Las bombas de calor modulantes son el tipo más nuevo y eficaz de bombas de calor, pero ¿aprovechamos ya todas sus propiedades cuando diseñamos campos de sondeo? En este artículo analizamos una de las premisas más importantes en el diseño de campos de sondeos: la eficiencia de la bomba de calor.
Nota
Este artículo se basa en una investigación realizada por Enead BV en colaboración con Alpha Innotec y se presentó en el congreso geotérmico de Frankfurt (18-20 de noviembre de 2025).
Bombas de calor modulantes
Las bombas de calor son máquinas muy interesantes y sofisticadas que pueden convertir el calor a baja temperatura en calor a alta temperatura mediante un compresor. Pero aunque puedan parecer similares por fuera, puede haber bastantes diferencias por dentro. Una de estas diferencias clave es entre las bombas de calor de encendido y apagado y las modulantes.
Cuando se tiene una bomba de calor de encendido-apagado, el sistema está (como su nombre indica) siempre encendido al 100% o apagado al 100%. Esto significa que cuando su edificio sólo tiene una pequeña demanda de calefacción, su bomba de calor se encenderá a la máxima potencia, funcionará durante un breve periodo de tiempo y luego se apagará. Este comportamiento cíclico provoca un gran desgaste del compresor, por lo que cada vez más fabricantes optan por bombas de calor modulantes.
Cuando su bomba de calor es modulante, significa que puede funcionar al 100% de su capacidad, pero también al 70% o incluso al 30%. Esto significa que si su edificio sólo tiene una pequeña demanda, puede encenderse a una potencia mucho menor, siguiendo la demanda del edificio con mayor precisión. Por lo tanto, las bombas de calor modulantes tienen menos paradas de arranque, menor desgaste del compresor y son, en general, más silenciosas.
Cuando una bomba de calor modulante funciona en régimen de carga parcial (es decir, a una capacidad inferior a la máxima) se obtiene otra gran ventaja. Dado que ahora, estrictamente hablando, los componentes internos de la bomba de calor están sobredimensionados en relación con la demanda de calefacción, su eficiencia también es mayor. Por lo tanto, las bombas de calor modulantes tienden a tener una mayor eficiencia que las on-off.
Nota
Para completar, las bombas de calor on-off también pueden tener una forma de modulación. Por ejemplo, las bombas de calor de mayor potencia (por ejemplo, 64 kW) suelen tener varios compresores en paralelo. Si tiene, por ejemplo, 2 compresores que juntos pueden suministrar los 64 kW completos, un compresor puede suministrar 32 kW, lo que puede interpretarse como 50% a carga parcial.
Eficiencia de la bomba de calor
La eficiencia de las bombas de calor no es sencilla y depende de muchos factores. Uno de los factores más importantes en lo que respecta a la eficiencia de las bombas de calor es lo que se denomina elevación, es decir, el delta T que la bomba de calor debe proporcionar entre la temperatura de la fuente (es decir, el suelo en nuestro caso) y el edificio. Cuanto menor sea esta elevación, mayor será el rendimiento de la bomba de calor. En el caso de las bombas de calor modulantes, existe incluso un grado de libertad adicional, a saber, el comportamiento en carga parcial, que influye bastante en el rendimiento.
La eficiencia de una bomba de calor puede definirse como la cantidad de calor que puede suministrarse por una determinada cantidad de electricidad y suele estar entre 2,5 y 7. Este rendimiento suele indicarse de dos maneras:
- En COP o coeficiente de rendimiento describe el rendimiento de la bomba de calor en ese preciso instante. Depende de la temperatura del condensador y del evaporador y, en el caso de las bombas de calor modulantes, también de la potencia a carga parcial.
- En SCOP o coeficiente de rendimiento estacional es un parámetro general que estima la eficiencia media estacional de la bomba de calor, teniendo en cuenta las variaciones de temperatura y los distintos grados de modulación. Se calcula utilizando una determinada norma (por ejemplo, EN 14825) y constituye una referencia para comparar la eficiencia de distintas máquinas.
En general, el valor SCOP para una determinada temperatura de la fuente es superior al valor COP para las mismas temperaturas, ya que el SCOP proporciona una visión más promediada de la eficiencia que el COP.
