La sustitución de calderas de combustibles fósiles por bombas de calor aerotérmicas en sistemas de calefacción con radiadores constituye una de las aplicaciones emergentes y de mayor interés en la modernización de las instalaciones térmicas. Este proceso de adaptación, sin embargo, requiere comprender las diferencias fundamentales en el funcionamiento de las bombas de calor aerotérmicas en comparación con las calderas convencionales, especialmente en términos de dimensionamiento, eficiencia y comportamiento térmico. Este artículo aborda cómo integrar eficazmente bombas de calor aerotérmicas en sistemas de radiadores existentes, asegurando un funcionamiento eficiente dentro del límite de temperatura de impulsión de 60 °C, establecido por el Real Decreto 178/2021, que modifica el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE). Además, se analiza la importancia de ajustar el caudal y el salto térmico para optimizar la potencia de emisión de los radiadores y mantener el rendimiento del sistema en condiciones óptimas, maximizando así la eficiencia energética en el contexto de los estándares actuales.
La tecnología aerotérmica, basada en bombas de calor, permite capturar energía térmica del aire exterior y transferirla al sistema de calefacción, incluso en condiciones de baja temperatura. Para su aplicación en instalaciones de radiadores, es esencial que el agua se impulse a temperaturas no superiores a 60 °C, cumpliendo con las normativas de eficiencia energética vigentes y optimizando el rendimiento del sistema. Esta limitación contrasta con el funcionamiento de las calderas convencionales, que operan generalmente con un salto térmico y temperaturas de impulsión mayores, frente al salto térmico y temperatura de impulsión de las bombas de calor aerotérmicas menores. Cabe destacar que el Coeficiente de Rendimiento (COP) de una bomba de calor aumenta a medida que se reduce la temperatura de impulsión, lo cual maximiza la eficiencia energética y reduce el consumo, haciendo que la aerotermia sea una alternativa altamente eficiente y sostenible para la modernización de sistemas de calefacción con radiadores.
Una de las principales particularidades en el diseño de sistemas de calefacción mediante bombas de calor aerotérmicas es la gestión del salto térmico, o diferencia entre la temperatura de impulsión y la de retorno. En los sistemas de calefacción con calderas, el salto térmico suele establecerse en 20 °C (por ejemplo, impulsión a 70 °C y retorno a 50 °C), lo cual permite mantener una alta potencia de emisión con un caudal relativamente bajo, ya que la potencia se calcula como el producto del caudal y el salto térmico (Potencia = Caudal x Salto Térmico).
En los sistemas aerotérmicos, en cambio, el salto térmico estándar es de 5 °C (por ejemplo, impulsión a 60 °C y retorno a 55 °C). Para asegurar una potencia de emisión equivalente en los radiadores bajo estas condiciones, es necesario incrementar significativamente el caudal, en algunos casos hasta 3,65 veces el caudal requerido en un sistema de caldera convencional. Esta adaptación exige una revisión exhaustiva del sistema hidráulico, a veces imposible, y en muchos casos, la recalibración o actualización de la bomba de circulación en los sistemas de circuito primario y secundario, de modo que se garantice un caudal adecuado a las nuevas exigencias térmicas de la instalación.
Para aprovechar la eficiencia de la aerotermia con radiadores, se recomienda replantear el sistema de distribución de agua para soportar el caudal necesario, ajustando el tamaño de los radiadores en función de la menor potencia de emisión que se logra con el menor salto térmico donde los radiadores ya instalados pueden seguir siendo efectivos, pero su potencia disminuye al operar con temperaturas de impulsión y saltos térmicos menores; o bien adaptar el salto térmico de la bomba de calor para asegurar un caudal similar al inicial.
Por ejemplo, un radiador de 9 elementos que emite 824,94 W con un salto térmico de 20 °C, verá reducida su potencia a 757,87 W (8,13%) si se adapta a un sistema aerotérmico con un salto térmico de 5 °C. Esta reducción debe compensarse con un incremento del caudal para garantizar una emisión térmica adecuada.
Calculamos el DTambiente = (Te + Ts) / 2 – Temperatura ambiente = (70 + 50) / 2 – 20 = 40 °C.
En la tabla del fabricante se muestra el valor de la emisión por elemento para DTambiente de 40 °C = 91,66 W/elemento.
9 elementos x 91,66 W/elemento = 824,94 W radiador.
Pradiador = 824,94 W x 0,86 kcal/h·W = 709,45 kcal/h; caudal = 35,47 l/h
Ahora calculemos la potencia térmica de ese mismo emisor cuando instalemos una bomba de calor aerotérmica corrigiendo su potencia de emisión según la fórmula facilitada por el fabricante o siguiendo lo indicado en la UNE EN 442.
