Electrificación de los hogares: no solo coches eléctricos

En pasatealoelectrico.es se suele hablar de coches eléctricos principalmente, aunque también de camiones, autobuses, barcos, aviones… eléctricos, o de sus contrapartes de combustión, pero enfrentados a sus homólogos eléctricos. También de sostenibilidad, aplicada al reciclaje, a la reducción de consumo… Todo eso es necesario también, sin duda, pero sé que hay personas que eso de apretarse el cinturón no lo llevan nada bien y es imposible venderles como positivo una reducción de algo que parece una parte irrenunciable de nuestra forma de vida. Por eso mi estilo suele ser más ¿pragmático?, y es que, sin necesidad de renunciar a ninguna de nuestras “comodidades del mundo moderno“, en casa hay mucho que se puede hacer por reducir el impacto de la energía que usamos. Ello pasa principalmente por la electrificación de los hogares, ya que la electricidad es la forma de energía que mejor sabemos obtener de fuentes renovables con una eficiencia suficiente.

Hoy voy a hablar sobre la climatización del hogar y del Agua Caliente Sanitaria (ACS), es decir, el agua caliente que sale… por el grifo de agua caliente.

Niña en bañera

Sistemas de producción de calor

En España hay dos sistemas claramente predominantes para lograrlo: combustión de un combustible fósil, como gasóleo, gas natural o GLP (calefacción y ACS), o mediante electricidad, en un termo eléctrico a base de resistencias, si se trata de ACS y pequeños radiadores eléctricos para calefacción. Además de esos, hay otro sistema que, por su interesante eficiencia, se va abriendo camino poco a poco: la bomba de calor.

Sus costes están sujetos a factores como el coste variable (más consumes, más pagas) en todos los casos, sumado a un coste fijo, que se paga independientemente del consumo, y que solo existe en algunos casos. Salvo honrosas excepciones, los precios más económicos por kWh, es decir, por cantidad de calor metido en casa, suelen corresponder a energías con algún coste fijo, con lo que, como suele decirse, lo comido por lo servido.

En cuanto a su eficiencia también hay diferencias. Los sistemas que comportan la quema de un combustible rondan el 100% de eficiencia. Algo mayor (típicamente un máximo de 108%) en el caso de gas natural y GLP, por su mayor proporción de hidrógeno, que permite recuperar un extra de energía, correspondiente a la entalpía de vaporización del agua que se genera en la combustión. En el caso del gasóleo, esa energía extra es casi inexistente, por lo que la eficiencia ronda el 94%. En el caso de usarse una caldera combinada de calefacción y ACS, la eficiencia en ACS es algo menor, por el intercambio de calor entre el circuito principal y el de ACS. En el caso eléctrico a resistencias, dicha eficiencia es siempre del 100%. Si se trata de una bomba de calor la eficiencia puede ser del 250% en promedio, variando desde un 150% a temperaturas exteriores muy bajas, hasta un 400% con temperaturas altas.

Aquí vamos a hacer un alto, porque alguien dirá que es imposible conseguir más de un 100% de eficiencia en una conversión energética, lo que es completamente cierto. ¿Entonces? Se usan ciertas “trampas”. Una es la ya nombrada, de utilizar la entalpía de vaporización del agua de los gases de combustión. Cuando se quema un hidrocarburo, se forma CO₂ y vapor de agua (H₂O), ambos en forma gaseosa. Como una cantidad dada de una sustancia tiene más energía en forma de gas que en su forma líquida, si se consigue bajar la temperatura de los gases de combustión lo suficiente, estos bajaran de 100º C, provocando que el vapor de agua que contienen ceda energía al pasar a estado líquido. Esa energía pasa al fluido que se está calentando, en este caso, agua.

El principio de funcionamiento de la bomba de calor, en esencia es el mismo proceso, pero bastante más complicado. Veamos como funciona un ciclo frigorífico:

Ciclo de Refrigeración

Un gas con las características adecuadas se comprime (4), mediante un compresor impulsado, generalmente, mediante energía eléctrica. Como resultado de esa compresión se calienta fuertemente. Después pasa a un dispositivo llamado condensador (1), donde intercambia ese calor con otro fluido (en un ciclo frigorífico, generalmente, aire) y lo disipa dando, como resultado del enfriamiento, que ese gas pasa a estado líquido. A continuación es conducido a un dispositivo llamado evaporador, donde se obliga a ese fluido a bajar de presión (2). Entonces el fluido tiende a evaporarse (3), pero solo puede hacerlo absorbiendo energía del ambiente, que se traduce en una bajada de temperatura. Ya en estado gaseoso ingresa al compresor, donde comienza el proceso de nuevo.

