Estudio teórico del comportamiento de una bomba de calor en una vivienda unifamiliar, Calibración de modelos matemáticos

Abstract

En una economía futura totalmente electrificada proyectada para el 2050 la instalación térmica por excelencia tendrá como principal elemento generador la bomba de calor accionada por un compresor eléctrico, indiscutible en obra nueva. Este equipo generador tiene una singularidad con respecto a la tradicional caldera, y es que las prestaciones que el fabricante facilita, reguladas en unas condiciones de ensayo normales, no coinciden con las de su uso real. Las prestaciones de otro producto industrial como puede ser una caldera dependen fundamentalmente del estado de carga de la caldera y de la temperatura de trabajo del fluido portador, pero no tanto del clima exterior. Las prestaciones de una bomba de calor son muy sensibles a las variables psicrométricas exteriores como puede ser la temperatura seca o la temperatura húmeda. En particular su potencia térmica y su eficiencia puntual o estacionaria. Esto puede originar dos problemas: a) Que el diseño de estos equipos quede muy infradimensionado. Puede caerse en el error, sobre todo en el diseño de instalaciones térmicas que no están cubiertas por proyecto (generalmente desarrollados por el instalador térmico o frigorista de nivel I), que la bomba de calor se seleccione con la potencia que declara el fabricante en las condiciones nominales, y no se recalcule para las condiciones de diseño o de proyecto de la instalación térmica. b) La eficiencia energética que un fabricante declara, aunque es para cargas parciales, esta es para una demanda y clima de ensayo establecido1 , que evidentemente no coincide con el real de la instalación térmica. Si este valor no se corrige, originará comparaciones con otros sistemas/equipos desiguales a la hora de comparar la eficiencia energética de un edificio. La legislación nacional no obliga a seleccionar un equipo o tecnología concreta, pero si a alcanzar unos niveles mínimos de eficiencia energética del edificio, caracterizados por el consumo de energía primaria y primaria no renovable, y sólo para el caso del servicio de agua caliente sanitaria (en adelante ACS), un porcentaje determinado de consumo de energía renovable valorado sobre la demanda de este servicio. Para estimar estas eficiencias y porcentaje se debe estimar la eficiencia parcial de la instalación térmica, y por tanto estimarse con las condiciones de diseño real del edificio y no con las condiciones normalizadas con las que evalúa el producto el fabricante. El objeto del TFG es analizar que errores se pueden cometer y cómo se deben corregir las prestaciones de las bombas de calor en las condiciones reales de proyecto. Para el caso de la potencia térmica, existe mucha literatura que expone que factores correctores deben ser utilizados, pero para el caso de corregir su COP y EER estacional para la ciudad y el edificio en concreto, no es tan generalizado en el sector. Para finalizar, y cumplir con los objetivos reglados que debe tener un TFG, se expone las conclusiones sobre un modelo teórico de una vivienda unifamiliar ubicada en Madrid, calibrando de esta forma y sobre este ejemplo, los errores que se podrían cometer. Se decide un uso familiar porque esta tecnología será una revolución, tanto en obra nueva como en la rehabilitación, para este tipo de edificios y se quiere reflejar en ellos esta circunstancia (ver anexo 9). Para el desarrollo correcto que debe seguir un proyecto de una instalación térmica se analiza la legislación actualmente publicada y las normas técnicas armonizadas (y sus reglamentos de aplicación) que les afectan, en particular:

1 Se analizará que existe una legislación comunitaria armonizada que regula estas condiciones. Estudio teórico del comportamiento de una bomba de calor en una vivienda unifamiliar. Calibración de modelos matemáticos TFG - 20 -  UNE-EN 14511:2019 Acondicionadores de aire, enfriadoras de líquido y bombas de calor para la calefacción y la refrigeración de locales y enfriadoras de proceso con compresores accionados eléctricamente. o Parte 1: Términos y definiciones o Parte 2: Condiciones de ensayo o Parte 3: Métodos de ensayo o Parte 3: Requisitos  UNE-EN 14825:2019. Acondicionadores de aire, enfriadoras de líquido y bombas de calor con compresor accionado eléctricamente para la calefacción y la refrigeración de locales. Ensayos y clasificación en condiciones de carga parcial y cálculo del rendimiento estacional.  UNE-EN 15879-1:2011 Ensayos y determinación de las características de las bombas de calor con intercambio directo con el terreno con compresor accionado eléctricamente eléctrico para calefacción y/o refrigeración de locales. Parte 1: Bombas de calor con intercambio directo con el agua.  UNE-EN 16147:2017. Bombas de calor con compresor accionado eléctricamente. Ensayos y requisitos para el marcado de equipos para agua caliente sanitaria.  UNE-EN 15316-4-2:2019. Eficiencia energética de los edificios. Método para el cálculo de las demandas energéticas y de las eficiencias de los sistemas. Parte 4-2: Sistemas de generación para calefacción de locales, sistemas de bomba de calor, Módulos M3-8-2, M8-8-2 La industria de la climatización será considerada como un servicio necesario y esencial para la humanidad, y no un lujo superfluo, por lo que su crecimiento mundial está garantizado. En respuesta a la necesidad de bienestar térmico, se estima que el consumo de energía total para la climatización se multiplicará por tres de 2020 a 2050 (informes de la ONU). Este crecimiento debe ser abordado con estrategias y soluciones cuidadosamente diseñadas, para evitar graves impactos económicos y medioambientales, por ello, es vital una correcta estimación de la eficiencia energética de estos sistemas.