Bombas de calor agua-agua: funcionamiento, tipos y costos

Un sistema de bomba de calor agua-agua transfiere calor entre un circuito de agua de fuente y el circuito de agua caliente o fría de un edificio. Es adecuado para instalaciones con acceso a fuentes de calor de agua o de circuitos geotérmicos, y con distribución hidrónica. La prueba práctica consiste en determinar si esa fuente, la temperatura de agua requerida y todas las bombas pueden cubrir la carga del edificio a un costo razonable.

Actualizado en octubre de 2026

¿Qué es una bomba de calor agua-agua?

Las bombas de calor agua-agua usan líquido en ambos lados del circuito de refrigeración. El primer «agua» se refiere al lado de la fuente de calor; el segundo, al lado que entrega el calor útil. Una bomba de calor de fuente de agua (WSHP) puede suministrar aire caliente o frío, por lo que ambas denominaciones no son intercambiables.

La distribución hidrónica lleva agua caliente a radiadores, pisos o serpentines y luego la retorna para recalentarla. Los terminales adecuados permiten que el sistema de climatización caliente o enfríe las habitaciones mediante un circuito de agua. En modo de enfriamiento, el agua fría absorbe el calor del interior del edificio. La descripción de la energía geotérmica del Departamento de Energía de Estados Unidos distingue entre el colector subterráneo, la bomba de calor y el sistema de distribución; esta última puede ser por aire o por agua.

Un calentador de agua con bomba de calor de fuente de aire toma calor del aire circundante y lo transfiere al agua almacenada (explicación de ENERGY STAR sobre calentadores de agua con tanque). Un calentador eléctrico de agua con resistencia calienta directamente el agua del tanque. Ninguno de estos sistemas, por sí solo, describe una planta agua-agua que atienda la calefacción de un edificio.

Cómo transfiere calor el ciclo de refrigeración

El ciclo de refrigeración funciona como un refrigerador que extrae calor de su interior, salvo que el lado de calefacción útil calienta el agua de un circuito. El refrigerante se evapora en el intercambiador frío, se comprime, libera calor en el intercambiador caliente y luego pierde presión al pasar por un dispositivo de expansión. Esta transferencia de energía térmica no requiere que hierva el agua de la fuente.

¿Cómo funciona una bomba de calor agua-agua?

Una bomba de calor agua-agua absorbe energía del agua o del fluido de la fuente en circulación a través de un evaporador. El compresor aumenta la presión y la temperatura del refrigerante. En el condensador, el refrigerante cede calor al agua de carga y vuelve a condensarse en líquido. Un dispositivo de expansión reduce su presión antes de que se repita el ciclo de refrigeración.

Al extraer energía térmica del agua, el fluido de la fuente se enfría mientras el fluido de carga se calienta (consulte la explicación del ciclo de calefacción de Natural Resources Canada). El refrigerante permanece en su propio circuito y transfiere calor mediante un intercambiador a cada lado. Una válvula inversora cambia las funciones térmicas en los equipos diseñados para operar de forma reversible.

1. Evaporador: el refrigerante a baja presión absorbe calor de la fuente.
2. Compresor: la energía eléctrica aumenta la presión del refrigerante.
3. Condensador: el refrigerante caliente cede calor al agua de carga.
4. Dispositivo de expansión: la reducción de presión prepara el refrigerante para volver a absorber calor.

¿De dónde puede provenir el agua de la fuente?

Una bomba de calor agua-agua puede aprovechar agua subterránea, tuberías enterradas de circuito cerrado, un circuito adecuado de agua superficial y calor recuperable de un edificio o proceso. Cada fuente tiene un factor limitante distinto: el caudal continuo disponible, la transferencia de calor del terreno, las condiciones estacionales del agua o las horas en que hay calor residual. Una fuente de agua cercana también debe tener capacidad suficiente para transferir calor según la temporada.

Las recomendaciones de ASHRAE para sistemas de agua subterránea (§1.5, componentes del sistema) favorecen el uso de un intercambiador de aislamiento en sistemas comerciales de este tipo. Este diseño separa el ensuciamiento del agua cruda del circuito más limpio del edificio, aunque añade una diferencia de temperatura en el intercambiador y resistencia al bombeo. Un diseño de circuito cerrado recircula un fluido controlado y aun así requiere protección contra congelamiento y corrosión.

La eficiencia de los sistemas geotérmicos puede variar con el tiempo: un sitio de permafrost con predominio de calefacción mostró una eficiencia variable durante siete temporadas de calefacción (estudio de Garber-Slaght en Fairbanks (2021)). El análisis del desempeño del circuito geotérmico debe considerar la variación anual de la extracción y el rechazo de calor. La guía de bombas de calor geotérmicas ofrece más información de diseño sobre aspectos del lado geotérmico.

