BOMBAS DE CALOR - INTRODUCCIÓN

Los recursos de combustible limitados y el enfoque global en la protección del medio ambiente son temas que han llamado la atención sobre la posibilidad de utilizar fuentes de energía renovables. Hoy, estos bombas de calor representa un equipo de calefacción seguro, eficiente e innovador, con un funcionamiento económico desde el punto de vista del consumo eléctrico.

Bombas de calor - son equipos que ofrecen las premisas técnicas necesarias para utilizar eficientemente la energía solar acumulada en las aguas subterráneas, el suelo o el aire, en forma de calor ecológico, para calentar o refrigerar los locales y para la preparación de agua caliente sanitaria.

Bomba de calor obtiene del medio ambiente unas tres cuartas partes de la energía necesaria, y el resto, bomba de calor utiliza la electricidad como energía motriz.
Las bombas de calor modernas ofrecen posibilidades técnicas efectivas para reducir el consumo de energía y las emisiones de CO2. A la hora de modernizar edificios antiguos, así como de edificios nuevos, la bomba de calor es una buena alternativa.
Este artículo trata los principios básicos de la tecnología de bomba de calor, las principales variantes técnicas e ilustra los aspectos más importantes de las aplicaciones que integran este equipo.

 ¿POR QUÉ UNA BOMBA DE CALOR?

 1. Motivación económica
1.1 Costos operativos reducidos
-Según el tipo de bomba de calor, hasta 3/4 de la energía calorífica se puede obtener del ambiente (gratis).
-A través de un compresor (¡accionado eléctricamente!) Bomba de calor crBombas de calor - evolución del consumoes la temperatura del agente térmico tomado del ambiente a la temperatura requerida en el sistema de calefacción de la casa.
-¡Con una bomba de calor puedes aprovechar todo el año la energía solar acumulada en el ambiente!
1.2 Independencia de los combustibles fósiles
Las fuentes de energía que utiliza la bomba de calor están disponibles en nuestra puerta, con total independencia de la disponibilidad o el precio de los combustibles fósiles.

2. Comodidad
El sistema de calefacción con bombas de calor ofrece el mayor grado de confort y el manejo más sencillo. El sistema de distribución de calor normalmente utilizado en combinación con bombas de calor (suelo radiante, paredes, sistemas de calefacción de baja temperatura) garantiza un clima confortable y saludable.
Los modelos de bombas de calor reversibles (agua-agua o suelo-agua) también pueden proporcionar la refrigeración necesaria durante el verano.
Los sistemas de bomba de calor son generalmente muy silenciosos, totalmente automatizados y no requieren operaciones de mantenimiento periódicas.
No hay necesidad de un tanque de combustible, ni de la eliminación de cenizas ni de la limpieza de la chimenea.
3. Seguridad para el futuro
Elegir un sistema de calefacción es una decisión de muchos años. Las bombas de calor son la tecnología de calefacción más moderna disponible en la actualidad.
   Hoy en día, las bombas de calor no solo reemplazan los sistemas de calefacción con madera, combustible líquido o carbón, sino que cada vez más los sistemas que usan gas natural.
Además, está la pregunta: ¿seremos capaces de afrontar los costes del sistema de calefacción en 20 años?
Con cada aumento de los precios de los combustibles fósiles, el coste de la calefacción con bombas de calor se vuelve más ventajoso frente a la calefacción con gas, combustibles líquidos o pellets.
Independientemente del aumento del precio de la electricidad con bomba de calor 3/4, la energía consumida es y sigue siendo gratuita.
4. Operación segura
Las bombas de calor producen energía térmica a través de un ciclo termodinámico, sin quemar combustible.
¡Esto reduce considerablemente el riesgo de accidentes! Además, las bombas de calor funcionan con refrigerantes no inflamables.
5. Ideal tanto para obra nueva como para la rehabilitación de edificios existentes
Las bombas de calor se pueden utilizar para calentar y enfriar edificios nuevos y edificios de bajo consumo energético (donde la mayoría de los sistemas convencionales no están disponibles o no son convenientes de implementar técnica o económicamente debido a la baja potencia térmica).
Además, donde ya existe un sistema de calefacción moderno que utiliza combustibles fósiles y se desea una reducción de costes, las bombas de calor pueden utilizarse como sistemas de calefacción adicionales (funcionamiento bivalente).
Bombas de calor - energía sin contaminantes
6. Múltiples funciones
Las bombas de calor pueden proporcionar calefacción durante la estación fría, refrigeración durante la estación cálida (con modificaciones menores) y agua caliente sanitaria durante todo el año.
7. Ecológico
La quema de combustibles fósiles para calentar hogares y oficinas es una de las mayores fuentes de producción de CO2 en la actualidad. Las bombas de calor producen energía térmica sin contaminantes utilizando energía del medio ambiente.

