Cómo funcionan los refrigerantes en las bombas de calor y cuál es su impacto medioambiental

Las bombas de calor se han hecho cada vez más populares como sistema de calefacción y refrigeración en los últimos años, pero muchos desconocen que estos sistemas utilizan refrigerantes para funcionar. En este artículo analizaremos cómo funcionan los refrigerantes en las bombas de calor y cuál es su impacto medioambiental.

Gracias a sus peculiaridades en términos de ahorro energético y eficiencia, las bombas de calor no solo son un sistema innovador para calentar, refrigerar y producir agua caliente sanitaria, sino que son un elemento clave en la estrategia de la Unión Europea para combatir el cambio climático. Sí, porque, como todo el mundo sabe, el objetivo principal del Pacto Verde Europeo es lograr la neutralidad climática de aquí a 2050 para todos los países de la UE.

 

La descarbonización

Europa está regulando el uso de refrigerantes con el objetivo primordial de lograr pronto la descarbonización. Un objetivo, el de la descarbonización, que encuentra en las bombas de calor un importante aliado, habida cuenta de que la extracción de energía del suelo, el aire o el agua freática necesaria para su funcionamiento se traduce en una ausencia total de uso de gas combustible.

 

La eficiencia energética de las bombas de calor

Como productos relacionados con la energía, las bombas de calor entran en el ámbito de aplicación de la Directiva del Parlamento Europeo n.º 2009/125/CE, de 21 de octubre de 2009, por la que se regula el diseño ecológico y la definición de las especificaciones mínimas de diseño ecológico. Una directiva que ha dado lugar a numerosos reglamentos de aplicación a lo largo de los años, como el Reglamento 813/2013 dedicado a los sistemas de calefacción individuales y combinados, y que solo en 2021 permitirá ahorrar más de 120 000 millones de euros en energía. Por su parte, la Directiva 2010/30/UE, de 19 de mayo de 2010, introdujo el etiquetado energético para los productos relacionados con la energía, incluidas las bombas de calor, que destaca su consumo indicando una clase energética y algunos otros parámetros.

 

El suso de energías renovables

Cuando se habla de energías renovables, no se puede dejar de hacer referencia a la llamada Directiva de Energías Renovables (2009/28/CE), una directiva orientada al desarrollo y difusión de las energías limpias en todos los sectores de la economía europea, que ha ido ampliando sus objetivos a lo largo de los años. Tras alcanzar el primer objetivo de producir al menos un 20% de energía renovable en 2020, con un aumento del consumo del 12,5% en 2010 al 21,8% en 2021, la Comisión Europea se ha propuesto llegar al 40% en 2030. Con RePowerEU, el plan lanzado en mayo de 2022 en respuesta a la aparición de problemas en el mercado energético por la invasión de Ucrania por parte de Rusia, la idea es elevar este porcentaje al 45%.
Además, gracias a esta iniciativa, los países de la UE redujeron su dependencia de los combustibles rusos, ahorraron alrededor de un 20% de energía e introdujeron un tope en el precio del gas y el petróleo.

Bombas de calor y fluido refrigerante

Como hemos visto antes, las bombas de calor son una alternativa ecológica viable a la caldera clásica, ya que «aprovechan» una fuente de energía térmica disponible de forma natural para transferir calor de un ambiente más frío a otro más cálido. Una tecnología innovadora que contamina menos y supone un importante ahorro en la factura. Entre los diversos componentes que caracterizan a las bombas de calor, cada vez más populares en entornos residenciales, comerciales e industriales, hay un elemento que puede tener un fuerte impacto medioambiental y que es absolutamente necesario para el funcionamiento del dispositivo: el fluido refrigerante.

Con el término refrigerante, la norma DIN EN 378-1 se refiere a un fluido utilizado en una instalación frigorífica que permite la transmisión de calor gracias a sus propiedades físicas. Se trata de un proceso en el que el refrigerante pasa por un circuito formado por un compresor (2), un condensador (3), una válvula de laminación (4) y un evaporador (1), pasando de estado líquido a gaseoso y viceversa.

A menudo también oímos hablar de líquido de refrigeración, utilizado erróneamente como sinónimo de refrigerante. El primero no es suficiente para garantizar el buen funcionamiento de una bomba de calor, ya que extrae calor de un objeto solo cuando la temperatura del ambiente exterior es más baja. El fluido refrigerante, por su parte, elimina el calor incluso cuando la temperatura ambiente es superior a la del objeto que se desea enfriar.

¿Cuáles son las características y los principales tipos de refrigerantes?

Está claro que los refrigerantes no son todos iguales. Por el contrario, existen diferencias sustanciales según el campo de aplicación en el que se utilicen. Sin embargo, tienen algunas características en común, como una estructura química muy estable y un elevado coeficiente de rendimiento. Además, la mayoría de los refrigerantes tienen un bajo volumen de vapor, se licúan a baja presión y tienen un punto de ebullición bajo.

