d Bomba de calor y eficiencia energética José Fernández Seara Área de Máquinas e Motores Térmicos Universidade de Vigo
BOMBA D CALOR Bomba de calor FOCO CALINT, T 2 FOCO CALINT, T 2 T 2 >T 1 CALOR CALOR BC / MF W FOCO FRÍO, T 1 T 2 >T 1 FOCO FRÍO, T 1
BOMBA D CALOR Bomba de calor Máquina térmica, que operando según un ciclo, absorbe calor de un foco frío y lo cede a un foco caliente a consta del aporte de trabajo desde el exterior. FOCO CALINT (agua, aire, ) Q 2 B.C. M.F. W Q 1 FOCO FRÍO (agua, glicol, terreno, )
BOMBA D CALOR Bomba de calor geotérmica para climatización Aplicaciones geotérmicas de muy baja temperatura (T<30 ºC). Geotermia de baja entalpía o Geotermia somera. Foco frío = Terreno, aguas subterráneas. - Sistemas de captación cerrados: horizontal o vertical. - Sistemas de captación abiertos. Foco caliente = dificio (calefacción, ACS, piscinas). - Calefacción, ACS, piscinas. - nfriamiento, inversión de ciclo.
BOMBA D CALOR Instalación geotérmica con bomba de calor DIFICIO, Ta= 22 ºC Ta,ret= 30 ºC Sistema de emisión Ta,imp= 35 ºC Te = 40 ºC BOMBA D CALOR Te = -2 ºC Tg,ret= 7 ºC Sistema de captación Tg,imp= 3 ºC TRRNO, Tter=14 ºC
BOMBA D CALOR Instalación geotérmica con bomba de calor T 30 ºC B.C.-Condensador Sistema emisión Tc= 40 ºC 35 ºC DIFICIO, 22 ºC W TRRNO, 14 ºC 3 ºC Sistema captación B.C.-vaporador 7 ºC Te = -2 ºC
BOMBA D CALOR Bombas de calor geotérmicas Sistemas con ciclos de compresión de vapor Tipos, foco frío foco caliente -Agua(glicol) Agua/ Aire -Terreno(exp. directa) Agua/ Aire -Agua/ Terreno Suelo(cond. directa) -CO 2 Agua/ Aire No reversibles, reversibles
BOMBA D CALOR Bombas de calor geotérmicas 1.- Domésticas, hasta 30 kw 1.1.-Agua (glicol) Agua, sin depósito de ACS 1.2.-Agua (glicol) Agua, con depósito de ACS 1.3.- Terreno (exp. directa) Agua / Suelo -Compactas - No reversibles, reversibles, con/sin free-cooling - Compresores scroll o rotativos, intercambiadores de placas 2.-Máquinas grandes, más de 30 kw - No incorporan depósito ACS - Compresores scroll, tornillo, alternativos, centrífugos - Intercambiadores de placas o tubos y carcasa
BOMBA D CALOR Bombas de calor geotérmicas FOCO CALINT (agua, aire, ) Q 2 Válvula expansión Condensador Refrigerante vaporador Compresor W Q 1 FOCO FRÍO (agua, glicol, terreno, )
BOMBA D CALOR Bombas de calor geotérmicas reversibles FOCO CALINT (agua, aire, ) Q 1 Válvula expansión Condensador Refrigerante vaporador Compresor W Q 2 FOCO FRÍO (agua, glicol, terreno, )
BOMBA D CALOR Bombas de calor geotérmicas Compresor Glicol pozos 7 ºC Te -2 ºC 3 ºC v a p o r a d o r Refrigerante Válvula expansión C o n d e n s a d o r Tc 40 ºC +35 ºC Agua +30 ºC
FICINCIA B.C.G. Tipos de eficiencias ficiencia en régimen permanente o instantánea. ficiencia estacional. ficiencia de calentamiento. ficiencia de enfriamiento. ficiencia de la máquina. ficiencia de la instalación.
