DIS­TRICT COO­LING-HEA­TING

ClimaNoticias - - Sumario - Joa­quín Fer­nán­dez Cas­ta­ños Res­pon­sa­ble de Pres­crip­ción zo­na cen­tro Ca­rrier Es­pa­ña

Apli­ca­ción de bom­bas de ca­lor a las re­des de ca­lor y frío

Las ciu­da­des son los en­tor­nos don­de se pro­du­ce de ma­ne­ra cre­cien­te gran par­te del con­su­mo ener­gé­ti­co. Vi­vien­das, hos­pi­ta­les, cen­tros de da­tos, edi­fi­cios de ofi­ci­nas, ho­te­les, po­li­de­por­ti­vos, cen­tros co­mer­cia­les e in­dus­tria­les con­vi­ven unos cer­ca de otros. La uti­li­za­ción de las fuen­tes ener­gé­ti­cas no se rea­li­za de ma­ne­ra óp­ti­ma: se pro­du­ce ener­gía tér­mi­ca, frío y ca­lor, mu­chas ve­ces de for­ma po­co efi­cien­te y se di­si­pan gran­des can­ti­da­des de ca­lor que po­dría ser re­uti­li­za­do en las cer­ca­nías.

Las exi­gen­cias de re­duc­ción de de­man­da, de con­su­mo de ener­gía pri­ma­ria y de emi­sio­nes de ga­ses in­ver­na­de­ro nos obli­gan a di­se­ñar desa­rro­llos ur­ba­nos in­te­li­gen­tes, con gran in­ter­co­ne­xión, con ba­jas de­man­das ener­gé­ti­cas y que sean aten­di­dos por sis­te­mas que con­su­man ener­gías re­no­va­bles. ¿Có­mo ha­cer­lo en el ám­bi­to tér­mi­co?: re­cu­pe­ran­do el ca­lor de don­de so­bra; mo­der­ni­zan­do y re­dis­tri­bu­yen­do la ener­gía; re­uti­li­zan­do la ener­gía por los usua­rios fi­na­les. Ver fi­gu­ra 1.

Apli­ca­cio­nes con bom­bas de ca­lor agua-agua con HFO-1234ZE

Exis­ten nu­me­ro­sas po­si­bi­li­da­des de uso de es­te ti­po de má­qui­nas en apli­ca­cio­nes co­mo bom­ba de ca­lor o co­mo ‘máquina de ca­lor’; es de­cir, apro­ve­chan­do la pro­duc­ción de frío y de ca­lor en cli­ma­ti­za­ción de edi­fi­cios, pro­ce­sos in­dus­tria­les, pro­duc­ción de ACS, et­cé­te­ra.

El ca­lor pue­de ser ob­te­ni­do de fuen­tes na­tu­ra­les (geo­ter­mia de la­zo ce­rra­do en te­rreno o abier­to, ríos, mar, et­cé­te­ra), de ca­lor so­bran­te de pro­ce­sos in­dus­tria­les o de cen­tros de da­tos.

Tam­bién pue­den co­nec­tar­se pa­ra pro­du­cir agua fría con­su­mi­da en los cen­tros de da­tos y apli­ca­cio­nes in­dus­tria­les, en­tre­gan­do su ca­lor del con­den­sa­dor a una red de ca­lor ur­ba­na en lu­gar de una ge­ne­ra­ción in­de­pen­dien­te de frío con en­fria­do­ras y ca­lor con cal­de­ras.

Un ejem­plo de es­te úl­ti­mo ca­so es el si­guien­te: las re­des ur­ba­nas de ca­lor y frío se di­se­ñan con sal­tos tem­pe­ra­tu­ra de 20 o 30 ºc pa­ra re­du­cir cau­da­les, ta­ma­ños de tu­be­rías y con­su­mo de bom­beo.

Pa­ra me­jo­rar la efi­cien­cia de la pro­duc­ción de ca­lor y frío con bom­bas de ca­lor es po­si­ble adop­tar con­fi­gu­ra­cio­nes es­pe­cial­men­te es­tu­dia­das pa­ra es­tos ca­sos, co­mo es la ins­ta­la­ción de va­rias má­qui­nas (dos a cin­co uni­da­des) en se­rie y a con­tra­flu­jo. Los eva­po­ra­do­res se unen en se­rie, así co­mo los con­den­sa­do­res, pe­ro de ma­ne­ra que la máquina que impulsa el agua más fría es la que re­ci­be el agua ca­lien­te de re­torno más fría. De es­ta ma­ne­ra, se con­si­gue me­jo­rar la efi­cien­cia por ser me­no­res las di­fe­ren­cias de pre­sión en­tre al­ta y ba­ja del ci­clo fri­go­rí­fi­co de ca­da bom­ba de ca­lor, ade­más de las ven­ta­jas aña­di­das de ne­ce­si­dad de me­nor nú­me­ro de bom­bas y ma­yor fa­ci­li­dad de apli­ca­ción en sis­te­mas de cau­dal va­ria­ble de agua en pri­ma­rio.