Agua-agua frente a aire-agua y agua-aire

Compare las bombas de calor agua-agua y aire-agua para la distribución hidrónica. Use agua-aire para suministrar aire desde un circuito de agua. Las bombas de calor aire-agua evitan un colector de terreno o agua, pero el aire frío aumenta el salto de presión del compresor requerido para calefacción. Las bombas de calor agua-aire necesitan distribución de aire en lugar de un sistema central de suministro de agua caliente.

Una bomba de calor aire-aire calienta directamente el aire interior mediante un serpentín de refrigerante (descripciones de fuentes y sumideros de Natural Resources Canada). Una bomba de calor agua-aire requiere una unidad manejadora de aire o una sección de ventilador integrada. Usar agua en lugar de aire en el lado de la fuente no elimina la necesidad de una sección de aire.

Un pozo existente es un recurso inicial. No se puede dar por sentado que una bomba de calor agua-agua siempre pueda combinarse con un pozo existente para formar un sistema de calefacción completo. Si el caudal sostenido del pozo es insuficiente, o el tratamiento y el retorno del agua requieren obras demasiado extensas, una bomba de calor de fuente de aire puede adaptarse mejor al sitio. Compare ambas opciones con la misma carga de las habitaciones y la misma temperatura de distribución. La solución de bomba de calor agua-agua de Koven Air aborda las opciones de equipos para la evaluación.

Compatibilidad con la distribución hidrónica y la temperatura del agua

Por debajo de 45 a 50°C se encuentra el rango de calefacción hidrónica más eficiente que describe la guía residencial de Natural Resources Canada sobre sistemas geotérmicos. La distribución a baja temperatura reduce el salto de presión del compresor. Aun así, el emisor debe liberar suficiente calor a esa temperatura del agua; por eso, la potencia de los radiadores y la pérdida de calor de la habitación determinan si se puede conservar el sistema de calefacción existente.

¿Puede una bomba de calor geotérmica funcionar con radiadores existentes?

Sí. Se puede usar una bomba de calor junto con los radiadores existentes si su potencia a las temperaturas propuestas de impulsión y retorno es suficiente para cubrir la pérdida de calor de la habitación. En este caso, no se requiere calefacción por piso radiante.

Ejemplo: a la temperatura exterior de diseño, una habitación requiere 2.0 kW de calor. Si su radiador solo suministra 1.5 kW a la temperatura de agua propuesta, faltan 0.5 kW. Por lo tanto, a la habitación le faltan 0.5 kW. Si se conserva ese radiador sin cambios, la habitación no alcanzará las condiciones de diseño. La diferencia puede cubrirse con un emisor de mayor tamaño o reduciendo las pérdidas de calor.

Las unidades fan coil también pueden proporcionar calefacción hidrónica. Un ventilador mueve el aire sobre un serpentín de agua, lo que enfría o calienta ese aire. La guía de unidades fan coil hidrónicas ofrece más información sobre la distribución de aire. Las máquinas industriales de alta temperatura son una opción de equipo distinta: la advertencia residencial sobre radiadores por encima de 60°C no constituye un límite universal de temperatura de salida para los sistemas agua-agua.

Eficiencia: COP de la unidad, COP del sistema y resultados estacionales

El COP de la unidad compara el calor con la electricidad incluida en su clasificación. El COP del sistema incluye toda la electricidad dentro de los límites de la planta. La eficiencia energética estacional contempla las variaciones de carga y temperatura a lo largo del tiempo. Un COP favorable en un solo punto puede coexistir con malos resultados anuales cuando el consumo de las bombas de la fuente, la calefacción eléctrica de respaldo o las pérdidas de distribución son considerables.

«Relación entre la producción del sistema de recuperación de calor y el consumo de energía de todo el sistema, incluidos el compresor, las bombas, etc.»

Ejemplo: la producción de calor útil es de 100 kW y la unidad consume 25 kW, lo que da un COP de unidad de 4.0. Se agregan 5 kW de consumos auxiliares de la fuente y la distribución que no estaban incluidos en esa clasificación: el consumo total pasa a 30 kW y el COP del sistema queda en 100 ÷ 30 = 3.33. No sume dos veces las bombas que ya estén incluidas en el consumo de la unidad.

¿Las bombas de calor de fuente de agua son muy eficientes?

Las bombas de calor de fuente de agua pueden ofrecer una alta eficiencia cuando las temperaturas de la fuente y de la carga son adecuadas para el equipo y se controla la energía auxiliar. Transfieren calor en lugar de depender de resistencias eléctricas. El desempeño del sistema completo debe incluir el bombeo y cualquier calefacción de respaldo, ya que su consumo puede elevar la electricidad utilizada pese a una buena clasificación del compresor.

