Recuperación de calor en la calefacción de coches eléctricos ¿Por qué no?

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En los coches con motor gasolina/diesel sabemos que la calefacción del habitáculo se obtiene del “excedente” de calor que se produce en el proceso de combustión, pero en los coches eléctricos esté calor no es suficiente y hay que recurrir a otros medios como resistencias o bombas de calor, por lo que resulta un tema problemático, principalmente por el consumo de batería que suele representar. En este post queremos recapacitar sobre el tema de la recuperación de calor en la climatización de coches eléctricos, lo cual podría ser una buena alternativa para reducir el consumo del sistema de climatización.

Recuperador calor coche

Antes de seguir, si no eres un “Nergizo de toda la vida”, te recomendamos que te leas estos posts:

Calefacción del coche, ¿Consume combustible? y otras preguntas más que razonables

Calefacción en coches eléctricos: un pequeño problema


 

100% aire exterior

La energía calorífica que se usa para calefactar el habitáculo un coche de combustión es un excedente que de otra forma se “tiraría” a la calle a través del circuito de refrigeración del motor, por lo que no hay problema en usarla para calentar el caudal de aire que sea necesario y la cantidad de grados centígrados que sea necesaria.

Por este mismo motivo el aire que se calefacta se obtiene en su totalidad del exterior del habitáculo, a no ser que pulsemos el famoso botón de recirculación. Esto nos lleva a un consumo de energía considerable, aunque no de combustible/dinero ya que como hemos dicho esta energía es “residual”.

recirculacion

Es muy normal que el coche tome aire de la calle a 5ºC, lo caliente hasta 28ºC y lo impulse al interior del habitáculo continuamente, pero hay que tener en cuenta que si metemos aire, al mismo tiempo “otro aire” tiene que salir si no queremos hinchar el coche como un globo, por lo tanto a la vez que caliento aire frío y lo meto en el coche, extraigo “otro aire” que ya he calentado previamente y lo “tiro” a la calle. Esto debería de empezar a “chirriar” a cualquier Nergizo ¿Calentar aire y luego tirarlo fuera? mmmm….

Es cierto que existe la necesidad de renovar el aire en el interior del habitáculo ya que la cantidad de CO2 va en aumento con cada expiración de sus ocupantes, pero el caudal de aire de renovación recomendado es inferior al que impulsa el ventilador del coche. Un ventilador de habitáculo normal puede llegar a impulsar unos 800m3/h de aire, mientras que la reglamentación vigente para renovación de aire en edificios de oficinas obliga a renovar 45m3/h por persona, lo que serían 225m3/h en caso de ir 5 personas en el coche. Aunque una oficina no es lo mismo que un coche, la cantidad de CO2 que expiran sus ocupantes puede considerarse similar.

 

Recuperación de calor

Esto nos lleva a pensar dos cosas:

  1. ¿Por qué no se recircula un porcentaje del aire de calefacción?
  2. ¿Por qué no se recupera calor del aire de extracción como pasa en los edificios?Nucleo recuperador de calor

En cuanto a la primera idea no estoy muy seguro de si los modelos más avanzados de coches eléctricos hacen ya esta operación, pero lo ideal creo que sería realizarlo en base a una medida de calidad del aire en el interior del vehículo, de forma que el porcentaje de aire exterior (filtrado) fuese mayor cuanto peor es la calidad del aire. Esto no es nada nuevo, el reglamento actual de instalaciones térmicas en edificios (RITE) ya contempla esta posibilidad. ¿Por qué no se hace en coches? Volvemos a lo mismo de antes: la energía que se usa para calentar es “gratis” en los coches de combustión… pero no en los eléctricos.

Fulgencio encendiendo el aire en el coche

Si esto lo completamos con un sistema de recuperación de calor ya sería el coche Nergizo ideal, el aire de extracción se haría pasar por el recuperador y transferiría parte de su energía al aire de aporte (ver esquema más abajo), por lo que la energía perdida sería muy baja.