En la fi­gu­ra 2 se muestra un es­que­ma sim­pli­fi­ca­do de un con­jun­to de tres bom­bas de ca­lor agua-agua de al­ta tem­pe­ra­tu­ra con HFO-1234ZE en configuración en se­rie y a con­tra­flu­jo. Las má­qui­nas tra­ba­jan nor­mal­men­te en­frian­do el agua pa­ra un cen­tro de da­tos y re­cu­pe­ran­do el ca­lor a al­ta tem­pe­ra­tu­ra (85 ºc) pa­ra in­yec­tar­lo en una red ur­ba­na de ca­lor. El ex­ce­so de ca­lor pue­de ser di­si­pa­do al am­bien­te (geo­ter­mia, mar, río, ai­re), tí­pi­ca­men­te en ve­rano. Tam­bién pue­de tra­ba­jar in­yec­tan­do agua fría a la red ur­ba­na o usan­do el agua fría de la red ur­ba­na co­mo res­pal­do. A con­ti­nua­ción, se muestra una com­pa­ra­ción de cos­tes de ex­plo­ta­ción pa­ra dos ti­pos de ins­ta­la­ción: con ge­ne­ra­ción in­de­pen­dien­te de agua fría en en­fria­do­ras y agua ca­lien­te en cal­de­ras; y con ge­ne­ra­ción de frío y ca­lor bom­bas de ca­lor de al­ta tem­pe­ra­tu­ra con HFO-1234ZE.

Los cálcu­los se han rea­li­za­do ha­cien­do una si­mu­la­ción ener­gé­ti­ca con el pro­gra­ma HAP de Ca­rrier.

Se ha si­mu­la­do el com­por­ta­mien­to de las bom­bas de ca­lor con la configuración arri­ba co­men­ta­da, de una po­ten­cia de frío de 3000 kw y de ca­lor de 4600 kw pa­ra agua fría a 16/6 ºc y agua ca­lien­te 65/85 ºc, aten­dien­do una de­man­da de frío con­ti­nua 3000 kw de un cen­tro de da­tos y una de­man­da de ca­le­fac­ción y ACS de un ba­rrio re­si­den­cial con 16 edi­fi­cios con 480 vi­vien­das, tres edi­fi­cios de ofi­ci­nas, un ho­tel, un gim­na­sio con pis­ci­na, un cen­tro co­mer­cial, un cen­tro de sa­lud, una es­cue­la…to­do ello su­man­do 105.000 m2 ca­le­fac­ta­dos, así co­mo una apli­ca­ción in­dus­trial con una de­man­da de 200 kw de ca­lor cons­tan­te. Ver grá­fi­co 1, ta­bla 1 (‘Com­pa­ra­ción de cos­tes de ex­plo­ta­ción’) y ta­bla 2 (‘Cos­te to­tal anual’).

En la com­pa­ra­ti­va se ob­ser­va un re­torno de la in­ver­sión del sis­te­ma de bom­bas de ca­lor con HFO1234ZE en me­nos de tres años si lo com­pa­ra­mos con el sis­te­ma de ge­ne­ra­ción in­de­pen­dien­te de frío y ca­lor. To­do ello con los su­pues­tos de cálcu­lo em­plea­dos.

PA­RA ME­JO­RAR LA EFI­CIEN­CIA DE LA PRO­DUC­CIÓN DE CA­LOR Y FRÍO CON BOM­BAS DE CA­LOR, ES PO­SI­BLE ADOP­TAR CON­FI­GU­RA­CIO­NES ES­PE­CIAL­MEN­TE ES­TU­DIA­DAS PA­RA ES­TOS CA­SOS

EL CA­LOR PUE­DE SER OB­TE­NI­DO DE FUEN­TES NA­TU­RA­LES, DE CA­LOR SO­BRAN­TE DE PRO­CE­SOS IN­DUS­TRIA­LES O DE CEN­TROS DE DA­TOS

Con­clu­sión

Las en­fria­do­ras y bom­bas de ca­lor de tor­ni­llo con re­fri­ge­ran­te HFO-1234ZE ya son una so­lu­ción co­mer­cial­men­te dis­po­ni­ble pa­ra su­pe­rar los re­tos me­dioam­bien­ta­les im­pues­tos por los re­gla­men­tos que li­mi­tan la dis­po­ni­bi­li­dad de los HFC, ele­van los es­tán­da­res de efi­cien­cia ener­gé­ti­ca, am­plían el ran­go de ope­ra­ción y del­ta T pa­ra su uso en múl­ti­ples apli­ca­cio­nes, sien­do una al­ter­na­ti­va fia­ble, ren­ta­ble y se­gu­ra.

Fi­gu­ra 1.

Fi­gu­ra 2.Fi­gu­ra 1.

No­tas:So­bre­cos­te anual man­te­ni­mien­to cal­de­ras: 1.500

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