Investigación en la próxima generación de bombas de calor aerotérmicas para edificios integradas en los sistemas de calefacción/refrigeración y agua caliente sanitaria.

2024

AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION

INV. COMPETITIVA PROYECTOS

Gonzálvez Maciá José María

La reducción de las emisiones de CO2 asociadas a la calefacción y el agua caliente sanitaria en el sector doméstico es uno de los factores críticos para alcanzar los objetivos propuestos por el Pacto Verde de la UE para 2050. El sector doméstico representa más del 33 % de las emisiones de CO2 en la UE, y el consumo de energía asociado a la producción de calefacción/refrigeración y agua caliente sanitaria representa más del 75 % del consumo total de este sector. Las bombas de calor son una tecnología madura y se consideran una de las alternativas más fiables para satisfacer esa demanda y reducir las emisiones totales de CO2. Sin embargo, para alcanzar todo el potencial que prometen las bombas de calor, algunos aspectos sobre su diseño, funcionamiento e integración siguen sin resolverse. Este proyecto tendrá como objetivo principal abordar algunos de estos puntos para maximizar el beneficio potencial derivado de la sustitución de calderas de gas por bombas de calor. 1. Bajo rendimiento de bombas de calor a bajas temperaturas. 2. Casi todos los refrigerantes permitidos por la normativa de la UE serán inflamables. 3. La eficiencia de la bomba de calor puede verse limitada por un mantenimiento inadecuado. 4. Inadecuada adaptación de la bomba de calor en el edificio. En cuanto al primer punto, se seguirán dos estrategias principales; Por un lado, se analizarán los sistemas de inyección de vapor mediante compresores rotativos y, por otro, se desarrollarán modelos avanzados de crecimiento de escarcha. Con la integración de ambos enfoques en un modelo global de la bomba de calor, se espera optimizar el diseño de los equipos existentes que trabajan a bajas temperaturas ambiente de tal manera que el prototipo resultante pueda trabajar con mayores diferencias de temperatura, mayores eficiencias y mayores capacidades de calentamiento que los sistemas existentes en el mercado. Esta predicción se basa en el hecho de que los compresores rotativos de inyección de vapor no son una tecnología muy extendida y los modelos de crecimiento de escarcha no se han utilizado para diseñar evaporadores hasta ahora. Este fenómeno ha sido considerado únicamente a partir de enfoques empíricos. Relacionado con el punto dos, en el diseño de la bomba de calor, la carga de refrigerante también se va a considerar como un parámetro de diseño; Esto implicará la mejora de los modelos actuales de estimación de carga, la selección de los componentes para reducir la cantidad de carga y el desarrollo de estrategias para gestionar la variabilidad de la carga efectiva en el sistema. Para el punto tres, se realizará un análisis del comportamiento del sistema bajo diferentes fallos no críticos de tal forma que permita el desarrollo de sensores virtuales para la detección temprana y diagnóstico de fallos que pudieran degradar el rendimiento de la bomba de calor. Por último, la bomba de calor debe integrarse correctamente en el edificio donde va a trabajar. Un dimensionamiento no óptimo del sistema, una configuración incorrecta del mismo y no tener en cuenta las fuentes de energía disponibles (de la red o del edificio) podrían reducir significativamente los beneficios finales de su uso. Para avanzar en esa dirección, en la última parte del proyecto, se seguirán pautas para considerar todos estos factores en al menos un edificio predefinido, de modo que la metodología desarrollada para ese edificio ejemplifique cómo utilizar el enfoque proyectual en otras tipologías.