 ¿CÓMO FUNCIONA UNA BOMBA DE CALOR?

operación de un bombas de calor - un principio simple, con resultados excepcionales
   Independientemente de su tipo, estas bombas de calor pueden verse como equipos que elevan la temperatura de un ambiente de trabajo usando una cierta cantidad de energía.Bombas de calor - funcionamiento adicionales, para producir energía útil.
   El funcionamiento de una bomba de calor es básicamente el mismo que el de un equipo que usamos a diario: el frigorífico.
   La misma técnica, solo que con uso inverso; en el caso del frigorífico, el refrigerante toma el calor de los alimentos y lo cede al ambiente. La bomba de calor toma calor del ambiente (suelo, agua o aire) y lo transfiere al sistema de calefacción en forma de energía térmica.

 1. El vaporizador - tomar calor del medio ambiente (suelo, agua, aire)Bombas de calor - evaporador
   En el evaporador hay un agente de trabajo líquido a baja presión (refrigerante). Esta es una sustancia que tiene un punto de ebullición bajo. La temperatura de la fuente (suelo, agua o aire) es superior a la temperatura de ebullición correspondiente a la presión del refrigerante. Esta diferencia de temperatura conduce a la transmisión de calor del ambiente al agente de trabajo, y éste hierve y se vaporiza. El calor necesario para vaporizarlo proviene de la fuente de calor externa (suelo, agua, aire).

2. El compresor - aumento de la temperatura
   Los vapores resultantes del agente de trabajo son aspirados continuamente desde el evaporador por el compresor. El refrigerante se comprime hasta alcanzar la temperatura necesaria para la calefacción y preparación de agua caliente sanitaria.
   El proceso de compresión es esencial para la eficiencia de una bomba de calor.
   Los compresores Scroll compatibles se utilizan para toda la gama de bombas de calor; consisten en dos espirales (una fija y otra móvil) que comprimen continuamente el agente de trabajo.
Los compresores compatibles son completamente herméticos, tienen una vida útil mucho más larga y son más silenciosos que el modelo de pistón que se usaba en el pasado para las bombas de calor.

3. El condensador
- Transferencia de calor al sistema de calefacción Los vapores del agente de trabajo (refrigerante) llegan al condensador de la bomba de calor, que está rodeado de calor. La temperatura del medio de calentamiento es más baja que la temperatura de condensación del agente de trabajo, por lo que los vapores se enfrían y se condensan.
   La energía (calor) absorbida por el evaporador más el calor generado durante el proceso de compresión (en el compresor) se libera en el condensador y se transfiere al agente térmico en forma de energía útil para calefacción.

4. Válvula de expansión - el circuito se cierra
   Luego, el agente de trabajo regresa al evaporador a través de una válvula de expansión. Así, el agente de trabajo cambia de la alta presión del condensador a la baja presión del evaporador. A la entrada del evaporador se alcanzan los valores iniciales de presión y temperatura. El circuito está así cerrado.

 BOMBAS DE CALOR - COMPONENTE PRINCIPAL
 ¿DÓNDE CONSEGUIMOS EL CALOR?

