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¿Por qué la caldera de hidrógeno no sustituirá a la aerotermia?

Los esfuerzos por eliminar los combustibles fósiles de nuestras vidas no cesan y cada día surgen alternativas para cambiar las herramientas que usamos. Tanto en las viviendas como en el transporte hay iniciativas para aprovechar las energías renovables y no contaminantes. Un ejemplo de ello es el hidrógeno, que se ha postulado como sustituto del gas natural para nuestras calefacciones y para el transporte público y privado. Pero, ¿puede sustituir la caldera de hidrógeno a la bomba de calor de aerotermia? Según los expertos, no.

¿Qué sustitutos a los combustibles fósiles tenemos?

Los investigadores y las empresas han desarrollado diferentes alternativas a los combustibles fósiles, cada uno buscando sus propios intereses. Así, podemos hablar de los biocombustibles, de la aerotermia o geotermia y del hidrógeno.

• Biocombustibles

En cuanto a los biocombustibles, las empresas que ya tienen alguna relación con las gasolinas, han apostado por ellos. Los biocombustibles intentan imitar a los gasóleos extraídos del petróleo. Sin embargo, son combustibles renovables obtenidos a partir de residuos orgánicos, tanto de origen animal como biomasa.

La gran diferencia con los primeros es que no contienen minerales pesados, por lo que su combustión es más limpia. Esto hace que los biocombustibles minimicen las emisiones contaminantes en gran cantidad, aunque no las eliminan por completo. Además, se consideran renovables, pues su ciclo completo es apenas de un par de años. Desde que la planta crece, se elabora el combustible y se consume.

Por el contrario, tienen algunos inconvenientes: la llamada a sustituir a los fósiles ha traído subvenciones que se están utilizando para cambiar los tradicionales cultivos para alimentación, por cultivos para biocombustible. Algo que está perjudicando al campo tradicional. Además, no soluciona el problema de la contaminación por CO2.

• Hidrógeno

Es otra de las alternativas para cambiar el modelo energético actual. Aunque el hidrógeno ya se utiliza desde hace muchos años, la forma de generarlo era con electricidad generada en centrales térmicas o similares, por lo que la contaminación neta era muy alta. Además, su producción estaba destinada a procesos muy específicos, pues su coste era alto.

Con el desarrollo de las energías renovables, especialmente la eólica y la fotovoltaica, se ha abierto un camino para la generación de hidrógeno verde y económico. Esto se debe a que, en determinadas horas del día, bien por incidencia del sol a mediodía o por la acción del viento durante algunas horas, la producción eléctrica supera a la demanda. Este exceso de electricidad se quiere aprovechar para generar hidrógeno y utilizarlo como batería energética.

Sin embargo, su utilización en las calefacciones domésticas no se justifica por su bajo rendimiento. Según vemos en el gráfico siguiente. Por el contrario, el hidrógeno es la mejor alternativa a los procesos industriales que hoy por hoy consumen gran cantidad de gas natural, como fundiciones, industria del metal, fábricas de cerámica o vidrio, etc.

• Aerotermia

Aunque no puede considerarse una forma de energía, sí es una herramienta para conseguir calefacción económica y limpia. Según cálculos de eficiencia de todo el proceso para conseguir calefacción con aerotermia, es el proceso más eficiente, es decir, el que menos pérdidas energéticas tiene durante todo el proceso.

Además, la combinación con una instalación solar de autoconsumo, nos asegura que las pérdidas por transporte de electricidad se minimicen, aumentando la eficiencia total del sistema. Es por ello que Las alternativas a los combustibles fósiles pasan por la aerotermia, puesto que la caldera de hidrógeno no sustituirá a la aerotermia.

Inconvenientes del hidrógeno para la calefacción doméstica

El hidrógeno presenta algunos inconvenientes en forma de seguridad y de aprovechamiento energético. En contraposición a la bomba de calor que tiene una eficiencia muy elevada. Así, se considera que la caldera de hidrógeno no sustituirá a la aerotermia, por algunos motivos como los siguientes.

