EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN EQUIPO DE BOMBA DE CALOR POR EL MÉTODO DE LOS SALTOS DE TEMPERATURA. Poveda, M.; Poveda, R; León, M; Poveda, E; Tarifa, M.

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1 X CONGRESO INTERNACIONAL DE INGENIERIA DE PROYECTOS VALENCIA, Septiembre, 2006 EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN EQUIPO DE BOMBA DE CALOR POR EL MÉTODO DE LOS SALTOS DE TEMPERATURA Poveda, M.; Poveda, R; León, M; Poveda, E; Tarifa, M. Departamento de Proyectos de la Universidad de Castilla la Mancha Abstract For the calculation of the energy consumption of an installation o fair conditioning for a period it is necessary to integrate the absorbed power in each time of that period of time. It exists several methods to obtain that purpose. One of them is the so-called as degrees-days, used in conventional heating, but it has an inconvenient: the basic temperature is the average of 24 hours. We have developed the consumption of a heat bomb for the method of leap of temperature, consisting in calculating the annual hours and the temperature is in a determined interval. Resumen Para el cálculo del consumo energético de una instalación de climatización durante una temporada es necesario tener que integrar la potencia absorbida en cada instante durante ese periodo de tiempo considerado. Existen varios métodos para conseguir tal fin. Uno es el conocido grados-días, usado en calefacciones del tipo convencional, pero que presenta el inconveniente de que la temperatura de base es la media de 24 horas. Nosotros hemos desarrollado el consumo de una Bomba de Calor por el método de los saltos de temperatura, consistente en calcular las horas anuales en las que la temperatura cae dentro de un determinado intervalo. 1. Introducción El cálculo del rendimiento económico de una Bomba de calor se debe acometer valorando los costes de instalación y de mantenimiento anual. Uno de los factores más importante en los gastos de ejercicio es el cálculo de la vida útil como media ponderada de la vida útil de cada uno de sus componentes. Una vez hallado este valor es fácil conocer el coste anual de la instalación. El otro punto muy controvertido es el coste de la energía. Tras las fuertes subidas de los productos petrolíferos en los últimos años, se habla de un alza continuada en los costes de los mismos. 1365

2 El tercer factor que interviene en los cálculos es el consumo de energía de una instalación de climatización durante una temporada. Para ello es necesario tener que integrar la potencia absorbida en cada instante y a lo largo de todo el periodo de tiempo. Tenemos, de un lado, las cargas del edificio, que pueden ser exteriores e interiores al mismo. A partir de estas cargas se deben calcular las cargas sobre las máquinas que dan servicio a la instalación, para después pasar al consumo de energía. Dos métodos son los que se usan y cada uno tiene su aplicación específica: el de los grados día y el de hora por hora. El método conocido de los grados día es usado en el cálculo de calefacciones de tipo convencional, y aporta buenos resultados, aunque presenta el inconveniente de que la temperatura media de base es la media de 24 horas. Pero sucede que en nuestro país sólo utilizamos la calefacción de 6 a 14 horas como máximo, dependiendo, claro está, de la zona climática donde nos encontremos. Es por lo que para usar el método de los grados día hay que introducir coeficientes reductores que aplicados a distintos tipos de instalaciones y combustibles pueden conducir a resultados erróneos y dispares. El segundo método es el hora por hora, en desuso también año tras año por la dificultad que presenta el tener que disponer de datos climáticos de las ciudades españolas, y por los cálculos tan complicados que hay que realizar. El método que se propone en esta comunicación ha sido desarrollado por la cátedra de Termotecnia de la Universidad de Castilla La Mancha, y pensamos que es el más exacto para determinar el consumo de energía de una instalación y particularmente indicado para Bombas de Calor. A dicho método lo hemos denominado de los saltos de temperatura por calcular las horas anuales en las que la temperatura cae dentro de un determinado intervalo. Sobre esta base se calculan, de un lado, las pérdidas de calor del edificio, y de otro, las prestaciones que la maquinaria puede ofrecer en esas determinadas condiciones. Ni que decir tiene que es el método ideal para aplicar a las Bombas de Calor aire aire, que tan sensibles son a las variaciones de las condiciones exteriores. 1. Desarrollo del método Seguidamente se expone, de forma esquemática, un ejemplo de cálculo de un equipo de Bomba de Calor por el método propuesto de los saltos de temperatura. El ejemplo está referido a una vivienda unifamiliar de 210 m/2 construida, y que consta de: - Cuatro dormitorios - Estar comedor - Despacho - Dos cuartos de Baño - Cocina y pasillos de superficie La vivienda está situada en Ciudad Real y por consiguiente las condiciones de temperaturas de proyecto son: - Exterior: - 4 ºC - Interior: +22 ºC Las pérdidas de calor obtenidas han sido de Kcal./hora. 1366

