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Dimensionamiento de sistemas de bomba de calor

May 4, 2020

Resumen

El dimensionamiento correcto de una bomba de calor es esencial para lograr una calefacción eficiente, fiable y con bajas emisiones de carbono. Una bomba de calor demasiado grande puede encenderse y apagarse con frecuencia, lo que aumenta el desgaste, el riesgo de ruido y el consumo eléctrico, mientras que una bomba de calor demasiado pequeña puede depender en exceso de la calefacción eléctrica de reserva durante los periodos más fríos.

Para dimensionar correctamente un sistema de bomba de calor, los proyectistas deben calcular la carga térmica de diseño del edificio, tener en cuenta las temperaturas de distribución de calor, las necesidades de agua caliente sanitaria y las condiciones climáticas, y utilizar datos de rendimiento de los productos fiables y verificados de forma independiente. A medida que Europa acelera la descarbonización de los edificios, endurece las expectativas de eficiencia energética y avanza hacia el uso de refrigerantes con menor potencial de calentamiento global (GWP) en el marco de la normativa revisada sobre gases fluorados, el dimensionamiento preciso de los sistemas de bomba de calor cobra aún más importancia.

¿Por qué es tan importante el dimensionamiento de las bombas de calor?

Las ventajas económicas y medioambientales de generar calor con bombas de calor, en comparación con los sistemas de combustibles fósiles, solo son significativas si los sistemas se han planificado cuidadosamente, se han dimensionado e instalado correctamente y, posteriormente, se han puesto en funcionamiento de forma adecuada. En particular, el dimensionamiento de los sistemas de bombas de calor representa un reto clave de diseño. Los errores pueden tener un impacto mayor que en el caso de las calderas tradicionales de gasóleo o gas, ya que la eficiencia de las bombas de calor está estrechamente vinculada a las temperaturas de funcionamiento, los tiempos de funcionamiento, las condiciones climáticas y el diseño del sistema.

¿Qué son la demanda total de calefacción y la carga de calefacción?

Un sistema de distribución de calor mal diseñado o mal adaptado puede reducir la eficiencia de la bomba de calor y acortar su vida útil. Los errores son difíciles de corregir una vez instalado el sistema. Para el dimensionamiento de la potencia de la bomba de calor, es por tanto importante determinar tanto la demanda anual de calefacción como la carga de calefacción de diseño del edificio. Los cálculos deben realizarse de acuerdo con las normas y métodos nacionales vigentes más recientes en cada país.

La demanda de calefacción y la carga de calefacción no son lo mismo. La demanda de calefacción se refiere a la cantidad de energía necesaria durante un periodo de tiempo, expresada normalmente en kWh al año. La carga de calefacción se refiere a la potencia calorífica que el sistema de calefacción debe proporcionar en las condiciones exteriores de diseño, expresada normalmente en kW. Para el dimensionamiento de la bomba de calor, la carga de calefacción de diseño es el parámetro clave.

¿Cómo se calcula la demanda de calefacción?

La demanda específica de calefacción por metro cuadrado de superficie habitable depende de la construcción del edificio. Los valores reales dependen del nivel de aislamiento, la estanqueidad al aire, los puentes térmicos, la ventilación, la geometría del edificio, las temperaturas internas de diseño y el clima local.

Nota: Los valores que figuran a continuación son meramente orientativos y no deben sustituir a un cálculo de la carga térmica específico para cada proyecto.

Tipo de edificio	Demanda de calefacción específica orientativa
Casa pasiva	0,015 kW/m²
Edificio nuevo con muy buen aislamiento	0,04 kW/m²
Edificio nuevo con aislamiento térmico estándar	0,06 kW/m²
Edificio antiguo rehabilitado o edificio nuevo con aislamiento limitado	0,08 kW/m²
Edificio antiguo sin aislamiento térmico	0,12 kW/m²

La fórmula para calcular la demanda de calefacción del edificio es:

Superficie habitable [m²] × demanda específica de calefacción [kW/m²] = demanda indicativa de calefacción del edificio [kW]

Este cálculo simplificado puede resultar útil para una primera estimación, pero no debe utilizarse como base definitiva para seleccionar una bomba de calor. Se recomienda realizar un cálculo detallado habitación por habitación según la metodología nacional aplicable, especialmente en proyectos de rehabilitación, con emisores de calor a baja temperatura, sistemas híbridos y edificios con distintos niveles de aislamiento.

¿Cómo se calcula la carga de calefacción?

La carga de calefacción de un edificio se calcula según la norma o metodología nacional aplicable y no debe confundirse con la demanda total de calefacción. La carga de calefacción indica la potencia que debe proporcionar un sistema de calefacción para mantener la temperatura interior deseada a la temperatura exterior de diseño correspondiente.

Demanda anual de calefacción = energía / consumo a lo largo del tiempo
Carga de calefacción = potencia de calefacción necesaria en condiciones de diseño

Para determinar la carga de calefacción, se tiene en cuenta la situación climática, que se incluye en forma de temperaturas exteriores de diseño para las respectivas regiones.

Por ejemplo, en muchas regiones del interior o de altitud de Alemania, las temperaturas exteriores de diseño pueden situarse significativamente por debajo de cero. En regiones costeras más templadas, las temperaturas exteriores de diseño suelen ser menos rigurosas. Los materiales de construcción, los valores U, los puentes térmicos, las pérdidas por ventilación, la estanqueidad al aire y la geometría del edificio también se incluyen en el cálculo.

