La mayoría de los equipos de Aire Acondicionado (AA) modernos son reversibles: en verano son aparatos de aire acondicionado y en invierno se pueden aprovechar como sistemas de calefacción. El mismo equipo es a la vez un refrigerador y una bomba de calor. Y, si esto parece una gran ventaja, es aún más interesante que, valiéndose de una energía completamente renovable y prácticamente insondable para nuestros sentidos, logren, como aparatos de calefacción, eficiencias promedio superiores a un 200% (incluso hasta 500%), y superen largamente a cualquier estufa o radiador eléctrico común de Efecto Joule.
Aire Acondicionado y Bombas de Calor
Aire Acondicionado y Bombas de Calor
La bomba de calor (1),(2)
A menudo los equipos de climatización para el hogar se venden como UNIDADES DE PARED: AIRE ACONDICIONADO BOMBA DE CALOR. En ellos la bomba de calor es en realidad el sistema trabajando para mover energía térmica desde el exterior hacia el interior de la casa, desde una fuente fría a otra más caliente. Recibe este nombre por analogía con las bombas de agua que suben el agua desde un nivel bajo a otro más alto, pues, en este caso, es necesario un aporte de trabajo para alterar el ciclo normal del calor que se dirige de manera espontánea de una fuente caliente a otra fría, hasta que sus temperaturas se igualen, y no al revés (segunda ley de la termodinámica).
El equipo funciona con el mismo refrigerante que se usa para climatizar en temporadas cálidas. Sólo invierte el sentido del flujo de refrigeración por medio de una válvula inversora de ciclo, la cual transforma el condensador en evaporador y viceversa. En este caso, cuando el refrigerante se evapora en la unidad exterior, absorbe calor del ambiente, y, cuando se condensa a presión en la unidad interior, libera ese calor en la casa. Son intercambios de energía donde interviene el calor latente de evaporación y condensación del fluido frigorífico usado(3), un calor que nos puede parecer inexistente en el ambiente exterior frío, pero que en realidad es inmenso, inagotable y gratuito(2). Esta es la clave de la eficiencia de la bomba de calor.
Rendimiento COP térmico(4)
En toda bomba de calor se verifica que el calor transmitido al foco caliente (Qc) es la suma del calor extraído del foco frío (QF) más la potencia consumida por el compresor (W), que se transmite al fluido (principio de conservación de la energía):
Cómo se ve, esta razón siempre es mayor que la unidad y se debe a que en realidad se está moviendo calor usando energía, en lugar de producir calor como en el caso de las resistencias eléctricas. Una bomba de calor típica tiene un COP de entre dos y seis (2-6), dependiendo de la diferencia entre las temperaturas de ambos focos.
Como la eficiencia está ligada a las condiciones de funcionamiento, en especial con las temperaturas de trabajo (decrece considerablemente con la disminución de la temperatura exterior), los estándares europeos definen otro coeficiente para las unidades de acondicionamiento de aire en calefacción, más ajustado y representativo, llamado coeficiente estacional de eficiencia energética SCOP (Seasonal Coefficient of Performance). Se define en referencia a diferentes zonas climáticas (Media, Cálida y Fría) y se calcula como la demanda anual de calefacción de referencia dividida por el consumo anual de electricidad para la calefacción(5),(6),(7).
Como la eficiencia está ligada a las condiciones de funcionamiento, en especial con las temperaturas de trabajo (decrece considerablemente con la disminución de la temperatura exterior), los estándares europeos definen otro coeficiente para las unidades de acondicionamiento de aire en calefacción, más ajustado y representativo, llamado coeficiente estacional de eficiencia energética SCOP (Seasonal Coefficient of Performance). Se define en referencia a diferentes zonas climáticas (Media, Cálida y Fría) y se calcula como la demanda anual de calefacción de referencia dividida por el consumo anual de electricidad para la calefacción(5),(6),(7).
