Estudio optimizado de una bomba de calor para la produccion de agua caliente sanitaria mediante el uso de fuentes de calor residual

Abstract

[ES] La producción de agua caliente sanitaria es una necesidad básica en nuestra sociedad a día de hoy. A menudo, este requerimiento de agua caliente es subsanado mediante la utilización de calderas tradicionales, tal y como se lleva haciendo frecuentemente en edificios de viviendas desde hace mucho tiempo. Sin embargo, las bombas de calor representan una solución más renovable y efectiva hoy en día. Asimismo, este tipo de máquinas son compatibles con la integración de sistemas renovables como la energía solar y tienen la capacidad de reutilizar el calor residual de fuentes externas. En este trabajo se pretende estudiar el comportamiento y optimización de un prototipo de bomba de calor, diseñado en el Instituto de Ingeniería Energética de la UPV, mediante la realización de ensayos en diferentes puntos con dos configuraciones diferentes de la máquina, llamadas Modo B y Modo C. Los puntos ensayados en este trabajo tienen como variación principal las temperaturas de entrada y salida de agua en el evaporador y condensador, así como el subcooling y el sobrecalentamiento. Esta bomba agua-agua utiliza como refrigerante propano R290 y trabaja en un ciclo subcrítico, utilizando amplios saltos de temperatura y grandes subenfriamientos en el condensador para la producción de calor. A su vez, anexado a ella encontramos diferentes circuitos de agua, glicol y R410a destinados a simular las condiciones de reaprovechamiento de energía que se darían en la práctica si utilizáramos el calor proveniente de las aguas grises o de otras fuentes externas. Para este estudio también se han tenido en cuenta los precedentes de bombas de calor de CO2, así como el estado del arte del ACS y su normativa.

[CA] La producció d'aigua calenta sanitària és una necessitat bàsica en la nostra societat hui en dia. Sovint, aquest requeriment d'aigua calenta és esmenat mitjançant la utilització de calderes tradicionals, tal com es porta fent freqüentment en edificis d'habitatges des de fa molt de temps. No obstant això, les bombes de calor representen una solució més renovable i efectiva als nostres dies. Així mateix, aquest tipus de màquines són compatibles amb la integració de sistemes renovables com l'energia solar i tenen la capacitat de reutilitzar la calor residual de fonts externes. En aquest treball es pretén estudiar el comportament i optimització d'un prototip de bomba de calor, dissenyat a l'Institut d'Enginyeria Energètica de la UPV, mitjançant la realització d'assaigs en diferents punts amb dues configuracions diferents de la màquina, nomenades Mode B i Mode C. Els punts assajats en aquest treball tenen com a variació principal les temperatures d'entrada i eixida d'aigua a l'evaporador i condensador, així com el subcooling i el sobreescalfament. Aquesta bomba aigua-aigua utilitza com a refrigerant propà R290 i treballa en un cicle subcrític, utilitzant amplis salts de temperatura i grans subenfredaments al condensador per a la producció de calor. A més a més, annexat a ella trobem diferents circuits d'aigua, glicol i R410a destinats a simular les condicions de reaprofitament d'energia que es donarien en la pràctica si utilitzàrem la calor provinent de les aigües grises o d'altres fonts externes. Per a aquest estudi també s'han tingut en compte els precedents de bombes de calor de CO2, així com l'estat de l'art de l'ACS i la seua normativa.

[EN] The production of sanitary hot water is a basic necessity in our society to this day. Often, this requirement for hot water is remedied by the use of traditional boilers, as has been done frequently in residential buildings for a long time. However, heat pumps represent a more renewable and effective solution today. Also, these types of machines are compatible with the integration of renewable systems such as solar energy and have the ability to reuse waste heat from external sources. This paper aims to study the behaviour and optimization of a prototype heat pump, designed at the Energy Engineering Institute of the UPV, by conducting tests at different points with two different configurations of the machine, called Mode B and Mode C. The points tested in this work have as main variation the inlet and outlet temperatures of water in the evaporator and condenser, as well as subcooling and overheating. This water-water pump uses R290 propane refrigerant and works in a subcritical cycle, using large temperature jumps and large subcoolings in the condenser for the production of heat. In turn, attached to it are different water, glycol and R410a circuits intended to simulate the reuse conditions of energy that would occur in practice if we used the heat from gray water or other external sources. The precedents of CO2 heat pumps, as well as the state of the art of the ACS and its regulations, have also been taken into account for this study.