Por un lado, es un gas muy inestable que tiene una gran facilidad para reaccionar de forma explosiva en contacto con el oxígeno. Además, su menor masa atómica hace que se produzcan fugas en las uniones de tuberías o enlaces con válvulas y llaves de paso, por donde el gas natural no se puede fugar. Esto aumenta el peligro de su utilización a nivel doméstico, donde los controles y mantenimiento son más esporádicos y suelen ser menos rigurosos.

Otra desventaja es su bajo aprovechamiento al combustionar. El hidrógeno es un gas que al “quemarse”, la temperatura de la llama puede llegar a los 2.000 °C; una temperatura muy superior a la que se aprovecha en las calderas de gas, reconvertidas a hidrógeno. Por lo tanto, su utilización en la calefacción de viviendas causa un desaprovechamiento energético que no justifica su utilización a nivel doméstico.

caldera microondas

Calefacción con una caldera de microondas

¿Cómo funciona la caldera de microondas? Una pregunta que surge a muchos ante ante la novedad de este tipo de calderas. Los investigadores y empresas no cesan los trabajos para buscar alternativas al gas y, como hemos visto con lo sucedido en la guerra de Ucrania, Europa es demasiado dependiente de terceros países en cuestiones energéticas. Por ello muchas personas trabajan para solucionarlo y la caldera de microondas es un ejemplo más.

Desgraciadamente, esta novedad solo está disponible en el mercado inglés, de momento. La empresa británica Heat Wayv lleva trabajando en este proyecto ya varios años. El resultado de ello son dos modelos de caldera que lamentablemente no podemos solicitar en nuestro país.

Esta empresa ha desarrollado dos versiones de su patente. Un modelo mural, con unas dimensiones parecidas a la tradicional caldera de gas. Por lo que muchos expertos consideran que puede ser su sustituto natural. La caldera mural de microondas se ha diseñado para adaptarse a cualquier sistema de calefacción, de modo que podamos sustituir cualquier caldera o bomba de calor que tengamos instalada.

Por otro lado, han diseñado otro modelo de caldera con depósito incorporado de 280 litros. Este modelo está pensado para viviendas más grandes y con un consumo de agua caliente y calefacción más elevado. Aunque para instalar este tipo de calderas tendremos que esperar un par de años mínimo.

¿Cómo funciona un sistema con microondas?

Ya que la base del funcionamiento de la caldera de microondas son precisamente este tipo de ondas electromagnéticas, conviene conocer cuál es su mecanismo de funcionamiento y como pueden calentar el agua.

Estas ondas se encuentran en el rango entre los 300 MHz y los 300 GHz en el espectro de ondas. Son un tipo de ondas de radiofrecuencia, englobadas en las UHF o de muy alta frecuencia. Las aplicaciones de las microondas son muy variadas. Se utilizan en los sistemas de telecomunicaciones u ondas de radio.

Aunque también se está usando para el diseño de nuevas armas de inmovilización y otras aplicaciones industriales. Sin embargo, la herramienta que más conocemos todos nosotros y que usa esta tecnología es el horno de microondas. Un electrodoméstico que tiene un hueco en casi todos los hogares.

Vibración producida por las microondas

El proceso de calentamiento se basa en la vibración que las microondas producen en las moléculas de agua. Ese movimiento caótico que se produce en el agua produce fricción entre el agua y el resto de componentes de la comida, lo que lleva a un calentamiento interno de los alimentos.

En cambio, si intentamos utilizar el horno microonda con otros materiales, este proceso no se realiza. Y en caso extremo de los metales, que tienen una estructura físico-química mucho más estable y rígida, puede ser peligrosa. Ya que las microondas rebotan en el material, pudiendo retornar al emisor de las ondas. En estos casos se producen chispazos que pueden provocar un incendio o incluso una pequeña explosión.

¿Cuál es el funcionamiento de la caldera de microondas?

Aunque la empresa que ha implementado la tecnología de las microondas para la calefacción no ha dado detalles de su funcionamiento interno, si ha desvelado algunos datos. Así, la caldera de microondas funciona en dos etapas. En la primera se realiza un precalentamiento del agua de unos 24°C. En un segundo proceso se eleva la temperatura hasta los 65 °C.

Esta temperatura sería suficiente para usarla en un suelo radiante, en fancoils o en radiadores de baja temperatura. Sin embargo, es una temperatura insuficiente para funcionar con los tradicionales radiadores de aluminio o acero, ya que estos necesitan el que el agua llegue a 85 °C.

