La eficiencia energética en edificios es un ámbito en el que se ha avanzado mucho los últimos años. La irrupción de las bombas de calor como sistemas de climatización apunta a continuar con dicha mejora, sin embargo, han de coordinarse con sistemas de almacenamiento para no comprometer la fiabilidad de la red eléctrica
La eficiencia energética en edificios es un ámbito en el que se ha avanzado mucho los últimos años. La irrupción de las bombas de calor como sistemas de climatización apunta a continuar con dicha mejora, sin embargo, han de coordinarse con sistemas de almacenamiento para no comprometer la fiabilidad de la red eléctrica.
Los edificios son una pieza clave en el sistema energético, dado que suponen más del 40% del consumo energético total en la Unión Europea. Por ello, han demandado mucha atención las últimas décadas en materia de eficiencia energética.
La regulación
La regulación europea viene abanderada por la publicación el 19 de mayo de 2010 de la Directiva 2010/31/EU y la posterior 27/2012/UE, que introdujeron dos aspectos muy relevantes: la certificación energética y los edificios de consumo de energía casi nulo (nZEB). La transposición de esta normativa dio lugar a la publicación del RD 235/2013 y el posterior 390/2021, que estableció la obligación de poner a disposición de los compradores o usuarios de todos los edificios un certificado de eficiencia energética que incluyese información objetiva sobre dicha eficiencia energética y valores de referencia, con el fin de que los propietarios o arrendatarios del edificio o parte del mismo pudiesen comparar y evaluar la misma. Esta certificación ya era obligatoria para los edificios de nueva construcción desde 2007 (RD 1027/2007).
Por otro lado, los requisitos mínimos relativos a la eficiencia energética se fijan en el Código Técnico de Edificación (CTE), aprobado en 2006 y que tiene un carácter reglamentario, así como en el Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios (RITE), aprobado en el RD 1027/2007. Este último es uno de los reglamentos más relevantes en materia de eficiencia energética, dado que de acuerdo a Eurostat, los sistemas de climatización representan más del 60% del consumo de energía en edificios. En él se establecen las condiciones que deben cumplir calefacción, refrigeración e instalaciones de agua caliente sanitaria, a fin de lograr un uso racional de la energía. Recientemente este reglamento ha sido ajustado (RD 178/2021) de cara a cumplir los ambiciosos objetivos establecidos en el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC), que apuntan a reducir el consumo de energía primaria hasta un 39,5% en 2030.
El impacto de las medidas
Transcurridas varias décadas desde las primeras medidas de eficiencia energética, múltiples análisis demuestran que Europa ha dado grandes pasos en la reducción del consumo energético en edificios.
Un primer análisis desarrollado en la Universidad de Almería en 2013 analizaba el efecto de los cambios constructivos que ha provocado la normativa y sus efectos, tomando como referencia un grupo de viviendas similares construidas en tres periodos temporales diferentes, ubicadas en el sur de España, desde 1988 hasta 2013. Uno de los principales resultados observados es que los cambios en los métodos de construcción disminuyeron el consumo de energía primaria y las emisiones totales de CO2 en aproximadamente un 50%.
Otros trabajos se han enfocado en analizar los aspectos que más han influido en la mejora de la eficiencia energética. Filippini et al. identificaron, en un análisis que se extendía al periodo 1996-2009 en Europa, los incentivos económicos y la normativa de producto como los más efectivos. En un periodo algo más extenso, que cubría desde 1990 hasta 2010, Broin et al. desarrollaron un estudio para identificar cuáles han sido las políticas que han causado un mayor efecto, distinguiendo entre financieras, regulatorias e informativas. En sus conclusiones aseguran que de cara a elaborar una hoja de ruta se debería enfatizar sobre las políticas regulatorias.
Mas recientemente, la comisión europea junto con el Politécnico de Torino ha presentado un estudio sobre el impacto de las medidas en el periodo 1997-2017. En este caso, tienen en cuenta en el análisis aspectos relevantes como el clima, los ingresos, tamaño de edificio, entre otros. El resultado presenta una mejora sustancial que apunta al 52% en el periodo considerado.
Sin embargo, pesar de que los resultados son muy positivos, la comisión europea considera que el 75% de los edificios existentes son todavía energéticamente ineficientes. De hecho, analizando los datos disponibles en el observatorio europeo de stocks de edificios, mientras que la construcción de nuevas viviendas mantuvo una tendencia ascendente en el periodo 2010-2016, la construcción de viviendas nZEB alcanza un máximo en 2014, para iniciar una curva descendente desde entonces, evidenciando la necesidad de impulsar nuevas medidas.