Es el fundamento de funcionamiento de una nevera corriente, como las que tenemos todos en casa. Enfría el compartimento interior, evacuando ese calor que saca de dentro, típicamente por su parte trasera. El fundamento de una bomba de calor es el mismo, solo que donde antes estaba condensador, ahora está evaporador, y viceversa, de manera que el compresor calienta el gas, que cede su calor al interior de una estancia o a un fluido (agua), pasa a estado líquido y resulta evaporado en el evaporador, que enfría el aire de la calle que es, en la práctica, infinito. Es decir, saca energía del aire de la calle y la evacua dentro de casa. Obviamente, como el compresor tiene un consumo eléctrico y la energía ni se crea ni se destruye, si saca 3 unidades de calor de la calle, se suman a 1 unidad que aporta el compresor (proveniente de la electricidad), evacuando 4 unidades en el interior de la casa. Eso supondría un rendimiento del 400%.

Bomba Calor Aerotérmica

Aerotermo

Como vemos, realmente no hay trampa, no se han violado las leyes de la termodinámica, simplemente hemos sacado calor de la calle para meterlo dentro, o hemos enfriado el aire de la calle a costa de calentar el de dentro, que es lo que se pretende.

Estas bombas de calor se presentan en dos formatos. El más popular es el conocido por todos aire acondicionado. El compresor está en la unidad exterior y mediante una válvula de cuatro vías el serpentín exterior, integrado junto al compresor, y el interior, que se encuentra dentro del split o cassette, funcionan como condensador y evaporador o viceversa, dependiendo si se quiere enfriar o calentar el aire interior, respectivamente También existe en versión por conductos. Otra opción que está tomando relevancia y que sustituye, directamente en la mayoría de casos, a una caldera de combustión tradicional es la que utiliza agua como fluido refrigerante del condensador. Este agua puede ser la de un circuito de calefacción o ser la de un acumulador. En este último caso sustituye a un termo eléctrico.

Que complicado todo esto de la electrificación de los hogares, ¿no?

Con lo fácil que es, quemar un combustible y producir calor. Pues si, lo cierto es que es así. Lo que pasa es que ese combustible tiene unas emisiones de CO₂ que están alterando el clima de la tierra, con potencial REAL de causarnos problemas muy graves. Por eso es necesario aprovechar las fuentes de energía renovable. Sabemos como calentar agua con el sol, es muy sencillo (mucho más que quemar un combustible que hay que traer de la otra punta del planeta), lo que ocurre es que en no todos los hogares es posible. Por ejemplo en bloques de pisos ya habitado, instalar un circuito de agua caliente comunitaria es una obra de una importancia tal, que en muy pocos casos se llevará a cabo. En cambio instalar paneles solares fotovoltaicos es una tarea relativamente sencilla y con esa energía es posible luego calentar agua en casa de cada uno. Aún omitiendo ese paso, sigue siendo energéticamente y económicamente rentable comprar electricidad para calentar los hogares, si se utilizan sistemas eficientes. Y es que esa electricidad, incluso comprada según la proporción del pool eléctrico nacional, es lo suficientemente limpia como para suponer un descenso en las emisiones de CO₂, sobretodo si, en el caso de producción de calor, se usa aparejada a la tecnología de bomba de calor.

Observemos esta tabla:

En ella viene calculado el coste de la producción de 75 kWh de calor, que pueden ser suficientes para una familia de dos miembros, y ajustado mediante las eficiencias de cada sistema. Si se trata de una familia mayor, puesto que las necesidades de ACS varían directamente con el numero de personas del hogar, bastará con hacer la proporción correspondiente. Se analiza un calentador a gas natural, uno a butano, alimentado por la popular bombona de 12,5 kg. adquirida a precio regulado (las compradas en gasolineras suelen tener un precio mayor), un termo eléctrico tradicional, y un termo con bomba de calor. En el caso del gas natural, el impuesto especial es un coste fijo por kWh, por lo que se traduce a un porcentaje para homogeneizar los cálculos. Como curiosidad, 75 kWh es el equivalente casi exacto a media bombona de butano.

Se observa que los sistema más baratos, con gran diferencia ademas, son la bomba de calor, seguida de la tradicional bombona, aunque tiene una justificación muy clara: el precio de esta última (13,37€) está directamente influenciado por el del petróleo, al ser derivado suyo, y actualmente el petróleo está en mínimos históricos, habiéndose dado recientemente el caso extremo de haberse cotizado a precios negativos (sí, le pagaban al que se lo llevaba). Esta situación, originada por los especiales acontecimientos que ha acarreado la pandemia de COVID-19, aunque seguirá afectando al precio durante un tiempo, no tiene visos de perdurar en el tiempo. Si se utilizase para el cálculo un precio más realista de 15€, el coste del butano quedaría en 90 euros. El coste del gas natural está también influenciado por el del petróleo, pero no tan directamente, por lo que no debería variar mucho de la cifra aportada, aunque por contra los gastos fijos lastran su rentabilidad. Como gran perdedor vemos al termo eléctrico que supone casi 150 euros más coste por año que uno con bomba de calor, lastrado no solo por el coste de la energía (el más caro) sino también por los gastos fijos derivados de aumentar la potencia contratada, cosa innecesaria con la bomba de calor, por su bajísimo consumo.