Según la empresa fabricante, se utilizan ondas de muy alta frecuencia como generador de calor en el agua que pasa por la zona del emisor de ondas. Según sus pruebas, garantizan un rendimiento del 84% en sus fases de emisión de microondas. No obstante, aseguran que la caldera se ha diseñado para poder aprovechar un 12% de la energía residual en forma de calor que se genera en todo el proceso.

Además, según la propia empresa, el proceso es tan rápido como en una caldera de gas, por lo que no hay una pérdida de confort con respecto a estas calderas.

Beneficios e inconvenientes de la caldera por microondas

La tecnología de las microondas adaptada a una caldera de calefacción eléctrica presenta algunas ventajas bastante claras, aunque también algunos inconvenientes.

VentajasDesventajas
✓ Combina con todos los sistemas de difusión del calor; radiadores, fancoils, suelo radiante, etc.❌ Funciona con electricidad, más cara que el gas.
✓ Combinada con un sistema fotovoltaico de autoconsumo ayuda a reducir el consumo eléctrico.❌ No puede considerarse con huella de carbono nula, a menos que esté alimentado por electricidad verde.
✓ Al ser una calefacción eléctrica no produce emisiones de humos contaminantes.❌ Actualmente en etapa de pruebas en Inglaterra.
✓ Al no tener partes móviles ni realizar ninguna combustión es muy silenciosa.
✓ El montaje de una caldera eléctrica es relativamente sencillo, al no necesitar ventilación ni salida de humos.
✓ No se necesita realizar obras y aprovecha las tuberías para distribución de la calefacción ya existentes.
✓ Los trabajos de revisión y mantenimiento de la caldera son muy básicos y sencillos.
✓ Se puede controlar desde el Smartphone o conectada a la domótica de la vivienda –
Ventajas y desventajas de la caldera de microondas

certificado passivhaus de la bomba calor

Certificado Passivhaus de la bomba de calor

Para entender porque se busca conseguir el Certificado Passivhaus de la bomba de calor, debemos entender qué es una casa pasiva y su importancia. Cuando se habla de arquitectura pasiva se debe entender a todas aquellas técnicas constructivas que intentan reducir el consumo energético del edificio. Sin embargo, es muy difícil, por no decir casi imposible, que el consumo de energía de una vivienda sea nulo. Siempre se necesita algo de aporte externo; iluminación, calefacción o refrigeración, etc.

Por ello se necesita la aportación de elementos que podemos llamar tradicionales, que aporten esa energía para cubrir el confort mínimo necesario. Además, unos de los conceptos en los que se basa la Passivhaus es el uso de energías renovables. Esto entra dentro de objetivo de minimizar la huella de carbono de cualquier edificación.

Ahí es donde entra en juego la bomba de calor. Como elemento que aprovecha un recurso renovable como es la aerotermia o la geotermia. Además, proviene de agua caliente sanitaria, calefacción en invierno y, gracias a su capacidad de reversibilidad, también nos aporta refrigeración en verano. Pero ¿qué tiene que ver la bomba de calor con el certificado Passivhaus? Para responder debemos saber qué es el Passivhaus y su certificado, qué implica y por qué se estableció.

¿Qué es el certificado Passivhaus?

El Instituto Passivhaus, creado en la década de los 80 del siglo XX, es el organismo que certifica las viviendas como casas pasivas, otorgando el certificado que lo acredita. Se estableció como respuesta a la inquietud por construir de forma más eficiente y que los edificios necesitasen menor uso de energía en su día a día.

Así, se establecieron unos requisitos que debían cumplir las edificaciones, de modo que redujeran el consumo energético. No obstante, el confort de las personas debía ser el adecuado, o aumentarlo. Las viviendas que cumplen con esos requisitos al evaluarse reciben el certificado como edificación Passivhaus.

Este certificado implica una serie de comprobaciones y revisión de todos los aspectos requeridos en la vivienda. Lo que implica unas tareas de examen laboriosas y arduas. Para agilizarlo, el instituto estableció un certificado de componentes. De forma que los fabricantes podían solicitar la inspección correspondiente para asegurar que sus productos cumplen con los requerimientos para ser parte de una casa pasiva.