Nuestra temperatura de entrada de agua ahora va a ser de Te = 60 oC, y la temperatura de salida de agua Ts = 55 oC, siendo la temperatura ambiente Ta = 20 oC.
Calculamos DTambiente = (Te + Ts) / 2 – Temperatura ambiente = (60 + 55) / 2 – 20 = 37,5 oC. F=Km x (DT)n
En la tabla nos da el valor Km y n; F=0,71897 x (37,5)1,31423 = 84,2 W/elemento
9 elementos x 84,2 W/elemento = 757,87 W radiador. Un 8,13% menos de potencia. (antes 824,94 W)
Pradiador = 757,87 W x 0,86 kcal/h·W = 651,77 kcal/h; Caudal = 130,35 l/h
3,65 veces superior al caudal inicial.
Al implantar una bomba de calor aerotérmica, y para mantener un rendimiento térmico adecuado, es necesario ajustar tanto la temperatura de impulsión como el salto térmico, ya que estos factores influyen directamente en el caudal requerido. En uno de los escenarios analizados en la tabla anterior, impulsando el agua a 60 °C y estableciendo un salto térmico de 15 °C (retorno a 45 °C), se obtiene un caudal de 36,00 l/h, comparable al del sistema de caldera. No obstante, esta configuración implica una reducción de la potencia de emisión del radiador de casi un 23,88%, lo que puede afectar la capacidad de calefacción de ciertos espacios.
Es importante considerar que muchos sistemas de radiadores están sobredimensionados, lo cual puede compensar en gran medida esta pérdida de potencia. Para aquellas instalaciones en las que el sobredimensionamiento no sea suficiente, existen soluciones como la adición de elementos en radiadores ya instalados, lo que permite incrementar su superficie de emisión, o bien, la sustitución de los emisores por radiadores dinámicos diseñados específicamente para operar de manera eficiente bajo las condiciones de temperatura y caudal de las bombas de calor aerotérmicas. Estas alternativas permiten adaptar el sistema sin sacrificar confort térmico y asegurando un funcionamiento eficiente y ajustado a las normativas de eficiencia energética vigentes.
El salto térmico de 15 °C necesario para optimizar el funcionamiento de radiadores en sistemas de bomba de calor puede lograrse mediante varias configuraciones técnicas que adaptan el sistema hidráulico al nuevo equipo. Una de las estrategias más comunes es la instalación de una aguja hidráulica o un depósito de inercia que permita separar el sistema en dos circuitos: uno primario, alimentado por la bomba de calor y diseñado para trabajar con un salto térmico reducido de 5 °C, y un circuito secundario en el que operan los emisores (radiadores) con un salto térmico de 15 °C. En este último, el caudal y la bomba de circulación deben ser recalculados y ajustados para adaptarse a las nuevas condiciones de caudal y salto térmico requeridas.
Otra alternativa es programar la bomba de calor para que varíe la velocidad de la bomba de circulación que incorpora, de modo que esta ajuste automáticamente el salto térmico a 15 °C, garantizando siempre el volumen mínimo de agua exigido en su ficha técnica. Esta opción no es estándar, pero está disponible en algunos modelos de bomba de calor de fabricantes específicos y permite al sistema modular su funcionamiento y alcanzar el salto térmico óptimo sin necesidad de elementos adicionales en la instalación. Esta capacidad de autorregulación ofrece una solución eficiente y práctica, especialmente en sistemas donde se desea minimizar modificaciones estructurales.
La aerotermia aplicada a sistemas de calefacción con radiadores no solo representa una solución eficiente desde el punto de vista energético, sino que también aporta importantes beneficios ambientales. Al sustituir calderas de combustibles fósiles por bombas de calor aerotérmicas, se reduce significativamente el consumo de energía no renovable y se disminuyen las emisiones de CO₂ asociadas a la climatización de edificios. Esta tecnología contribuye directamente a los objetivos del Pacto Verde Europeo y del Plan de Acción para la Descarbonización de Edificios de la Unión Europea, que buscan reducir las emisiones en un 55 % para 2030, en comparación con los niveles de 1990.
Implementar bombas de calor aerotérmicas en sistemas de radiadores no solo mejora la eficiencia del sistema de calefacción, sino que también permite que los edificios se adapten a normativas más estrictas de eficiencia energética y sostenibilidad. A medida que Europa avanza hacia un modelo de neutralidad de carbono, la aerotermia se posiciona como una alternativa clave para reducir la dependencia de combustibles fósiles en la calefacción, facilitando la transición hacia un parque inmobiliario más sostenible y alineado con los objetivos climáticos a largo plazo.
