Análisis transiente de un sistema de bomba de calor acoplado a una piscina doméstica como fuente fría

Abstract

Los sistemas de calefacción representan una de las principales fuentes de consumo energético a nivel doméstico. Por ello surge la necesidad de buscar sistemas de elevada eficiencia y que no estén asociados a la generación de gases contaminantes. Una bomba de calor resulta una opción favorable pues su alta eficiencia se basa en un funcionamiento como transportador de calor, y no a través de una conversión directa. En particular, durante el invierno, las temperaturas máximas que se presentan en Santiago no superan los 20 $[^\circ C]$ y las temperaturas mínimas llegan a ser menores a los 4 $[^\circ C]$, presentando una alta demanda de calefacción durante este periodo. A su vez, debido a las bajas temperaturas, el uso que se hace de una piscina es casi nulo. En este contexto, el objetivo de la presente Memoria fue evaluar, en términos termodinámicos y económicos, la configuración de un sistema de calefacción a través de una bomba de calor, considerando una piscina como fuente de calor. Dentro de la literatura, se han investigado extensamente este tipo de sistemas, tanto a nivel de modelación del ciclo de compresión de vapor como de instalaciones térmicas de bombas de calor. Sin embargo, no se han presentando investigaciones que cuantifiquen el desempeño ni factibilidad económica de una instalación de características similares y que, además, considere las fluctuaciones de las condiciones ambientales a lo largo del periodo de invierno. Un modelo que captura este comportamiento transiente fue desarrollado utilizando la plataforma TRNSYS, para las localidades de Concepción, Santiago y Valparaíso. Por su parte, se empleó el programa EES para modelar el comportamiento en estado estacionario de la bomba de calor. Se propone un análisis termodinámico y económico para evaluar el desempeño termodinámico y los potenciales beneficios, en términos de ahorro, de la configuración. Los resultados muestran un rendimiento bajo de la configuración, en términos del COP, respecto a su valor nominal, debido a las bajas temperaturas que alcanza la piscina. Debido a esto, la configuración presenta ahorros cuando la demanda de calefacción es alta, la cual depende del área superficial de la vivienda y las condiciones ambientales de la localidad. Las dimensiones de la piscina, por su parte, influyen principalmente en el ratio de la capacidad de calefacción de la bomba de calor respecto a su valor nominal, pero no en el rendimiento de la configuración. Se concluye que se presentan ahorros a partir de tamaños de vivienda mayores a los 310 $[m^2]$ en las ciudades de Concepción y Santiago, con una capacidad de calefacción nominal de 14 $[kW]$ como la mejor alternativa entre las analizadas. En ese contexto, cabe mencionar que la entalpía de fusión del agua de la piscina no fue considerada y el modelo de vivienda y radiador posee un nivel de modelación simple.