​Posibles dudas en la aplicación del nuevo HE4 del CTE

La generación de ACS de forma eficiente y renovable ha sido un reto desde la introducción del Código Técnico de la Edificación (CTE) en 2006. Además del propio DB HE 4, hay que tener en cuenta una serie de reglamentos y normas UNE para la definición de las temperaturas de acumulación y consumo. Incluso hay que tener en cuenta el DB HS-4 para el diseño de la red, en un punto determinante para la propia eficiencia energética, como es el hecho de tener que contar con un ramal de retorno.

A continuación, se analiza la bomba de calor como opción preferente, tanto trabajando sola, como trabajando en combinación con solar térmica, para el cumplimiento de la versión más reciente de nuestro Código Técnico de la Edificación, poniendo en valor las posibles combinaciones entre diversas fuentes. 

Históricamente se ha pasado de la solar térmica, al furor de la biomasa, si bien últimamente parece que las bombas de calor sean el último grito en sistemas de calefacción y ACS… Pero en realidad llevan décadas entre nosotros, incluso con buenos COPs y capacidad para trabajar en condiciones extremas.

DB HE 4

Lo primero que hay que hay que aclarar es que no es objeto del DB HE 4 la determinación de la temperatura de preparación del ACS, aunque establezca un mínimo para su cálculo.

Dice el DB HE 4 en su apartado número 3, acerca de la cuantificación de la exigencia, que las bombas de calor destinadas a la producción de ACS y/o climatización de piscina, para poder considerar su contribución renovable a efectos de esta sección, deberán disponer de un valor de rendimiento medio estacional (SCOP_dhw) superior a 2,5 cuando sean accionadas eléctricamente y superior a 1,15 cuando sean accionadas mediante energía térmica. El valor de SCOP_dhw se determinará para la temperatura de preparación del ACS, que no será inferior a 45 ºC.

La temperatura de preparación viene definida en el R.D. 865/2003, conocido como reglamento para la prevención y el control de la legionelosis. En el citado reglamento, quedan explícitamente excluidos los edificios dedicados al uso exclusivo de vivienda.

Por tanto, únicamente en los edificios excluidos del ámbito de aplicación del R.D. 865/2003, es posible la justificación de la Sección HE 4 utilizando una temperatura de 45 ºC en el depósito de acumulación final, ya que para el resto de casos no excluidos, la temperatura del depósito de acumulación final deberá ser, como mínimo, de 60 ºC.

Uno de los grandes problemas que puede tener la justificación del HE 4 radica en la temperatura de preparación del depósito acumulador final en edificios de uso no residencial. Esa necesidad de acumular a 60 ºC hace que la eficiencia de las bombas de calor baje a niveles que pueden hacer inviable la justificación de un 70% de cobertura renovable de la producción del ACS. O que haya utilizar refrigerantes que encarecen el precio de las máquinas para poder alcanzar ese 70% con garantías.

El problema puede radicar en la necesidad autoimpuesta de cubrir la parte renovable de la producción del ACS con un único sistema que requiere de electricidad como fuente de accionamiento. 

En cualquier caso, en función del tipo de instalación y de la disponibilidad puede solventarse mediante una generación renovable de dicha electricidad.

Ya existen opciones

Hay que decir, llegados a este punto, que ya existen opciones en el mercado que permitirían la generación del ACS únicamente con bomba de calor, cumpliendo con las prescripciones del HE 4. 

También es importante resaltar que no es recomendable tener el compresor de las máquinas trabajando en puntos extremos de forma constante, por lo que se pueden buscar alternativas que justifiquen el cumplimiento normativo y que den cierto respiro a los compresores.

Alternativamente a la bomba de calor se puede utilizar la biomasa, con el inconveniente de un mayor nivel de mantenimiento. La gran ventaja de la biomasa es que prácticamente la producción al completo puede ser considerada como renovable. Además, en algunos casos, puede servir de ayuda a la economía local.

Como complemento a ambas opciones, está la energía solar térmica, que tradicionalmente se ha asociado a la generación con gas y, minoritariamente, a la combinación con otras energías renovables o regenerativas.

Uno de los problemas de la solar térmica ha sido que el dimensionamiento de la instalación para cubrir una parte importante de la demanda de ACS calculada según la antigua versión del CTE Sección HE4 prácticamente obligaba a la instalación de disipadores y elementos de seguridad varios, para una operación segura y continua en verano.