Los riesgos de las nuevas tecnologías
La comunidad científico-tecnológica juega un papel relevante a la hora de poner a disposición del sector tecnologías más eficientes y con menor huella de carbono. En materia de climatización, las bombas de calor emergen como una tecnología de presente y futuro, dada su elevada eficiencia y la posibilidad de que funcionen con energía 100% renovable. De hecho, el RD 178-2021 por el que se modifica el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios establece que el empleo de bombas de calor, cumpliendo unos requisitos de rendimiento medio estacional, será considerada como energía renovable.
Aunque se trata de una tecnología conocida desde hace varias décadas, es a partir del año 2000 cuando se empieza a extender su utilización en el sector residencial. Desde entonces, muchos estudios indican que su utilización puede contribuir sustancialmente a reducir el consumo energético, planteando escenarios de ahorro desde el 10% hasta el 54%. Sin embargo, la mayoría de estos estudios fundamentan sus conclusiones en simulaciones no empíricas y sus resultados pueden diferir de aquellos que han analizado escenarios reales con muestras relevantes.
En un estudio realizado en Noruega en 2012 sobre una muestra de 1.111 viviendas, los usuarios de bombas de calor habían reducido el consumo de elementos alternativos de calentamiento, como chimeneas o calentadores eléctricos, sin embargo, su gasto general en electricidad había aumentado, a costa de elevar el nivel de confort. Recientemente, Liang et al. presentan un análisis sobre 13.010 viviendas de Arizona, donde más del 50% contaban con una bomba de calor. En su estudio se demuestra que los usuarios de bombas de calor solamente presentan una ligera reducción del consumo eléctrico en verano, mientras que, en invierno, el gasto en electricidad para calefacción aumenta considerablemente.
En conclusión, parece que, ante un menor coste de la energía, los usuarios de bombas de calor escogen aumentar su nivel de confort. Este hecho no es significativo por el momento, sin embargo, ante las previsiones de aumento en el mercado de bombas de calor (ej., de acuerdo al PNIEC, España aspira a multiplicar por 6 la instalación de bombas de calor en el periodo 2021-2030), puede llegar a suponer un grave problema de saturación de la red eléctrica, sobre todo en los núcleos urbanos más aislados.
La propuesta tecnológica de futuro
Las estrategias tecnológicas que pueden resolver este problema, sin disminuir los niveles de confort, pivotan sobre los sistemas de almacenamiento de energía. Técnicamente, estos sistemas pueden estar ubicados en cualquier punto de la red eléctrica, desde las grandes centrales de generación, hasta en las instalaciones del consumidor. Estos últimos se conocen como sistemas ‘behind-the-meter’ (BTM) y son gestionados por el consumidor. IRENA (International Renewable Energy Agency) prevé que para 2030 los consumidores se convertirán en los mayores usuarios de sistemas de almacenamiento.
En este sentido, los sistemas de almacenamiento térmico representan una solución de bajo coste, que puede adaptarse de manera sencilla a la operación de una bomba de calor, ofreciendo una solución de climatización eficiente y altamente gestionable.
Actualmente las bombas de calor suelen incluir un depósito de agua que actúa como buffer térmico, pero sin la suficiente capacidad de almacenamiento para cubrir la demanda diaria de energía. La siguiente generación de sistemas de almacenamiento térmico incluyen materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en ingles), que disponen densidades de almacenamiento de energía entre 3 y 5 veces mayores que las del agua.
CIC energiGUNE es uno de los centros que más está impulsando el desarrollo de PCMs, para sistemas de almacenamiento térmico en combinación con bombas de calor. De hecho, los investigadores de CIC energiGUNE desarrollan junto con empresas como Airlan un sistema de almacenamiento térmico de elevada densidad energética y bajo coste, basado en materiales de cambio de fase, con el objetivo de mejorar el rendimiento de las bombas de calor y contribuir a la descarbonización del sector residencial e industrial.
Gracias a estos sistemas de almacenamiento, la bomba de calor opera a un alto rendimiento durante los periodos en que la temperatura exterior sea mayor, y almacena el calor producido en periodos de baja demanda, para hacer uso del mismo en los periodos más fríos del día, contribuyendo a desplazar los picos de demanda.
Por lo tanto, disponer de un sistema de almacenamiento térmico de gran capacidad, bajo coste y cuyo tamaño sea reducido, es clave para conseguir una mejora en la eficiencia de operación de las bombas de calor, y de esta forma, facilitar su proliferación como sistema de climatización principal en viviendas.