El suelo, el agua y el aire son elementos disponibles en cantidades ilimitadas para ser utilizados como fuente para una bomba de calor.
En cada caso, la fuente de energía más ventajosa depende deBombas de calor - fuentes de calor las circunstancias locales, la ubicación del edificio y su demanda de calor.
Para su uso práctico, las fuentes de energía deben cumplir varias condiciones:

  • disponibilidad en cantidad suficiente
  • capacidad de almacenamiento lo más alta posible
  • nivel de temperatura lo más alto posible
  • regeneración suficiente
  • captación económica

El terreno

Bombas de calor - variación de temperaturaEl suelo tiene la propiedad de que puede acumular y mantener la energía solar durante más tiempo, lo que conduce a un nivel de temperatura aproximadamente constante durante todo el año y por tanto a un funcionamiento de las bombas de calor con un alto coeficiente de rendimiento.
La temperatura del suelo está entre 7 y 13 °C durante todo un año (a una profundidad de 2 m).
El calor extraído del ambiente se transmite al evaporador de la bomba de calor de agua subterránea a través de una mezcla de agua-antihielo (agua salada); el punto de congelación de esta solución es de unos -15 °C.
El calor acumulado en el suelo es absorbido por intercambiadores de calor montados horizontalmente, también llamados colectores de tierra, o por intercambiadores de calor montados verticalmente, sondas de tierra.

Colectores ubicados en el suelo - colectores horizontales
   El calor se toma del suelo por medio de tubos de plástico - polietileno montados en el suelo sobre una gran superficie.Bombas de calor - colectores
   Los tubos se colocan paralelos, en el suelo, a una profundidad de 1.2 a 1.5 m y, según el diámetro del tubo, a una distancia de aprox. 0,3 a 0,7 m, de modo que en cada metro cuadrado de la zona de captación a montar aprox. 1,43 a 2 m de tubo.
   La cantidad de calor que se puede utilizar y, por tanto, el tamaño de la superficie necesaria depende mucho de la calidad del suelo. Respecto a este aspecto, las cantidades determinantes son: en primer lugar la cantidad de agua en el suelo, las cantidades de componentes minerales y el tamaño de los poros llenos de aire. La capacidad de acumulación y la conductividad térmica son mayores cuanto más se humedece el suelo con agua y cuanto mayor es la cantidad de componentes minerales, y menor el número de poros.
   Los valores del poder de extracción específico para el suelo están entre 10 y 35 W/m2.
   Cuando se utilizan colectores horizontales, no se deben plantar plantas con raíces muy profundas alrededor de los tubos. La regeneración del suelo ya se realiza a partir de la segunda mitad de la temporada de calefacción por radiación solar y lluvias más abundantes, por lo que es necesario asegurarse de que para la próxima temporada el suelo "batería" esté nuevamente listo para calentar.

Sondas de suelo
 Bombas de calor - sondas de suelo  Debido a las grandes superficies de terreno necesarias para el montaje de captadores horizontales, en ocasiones es difícil realizar el sistema por cuestiones de espacio.
   Para áreas de terreno pequeñas, las sondas de suelo son una alternativa al colector colocado horizontalmente en el suelo. Pueden introducirse a profundidades de 50 a 150 m.
   Las sondas suelen estar fabricadas con tubos de polietileno y normalmente se montan cuatro tubos paralelos (sonda de doble tubo con perfil en U).
   La mezcla de agua y anticongelante fluye al nivel más bajo a través de dos tubos y regresa al evaporador de la bomba de calor a través de los otros dos. Este toma el calor del suelo, a lo largo de toda la longitud de los tubos. Los espacios entre los tubos y el suelo deben rellenarse con un material de buena conductividad térmica (bentonita).
   La potencia de extracción difiere mucho, entre 20 y 100 W/m de longitud de sonda.

agua subterránea
   El agua subterránea también es una buena batería para la energía solar. Incluso en los días más fríos del invierno tiene una temperatura entre 7 y 12 °C.
   Sin embargo, el agua subterránea no está disponible en cantidades suficientes y con la calidad adecuada en todas las áreas.
   Para aprovechar el calor se deben hacer dos pozos: uno de succión y otro absorbente (drenante); se debe prever una distancia mínima de 5 metros entre ellos, y se debe elegir la ubicación de modo que el sentido del flujo de agua sea desde el pozo de succión hacia el absorbente.
   El agua de lagos y ríos también está indicada para su uso como fuente de calor, porque también actúan como acumulador de calor.

