La última pieza del rompecabezas de entrada para simulaciones geotérmicas es la eficiencia de su bomba de calor y el intercambiador de calor. Esta información es necesaria para convertir la carga del edificio (que discutimos en nuestro capítulo anterior) a la carga final de extracción e inyección en el suelo. Pero, ¿cuál es esa eficiencia y cómo se tienen en cuenta las variaciones estacionales y las bombas de calor modulantes?
¿Qué es la eficiencia?
La eficiencia de una bomba de calor puede expresarse en términos de su coeficiente de rendimiento (COP) o de su coeficiente de rendimiento estacional (SCOP). Ambos se explican a continuación.
Coeficiente de rendimiento (COP)
Una bomba de calor utiliza electricidad para transferir calor de una fuente de baja temperatura (en nuestro caso, el suelo) a nuestro edificio. Esta electricidad se utiliza para alimentar un compresor dentro de la bomba de calor, que determina la eficiencia final del sistema. La eficiencia puede definirse del siguiente modo $$COP=\frac{\dot{Q}_h}{\dot{E}}$$donde $\dot{Q}_h$ es el calor emitido al edificio en (kW) y $\dot{E}$ en (kW) es la electricidad necesaria para ello. Por lo tanto, la potencia extraída del campo de perforación $\dot{Q}_c$ puede definirse de la siguiente manera: $$\dot{Q}_h=\dot{E}+\dot{Q}_c$$
Este valor de COP varía con el tiempo y es función tanto de la fuente (es decir, la temperatura del fluido del campo de sondeo) como de la temperatura de emisión (35°C, por ejemplo, en el caso de la calefacción por suelo radiante, o 55°C para el agua caliente sanitaria). Aunque una derivación detallada queda fuera del alcance de este curso, el COP teórico y máximo (denominado rendimiento de Carnot) se define de la siguiente manera: $$COP=\frac{T_h}{T_h-T_c}$$donde $T_h$ es la temperatura de la emisión en (°K), y $T_c$ la temperatura de la fuente en (°K).
En esta fórmula queda claro un principio clave de las bombas de calor: cuanto mayor sea la diferencia entre la temperatura de emisión necesaria $T_h$ y la temperatura de la fuente $T_c$, menor será el rendimiento de la bomba de calor, lo que se traducirá en un mayor consumo de electricidad. Esta es la razón por la que, como hemos comentado en el capítulo 1 de esta parte, una bomba de calor geotérmica en la época más fría del año tiene un mejor rendimiento que su homóloga aerotérmica. La $T_c$ de esta última es la temperatura ambiente, que puede estar muy por debajo de 0 °C, mientras que para la GSHP es la temperatura del fluido en el campo de perforación.
Coeficiente de rendimiento estacional (SCOP)
El COP expresa la eficiencia de la bomba de calor en un momento único, sin embargo, dado que la temperatura del suelo así como la temperatura de emisión requerida varían con el tiempo, el COP cambia significativamente (como se comentará más adelante). Por lo tanto, se introdujo la medida del Coeficiente de Rendimiento Estacional (SCOP). Puede definirse como $$SCOP=\frac{Q_h}{E}$$donde ahora el $Q_h$ es la energía emitida al edificio y el $E$ la electricidad necesaria utilizada para ello. Esta fórmula es, por tanto, el equivalente energético del COP, que puede considerarse un valor medio para toda una temporada. Por lo tanto, normalmente, un SCOP es superior a un valor COP.
También hay bombas de calor que no necesitan electricidad para funcionar, como las bombas de calor de absorción (gas). En este caso, el compresor de nuestra bomba de calor tradicional se sustituye por un ciclo de adsorción y desorción accionado por una fuente de calor a mayor temperatura, como ilustra el rectángulo punteado de la imagen inferior. El rendimiento se define como la energía térmica suministrada $Q_h$ dividida por la energía necesaria (a alta temperatura) $Q_s$ que entra en el desorbedor.
Mientras que una bomba de calor normal sólo tiene dos conexiones térmicas (una en el lado caliente de la bomba de calor, el condensador, y otra en el lado frío, el evaporador), en el caso de una bomba de calor de absorción hay una tercera conexión en el absorbedor. Para que el ciclo de absorción-desorción funcione, es necesario refrigerar el absorbedor. Esta energía, $\dot{Q}_a$, puede entregarse, junto con la energía del condensador, al edificio.
Estas bombas de calor suelen ser bastante grandes, de 200 kW a 10 MW, y se utilizan en redes urbanas de calefacción y refrigeración, así como en edificios con grandes demandas energéticas, como hospitales.