De esta manera, los fabricantes de ventanas, puertas, elementos de aislamiento, ladrillos y otros solicitaron un examen para homologar sus productos.

¿Qué beneficio proporciona esto? Cuando en una vivienda se utilizan materiales o componentes certificados, el fabricante aporta la documentación que lo acredita. De esta forma, cuando la vivienda está terminada se necesitan menos pruebas o test, ya que algunas partes ya están homologadas.

Con ello, el arquitecto que ha dirigido la obra tiene que hacer menos pruebas o justificaciones. Esto repercute en que la solicitud para obtener el certificado de Passivhaus es mucho más rápido.

¿Por qué el certificado Passivhaus de la bomba de calor?

Al igual que los fabricantes de ventanas, puertas y otros materiales que se emplean en la construcción, diferentes marcas de bombas de calor también han querido disponer de productos certificados como Passivhaus.

certificado componente bomba calor

Ya que en todas las viviendas se necesita un apoyo de sistemas tradicionales de calefacción o refrigeración, por muy bien aisladas que estén, la bomba de calor se apuntó al certificado. Aunque se apliquen muy bien las técnicas arquitectónicas que mejoran el aprovechamiento del sol, tanto por su calor como por su luz, y de las corrientes de aire, siempre se necesita un poco de calefacción o refrigeración.

Recordemos que el concepto Passivhaus busca minimizar el consumo energético, pero nunca se ha pretendido ser neutro o independiente energéticamente. Por ello, conociendo la necesidad que aun así tienen las casas pasivas de un sistema de aporte adicional, algunos fabricantes han diseñado equipos de aerotermia con un extra de rendimiento.

Así, fabricantes de bombas de calor como Daikin o Panasonic han conseguido certificar algunos de sus modelos. De manera que los arquitectos que consideren usarlas en sus diseños disponen de toda la documentación que exige el instituto para justificar los datos de consumo.

El proceso para homologar una bomba de calor es, al igual que los sistemas de ventilación y otros, mediante ensayos, donde se comprueba su consumo y prestaciones. Los técnicos del instituto realizan estas revisiones y constatan que siguen las directrices marcadas en sus homologaciones, concediendo el certificado a un modelo de bomba de calor en particular, el que ha superado las pruebas.

Además, en muchas edificaciones pasivas se aporta un extra de eficiencia energética instalando un sistema fotovoltaico. Con ello se persigue que toda la energía que se consume sea de origen renovable, e incluso poder llegar a ser totalmente autónomos, energéticamente hablando.

Bomba de calor cuántica

La bomba de calor cuántica

El descubrimiento que han realizado diversos científicos puede cambiar en unos años la forma de generar la calefacción en nuestros hogares. Aunque el objetivo de la investigación es otro completamente distinto, puesto que lo que se pretende es la búsqueda de materia oscura.

Los físicos responsable del hallazgo pretenden construir un dispositivo que pueda medir las señales de radiofrecuencia. Se trata de un grupo de investigadores de la Universidad Técnica de Delft en los Países Bajos, de la Universidad de Tubinga en Alemania y de la Universidad de Tecnología y Ciencia de Zurich de Suiza.

El invento diseñado parece contradecir el segundo principio de la termodinámica. Sin embargo, solo es en apariencia. ¿Qué dice este principio? Aunque se puede formular de maneras diferentes, la definición de Clausiois indica que, en un sistema aislado, no se puede extraer calor de un cuerpo frío y cederlo a otro más caliente. Ello se mantiene siempre, ya que aún no se ha podido demostrar lo contrario.

¿Cómo funciona?

En ello se basa la bomba de calor. Sin embargo, este equipo tiene que aportar un trabajo exterior al sistema. Esto es lo que han conseguido los científicos mencionados, pero utilizando partículas de luz. El dispositivo ideado es un sistema análogo a la bomba de calor. Su funcionamiento se basa en mover los fotones de la luz contra la corriente de un cuerpo caliente a un frío.

El mecanismo consiste en dos circuitos semiconductores independientes, integrados por inductancias y condensadores superconductores. Todo está integrado en un microchip, que es enfriado a temperaturas cercanas al cero absoluto, es decir, a casi -273 °C.

