La aerotermia: cómo aprovechar el aire para suministrar energía en el hogar

En un post anterior expliqué lo que era la geotermia y sus beneficios en lo que respecta al ahorro energético y respeto al medio ambiente. Hoy quiero dedicar este post a la aerotermia, otro sistema en auge y que compite fuertemente con la geotermia.

La aerotermia es una fuente energética renovable que aprovecha la energía del aire para producir agua caliente, calefacción y climatización. La geotermia, sin embargo, aprovecha el calor del subsuelo para obtener el mismo resultado.

El principio de funcionamiento es el mismo que el de un sistema geotérmico. El elemento esencial es la bomba de calor reversible: en invierno extrae el calor de la fuente (en este caso el aire del exterior), eleva su temperatura al nivel deseado y lo transfiere a nuestro sistema de calefacción; y en verano, la misma bomba actúa extrayendo el calor de nuestra vivienda.

La bomba de calor aerotérmica se instala en el exterior de la vivienda donde estará en contacto con el aire (su fuente y sumidero de calor) y su apariencia es semejante a la unidad exterior de los actuales sistemas de aire. Entonces nos preguntamos:

¿Cuál es la diferencia entre la aerotermia y el clásico aire acondicionado?

Pues, en términos coloquiales sería como comparar un autobús con un coche: ambos utilizan el mismo combustible (gasoil) y tienen como objetivo común el transporte de personas pero las dimensiones de su campo de actuación son muy diferentes.

Esquema de funcionamiento. © Energía Eficaz. Difusión con fines puramente informativos.

La aerotermia (el autobús en el ejemplo) es un sistema integral que, además de calefacción y refrigeración para toda la casa, nos proporciona el agua caliente necesaria en la vivienda (ACS), ventaja adicional que no proporciona el sistema convencional de aire acondicionado. El equipamiento es muy diferente en ambos sistemas. El aire acondicionado dispone solamente de una unidad exterior que intercambia el calor entre el aire exterior y el aire de la vivienda y una o varias unidades interiores (‘fan coils’ o ‘splits’ en la jerga profesional) que, según la necesidad, «soplan» aire caliente o frío.

Un sistema de aerotermia es mucho más complejo. A diferencia del anterior, la bomba de calor intercambia el calor entre el aire exterior y un sistema interior de circulación de agua que, pasando por una red de tubos instalados en el suelo de la vivienda (suelo radiante), proporcionan una temperatura ambiente confortable en cada época del año. Además, mediante una derivación en el circuito de calor se obtiene agua caliente sanitaria (ACS) permanentemente.

Por tanto, si lo que necesito es calentar o refrigerar una o dos habitaciones, la solución más económica sería la del aire acondicionado. Pero si lo que preciso es calentar o refrigerar toda la casa y, además obtener ACS , la opción más conveniente desde el punto de vista técnico-económico y más respetuosa con el medio ambiente, sería la aerotermia o, como justificaré más adelante, la geotermia.

Para entender mejor los beneficios de la aerotermia y, en general, de la utilización de la bomba de calor (por tanto aplicable también a la geotermia), permitidme hacer uso de unas matemáticas muy simples.

Como recordaréis, la bomba de calor extrae calor de una fuente de energía natural(en este caso el aire), y con la ayuda de otra fuente externa (la electricidad), obtiene una energía térmica superior (al sumar la energía del aire y  de la electricidad. Así, si no tenemos en cuenta las pequeñas pérdidas de energía en el sistema, podemos escribir:

Qt=Qa + We

Qt es la energía total o calor total obtenido; Qa es el calor o energía extraída del aire exterior (gratuita) y We es la energía eléctrica consumida que tendremos que pagar.

Así, el rendimiento energético del sistema aerotérmico, entendido como la relación entre la energía total obtenida y la energía eléctrica consumida será:

Rendimiento energético = Qt/We = Qa/We  +  1

Esta expresión nos ofrece dos informaciones simples pero muy útiles:

• Que el rendimiento energético de un sistema aerotérmico es siempre superior a la unidad, aventajando así a otros sistemas (por ejemplo el de la clásica estufa eléctrica) cuyo rendimiento nunca podría ser superior. Como también dije en el post sobre geotermia, esto es posible gracias a la utilización gratuita de fuentes naturales e inagotables de calor como son el aire y el subsuelo de la Tierra. De hecho, las bombas de calor vienen a ofrecer rendimientos comprendidos entre 3,5 y 5, lo que da una idea del ahorro en el consumo eléctrico que supone su empleo.