El aire
   El aire es la opción más económica para usar como fuente de una bomba de calor.
Bombas de calor de aire - agua utiliza como fuente de calor el aire exterior, que es dirigido a través de conductos de aire, por un ventilador integrado en el aparato, al evaporador, que extrae el calor del aire.    

calor residual
   Entre las fuentes que se pueden utilizar con una bomba de calor, el calor residual es la más eficiente, asegurando la obtención de los más altos parámetros de rendimiento. Pero tiene la desventaja de una disponibilidad muy limitada.

Bombas de calor - nombresEl nombre de una bomba de calor viene dado por el entorno de trabajo en el circuito primario y secundario.
Por circuito primario entendemos aquí la fuente de calor (aire, suelo, agua), y el circuito secundario es la instalación de calefacción.
* Las bombas de calor tierra-agua también se pueden encontrar bajo el nombre de "bombas de calor de agua salada". Este nombre proviene del entorno utilizado en el circuito primario (fuente) para la transferencia de calor; para ello se utiliza una mezcla de agua y anticongelante (tyfocor), denominada "brine" en inglés o "sole" en alemán.El régimen de funcionamiento de las bombas de calor se adapta al sistema de calefacción existente en el edificio, en el caso de Edificios antiguos, para los cuales se realizan modernizaciones.
En este caso hay que tener en cuenta la temperatura máxima que pueden alcanzar las bombas de calor durante el caudal (entre 55 y 65 °C).
Para sistemas ya dimensionados por encima de este nivel de temperatura, las bombas de calor solo pueden funcionar junto con otro generador de calor. Para edificios nuevos puede elegir el sistema de distribución de calor. En este caso, se elegirá, teniendo en cuenta los parámetros de temperatura exterior anual más altos, un sistema de calefacción con una temperatura de impulsión máxima de 35 °C (suelo radiante, paredes, etc.).
Bombas de calor - fuente de calor
Desde un punto de vista técnico, se pueden diferenciar los siguientes regímenes de funcionamiento:

  • Modo de funcionamiento monovalente: la bomba de calor debe garantizar, como único generador de calor, toda la demanda de calefacción del edificio.
  • Modo de funcionamiento monoenergético: la bomba de calor se utiliza en combinación con otro sistema de calefacción que funciona con electricidad.
  • Modo de funcionamiento bivalente: la bomba de calor se utiliza en combinación con otra fuente de calor que funciona con combustible sólido, líquido o gaseoso.

Para la evaluación de una bomba de calor o de un sistema completo con bomba de calor, los factores más importantes son el coeficiente de rendimiento y el factor de rendimiento anual.

Coeficiente de rendimiento y factor de rendimiento anual
La relación entre la energía térmica utilizable y la acción eléctrica ejercida por el compresor se denomina "índice de potencia actual" o "coeficiente de rendimiento".
Bomba de calor - coeficiente de rendimientoCoeficiente de rendimiento (COP) = especificado por el fabricante, valor de laboratorio
Factor de rendimiento anual (FPA) = la relación entre el calor extraído durante un año y la energía total consumida en un año
En general, el coeficiente de rendimiento aumenta a medida que disminuye la diferencia de temperatura entre la fuente y el sistema de calefacción.
Bombas de calor - gráfico coeficiente de rendimientoFormula empírica:

  • El aumento de la temperatura en el circuito de calefacción en un grado conduce a una disminución del COP en un 2.5%
  • Un aumento de un grado en la temperatura de la fuente conduce a un aumento del COP del 2.7 %.
BOMBAS DE CALOR - designaciones
BOMBAS DE CALOR - REGÍMENES DE OPERACIÓN
BOMBAS DE CALOR - FACTORES DE RENDIMIENTO