Vistas:1 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2016-09-26 Origen:Sitio
Las bombas de calor 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.
Examine cómo las bombas de calor de agua pueden reducir el consumo de energía de los edificios.
Implementar un sistema de bomba de calor con fuente de agua para satisfacer la demanda simultánea de calefacción y refrigeración.
El primer código comercial de energía se promulgó en 1975 con laASHRAE Norma 90-1975: Conservación de energía en el diseño de edificios nuevos.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 energéticos habría dado como resultado aproximadamente una reducción del 50% en el uso normalizado de energía 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 se trata de un logro significativo, la adopción y aplicación de normas por parte de diferentes estados no ha sido uniforme, y los edificios siguen representando un gran porcentaje del consumo de energía en los EE. UU. Según la Administración de Información Energética de EE. UU., los edificios comerciales consumieron 7 mil billones 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 calefacción, ventilación y refrigeración de espacios, pero excluye la refrigeración.
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, puedes enfriar o calentar un espacio usando únicamente electricidad.Al no quemar combustible para calefacción, como en un horno central tradicional, se elimina el riesgo de inflamabilidad.
Las bombas de calor disponibles comercialmente se pueden clasificar en dos tipos amplios:
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 rechazando 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 rechazando 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, todas ellas pueden recibir servicio mediante un sistema (o cabezal) de circuito de agua común.
Ventajas de las bombas de calor de agua
Para los WSHP, dado que el calor se transfiere a través de un intercambiador de calor a una tubería que transporta agua, el funcionamiento es más silencioso y la huella del sistema es menor, ya que el agua es más eficiente para eliminar el calor que el aire.En un sistema de fuente de aire, el coeficiente límite de transferencia de calor 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/m2 K. Por el contrario, el coeficiente de transferencia de calor por convección forzada en el lado del agua está entre 50 y 20.000 W/m2 K. Esto hace que los equipos WSHP sean más eficientes y de menor tamaño que las bombas de calor de aire.
Las unidades de fuente de aire tradicionales pueden requerir que cada unidad de tratamiento de aire tenga una unidad de condensación separada.Para un sistema grande de unidades múltiples, que es común en un edificio comercial, se necesitarían múltiples unidades de condensación que no solo son ruidosas sino que también presentan un desafío de instalación ya que requieren mucho espacio libre.Con una instalación WSHP de unidades múltiples, el intercambio de calor se puede lograr con una única torre de enfriamiento por evaporación central o un enfriador seco ubicado en el suelo o en la azotea.Las unidades WSHP se pueden colocar en falsos techos o esconderse lejos de espacios ocupados en salas de máquinas o armarios de servicios públicos.Colocar las unidades en los techos, cerca del punto de uso, también resulta en menos conductos y menos consumo de energía del ventilador.El consumo de energía del ventilador puede estar entre los componentes energéticos más importantes de un sistema HVAC, y un buen diseño general del sistema intentará minimizarlo.
Los WSHP también ofrecen algunas de las eficiencias más altas en la industria HVAC. ASHRAE establece que los requisitos mínimos de eficiencia para las WSHP sean más altos que los de 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 ASHRAE 90.1-2013: Norma energética para edificios excepto edificios residenciales de poca altura.Esta comparación muestra que los WSHP cumplen con los requisitos mínimos de índice de eficiencia energética (EER) y coeficiente de rendimiento (COP) más altos.
Los WSHP también son más eficientes en calefacción en comparación con los acondicionadores de aire tipo caldera.En una unidad de caldera, la eficiencia máxima para calentar mediante la quema de gas natural es aproximadamente del 95% (para un COP de 0,95);El calor eléctrico es del 100% (COP = 1,0).Con una bomba de calor de fuente de agua en modo calefacción, no solo se extrae y utiliza la energía térmica del circuito de agua, sino que también se captura y utiliza el calor de compresión en el circuito de refrigerante como fuente de calefacción.Debido a esta capacidad de extraer calor de una fuente de calor (es decir, el circuito de agua) y utilizar 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.