Ratio de Eficiencia Energética (EER) y Ratio de Eficiencia Energética Estacional (SEER)
En los párrafos anteriores se ha hablado de la eficiencia de una bomba de calor durante la calefacción, pero se puede hacer un concepto similar para el modo de refrigeración. En este caso, la terminología es Energy Efficiency Ratio (EER), que se define de la siguiente manera $$EER=\frac{\dot{Q}_c}{\dot{E}}$$donde $\dot{Q}_c$ es ahora la energía extraída del edificio. Del mismo modo, el SEER se define como $$SEER=\frac{Q_c}{E}$$La energía inyectada en el campo de perforación $Q_h$ es, por tanto, $$Q_h=E+Q_c$$
De forma similar al modo de calefacción, también se puede calcular una EER teórica de la siguiente forma:$$EER=\frac{T_c}{T_h-T_c}$$donde $T_c$ es la temperatura del edificio y $T_h$ es la temperatura del suelo.
Bombas de calor modulantes
Aunque las bombas de calor pueden parecer similares por fuera, puede haber diferencias significativas por dentro. Una diferencia clave es la que existe entre las bombas de calor de encendido y apagado y las modulantes.
Con una bomba de calor "on-off", el sistema está siempre totalmente encendido o totalmente apagado, como su nombre indica. Esto significa que, cuando el edificio sólo necesita una pequeña cantidad de calor, la bomba de calor se enciende a plena potencia, funciona durante un breve espacio de tiempo y, a continuación, se apaga. Este comportamiento cíclico supone un gran esfuerzo para el compresor, por lo que cada vez más fabricantes optan por bombas de calor modulantes.
Si su bomba de calor es modulante, puede funcionar al 100% de su capacidad, pero también al 70% o incluso al 30%. Esto significa que si su edificio tiene una demanda baja, la bomba de calor puede encenderse a una potencia mucho menor y seguir la demanda del edificio con mayor precisión. Por lo tanto, las bombas de calor modulantes tienen menos arranques y paradas, menos desgaste del compresor y, en general, son más silenciosas.
Cuando una bomba de calor modulante funciona en régimen de carga parcial (es decir, a una capacidad inferior a la máxima), hay otra gran ventaja. En sentido estricto, los componentes internos de la bomba de calor están ahora sobredimensionados en relación con la demanda de calefacción, por lo que su eficiencia es mayor. Por lo tanto, las bombas de calor modulantes tienden a ser más eficientes y a tener un SCOP mayor que las on-off, ya que ambos tipos dependen de las temperaturas de origen y de emisión (como se ha comentado anteriormente), pero la bomba de calor modulante tiene la ventaja adicional de funcionar en régimen de carga parcial.
Eficacia en el diseño de los campos de perforación
Cuando se diseñan campos de sondeo con una carga de edificio, es necesario convertirla de una forma u otra en carga de suelo (es decir, extracción e inyección de calor). Esto se hace tradicionalmente utilizando los valores SCOP y SEER que pueden encontrarse en las fichas técnicas, para un determinado régimen de temperatura. Por ejemplo, en el caso de la calefacción por suelo radiante, se puede utilizar el valor SCOP dado en B0/W35 (lo que significa 0°C entrando desde el campo de sondeo y 35°C saliendo hacia el edificio). Para agua caliente sanitaria o radiadores, se dispone de valores B0/W55.
Utilizar los valores SCOP y SEER es bastante sencillo, pero también conlleva un par de retos, que se explican a continuación.
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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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El uso de una SCOP a B0/W35 para convertir la demanda de calefacción y agua caliente sanitaria en carga del suelo presupone que la temperatura que entra en nuestra bomba de calor es de 0 °C. Sin embargo, en la mayoría de los diseños, esto sólo ocurre como muy pronto al cabo 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 real y, por tanto, del desequilibrio, que puede dar lugar a un campo de sondeo infradimensionado.
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El rendimiento de una bomba de calor depende de la temperatura del fluido que sale del campo de sondeo, por lo que cambiará en función del diseño. Sin embargo, dado que la SCOP suele ser una entrada y no una salida de un diseño de campo de sondeo, la SCOP no varía cuando cambia el diseño. Esto es bastante contradictorio.
Debe quedar claro que existen bastantes retos e incertidumbres cuando se utiliza sólo un SCOP para el diseño de campos de sondeo. Por eso, cuando hablemos del diseño avanzado de campos de sondeo, nos centraremos en el módulo de eficiencia en carga parcial del GHEtool para realizar simulaciones más precisas.
Conclusión
En este último capítulo hemos tratado los distintos conceptos de eficiencia (COP, SCOP, EER, SEER, etc.) de las bombas de calor y cómo se relacionan entre sí. Con esto, ya conocemos la última parte de los datos de entrada necesarios y tenemos todos los conocimientos previos necesarios para empezar a hablar de la física de los campos de sondeo geotérmicos en la Parte 2.
Preguntas
Referencias
- https://en.wikipedia.org/wiki/Absorption_heat_pump [Última visita: 23/01/2026]
- 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.