ISO 13256-2:2021, publicada como Edición 2 en 2021, establece criterios de prueba y clasificación de desempeño para conjuntos compatibles agua-agua y salmuera-agua bajo condiciones especificadas de fuente y carga. Compare las clasificaciones bajo condiciones equivalentes. Para estimar el consumo anual de energía, use un factor de desempeño estacional del sistema que incluya los mismos auxiliares que el presupuesto de electricidad.

Capacidad y caudal: ejemplo práctico del lado del agua

Una carga de calefacción de agua de 100 kW con un aumento de temperatura de 5 K requiere 4.78 L/s, según los supuestos simplificados sobre el agua que se indican a continuación. El caudal del lado de la fuente se calcula por separado porque la extracción de calor de la fuente no incluye la energía que agrega el compresor. Estos caudales comprueban la carga térmica; para seleccionar la bomba también se requieren las pérdidas de presión en tuberías e intercambiadores.

Mapa de operación de la fuente a la carga

El mapa de operación de la fuente a la carga ilustra los caudales de agua, el consumo del compresor, el calor útil y un punto de operación supuesto.

Supuestos: operación de calefacción en estado estable; producción útil de 100 kW; COP de la unidad de 4.0; agua de la fuente a 10/6°C en entrada/salida; agua de carga a 40/35°C en salida/entrada. Se usan una densidad del agua de aproximadamente 1 kg/L y un calor específico de 4.18 kJ/(kg·K), propiedades de referencia simplificadas de las ecuaciones de transferencia de calor hidrónica de ASHRAE. En este balance térmico se ignoran la pérdida de calor de las tuberías y el calor de las bombas.

Use Q = caudal másico × calor específico × variación de temperatura, con Q en kW y el caudal másico en kg/s. En este ejemplo se supone un COP de 4.0 con las temperaturas indicadas para comparar los circuitos; no representa la selección de un equipo. Los caudales y las pérdidas de presión de las mezclas de glicol difieren de los del agua y, por lo tanto, requieren un análisis y ajustes específicos.

Una menor diferencia de temperatura produce un mayor caudal calculado para una carga térmica determinada. Aun así, se deben respetar los límites de caudal del equipo. Seleccionar una bomba más pequeña para reducir el caudal sin verificar esos límites puede dejar al intercambiador con un caudal insuficiente. Tanto el cálculo térmico como el hidráulico deben cumplir los requisitos de la bomba de calor.

Aplicaciones, enfriamiento y agua caliente sanitaria

Los equipos agua-agua pueden proporcionar calefacción de espacios, enfriamiento con agua fría y otros servicios de agua caliente sanitaria diseñados para ese fin. Los equipos reversibles pueden alternar entre los modos de calefacción y enfriamiento; los equipos de recuperación de calor pueden suministrar agua fría y caliente a cargas simultáneas cuando se requiere. Los servicios simultáneos necesitan circuitos de agua adecuados y un lugar donde rechazar el calor cuando una carga se detiene.

La recuperación de calor de una oficina que se está enfriando puede proporcionar calefacción a un proceso cercano. ASHRAE define de forma distinta los sistemas de modo dual y los sistemas de recuperación de calor. Cuando un proceso se detiene, el calor aún debe rechazarse a un sumidero enfriado. Para compensar el desequilibrio, se debe disponer de un circuito de caldera y torre de enfriamiento, una conexión geotérmica u otra fuente o sumidero diseñado para ese fin. La guía de chillers con bomba de calor compara estas configuraciones.

Para el agua caliente sanitaria, transfiera calor a un sistema adecuado de agua potable mediante un intercambiador o un calentador de agua diseñado para ese fin. Los valores de consigna de calefacción de espacios no sustituyen los controles de higiene del agua caliente. La guía de los CDC sobre el agua en edificios distingue entre los controles contra quemaduras por agua caliente para almacenamiento, circulación y punto de uso. Un diseño específico de agua caliente puede incluir almacenamiento y calefacción adicional. El diseño de plomería también debe cumplir los requisitos locales de agua potable del proyecto.

El enfriamiento radiante requiere una estrategia independiente de control de humedad. Las unidades fan coil de agua fría pueden eliminar humedad si cuentan con serpentines adecuados, recolección de condensado y desagües. En la explicación de calefacción hidrónica con bomba de calor de John Siegenthaler, el control de la condensación requiere que la temperatura de la superficie del panel esté por encima del punto de rocío del aire de la habitación. Enfriar un piso no proporciona la misma deshumidificación que un serpentín de aire.