Muy a menudo se omite el cálculo de la carga de calefacción y la demanda anual de calefacción y se eligen bombas de calor de mayor tamaño para contar con un margen de seguridad. No es raro que, en ese caso, la bomba de calor sea significativamente más grande de lo necesario. Esto tiene un impacto negativo en la eficiencia, el confort y la vida útil del compresor. Especialmente en el periodo de transición, es decir, en primavera y otoño, una bomba de calor sobredimensionada puede provocar ciclos frecuentes de encendido y apagado, con tiempos de funcionamiento cortos que pueden aumentar el desgaste y reducir la eficiencia del sistema. Si la potencia es demasiado baja, es posible que el calentador de reserva tenga que cubrir una mayor parte de la carga durante el tiempo frío, lo que aumenta el consumo de electricidad y los costes de funcionamiento.

El dimensionamiento correcto de una bomba de calor también debe tener en cuenta:

El tipo de emisor de calor y la temperatura de impulsión requerida, como radiadores, calefacción por suelo radiante, fan coils o sistemas de aire
Las mejoras en la envolvente del edificio previstas antes o después de la instalación
Los requisitos de producción y almacenamiento de agua caliente sanitaria
El funcionamiento bivalente o híbrido, incluida la temperatura a la que se activa la calefacción de respaldo
El rendimiento de la bomba de calor a carga parcial y a diferentes temperaturas exteriores
Los niveles de potencia acústica y las restricciones de ubicación
El tipo de refrigerante y los futuros requisitos normativos, incluida la transición hacia refrigerantes con menor potencial de calentamiento global (GWP) según el Reglamento (UE) 2024/573.

¿Cómo garantiza la certificación la exactitud de los datos de rendimiento?

Aunque un asesor energético, un ingeniero de diseño o un instalador hayan determinado la demanda anual prevista de un edificio y, lo que es más importante, la carga de calefacción exacta necesaria, la información inexacta del fabricante puede seguir siendo un problema. La certificación ayuda a eliminar esta fuente de error y permite que las bombas de calor ofrezcan las mayores ventajas económicas y ecológicas posibles.

Por ejemplo, el rendimiento certificado por Eurovent para bombas de calor (Eurovent-HP) y las bombas de calor NF 414 comparten el mismo ámbito de aplicación y las mismas características certificadas para bombas de calor residenciales y de uso comercial ligero con una potencia calorífica inferior o igual a 100 kW. Las características certificadas pueden incluir potencias de calefacción y/o refrigeración, potencias eléctricas de entrada, COP, potencia nominal, SCOP, SCOPnet, eficiencia estacional, consumo anual y niveles de potencia acústica.

Eurovent Certification también ofrece otros programas relacionados con las bombas de calor, entre los que se incluyen el rendimiento certificado por Eurovent para enfriadoras y bombas de calor (LCP-HP), el KEYMARK para bombas de calor, el MCS para bombas de calor y las bombas de calor híbridas NF 462. En función del tipo de producto y del mercado de destino, estos programas facilitan el acceso a datos de rendimiento comparables y verificados de forma independiente para la elaboración de especificaciones, el diseño, el cumplimiento normativo y los programas de incentivos.

Las pruebas de laboratorio las realizan terceros en condiciones idénticas y estrictamente definidas, utilizando normas europeas e internacionales reconocidas. Los procesos de control en fábrica, vigilancia del producto y verificación de datos están diseñados para cumplir los requisitos de competencia, imparcialidad e independencia.

Para los diseñadores, instaladores, prescriptores y usuarios finales, los datos certificados reducen el riesgo de basarse en afirmaciones del fabricante sin fundamento. Facilitan el dimensionamiento preciso, la modelización energética, la comparación de productos, las especificaciones de licitación, la evaluación del ruido y las expectativas de rendimiento a largo plazo. Esto es especialmente importante en proyectos en los que las bombas de calor son fundamentales para las estrategias de descarbonización y en los que disponer de datos fiables es esencial para evitar sistemas de bajo rendimiento.

Preguntas frecuentes

¿Por qué es importante el dimensionamiento correcto de una bomba de calor?

Un dimensionamiento correcto de la bomba de calor garantiza que el sistema pueda satisfacer las necesidades de calefacción del edificio de forma eficiente sin un sobredimensionamiento innecesario. Una bomba de calor sobredimensionada puede encenderse y apagarse con frecuencia, lo que reduce la eficiencia y aumenta el desgaste de los componentes. Una bomba de calor infradimensionada puede depender en exceso de la calefacción de reserva en épocas de frío, lo que aumenta el consumo eléctrico y los costes de funcionamiento.

¿Cuál es la diferencia entre la demanda de calefacción y la carga térmica?

La demanda de calefacción es la cantidad de energía que necesita un edificio a lo largo del tiempo, expresada normalmente en kWh al año. La carga térmica es la potencia de calefacción necesaria en las condiciones exteriores de diseño, expresada normalmente en kW. La carga térmica es la cifra clave para seleccionar y dimensionar una bomba de calor.

¿Puedo dimensionar una bomba de calor utilizando únicamente la superficie útil?

La superficie útil puede ofrecer una estimación inicial aproximada, pero no es suficiente para la selección definitiva de la bomba de calor. Un cálculo fiable debe incluir el nivel de aislamiento, los valores U, la estanqueidad al aire, los puentes térmicos, las pérdidas por ventilación, la geometría del edificio, las necesidades de agua caliente sanitaria, los emisores de calor y las temperaturas de diseño locales.

¿Por qué debería elegir bombas de calor con certificación Eurovent?

Las bombas de calor con certificación Eurovent proporcionan datos de rendimiento verificados de forma independiente, lo que ayuda a los usuarios a comparar productos utilizando información fiable y coherente. La certificación garantiza un dimensionamiento preciso del sistema, la eficiencia energética, el cumplimiento de la normativa, una evaluación sólida y la confianza de que el rendimiento declarado ha sido comprobado mediante ensayos de terceros y una supervisión continua.