• Que el rendimiento será mayor cuanto mayor sea Qa. Es decir, la energía que podamos extraer del aire. Como la energía de un cuerpo es proporcional a su temperatura, valdría decir que, en invierno, cuando la bomba trabaja produciendo calor para la vivienda, el rendimiento es mayor cuanto mayor es la temperatura del aire exterior. En verano, la bomba trabaja inversamente expulsando aire caliente al exterior por lo que cuanto más baja sea la temperatura del aire exterior mayor rendimiento tendrá el sistema.

Esquema de instalación. © Vilssa. Difusión con fines puramente informativos.

Creo que lo que digo en este punto 2 es bastante intuitivo y puede entenderse sin la necesidad de recurrir a explicaciones complejas de las leyes de la termodinámica. Fácilmente se entiende que cuanto más caliente esté en invierno el aire exterior menos esfuerzo tendrá que hacer la máquina para calentar la vivienda y, por tanto, menos electricidad tendré que consumir. Del mismo modo subirá el rendimiento en verano, cuanto más fresco esté el aire exterior, ya que se necesitará menos esfuerzo para enfriar la casa.  

Pero la temperatura del aire es algo fuera de nuestro control pudiendo sufrir grandes variaciones diarias tanto en invierno como en verano por lo que la bomba de calor aerotérmica puede estar sujeta a notables variaciones en su rendimiento.

Supongamos que un crudo día de invierno la temperatura exterior es de -10ºC.  Es evidente que la energía (el calor) que se puede extraer de ese aire es relativamente poca y que, por tanto, la bomba de calor tendrá que trabajar duro para subirnos la temperatura del agua ACS a unos 50ºC  y la del agua del suelo radiante a unos 25ºC. Para ello necesitará consumir bastante energía eléctrica, disminuyendo, por tanto su rendimiento.

En verano, si la temperatura exterior es excesiva (cerca de los 40ºC) y queremos una temperatura interior de unos 22ºC, es razonable pensar que la bomba de calor tendrá que trabajar duramente y consumir bastante energía eléctrica para disipar todo el calor excedente de la casa con un aire exterior tan caliente.

Éste es el principal inconveniente que, desde el punto de vista de la eficiencia energética, presenta la aerotermia: que en climas extremos donde la temperatura ambiente es muy baja en invierno y muy alta en verano se le obliga al sistema a trabajar en condiciones en las que el rendimiento energético es pequeño. Y si estos periodos de temperaturas extremas son prolongados podría no compensar la mayor inversión económica que requiere su instalación frente a los sistemas tradicionales (calderas de gas o de biomasa).

Diferencias con la geotermia

La ventaja de la geotermia frente a la aerotermia es que, independientemente de la época del año y de lo extremo que pueda ser el clima, la fuente (y sumidero) de calor está siempre a la misma temperatura o sujeta a muy pequeña variación (entre 7ºC y 14ºC), lo que permite a la bomba de calor trabajar dentro de parámetros muy constantes sobre los que se puede ajustar el sistema para que trabaje con el máximo rendimiento.

Pero como no hay nada gratis, esta ventaja se ofrece a un costo superior. Como dije en el post anterior, la geotermia requiere una infraestructura exterior costosa ya sea por la construcción de un pozo vertical (sonda geotérmica) o de una red horizontal de tubos captadores, mientras que la aerotermia no requiere infraestructura exterior alguna, sólo un pequeño espacio para instalar la bomba de calor.

En la instalación interior no hay grandes diferencias por lo que las inversiones necesarias son equivalentes. Será, por tanto, necesario efectuar el correspondiente estudio técnico-económico para determinar qué sistema es más conveniente.

¿Quieres saber más sobre la geotermia? No te pierdas el artículo: la geotermia para las viviendas unifamiliares como solución idónea de futuro