Costo de una bomba de calor agua-agua: instalación y energía

El costo de una instalación agua-agua comprende la bomba de calor, las obras de la fuente, la distribución del edificio y la instalación eléctrica e hidráulica. El presupuesto de una renovación con agua subterránea y el de un nuevo campo de perforaciones pueden ser muy distintos, aunque tengan la misma capacidad de calefacción. El costo anual de energía es más fácil de calcular una vez definidos la demanda de calor útil, el desempeño estacional del sistema y la tarifa eléctrica.

Los principales costos incluyen el equipo, los pozos, las obras de captación y retorno, los intercambiadores de aislamiento, las bombas, los emisores, las tuberías, el suministro eléctrico, los controles y la puesta en marcha. Las condiciones específicas del sitio y el tipo de colector influyen considerablemente en los costos (la guía de instalación de Natural Resources Canada). Los edificios comerciales grandes también pueden pagar cargos por demanda eléctrica, que no se incluyen en un cálculo sencillo de kWh.

La electricidad para calefacción cuesta aproximadamente USD 5,000 al año, suponiendo 100,000 kWh de calor útil, un factor de desempeño estacional del sistema de 3.0 y electricidad a USD 0.15/kWh. El consumo eléctrico es 100,000 ÷ 3 = 33,333 kWh. El factor estacional supuesto incluye la unidad, las bombas de fuente y distribución, y cualquier calefacción de respaldo que atienda esa carga anual de calefacción. Esta estimación solo considera energía y excluye mantenimiento, cargos por demanda y costo de instalación; la tarifa es supuesta y no corresponde a un precio local vigente.

Los calentadores eléctricos de resistencia producen calor con electricidad. Una bomba de calor para calefacción con un factor de desempeño estacional superior a uno reduce el consumo de energía para entregar la misma cantidad de calor. Para una comparación equivalente, el ahorro de energía debe calcularse con servicios y límites de medición comparables. Reemplazar un tanque doméstico no contempla el costo de la instalación de la fuente de agua ni de los sistemas de distribución hidrónica de todo el edificio.

Qué revisar antes de especificar un sistema

Comience con el perfil de carga térmica, la disponibilidad de agua de fuente y la potencia prevista de los emisores. Adapte la carga térmica al diseño hidráulico y a la secuencia de operación. La capacidad por sí sola no resuelve un caudal insuficiente ni la falta de una fuente de calor; hay que aclarar esas limitaciones antes de finalizar las listas de equipos y los presupuestos de instalación.

En un caso de HPAC Engineering de 2026 presentado por Vinay Shekar y Robby Oylear, una planta de laboratorio totalmente eléctrica se dimensionó para las cargas, pero aun así presentó alarmas de caudal y paradas. Las bombas de la fuente interactuaban con un circuito más grande de caudal variable. Un bypass cerca del equipo agua-agua también redujo el volumen de agua activo y aumentó los ciclos de encendido y apagado. Entre los cambios de hardware del caso se incluyeron el desacoplamiento hidráulico y el traslado de las válvulas de bypass más aguas abajo. Los cambios en la disposición hidráulica y la estrategia de control resolvieron los problemas de control e hidráulicos.

Consulte la guía de puesta en marcha y controles de bombas de calor de fuente de agua para ver verificaciones adicionales.

¿Qué está cambiando en la calefacción hidrónica?

Los proyectos de reemplazo de equipos de calefacción abarcan cada vez más sistemas integrados de edificios y sistemas energéticos industriales. Esta expansión se debe a la temperatura útil de la fuente, la temperatura de suministro y las horas de operación. La recuperación de calor y el almacenamiento térmico pueden ayudar a reducir o desplazar la demanda de calefacción, pero deben adaptarse al programa de producción o de ocupación.

Según el Heat Pump Monitor 2026 de la IEA, las bombas de calor disponibles comercialmente podrían abastecer técnicamente hasta alrededor del 20% de la demanda mundial de calor industrial. Los equipos industriales de bomba de calor pueden integrarse en procesos industriales, pero obstáculos como la falta de viabilidad económica y las condiciones desfavorables del proceso limitan su uso.

Al elegir equipos para una renovación, tenga en cuenta la temperatura y el horario del calor residual disponible, y compárelos con la temperatura requerida para el calor suministrado. El almacenamiento de agua puede ayudar a cubrir la diferencia de horarios. Sin embargo, para almacenar calor útil con una diferencia de temperatura pequeña se necesitan grandes volúmenes de agua. El diseño del sistema debe considerar ese volumen, el espacio que requiere y las pérdidas de calor.

Preguntas frecuentes

Los equipos de cada proyecto requieren un diseño de ingeniería específico para el sitio. Puede obtener más información sobre la empresa en Koven Air.