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Los beneficios de usar bombas de calor de fuente de agua

Vistas:0     Autor:Editor del sitio     Hora de publicación: 2016-09-26      Origen:Sitio

Las bombas de calor de fuente de agua demuestran ser más eficientes energéticamente que los sistemas alternativos para edificios comerciales.Naveen Halbhavi, PE, ClimateMaster Inc., Ciudad de Oklahoma

Objetivos de aprendizaje:

  • Analice las bombas de calor de fuente de agua y compárelas con sistemas alternativos.

  • Examinar cómo las bombas de calor de fuente de agua pueden reducir el consumo de energía del edificio.

  • Implementar un sistema de bomba de calor de fuente de agua para satisfacer la demanda simultánea de calefacción y refrigeración.


Figura 1: Según lo informado por el Departamento de Energía de EE. UU., la adopción completa de estos códigos de energía habría resultado en una reducción de aproximadamente el 50 % en el uso de energía normalizado entre 1975 y 2012. Este estudio, realizado por Pacific Northwest NationalEl primer código de energía comercial se promulgó en 1975 con la ~!phoenix_var18_1!~ Norma 90-1975: Conservación de Energía en el Diseño de Nuevos Edificios.Desde entonces, los esfuerzos posteriores han llevado a estándares de eficiencia energética más estrictos, como se muestra en la Figura 1.

Una adopción completa y uniforme de estos códigos de energía habría resultado en una reducción de aproximadamente el 50 % en el uso de energía normalizado entre 1975 y 2012. En realidad, el consumo total de energía por pie cuadrado en edificios comerciales ha disminuido de 114 kBtu/pie cuadrado en 1979 a 79,9 kBtu/pie cuadrado en 2012, una disminución del 30 %.

Si bien este es un logro significativo, la adopción y aplicación de estándares por parte de diferentes estados no ha sido uniforme, y los edificios continúan representando un gran porcentaje del consumo de energía en los EE. UU. De acuerdo con la ~!phoenix_var26_1!~, los edificios comerciales consumieron 7 cuatrillones de Btus de energía.Además, HVAC representa el 44 % de la demanda de energía de los edificios comerciales, como se muestra en la Figura 2. Esto incluye la calefacción, la ventilación y la refrigeración de espacios, pero excluye la refrigeración.

Figura 2: HVAC representa el 44% del consumo total de energía en edificios comerciales.Imagen cortesía: Administración de Información Energética de EE. UU., Encuesta de Consumo de Energía de Edificios Comerciales de 2012.Cortesía: ClimateMaster Inc.Bombas de calor comerciales

Una bomba de calor es un circuito de refrigeración que puede enfriar espacios durante el clima cálido y calentar espacios durante el clima frío.Con una bomba de calor, puede enfriar o calentar un espacio usando solo electricidad.Al no quemar combustible para calefacción, como en un horno central tradicional, se elimina el riesgo de inflamabilidad.

Las bombas de calor disponibles en el mercado se pueden clasificar en dos grandes tipos:

  • Una bomba de calor de fuente de aire o enfriada por aire

  • Una bomba de calor de fuente de agua (WSHP).

Una bomba de calor de fuente de aire o enfriada por aire es un tipo de bomba de calor que funciona expulsando calor al aire exterior durante el verano o absorbiendo calor del aire exterior durante el invierno.Una WSHP es un tipo de bomba de calor que funciona enviando calor a un sistema de tuberías de agua (o circuito de agua) durante el verano o absorbiendo calor del mismo circuito de agua durante el invierno.Si se instalan varias unidades de WSHP, a todas se les puede dar servicio mediante un sistema de circuito de agua (o cabecera) común.

Tabla 1: Requisitos de eficiencia de la bomba de calor ASHRAE 90.1 en modo de refrigeración.Esta tabla derivada de ASHRAE 90.1–2013 muestra que, en condiciones similares, la bomba de calor de fuente de agua cumple con el requisito de EER más alto en el modo de refrigeración.Cortesía: ClimateMaster Inc.Ventajas de las bombas de calor de fuente de agua

Para los WSHP, dado que el calor se transfiere a través de un intercambiador de calor a una tubería que transporta agua, la operación es más silenciosa y la huella del sistema es más pequeña, ya que el agua es más eficiente para eliminar el calor que el aire.En un sistema de fuente de aire, el coeficiente de transferencia de calor límite está en el lado del aire y los coeficientes típicos de transferencia de calor del lado del aire por convección forzada están en el rango de 25 a 250 W/m 2 ·K. el coeficiente de transferencia en el lado del agua está entre 50 y 20 000 W/m 2 ·K. Esto hace que los equipos WSHP sean más eficientes y de menor tamaño que las bombas de calor de fuente de aire.

Las unidades de fuente de aire tradicionales pueden requerir que cada unidad de manejo de aire tenga una unidad de condensación separada.Para un sistema grande de varias unidades, que es común en un edificio comercial, se necesitarían varias unidades de condensación que no solo son ruidosas sino que también presentan un desafío para instalar, ya que requieren mucho espacio libre.Con una instalación WSHP de unidades múltiples, el intercambio de calor se puede lograr con una sola torre de enfriamiento evaporativo central o enfriador seco ubicado en el suelo o en la azotea.Las unidades WSHP se pueden colocar en falsos techos o esconderse lejos de los espacios ocupados en salas de máquinas o armarios de servicios públicos.Colocar las unidades en techos, cerca del punto de uso, también da como resultado menos conductos y menos consumo de energía del ventilador.El consumo de energía de los ventiladores puede estar entre los componentes de energía más grandes de un sistema HVAC, y un buen diseño general del sistema intentará minimizarlo.

Tabla 2: Requisitos de eficiencia de la bomba de calor ASHRAE 90.1 en modo calefacción.Esta tabla derivada de ASHRAE 90.1 – 2013 muestra que, en condiciones similares, la bomba de calor de fuente de agua cumple con el requisito de COP más alto en el modo de calefacción.Cortesía: ClimateMaster enLos WSHP también ofrecen algunas de las eficiencias más altas en la industria HVAC. ~!phoenix_var69_1!~ establece los requisitos mínimos de eficiencia para que los WSHP sean más altos que las bombas de calor tradicionales enfriadas por aire y los sistemas VRF.Las tablas 1 y 2 muestran valores de eficiencia para las unidades más directamente comparables y se derivan de ~!phoenix_var71_1!~.Esta comparación muestra que los WSHP cumplen con los requisitos mínimos más altos de relación de eficiencia energética (EER) y coeficiente de rendimiento (COP).

Los WSHP también son más eficientes en la calefacción en comparación con los acondicionadores de aire de horno compacto.En una unidad de horno, la eficiencia máxima para calentar quemando gas natural es de alrededor del 95% (para un COP de 0,95);calor eléctrico es 100% (COP = 1,0).Con una bomba de calor hidroeléctrica en modo calefacción, no solo se extrae y utiliza la energía térmica del circuito de agua, sino que también se captura el calor de compresión en el circuito frigorífico y se utiliza como fuente de calor.Debido a esta capacidad de extraer calor de una fuente de calor (es decir, el circuito de agua) y usar el calor de compresión, el WSHP puede proporcionar fácilmente de 4 a 6 unidades de calefacción por cada unidad de energía consumida.Claramente, este es un sistema más eficiente.


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