FICINCIA B.C.G. ficiencia en condiciones estacionarias (instantánea) Norma uropea, N 14511:2007 CO(Coefficient Of erformance), eficiencia de calentamiento. Cociente entre la potencia calorífica y la potencia absorbida útil. CO = H R (fficiency nergy Ratio), eficiencia de enfriamiento. Cociente entre la potencia frigorífica total y la potencia absorbida útil. R = C
FICINCIA B.C.G. ficiencia estacional (Seasonal erformance Factor) SCO (Seasonal CO), eficiencia estacional de calentamiento. Cociente entre la energía calorífica aportada y la energía eléctrica absorbida útil durante un determinado periodo de tiempo. SCO = H (t ) dt (t ) dt H = T 0 H = T 0 SR (Seasonal R), eficiencia estacional de enfriamiento. Cociente entre la energía calorífica retirada y la energía eléctrica absorbida útil durante un determinado periodo de tiempo. SR = C C = T 0 (t ) dt C
FICINCIA B.C.G. ficiencia estacional (Seasonal erformance Factor) Operación en distintas condiciones de funcionamiento. Operación a carga parcial. valuar el funcionamiento transitorio. pr N 14825:2007 (CN/TS 14825:2004)
FICINCIA B.C.G. ficiencia máxima o eficiencia de Carnot FOCO CALINT, T FC B.C. M.F. Q 2 W CO máximo o de Carnot CO Carnot = T FC FC T FF R máximo o de Carnot T Q 1 FOCO FRÍO, T FF R Carnot = T FC T FF T FF
FICINCIA B.C.G. ficiencia ideal, ciclo práctico log c 3 Tc=Ts,agua 2 CO ideal, CO = H = h h 2 2 h 3 h 1 R ideal, e 4 Te=Ts,glicol 1 R = C = h h 1 2 h4 h 1 h
FICINCIA B.C.G. ficiencia real des e,cond c e,dx log T e,dx 3 T s,cond Tc 3=3 2 T e,cond 2 T des 2 CO real, CO = H = m H Cp H (T H,s T H,e ) e s,evap asp Te 4 4 1 1 T s,evap 1 T asp R real, R = C = m C Cp C (T C,e T C,s ) h
FICINCIA B.C.G. ficiencias en bomba de calor geotérmica CO Condiciones N 14511, glicol-agua 10 9 8 CO Carnot 7 6 CO ideal 5 4 3 2 CO experimental 1 0 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Temperatura impulsión (ºC)
FICINCIA B.C.G. ficiencia. Temperatura de impulsión. Sistemas emisión. 7 N 14511 Tg,e= 0 ºC Tg,s= -3 ºC Galicia Tter= 14 ºC Tg,e= 7 ºC Tg,s= 3 ºC CO 6 5 4 3 2 1 0 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Temperatura impulsión (ºC)
FICINCIA B.C.G. Mejora de la eficiencia en B.C.G. Compresores. - Mejora rendimientos. Regulación de capacidad, inverter, digital scroll, Intercambiadores de calor. Válvulas de expansión. Refrigerantes? Fuente: Alco Fuente: Danfoss
FICINCIA B.C.G. B.C.G. Alta temperatura Sistemas con ciclos de doble etapa directa o cascada. Compresor 1 2 3 4 Me Mc Compresor 1 2 3 4 Me Mc vaporador 7 D.xp. Me 6 m Mc Condensador 5 vaporador 9 D.xp. 8 7 6 Me m Mc Condensador 5
CONCLUSIONS La B.C., esencial en instalaciones geotémicas para climatización. ficiencia estacionaria, CO-R. ficiencia estacional, SCO-SR. Los sistemas de captación y emisión tienen influencia sobre la operación y eficiencia de la B.C. Dadas condiciones de terreno y captación, la eficiencia depende de la temperatura de impulsión. Sistemas de emisión con baja temperatura de impulsión.
CONCLUSIONS xigencias institucionales de eficiencia, muy positivas. Impulso a la investigación y mejora de las B.C. Campo muy activo en investigación, mejora de componentes, nuevos ciclos, refrigerantes Regulación de capacidad en compresores, inverter. Máquinas para producción de calor, ACS y frío (reversibles). roducción de frío, alta eficiencia. nfriamiento pasivo.
d Muchas gracias por su atención.