Para su funcionamiento se aplica una presión fotónica y se aprovecha la poca energía térmica que poseen los fotones. Al aplicar dicha presión, se pueden acoplar esos fotones a otros fríos, que poseen mayor frecuencia.

Uno de estos circuitos contenidos en el microchip es la parte fría de alta frecuencia y el otro, caliente, el de baja frecuencia. El circuito caliente está formado por una fuente de alimentación y una bobina, donde se crea una corriente. Esta genera un campo magnético que lleva al acoplamiento, cuyo efecto está relacionado con la presión y los fotones de la luz.

Por su parte, el circuito frío está constituido por un condensador superconductor. Cuando recibe una señal, actúa como un amplificador. Esto facilita que se detecten mucho mejor los fotones de radiofrecuencia que se escapan del circuito caliente. Y dando lugar al sistema que buscan los investigadores. Un amplificador que ayude a detectar la materia oscura.

¿Se puede utilizar para producir calor?

Aunque no es el objetivo inicial de la investigación, lo cierto es que se ha diseñado un sistema que con las modificaciones oportunas podría ser empleado como un generador de calor reversible. Es decir, que se pudiera aprovechar como una bomba de calor actual. Con la ventaja de que no se necesitan gases refrigerantes que en la actualidad se ha demostrado, son peligrosos.

La bomba de calor aprovecha el ciclo de Carnot de algunos fluidos, por medio de un trabajo de compresión y expansión. De esta forma se consigue robar calor de un lugar frío, para cederlo a otro más caliente.

La idea sería usar la tecnología del microchip descrito y hacerlo a gran escala. De forma que la energía conseguida pudiera ser aprovechada a nivel doméstico o industrial. Aunque todo esto es aún una suposición, no debemos descartar que nuevas investigaciones se encaminen en ese sentido.

Por ahora, los autores del descubrimiento han conseguido también transmitir una señal adicional al circuito frío. Esta señal sirve para crear un motor que, explicado de modo sencillo, amplifica los fotones fríos y los calienta.

A la vez que se produce lo anterior, dicha señal descarga los fotones en una dirección preferente entre ambos circuitos. Al ejercer mayor fuerza en una dirección que en la otra sobre los fotones, los científicos son capaces de enfriar los fotones de una parte del circuito a una temperatura más fría que la de la otra parte. De manera que se desarrolla una versión cuántica de la bomba de calor para fotones en un circuito superconductor.

Aerotermia con recuperación de calor

Aerotermia con recuperación de calor

Es ya muy conocida la bondad de la aerotermia y de las bombas de calor en general. Sin embargo, otra innovación desarrollada hace algunos años consigue que aprovechamos aún más su funcionamiento en verano. Estos sistemas pueden calentar el agua sanitaria casi de forma gratuita, aprovechando el calor que la bomba de calor necesita disipar en el exterior.

Pero, ¿cómo es posible calentar el agua de forma gratuita? Todos sabemos que la bomba de calor puede realizar diferentes funciones. Un equipo de aerotermia está diseñado para proporcionar refrigeración, calefacción y, además, calentar el agua sanitaria. No obstante, la tecnología de recuperación de calor nos proporciona agua caliente sin consumo adicional de electricidad.

Para entender primero la tecnología de recuperación de calor, debemos recordar cómo funciona la bomba de calor en sí, tanto en invierno como en verano.

Bomba de calor con recuperación

Debemos tener en cuenta que la bomba de calor no genera calor o frío al consumir un combustible. Una caldera tradicional convierte la energía contenida en el gas, gasoil o biomasa, en calor mediante la combustión. Por el contrario, una bomba de calor absorbe el calor de un lugar para llevarlo a otro. No transforma una energía en otra.

Durante invierno, la bomba de calor aprovecha la energía térmica contenida en el aire del exterior. De modo que absorbe calor para trasladarlo al interior de nuestra vivienda o calentar el agua sanitaria, que usaremos en la ducha, por ejemplo.

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Al llegar el verano, hace lo contrario. Es decir, un equipo de aerotermia roba el calor que hay en el interior de nuestra vivienda para expulsarlo en el exterior. De forma que se consigue un descenso de la temperatura en el interior de las habitaciones. Allí donde tenemos instalado un split o un suelo radiante refrescante.

