Análisis de viabilidad técnico-económica de la bomba de calor aerotérmica accionada eléctricamente para viviendas en bloque como medida activa contra la pobreza energética

Abstract

La pobreza energética puede entenderse como la incapacidad de pagar las facturas necesarias para mantener las condiciones de confort (históricamente en invierno) en las viviendas. Una forma de afrontar este problema es el uso de sistemas energéticos eficientes como la bomba aerotérmica accionada eléctricamente. Para realizar un análisis de viabilidad de este tipo de instalación en bloques de viviendas se han desarrollado dos modelos: bomba de calor (tanto en el punto nominal como en carga parcial) y demanda térmica horaria. El accionamiento del compresor se ha hecho en velocidad variable mediante un inverter, con objeto de adaptar la potencia térmica de la bomba a la demanda. Cuando la demanda no pueda ser satisfecha por la bomba se acopla un sistema de apoyo (caldera de condensación de gas natural). Se ha evaluado como caso base la ciudad de Madrid, obteniendo un coste anual normalizado de 92,22 €/MWh, con un aporte del 74,22% de energía renovable en la satisfacción de la demanda y 131,70 g CO2/kWht de emisiones de CO2 evitadas respecto al empleo de caldera de condensación con gas natural. Por otro lado, se ha realizado un análisis paramétrico en cinco grandes ciudades de España pertenecientes a las diferentes zonas climáticas. Si se lleva a cabo una rehabilitación energética que mejore la calificación de E (media de viviendas construidas entre 1981 y 2007) a C (media de viviendas construidas después de 2007) se logra reducir el coste del sistema un 60%. Debido a sus ventajas medioambientales, se plantea una subvención de entre un 26% y un 30% del coste completo (potencia y energía) de la factura eléctrica para igualar los costos del sistema propuesto a los de la caldera de condensación central. Estos resultados revelan que la tecnología estudiada es una medida activa viable para hacer frente a situaciones de pobreza energética siendo precisa la implementación de medidas de apoyo para equiparar sus costes con el sistema convencional de calefacción (caldera de gas natural central).

Energy poverty can be defined as the inability [of a household] to pay the bills necessary to maintain comfort conditions (usually in winter) at home. One way to address this problem is the use of energy efficient systems such as the electrically driven aerothermal heat pump. Two models have been developed to carry out a feasibility analysis of this type of installation in blocks of dwellings: heat pump (both at the nominal point and at partial load) and hourly heating demand. The compressor has been simulated as driven at variable speed by means of an inverter, in order to adapt the thermal power of the heat pump to the heating demand. When the demand cannot be satisfied by the pump, a back-up system is coupled (natural gas condensing boiler). The city of Madrid has been evaluated as a base case, obtaining a standardised annual cost of 92.22 euros/MWh and the following energy-environmental parameters: a contribution of 74.22% of renewable energy in satisfying the demand and 131.70 g CO2/kWht of CO2 emissions avoided with respect to the use of natural gas condensing boilers. Furthermore, a parametric analysis has been carried out in five large cities in Spain belonging to different climate zones. If an energy retrofit is carried out, so improving the rating from E (average energy efficiency class of dwellings built between 1981 and 2007) to C (average energy efficiency class of dwellings built after 2007), the cost of the system is reduced by 60%. Due to the environmental advantages of the studied heat pumps, a subsidy of between 26% and 30% of the full energy cost (power and energy) of the electricity bill is proposed to match the costs of the central condensing boiler. These results reveal that the technology studied is a viable active measure to face energy poverty, being necessary the implementation of support measures to equalize its costs with the conventional central heating system (centralised natural gas boiler).