Evaluación del rendimiento de las bombas de calor aerotérmicas en edificios de oficinas

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Un equipo de investigación chino ha analizado el funcionamiento y el rendimiento de dos bombas de calor aerotérmicas (ASHP, por su acrónimo en inglés) durante la temporada de calefacción en Shenyang, una ciudad de la región fría de China, en un esfuerzo por investigar si las bombas de calor pueden ayudar a satisfacer la creciente demanda de calor en el país.

“Para explorar los factores clave que afectan a las características de carga de los edificios de oficinas, este estudio midió las condiciones meteorológicas exteriores, la carga anual del edificio y la carga de las habitaciones en dos edificios de oficinas situados en regiones frías de China”, explicaron. “Posteriormente, se evaluó el efecto de funcionamiento real de cada ASHP para abordar los problemas operativos prácticos asociados con el funcionamiento real de ASHP”.

El grupo analizó el rendimiento de las bombas de calor en un edificio con una altura de 15,5 m y una superficie de 1.600,32 m2 (edificio A) y un edificio con una superficie de 320,45 m2 y una altura de 9 m (edificio B). El espacio se calentó a una temperatura objetivo de 20 ºC en ambos edificios mediante un sistema de calefacción por suelo radiante. La temporada de calefacción en el edificio A se midió en 2016-2017 y en el edificio B en 2018-2019 y se corrigió por compresión.

Desajuste
“Los resultados muestran que el coeficiente de rendimiento (COP) más alto de la ASHP en el Edificio A fue de 3,27, mientras que el valor de carga parcial integrado (IPLV) fue de 2,68”, encontraron. “El valor COP de la ASHP en el Edificio B fue de 1,55 mientras que el IPLV fue de 2,45”.

Según los investigadores, en ambos edificios se produjo un desajuste entre la carga y la capacidad de calefacción. En general, la potencia calorífica unitaria seguía siendo la misma en ambos casos incluso cuando disminuía la carga instantánea. “El consumo total de energía de los sistemas de los edificios A y B representaba el 84% y el 94%, respectivamente. El excesivo consumo eléctrico de la ASHP durante el funcionamiento es otro factor crítico que influye en el elevado consumo de energía”, explicaron además.

Otro problema detectado por los investigadores fue el elevado consumo energético de los sistemas de transmisión y distribución de las bombas de calor. “Cuando los sistemas de transmisión y distribución de cualquiera de los dos edificios consumían una energía excesiva, el coeficiente de rendimiento de los sistemas ASHP disminuía, y el consumo de energía de las bombas de agua superaba su potencia nominal en un 36%”, señalaron.

Pérdidas de calor
Tras realizar un análisis de las pérdidas de calor, los investigadores descubrieron que, si bien la capacidad térmica media del edificio A de enero a marzo fue de 12.082,55 kW, el suministro medio real de calor fue de 11.310,29 kW. Esto supone una pérdida de 772,26 kW, es decir, un 7,6%. “La potencia media mensual de calefacción del edificio B de enero a marzo fue de 9.556,74 kW, el suministro medio mensual de calor fue de 8.651,77 kW y la pérdida media mensual de calor fue de 904,97 kW. Así pues, la pérdida de calor representó el 16,9% de la capacidad total de calefacción del sistema”, destacaron.

Concluyeron que los malos valores mostrados en la fase de funcionamiento pueden optimizarse ajustando la carga instantánea del edificio a la producción de calor de las ASHP, lo que, según ellos, mejoraría el efecto de funcionamiento de los dos edificios de forma integral. Añadieron que la capacidad calorífica de la bomba de calor podría mejorarse para optimizar los desequilibrios entre oferta y demanda durante el funcionamiento.

Los resultados se presentaron en “Operating Characteristics and Evaluation of Air Source Heat Pumps in Cold Regions during Heating Season in China” (Características operativas y evaluación de bombas de calor de fuente de aire en regiones frías durante la temporada de calefacción en China), publicado en Energy and Built Environment. Los científicos procedían de la Universidad china de Shenyang Jianzhu, la Asociación China de Eficiencia Energética de Edificios, la Universidad Tecnológica de Dalian y el Ministerio de Vivienda y Desarrollo Urbano y Rural.

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