La utilización de la solar térmica como energía renovable auxiliar de un generador regulable (bomba de calor, caldera de biomasa…), que se encargue de cubrir la mayor parte de la demanda exigida por el HE 4, hace que la operación conjunta del sistema pueda superar con creces el umbral del 70% de cobertura renovable de la producción de ACS. Ello, sin incurrir en una serie de ineficiencias, como tener que cubrir los colectores, vaciar la instalación en verano o la utilización continua de los ya mencionados disipadores.

Esta utilización de la energía solar térmica puede suponer también una gran ayuda al descanso de las bombas de calor en determinadas épocas del año, así como al alcance de la cobertura requerida por la Sección HE 4.

Caso práctico

Para ilustrar todo lo anterior se va a exponer un pequeño ejemplo. Se trata de una instalación en San Sebastián, en la que habrá un consumo diario previsto de 6.000 litros a 60.ºC. La temperatura media del agua es de 12,17.ºC, tal y como marca el anexo G del Documento Básico HE del CTE. Ver tabla 1 ‘Demandas mensuales’.

Para cubrir dichas demandas, inicialmente se estudia el caso con una bomba de calor con un SCOP_dhw de 3. Y tal y como se puede comprobar en la tabla 2, sería insuficiente para una justificación de la Sección HE4, mientras que con la misma máquina y un 3% de aporte de energía solar térmica, la justificación estaría hecha.

Como valor añadido de esta opción, está el hecho de que, además, se reduce en un 3% el consumo de energía final, que es básicamente el consumo que pagamos mensualmente a nuestro proveedor eléctrico.

Ese 3% de demanda de ACS cubierta se resolvería con un campo de 2 captadores solares térmicos planos verticales de aproximadamente 2,38 metros de alto, 1,056 de ancho y una profundidad de 90 mm, con un rendimiento óptico del 79,3% y con unos coeficientes de pérdidas de 4,04 W/(m²K) y 0,0182 W/(m²K²).

En la tabla 3 se muestra un segundo caso, en el que se cubra la demanda con una bomba de calor con un SCOP_dhw de 3,4. En este caso, el HE 4 quedaría automáticamente justificado. No obstante, si bien la conciencia ecológica del promotor o la necesidad de un aporte mayor, por otro tipo de condicionantes del diseño (como por ejemplo, la construcción de un edificio más eficiente de lo que marca el reglamento), se quisiera hacer un aporte adicional del 10% a través de solar térmica quedaría un ahorro energético final del 10%.

En la tabla 3 adjunta, se puede ver cómo la demanda cubierta por renovables ascendería al 83,53%,  mientras que, como ya se ha dicho, la energía final quedaría un 40% por debajo de la opción sin solar térmica, además de mejorar en el mismo porcentaje tanto el consumo de energía primaria no renovable, como el de emisiones de CO₂.

Esa demanda se cubriría con seis captadores solares térmicos como los anteriormente descritos.

Hay que tener en cuenta también que el socio lógico de la bomba de calor es la solar fotovoltaica y que, por tanto, puede requerirse ese espacio para su aprovechamiento eléctrico. Incluso se puede prever un sistema de bomba de calor para la climatización que actúe como apoyo de una instalación de ACS por solar térmica, dimensionada de acuerdo a los parámetros del antiguo HE 4 que, junto con una generación fotovoltaica de la electricidad utilizada para el accionamiento de la bomba de calor, haría del edificio algo extremadamente eficiente.

Habrá que ir caso por caso, estudiando la disponibilidad de superficie para instalación de solar térmica y solar fotovoltaica y viendo las mejores combinaciones, en función de los usos del edificio, así como de la inversión que esté dispuesto a realizar su promotor o su propietario. 

Esto llevará a que algunas instalaciones puedan ganar algo en complejidad para un mejor aprovechamiento e integración de las energías renovables mediante las combinaciones óptimas que puedan surgir de las diferentes necesidades que surgen cada día en nuestros proyectos.

Con todo ello, lo que se ha pretendido a través de este artículo es abrir la puerta a la solar térmica en combinación con la aerotermia o con otras fuentes consideradas como renovables como camino a una eficiencia energética más completa.