Los refrigerantes pueden dividirse en tres categorías principales: fluidos orgánicos puros, como el agua y el amoníaco; hidrocarburos, como el butano, el isobutano, el propano y el propileno; e hidrocarburos halogenados, es decir, los hidrofluorocarburos (HFC), los clorofluorocarburos (CFC), los hidroclorofluorocarburos (HCFC) y los perfluorocarburos (PFC). Pero, ¿cuáles son los refrigerantes más utilizados en las bombas de calor? En primer lugar, señalamos los que no se pueden utilizar. Los CFC y los HCFC, por ejemplo, están prohibidos porque se considera que contribuyen en gran medida a la destrucción de la capa de ozono. En cambio, la normativa actual exige el uso de HFC tanto en las bombas de calor como, en general, en los sistemas de aire acondicionado de edificios y vehículos

El Reglamento 517/2014 sobre gases fluorados

La emisión al medio ambiente de gases fluorados de efecto invernadero, comúnmente denominados F-Gas, produce un calentamiento mucho mayor que el dióxido de carbono. Por eso, la Unión Europea aplica un control cada vez más estricto sobre los tipos de gases refrigerantes que pueden utilizarse en los dispositivos de calefacción y refrigeración. Con el Reglamento 517/2014 sobre gases fluorados, publicado en 2014, se establecieron numerosas obligaciones que entraron en vigor gradualmente y que serán efectivas en 2025. ¿El objetivo? Reducir las emisiones de gases fluorados en un 79% para 2030, en comparación con la media de 2009-2012. Pero, ¿cuáles son concretamente las limitaciones impuestas por el reglamento? Las primeras acciones concretas se refirieron a los sistemas de refrigeración para uso comercial, como mostradores y cámaras frigoríficas en almacenes y supermercados. De hecho, a principios de 2020, la normativa prohibió el uso en este tipo de sistemas de gases HFC con un potencial de calentamiento global PCG (índice que denota la nocividad del gas en relación con el efecto invernadero) igual o superior a 2.500. A partir de 2022, el PCG deberá ser inferior a 150.

Posteriormente, la normativa se extendió también a los equipos de las instalaciones de refrigeración industrial de potencia igual o superior a 40 kW, donde se prohibió el uso de gases con un PCG inferior a 150 a partir del 1 de enero de 2022, con la excepción del circuito primario de los sistemas en cascada, donde el fluido refrigerante debe tener un PCG inferior a 1.500. Por otra parte, los acondicionadores de aire residenciales con una carga de gas inferior a 3 kg, es decir, los splits clásicos, solo tendrán que cumplir una nueva normativa a partir de 2025, cuando los gases refrigerantes con un potencial de calentamiento global superior a 750 ya no podrán utilizarse en todos los modelos nuevos.

¿Cómo elegir el refrigerante adecuado?

Si bien el criterio principal que lleva a elegir un refrigerante en lugar de otro se refiere a su campo de utilización (aire acondicionado, refrigeración, bomba de calor, etc.), hay muchos otros elementos que deben tenerse en cuenta y que se refieren a aspectos medioambientales y de seguridad, pero también termodinámicos y económicos.

En términos de seguridad, las dos propiedades que caracterizan a los refrigerantes son la toxicidad y la inflamabilidad. Para tener una idea más precisa y clasificar los riesgos, la American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineering (ASHRAE) ha identificado dos clases para la primera peculiaridad (A = baja toxicidad, B = alta toxicidad) y tres clases para la segunda (1 = no inflamable, 2 = inflamable, 3 = muy inflamable). ¿Algunos ejemplos? Los hidrocarburos como el propano refrigerante (R290) y el butano (R600) pertenecen a la clase A3, ya que no son tóxicos pero sí muy inflamables, mientras que la mayoría de los hidrofluorocarburos (HFC) pertenecen a la clase A1.
Refrigerantes respetuosos con el medio ambiente
Clivet

A partir de 2025, como hemos visto, para las nuevas adquisiciones será necesario elegir aparatos de aire acondicionado y bombas de calor (con una carga de gas inferior a 3 kg) que utilicen refrigerantes con un índice de PCG inferior a 750. Clivet se ha adaptado desde hace tiempo, utilizando un fluido refrigerante con un índice de PCG más bajo que el del R-410A, la mezcla más utilizada en el pasado. Se trata del gas R-32, que, aunque se considera un refrigerante de nueva generación, ya se utiliza desde hace varios años como componente al 50% de la misma mezcla R-410A. En efecto, el nuevo R-32, presente en todas las bombas de calor split y monobloque Clivet, se caracteriza por un PACO (Potencial de Agotamiento de la Capa de Ozono) de 0 y un PCG de 675 (aproximadamente un tercio del correspondiente al gas R-410A, cuya media es de 2088).

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