 

Ejemplo

Pongamos la siguiente situación:

  • Caudal de aire del ventilador del habitáculo: 500m3/h (no está “a tope”)
  • Temperatura exterior: 5ºC
  • Temperatura de impulsión: 28ºC, ojo, esto no quiere decir que estemos a 28ºC en el coche, hay que combatir la carga térmica negativa de todo el acristalamiento, etc…

Veamos que pasa en ambos casos en nuestro flamante coche eléctrico:

  • Sistema tradicional: La potencia térmica necesaria sería de unos 3,9kW, por lo que si lo calentamos por resistencias tendremos un consumo de 3,9kW y si es con bomba de calor de 1,3kW aproximadamente, en ambos casos representa una merma importante en la capacidad de nuestra batería.
  • Sistema Nergizo: Si consigo reducir la cantidad de aire a calefactar (225m3/h por ejemplo) implementando un sistema de control de calidad del aire e incluyo un recuperador de calor con una eficiencia de por ejemplo el 70% tendré una potencia térmica consumida de 964W, lo que serían 964W de resistencias eléctricas o solo unos 321W si tengo una bomba de calor.

Recuperación de calor en coches

El principal problema sería centralizar la extracción de aire y forzarla a través de un ventilador de extracción que actualmente no existe en los coches que están en la calle, nada que no se pueda solucionar 🙂

Los datos utilizados en este post son solo orientativos para poder hacernos una idea de las magnitudes de las que estamos hablando, el valor real dependerá mucho del tipo de coche, condiciones exteriores, etc…

Y tu Nergizo… ¿Qué opinas de la recuperación de calor en la calefacción de coches eléctricos?

 

 

20 Comentarios

  1. Muy buen artículo.

    Creo que algo más sencillo y barato que instalar un recuperador de calor y todos los sistemas de control es hacer pasar el aire caliente del interior antes de que salga al exterior por el evaporador de la bomba de calor, aumentando la eficiencia de esta (COP) y sin invertir “nada” (solo reorganizando los componentes), se consigue un efecto similar al del recuperador de calor (en mayor o menor medida), al igual que ocurriría con el condensador con el A/C.

    No sé si esto está ya implementado pero es de lógica.

    Un saludo

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    • Buena idea, sería lo que se suele llamar una “recuperación frigorífica”, aunque tenemos el mismo problema de centralizar y forzar la extracción, no solo es reorganizar los componentes.

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      • Aunque pensándolo mejor lo más eficiente sería implantar ambas mejoras, el aire de extracción pasaría por el recuperador de calor pasando de 22ºC a 16ºC por ejemplo, y esa masa de aire a 16ºC se utilizaría para la evaporación.

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  2. ¿ Y aprovechar el aire que se usa para refrigerar las baterías y el motor eléctrico? Estamos hablando entonces de calor residual con coste 0.

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    • Creo que ese calor residual ya se utiliza en coches eléctricos, pero es muy poco en comparación con el calor residual de un motor de combustión. Al parecer solo sirve para subir unos grados la temperatura del aire exterior pero no para acercarse a una temperatura de confort para el habitáculo.

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      • Así es Tesla lo utiliza pero no para calentar el habitáculo
        “Tesla has a patent app outlining a practical approach to cabin heating where waste heat from the drive motor and power electronics is used to warm the cabin. As it turns out, the production model S uses a similar but subtly different approach. Waste heat from the drive motor and power electronics is still used to warm the vehicle. However, Tesla chose to heat the battery instead of the cabin with the waste heat.”

        http://insideevs.com/tesla-model-s-recycles-waste-heat-to-warm-the-battery-bower/

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    • Hola. El problema en invierno es que las baterías necesitan ser calentadas, no enfriadas, para mejorar su eficiencia.
      Saludos.