En cuanto al impacto medioambiental, se observa que una tecnología despunta en eficiencia sobre las demás, la bomba de calor, quedando las otras opciones en un nivel muy similar.

Como la producción de ACS es uno de los consumos energéticos más pequeños de un hogar, haremos los cálculos de nuevo para calefacción y ACS:

Se ha establecido, para simplificar, que se consumen 75 kWh durante 6 meses (consumo básicamente de sólo ACS), 300 kWh durante dos meses (uno en primavera y otro en otoño), y 500 durante los cuatro meses más fríos del año. Aquí observamos de nuevo que el GLP (butano-propano, pero vendido a granel) y sobretodo el gasóleo se llevan el gato al agua en el aspecto económico. Nuevamente, la inusual cotización del petróleo hace de las suyas, además no tienen un gasto fijo que lastre los resultados. A estos niveles de consumo el precio unitario del gas natural baja, además los costes fijos, aunque aumentan, no lo hacen en la medida en que lo hacen los de la opción basada en bomba de calor. No obstante, pierde con respecto a esta última porque, aunque el precio de la energía sea de más de doble, su eficiencia es mucho mayor. Con la opción eléctrica tradicional (caldera eléctrica, hilo radiante, emisores termoeléctricos…) el coste se dispara, puesto que al mayor coste de la energía se suma el coste fijo, que es también el más alto. Por cierto, hay información sobrada en internet pero, que no os tomen el pelo con los radiadores eléctricos “de bajo consumo”, eso no existe, se basan en resistencias y por tanto su rendimiento es del 100%. Su menor consumo es solo un (falso) argumento de venta que no se sustenta en ningún principio físico.

En cuanto al aspecto medioambiental, se repite el escenario anterior, la bomba de calor es la opción más limpia, con gran diferencia, con alguno de sus competidores (gasóleo C) que supera en el triple su impacto.

Aire acondicionado

Adicionalmente he calculado el coste económico de una caldera a base de pellets, quedando en 205€. En cuanto al impacto medioambiental, es difícil de calcular, puesto que la materia prima puede haber sido obtenida de forma poco sostenible, y además hay que considerar el impacto de la manufactura y transporte, que nunca es cero. También es necesario considerar también el efecto en la calidad del aire (efecto compartido con la leña en bruto) que es mucho más elevado que en el caso de cualquiera de los combustibles fósiles analizados (sí, no siempre algo natural tiene que ser positivo), cuestión que puede ser irrelevante en un entorno rural, con poca densidad poblacional, pero fundamental en caso de tratarse de un entorno urbano.

Conclusiones

Aparte de lo ya expresado a cuenta del calentamiento global y los combustibles fósiles, se demuestra que la electrificación de los hogares, optando por soluciones basadas en bomba de calor (incluye la mayoría de instalaciones domésticas de geotérmia, con otras ventajas añadidas) no solo son las más limpias, sino que, económicamente, compiten ventajosamente con las opciones basadas en combustibles fósiles. Actualmente es circunstancial el que, con los actuales precios del petróleo, algunas de estas resultan opciones más baratas, realidad que, en cuanto se alcancen precios más habituales dejaría de ser cierta, dejando a algunas opciones (gasóleo C y GLP) en niveles similares o marginalmente más caros, dependiendo de si el petróleo sube mucho o muchísimo, o sensiblemente más caras, como el gas natural.

Una vez más se demuestra que es falso eso de que ser ecológico es caro.

Comparación con otros consumos de energía de los hogares

Como premio extra por haber llegado leyendo hasta aquí, comparo el consumo de energía destinada a calentar un hogar y el agua que consumen sus habitantes, con el del coche en que se mueven:

Como hemos visto, un hogar consume, anualmente, 3050 kWh en forma de calor, que en el caso de la bomba de calor queda, por su mucho mayor eficiencia, reducido a un consumo de 1220 kWh. Ello comporta unas emisiones de gases de efecto invernadero comprendidas entre 244 (bomba) y 826 (gasóleo) kg de CO₂.

Un coche promedio que recorra 15.000 km anuales emitirá, si es de combustión (haré una media entre los distintos combustibles, porque su impacto es muy similar) 2.250 kg de CO₂, resultado de los casi 10.000 kWh de energía que necesita. Si es eléctrico necesitará 2.700 kWh, para cuya generación, según el mix eléctrico español, se emitirán 540 kg de CO₂.

Seguro que nunca habías pensado en tu coche como el monstruoso consumidor de energía que es.