Etiquetado de Eficiencia Energética (Europa y Chile)
La directiva europea de productos energéticos (ErP) se ha diseñado para ofrecer a los consumidores una comprensión mejor de la eficiencia de sus climatizadores o sistemas de bomba de calor con potencias inferiores a 12(kW)(8). El etiquetado de los equipos se clasifica en términos de un conjunto de clases de eficiencia energética: A+++, A++, A+, A, B, C, D, E, F y G; y se relaciona con el rendimiento térmico de una bomba de calor de la siguiente manera:
De modo que, la energía calorífica promedio estacional que se conseguirá con un equipo de eficiencia A+, por ejemplo, en una zona climática dada, será al menos cuatro veces mayor que la energía eléctrica consumida por el equipo.(8)
En Chile, el etiquetado de eficiencia energética de los aires acondicionados de uso doméstico está regulado por la norma Nch 3081: 2007 (Eficiencia Energética- Equipos de Aire Acondicionado- Clasificación y Etiquetado. Nch 3081.Of2007). En ella, se establecen las características del etiquetado de los equipos refrigerados por aire, basándose en la directiva 2002/31/CE de la Comisión de las Comunidades Europeas y en los métodos de ensayo de la norma ISO 5151:1994, homologada en Chile en la Nch2685 Of.2002 (Comportamiento de Acondicionadores de Aire y Bombas de Calor sin ductos- Métodos de Ensayo y Clasificación. Nch 3081.Of2007)(9). Esta norma del 2007 no esta a la par de la normativa europea y no incluye el cálculo del coeficiente estacional definido más arriba. En calefacción se usa simplemente el COP (llamado aquí Coeficiente de Comportamiento) y se define como: la razón entre la cantidad de calor que el equipo puede entregar en un intervalo de tiempo definido y la potencia de entrada promedio dentro de un intervalo de tiempo definido (Ambos expresados en Watts y medidos de acuerdo a ISO 5151, Anexo C). La relación entre la Clase de Eficiencia y el COP, tanto en los equipos divididos como los compactos, es la siguiente:
Los valores reales no podrán ser menores al 92% de los declarados en el etiquetado, según el protocolo SEC PE n°1/26/2(10). Pero es muy importante agregar que no todos los aires acondicionados tienen la misma clasificación energética para calefacción y frío. Muchos de los equipos en Chile tienen etiqueta B en frío y D en calor, y otros, más eficientes, A en frío y B en calefacción.
Costos de Operación
- Total de energía = 366 + 178 = 544(kWh)
- Energía Invierno = 544 - 350 = 194(kWh)
- Energía Base = 350(kWh/mes)
- Cargo Energía I. = 194 x 132 = $ 25.608
- Cargo Energía B. = 350 x 94 = $32.900
- Total cargo mes = 25.608 + 32.900 = $58.508
- Total período = 58.508 x 6 = $351.048
Calculemos ahora el costo usando un equipo de aire acondicionado con una clase de eficiencia A y COP = 3,6 (según etiquetado en Chile). Si admitimos que mantiene toda la temporada este Coeficiente de Comportamiento, para generar los mismos 366(kWh/mes) de energía en calefacción solo necesitaremos demandar en electricidad 366/3,6 = 102(kWh/mes). Por tanto la factura será,
- Total de energía = 102 + 178 = 280(kWh)
- Energía Base = 280(kWh/mes)
- Cargo Energía B. = 280 x 94 = $26.320
- Total cargo mes = $26.320
- Total período = 26.320 x 6 = $157.920
Un ahorro anual de 351.048 - 157.920 = $193.128 que ayudará a amortizar rápidamente la inversión inicial del equipo (costo + instalación. Para un análisis más completo se debe calcular el VAN e incluir el flujo de fondos generados de la mantención y revisiones futuras).
Un Par de Consideraciones finales
Un trabajo excesivo en los equipos de aire acondicionado puede producir un desgaste prematuro de sus piezas móviles y acarrear un recorte de su vida útil, de manera que es vital dimensionarlos adecuadamente. Por otro lado, La tecnología Inverter (o variación de frecuencia), que permite optimizar la velocidad de trabajo del motor(12),(13), y los sensores de presencia y luz han contribuido a mejorar sensiblemente el rendimiento de los equipos más modernos; aún así, como sistema de calefacción único, los equipos de aire acondicionado con bomba de calor, en general, se recomiendan principalmente en zonas climáticas con una temperatura moderada, es decir, no excesivamente baja en invierno (como ocurre en el extremo sur de Chile, por ejemplo). Finalmente, otros puntos importantes cuando se elige un climatizador de ambiente, son el manejo de la humedad, el movimiento y la pureza del aire que en conjunto permiten lograr las condiciones de confort esperadas por el cliente.(14),(15)