción de ACS. Acumulación en depósito externo y calefacción por tierra radiante.

 

Ciclo refrigerante y circuito hidráulico. Unidad interior para versión con depósito integrado.

 

Esta agua que recibirá la energía del circuito frigorífico la usaremos para las dos funciones básicas: dirigirla a un sistema de calefacción de baja temperatura (35ºC) como por ejemplo un suelo radiante o un sistema de radiadores de baja temperatura; y acumularla en un acumulador ACS para su uso puntual. Los sistemas más modernos, como por ejemplo las unidades Yutaki de Hitachi, utilizan dos circuitos independientes en lo que denomina cascada de circuitos, con refrigerantes varios que aprovechan sus diferentes temperaturas de condensación para producir agua a una temperatura puntualmente mayor, con un rendimiento global inferior.

En la evolución actual cada vez se requieren menos los sistemas puntuales de calentamiento de ACS en momentos de temperaturas frías extremas, cuando los rendimientos en calefacción caen rápidamente. En estos casos hay que hacer un dimensionado cuidadoso teniendo en cuenta la potencia útil necesaria en estas condiciones más desfavorables, descartando la utilización de resistencias eléctricas dentro de los acumuladores, como se ha hecho de manera común en los equipos domésticos y semi-industriales eléctricos de calentadores acumuladores.

El problema de este tipo de instalaciones son las temperaturas que pueden alcanzarse en las unidades interiores. Estos valores son más que suficientes en sistemas de acondicionamiento que utilizan el aire como elemento de transmisión pero son bajos para sistemas tradicionales de radiadores. Por eso la tendencia para estos sistemas de aerotermia es el uso, junto con una mejora de las condiciones de aislamiento de las edificaciones, de sistemas denominados de baja temperatura: suelos radiantes o sistemas de radiadores de baja temperatura, que acostumbran a operar a temperaturas de entre 30 y 40ºC.

Más dificultad encontraremos para aplicar estos sistemas en edificios ya existentes; porque es literalmente imposible disponer de un suelo radiante sobre un pavimento ya existente o allá donde las cargas térmicas superen los 80-90 W/m2 debido a unos niveles de aislamiento deficientes. Por estos casos de rehabilitación, cada vez más habituales, los nuevos sistemas todavía no son fáciles de implementar y las potencias reales disponibles todavía no permiten estas soluciones sin mejoras radicales en otros casos como por ejemplo los aislamientos de carpintería.

En definitiva, podemos concluir que hoy en día ya se dispone de sistemas compactos y eficientes, sin grandes requerimientos de inversión, espacio o mantenimiento, capaces de proporcionar la energía térmica requerida para calefacción, refrigeración y ACS de la gran mayoría de viviendas y usos del sector terciario. Y pueden hacerlo de una manera muy eficiente y utilizando únicamente energía eléctrica limpia.

Autor de las fotos: Hitachi Yutaki

Nota del editor

Este artículo fue publicado originariamente en L’Informatiu número 357 de septiembre de 2018.

Sobre el autor

Gustau Ballester

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Montse Bosch

Montse Bosch es arquitecta técnica colegiada núm. 6.777, doctora en Sostenibilidad y profesora del departamento de Tecnología en la Arquitectura de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) Más artículos del autor

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