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  3. ¿Que tamaño tendría el recuperador de calor? en los coches también hay que tener en cuenta el tamaño y peso, a la gente le gusta tener un maletero grande y espacio para las piernas…

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  4. Bueno, yo tengo un vehículo híbrido desde hace nueve años y doy fe de que la calefacción es el peor enemigo del consumo en invierno junto con la mayor densidad del aire.
    En un vehículo 100% eléctrico esto es mucho peor, dado que el híbrido fin de cuentas usa el motor termico para calentar y únicamente el forzado de este térmico en todo momento es el que hace subir el consumo.
    El regular la temperatura haciendo recircular el aire ya caliente por el interior del vehículo añadiendo una parte nueva desde el exterior es una idea fantástica aunque imagino ya se estará aplicando. Ahora bien,el añadir un recuperador ya no lo veo tan buena idea. No se que rendimiento te puede llegar a aportar a día de hoy, pero si tan solo renovamos un 10% del aire la recuperación va a ser mínima. El incremento del coste de añadir este componente va a ser considerable mientras que la aportación a la reducción de consumo mínima. Es como añadir paneles solares…puede sonar muy bien pero el consumo en climatización con respecto al desplazamiento va a ser mínimo. Y si algo necesita el coche eléctrico es reducir costes aunque estos deban venir principalmente por el abaratamiento de las baterías.

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    • El rendimiento de un recuperador bueno puede superar el 90%. Por otro lado es un componente muy sencillo, una vez diseñado y puestos a fabricar en muy grandes cantidades no debería de suponer un sobrecoste apreciable en el coche.

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  5. El problema en los coches es el espacio físico disponible para instalar cualquier componente adicional, va muy buscado, y un intercambiador de calor imagino que será como un radiador, que mientras más superficie mejor trabajara y necesitara un hueco nada despreciable.

    A parte, el frio lo combates con ropa, yo cojo el coche muchas mañanas de invierno antes de las 6, aparcado en la calle, para hacer un trayecto de 15 minutos hacia el trabajo, me monto con la chaqueta puesta, gorro y guantes y se conduce cómodo y bien.

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  6. Me parece una idea fantástica, que podría acabar con uno de los principales problemas de los coches eléctricos. Y me da a mí que ya están mirando estos temas, porque me parece mucha casualidad que hace nada Tesla presentase en sociedad su sistema de filtrado de aire anti “amenazas biológicas”:

    https://www.geektopia.es/es/technology/2015/09/30/noticias/tesla-model-x-presentado-oficialmente-y-con-boton-de-amenaza-biologica-en-serio.html

    Aunque lo presentaron como un sistema para evitar virus chungos y (de forma más realista) paliar la contaminación ambiental, no me extrañaría que realmente el objetivo fuera más implementar un sistema como el que comentáis, pero los señores de márketing encontraron más vistoso y vendible hablar de lo otro.

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  7. Por lo que he leído en los foros de los que se lo pueden permitir, el tesla model S utiliza bomba de calor para la calefacción.

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  8. Una pregunta que no tiene que ver con esta entrada.
    He estado viendo algunas entradas de este blog, sobre la eficiencia de el magnetron de un microondas y he pensado. ¿se podria usar un magnetron para calentar agua en un circuito cerrado de agua con un radiador? o tiene mas rendimiento una bomba de calor.
    o igual supondria mucho estres para el aparato funcionar mucho tiempo.

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    • Tiene más rendimiento la bomba de calor, incluso una simple resistencia (Radiador de aceite) tendrá más eficiencia, piensa que una resistencia de 1000W de consumo da 1000W térmicos, mientras que un microondas de 1000W calienta solo 800W

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      • Ciertamente, creo que Julio se quedó con la parte del artículo del microondas donde se ve que se consume la mitad para calentar el mismo volúmen de agua. Pero en dicho artículo no se explica que esa diferencia es debido a las ingentes pérdidas en la transmisión vitro -> recipiente y en las pérdidas del recipiente->exterior, que además imagino será metálico…

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