Nota
El SCOP se define normalmente en B0/W35, donde 0°C es la temperatura de la mezcla anticongelante en el suelo y 35°C la temperatura del agua que suministra al edificio. Para otros sistemas de emisión que requieren una temperatura más alta (por ejemplo, radiadores) también están disponibles los valores B0/W45 o B0/W55.
Eficacia en el diseño de campos de perforación
Cuando se diseñan campos de perforación, normalmente se tiene un carga del edificio que hay que convertir de un modo u otro en carga de tierra (es decir, extracción e inyección de calor). Esto se hace tradicionalmente utilizando un valor SCOP que puede encontrarse en las fichas técnicas. Sin embargo, esta suposición plantea un par de problemas.
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Al utilizar el SCOP para convertir el pico de potencia de calentamiento en un pico de potencia de extracción, se sobreestima el pico de potencia, ya que el COP durante las condiciones de pico suele ser inferior al del SCOP. Esto puede dar lugar a un campo de sondeo sobredimensionado.
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Al utilizar un SCOP en B0/W35 para convertir la demanda de calefacción y agua caliente sanitaria en una carga del suelo, se está suponiendo que la temperatura del suelo es de 0°C. Sin embargo, en la mayoría de los diseños esto sólo ocurre, si es que ocurre, después de un par de años, lo que significa que la temperatura media es más alta. Esto da lugar a un SCOP más alto, por lo que utilizar un valor B0/W35 es una subestimación de la eficiencia y, por tanto, del desequilibrio, lo que puede dar lugar a un dimensionamiento insuficiente (véase, por ejemplo, nuestro artículo sobre cómo afrontar el desequilibrio).
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El rendimiento de una bomba de calor depende de la temperatura del suelo y, por tanto, variará en función de su diseño. Sin embargo, dado que el SCOP suele ser una entrada en lugar de una salida de un diseño de campo de sondeo, el SCOP no varía cuando cambia el diseño. Esto es bastante contraintuitivo.
Debe quedar claro que existen bastantes retos e incertidumbres cuando se utiliza sólo un SCOP para el diseño del campo de sondeo. Por ello, en la siguiente sección presentamos los resultados de nuestras investigaciones más recientes sobre cómo diseñar con bombas de calor modulantes y de encendido-apagado.
Tres hipótesis de eficiencia diferentes
Para tres edificios diferentes (un edificio de viviendas, uno de oficinas y un edificio multiusos) se investigaron tres supuestos distintos para convertir la carga del edificio en carga del suelo:
- El tradicional y constante SCOP (que en nuestro caso es 4,86)
- Un COP dependiente de la temperatura
- Un COP dependiente de la temperatura y de la carga parcial
Aunque algunos programas (como EWS y GLD) ya tiene en cuenta el COP dependiente de la temperatura, no existe actualmente ninguna herramienta que pueda trabajar con el comportamiento a carga parcial de una bomba de calor modulante.
A continuación se analiza el efecto de las distintas hipótesis tanto en la longitud de perforación necesaria como en la eficiencia final calculada.
Nota
Para la eficiencia de la bomba de calor, se utilizaron los datos de una bomba de calor SV62 Alpha Innotec.
Efecto sobre la longitud de perforación necesaria
Si observamos el efecto que tiene nuestra hipótesis de eficiencia sobre la profundidad de perforación necesaria, vemos que apenas hay variación entre las tres hipótesis diferentes. En el caso del edificio multiservicios, se produce un ligero aumento de la profundidad necesaria para un diseño con una temperatura media mínima del fluido de 3 °C al incluir la dependencia de la carga parcial en el COP. Sin embargo, el aumento es sólo del 3%, lo que resulta insignificante.
En resumen, basándose en los casos anteriores, se puede concluir que la sobreestimación de la potencia pico y la subestimación del desequilibrio, como se ha mencionado antes, parecen anularse mutuamente, manteniendo el diseño bastante similar al diseño SCOP B0/W35. Sin embargo, la eficiencia es bastante diferente.
Efecto sobre la eficacia
A continuación, se muestra la media calculada de SCOP para los tres casos diferentes. Puede observarse que, aunque a veces hay una ligera diferencia, el rendimiento oficial B0/W35 se aproxima bastante al COP dependiente de la temperatura. Esto significa que, basándonos en los ejemplos que se muestran a continuación, no hay ninguna razón real para trabajar sólo con un COP dependiente de la temperatura, ya que no altera ni el diseño ni el SCOP.