Hasta aquí cómo funciona el tradicional aire acondicionado o la bomba de calor normal. Sin embargo, al observar el funcionamiento en modo verano, comprobamos que hay un calor que es como un residuo. Este calor remanente debemos expulsarlo al exterior.

Como prueba de ello tenemos esa ráfaga de aire caliente que sale de la fachada de alguna tienda y nos sobresalta. Algo que muchos de nosotros sufrimos constantemente al caminar por la calle en verano. Y, ¿por qué no aprovechamos ese calor que nos sobra al climatizar durante la estación estival?

Esta es precisamente la solución que nos ofrece una bomba de calor con recuperación de calor.

¿Cómo funciona la bomba de calor con recuperación?

El aprovechamiento de la recuperación de calor se produce en los modelos de bomba de calor que disponen de los dos servicios. A saber, climatización y agua caliente sanitaria.

Así, una bomba de calor tradicional, o sin el sistema de recuperación, únicamente puede atender un servicio a la vez. Es decir, durante el verano, cuando necesitamos refrigeración dentro de nuestra casa, oficina o negocio, el equipo de aerotermia trabaja en modo verano. En este modo, roba calor del interior para expulsarlo al exterior, es el funcionamiento que vemos con el número ① en el siguiente dibujo.

Sin embargo, en esta situación no puede generar agua caliente sanitaria. Para ello, cuando el agua del depósito está fría, la bomba de calor debe parar el servicio de climatización para calentarla. Por ejemplo, si el agua está a 22 °C y nosotros la queremos a 45 °C.

Así, como muestra la representación con el número ②, dejamos de tener aire acondicionado, mientras se calienta el agua del acumulador. Teniendo en cuenta que la bomba de calor sigue consumiendo electricidad.

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En cambio, viendo el funcionamiento de una bomba de calor con recuperación, en el dibujo “3”, observamos una pequeña diferencia. En estos modelos de aerotermia se ha integrado un pequeño dispositivo que permite aprovechar parte del calor que retiramos del interior de la vivienda, para disiparlo en el acumulador de agua sanitaria, en vez de en el aire del exterior.

De este modo estamos calentando el agua sanitaria al mismo tiempo que enfriamos nuestra vivienda, por lo que estamos consiguiendo un ahorro de electricidad.

Recomendaciones para la aerotermia con recuperación de calor

Lógicamente, solo podemos aprovechar esta tecnología cuando necesitamos refrigeración. Por ello se recomienda la instalación de estos equipos de aerotermia en lugares donde la temporada estival es más larga. Es decir, en zonas geográficas con climas cálidos. En estas regiones, utilizaremos durante gran parte del año los sistemas de refrigeración y, apenas o nada, la calefacción. En estos casos el aprovechamiento de la recuperación de calor será mayor. Y por tanto el ahorro en la factura de la luz también.

No obstante, este sistema se ha implantado en otro tipo de equipos. Sirven para conjuntos de climatización de oficinas y con la misma intención: reducir el consumo eléctrico. En este caso, el objetivo es climatizar diferentes estancias con temperaturas muy diferentes. Es decir, unas oficinas en modo verano y otras en modo invierno.

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Esta tecnología se ha implantado en los sistemas VRF o de Volumen Variable de Refrigerante. Hasta la aparición de este sistema, todos los despachos tenían que usar el mimo modo de funcionamiento. Es decir, cuando una persona demandaba a través de su termostato una temperatura, obligaba a todos los usuarios a utilizar el mismo modo de funcionamiento. Y, por lo tanto, a un rango de temperaturas.

Sin embargo, con el sistema de recuperación de calor, cada estancia que dispone de termostato puede demandar la temperatura que desee. El kit de recuperación de calor se encarga de aprovechar el calor absorbido en una estancia. Este calor es inyectado en otra, ayudando en el ahorro del consumo eléctrico. Y lo que es más importante, ofreciendo un gran confort a todos los usuarios.

Estos sistemas de aerotermia con recuperación de calor son ideales para edificios con varias orientaciones. Unas oficinas expuestas directamente al sol necesitan refrigeración. En cambio, otras oficinas dan al norte, por lo que en ocasiones necesitan aumentar la temperatura para que los trabajadores no tengan frío.