3 El cálculo de la potencia calorífica necesaria no se expone por corresponder a un proceso totalmente normal de cálculo de cargas térmicas. Como ya se ha expuesto, el método propuesto se basa en conocer el número de horas en las que durante el año se han producido determinadas temperaturas. Para lo cual, fijamos de antemano un intervalo de temperaturas que, por ejemplo, podría ser de dos en dos grados. Naturalmente, cuanto más estrecho es el intervalo de temperaturas más exacto será el cálculo. Una vez conocidos estos datos, se tendrá en cuenta la curva de rendimiento de la Bomba de Calor suministrada por el fabricante y se obtendrá el consumo anual que el equipo tiene en cada intervalo de temperatura referido a su punto medio, sumándose los consumos parciales hasta obtener el consumo anual de la Bomba de Calor. Actuando del mismo modo, pero suponiendo que la calefacción es eléctrica, obtendremos su consumo anual. La relación entre ambos consumos nos dará el coeficiente de operación estacional de la Bomba de Calor S.P.F. 3. Resultados Operando de la forma indicada anteriormente, se ha obtenido la tabla que se adjunta donde el consumo anual de la Bomba de Calor asciende a , ,12 = ,29 Kw. / hora. Por otra parte, el consumo anual por el sistema tradicional de calefacción eléctrica ha sido de ,11 Kw. / hora. EL FACTOR DE PERFORMARCE se calcula dividiendo ambos consumos, es decir ,11 S.P.F. = = 2, ,

4 4.Conclusiones - La Bomba de Calor ahorra energía. - La eficacia del trasvase de calor del exterior al interior en la estación invernal se valora mediante el C.O.P. y se define como la energía térmica que obtenemos para calefacción dividido por el trabajo que su compresor absorbe de la red en un instante determinado, mientras que el S.P.F. representa la media de los C.O.P. obtenidos a lo largo de toda una campaña, en nuestro caso 2,

5 - La Bomba de Calor al producir 2,52 unidades térmicas está absorbiendo de la red eléctrica a través de su compresor 1,52 unidades térmicas gratuitamente del aire exterior, ya que solamente consume 1 unidad térmica, por lo que su rendimiento integrado es del 252 por Cuanto mayor sea el C.O.P. de la Bomba de Calor menos le costará al usuario la energía que gasta en calefacción. - De la definición del C.O.P. en función de las temperaturas: Tc C.O.P. = Tc - Tf se observa claramente que éste disminuye cuanto más amplio es el intervalo de temperaturas Tc Tf. Es decir, una Bomba de Calor que trabaje con aire exterior a 10ºC e interior a 22ªC tendrá un C.O.P. mayor que si trabaja con aire exterior a 0ºC e interior a 22 ºC. Por eso, se instalan más aparatos Bomba de Calor en las ciudades de la costa, donde el clima es templado, que en el interior de la Península donde el clima es extremado. De la aplicación de la Bomba de Calor que hemos hecho anteriormente, se observa también que el C.O.P. es variable con el tiempo debido a que la temperatura del ambiente exterior está cambiando constantemente. - Por tanto, y como conclusión fundamental, decir que hay que aceptar el C.O.P. de una Bomba de Calor como rendimiento de la misma en un instante determinado, pero que es necesario emplear otro parámetro, el S.P.F., Factor de Performance Estacional, que mide el C.O.P. medio a lo largo de una temporada. 5. Referencias 1. Poveda, M. Tesis Doctoral. Junio de Universidad Politécnica de Madrid. 2. Chanlett, E. La protección del medio ambiente. Mayo de Madrid. 3.Jansen, P.Protección ambiental.abril de Munich, Alemania 4.Schuster, F Termotecnia. Munich, I.D.A.E. Energías renovables en España. Madrid. Enero de MINER. Plan energético nacional. Madrid. Enero de

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