En cambio, cuando incluimos la dependencia de la carga parcial, hay una diferencia significativa del 10 al 50 por ciento en SCOP entre el B0/W35 oficial y la eficiencia esperada. Esto se debe a un doble efecto:
- La bomba de calor funciona la mayor parte del tiempo en el régimen más eficiente de carga parcial y
- En carga parcial, debido a la menor extracción de calor, las temperaturas del fluido son más altas, lo que conduce a un funcionamiento más eficiente.
Para explicar mejor la importancia de la dependencia de la carga parcial, ampliemos la imagen del edificio de servicios múltiples. A continuación se muestra el perfil de temperatura.
En el perfil de temperatura anterior queda claro que la temperatura media del fluido fluctúa bastante. Si nos centramos en los 5 primeros meses y observamos más detenidamente el COP dependiente de la temperatura y el COP dependiente de la temperatura y la carga parcial, vemos que las variaciones de este último son mucho más pronunciadas que cuando no se tiene en cuenta la carga parcial. En segundo lugar, se observa que en los momentos punta, cuando ambas bombas de calor trabajan a plena carga, sus eficiencias coinciden.
En el gráfico siguiente se muestran los valores de SCOP para cada año del periodo de simulación de 20 años. Resulta evidente que, siempre que se tiene en cuenta la dependencia de la temperatura, la eficiencia empieza siendo superior a la que termina, debido a que en el campo de perforación predomina la extracción. En particular, el COP dependiente puramente de la temperatura termina con una eficiencia inferior al valor SCOP B0/W35 al cabo de 20 años. Esto se debe a que esta hipótesis no incluye un comportamiento estándar con carga parcial, subestimando la eficiencia cuando estamos cerca de 0°C.
En cambio, el COP dependiente de la temperatura y de la carga parcial muestra claramente las ventajas de utilizar una bomba de calor modulante, cuyo rendimiento es significativamente superior al valor oficial de 4,86 B0/W35.
Design con COP de carga parcial
Debe quedar claro que incluir la eficiencia con carga parcial en su diseño puede tener bastantes ventajas.
En primer lugar, su diseño tendrá un efecto sobre la eficiencia, por lo que finalmente podrá ver los efectos de tener una temperatura media mínima del fluido más alta o más baja o de trabajar con campos de perforación más profundos o menos profundos.
En segundo lugar, podrá evaluar la diferencia de eficiencia al elegir entre bombas de calor modulantes o de encendido y apagado. Además, podrá evaluar las ventajas y los riesgos de trabajar con una bomba de calor sobredimensionada que pueda pasar más tiempo en carga parcial.
Pero lo más importante es que por fin podrá mostrar la eficiencia real de una bomba de calor, que suele ser muy superior al valor oficial B0/W35. Tener una mejora de la eficiencia de hasta 50%, como en el caso de la oficina anterior, podría alterar significativamente las evaluaciones económicas a favor de la solución geotérmica.
Conclusión
Hoy en día, el valor oficial SCOP se utiliza para convertir las cargas del edificio en cargas del suelo, ignorando la temperatura y, lo que es más importante, el comportamiento en carga parcial de una bomba de calor modulante.
Basándose en tres estudios de casos, se demostró que la inclusión de este matiz en el diseño geotérmico no modifica en gran medida el diseño final, pero sí cambia significativamente el valor SCOP calculado resultante.
Dimensionar teniendo en cuenta la bomba de calor será el próximo gran paso en el diseño de campos de sondeo geotérmicos, así que permanezca atento.
Permanezca atento
El diseño con eficiencia de carga parcial llegará a GHEtool Cloud en el primer trimestre de 2026.
Referencias
- Vea nuestro vídeo explicativo en nuestra página de YouTube haciendo clic en aquí.
- Peere, W. (2025). Integrating Temperature and Part-Load Dependent COP in Shallow Geothermal Borefield Design. En Actas del Congreso Geotérmico Alemán DGK 2025. Fráncfort (Alemania), 18-20 de noviembre de 2025.