Tipos y características de las bombas de calor de fuente de aire con tecnología de bajas emisiones de carbono

Resumen: Las bombas de calor aerotérmicas tienen buenas perspectivas de aplicación y se han desarrollado diversos tipos gracias a su fácil acceso a bajas temperaturas. Cada tipo de bomba de calor aerotérmica tiene sus propias características y aplicabilidad, y se pueden seleccionar los productos adecuados según el escenario de aplicación. 

El calor a baja temperatura de las bombas de calor aerotérmicas proviene del aire, por lo que se utilizan ampliamente en proyectos con escasez de calor residual y tienen amplias posibilidades de aplicación. Las bombas de calor aerotérmicas también han experimentado un rápido desarrollo, con la aparición de diversos tipos de productos en el mercado.

Los diferentes tipos de bombas de calor de fuente de aire tienen sus propias características, y este artículo presenta algunas bombas de calor de fuente de aire comunes.

Bomba de calor eléctrica con fuente de aire comprimido

La bomba de calor eléctrica con fuente de aire por compresión es el tipo más común y la principal tecnología en muchas regiones para convertir carbón en electricidad.

La bomba de calor de aire comprimido eléctrica utiliza un motor eléctrico para impulsar la rotación del compresor, presurizando el vapor refrigerante de baja presión a alta presión y aumentando la temperatura de condensación. En el condensador, el vapor refrigerante se condensa y libera calor, generando calor externo, mientras que el vapor refrigerante se convierte en refrigerante líquido. Tras la despresurización del refrigerante líquido por la válvula de mariposa, la temperatura de evaporación disminuye. El evaporador absorbe el calor del aire externo y el refrigerante líquido se evapora en vapor refrigerante de baja presión, que luego ingresa al compresor para el siguiente ciclo.

La bomba de calor eléctrica de aire comprimido utiliza un compresor y una válvula de mariposa para dividir el refrigerante en partes de alta y baja presión, logrando así la función de calentar el aire a baja temperatura. Durante este proceso, se consume una pequeña cantidad de electricidad, que también se añade al sistema de calefacción. La bomba de calor eléctrica de aire comprimido tiene una pequeña capacidad unitaria y es adecuada para la calefacción doméstica. Si se utiliza para calefacción centralizada (para zonas residenciales, etc.), requiere muchas instalaciones y ocupa un espacio considerable.

El principal problema de las bombas de calor de aire comprimido eléctricas es la formación de escarcha. Cuando la temperatura de evaporación del refrigerante es inferior a la temperatura del punto de rocío del aire, se forma escarcha en la superficie del calentador de aire, lo que afecta la eficiencia de la transferencia de calor. El proceso de descongelación aumenta el consumo de energía y afecta el confort. Si bien diversos fabricantes han desarrollado tecnologías como islas de energía e intercambiadores de calor multizona para el procesamiento, no existe una solución definitiva para este problema.

La amplitud de aumento de temperatura de las bombas de calor de aire comprimido eléctricas es relativamente alta y, según el tipo de compresor, se pueden clasificar en: de una sola etapa, multietapa y de suministro de aire intermedio. Especialmente con el uso de CO₂ como fluido de trabajo, existen más opciones para las bombas de calor de aire comprimido eléctricas de alta temperatura.

Bomba de calor de fuente de aire con compresión de gas

La bomba de calor de aire comprimido a gas utiliza un motor de gas para generar energía cinética, impulsando así la rotación del compresor. El funcionamiento de los demás componentes es similar al de una bomba de calor de aire comprimido eléctrica. La unidad de bomba de calor de aire comprimido es relativamente pequeña y la potencia del motor de gas no es alta. Puede funcionar con el motor de un automóvil.

Las bombas de calor de aire comprimido a gas también presentan el problema de la formación de escarcha. Gracias al uso de gas como energía motriz, pueden descongelarse con gases de combustión, lo que resulta en un mayor confort térmico en comparación con las bombas de calor de aire comprimido eléctricas. Sin embargo, su coste es relativamente elevado.

Bomba de calor de fuente de aire con absorción de amoníaco

La bomba de calor de aire con absorción de agua y amoníaco adopta el principio del ciclo de absorción, y el fluido de trabajo es una solución acuosa de amoníaco. Calienta la solución concentrada de amoníaco con una fuente de calor de alta temperatura, evaporando el gas de amoníaco y formando una solución diluida de amoníaco. La condensación del gas de amoníaco a alta presión proporciona calor externo mientras produce amoníaco líquido. El amoníaco líquido se evapora a baja temperatura tras la regulación, absorbiendo calor del aire exterior para formar gas de amoníaco. El amoníaco es absorbido por la solución diluida de amoníaco, liberando calor al exterior, y la solución concentrada de amoníaco resultante entra en el siguiente ciclo.

Este proceso utiliza amoníaco como refrigerante y agua como absorbente. La temperatura de evaporación del amoníaco líquido es muy baja, lo que permite absorber el calor del aire a baja temperatura. Sin embargo, durante el funcionamiento de la unidad, el amoníaco experimenta una conversión bifásica gas-líquido, lo que genera una alta presión interna y facilita las fugas. Las fugas de amoníaco representan un cierto nivel de peligro y requieren protección y ventilación adecuadas.

La capacidad de una sola unidad de bomba de calor de aire por absorción de agua con amoníaco también es relativamente pequeña. Si la carga térmica es elevada, es necesario operar varias unidades en paralelo.

El dispositivo también presenta problemas de congelación. Sin embargo, dado que la unidad funciona con calor de alta temperatura (como gas, vapor, etc.), la descongelación es relativamente sencilla y apenas afecta la comodidad de la calefacción.

Bomba de calor de aire por absorción de bromuro de litio

Todas las bombas de calor aerotérmicas mencionadas presentan problemas de escarcha y descongelación. Si bien cada una cuenta con sus propias soluciones, también afectan el confort de la calefacción y, lo que es más importante, el COP de la bomba de calor y aumentan el consumo de energía. La bomba de calor aerotérmica de absorción con bromuro de litio soluciona por completo el problema de la escarcha.

La bomba de calor de aire de absorción de bromuro de litio adopta un ciclo de absorción para la recuperación de calor residual. En el ciclo de absorción convencional de bromuro de litio, se utiliza agua como refrigerante y una solución de bromuro de litio como absorbente. El agua es el refrigerante, y la temperatura de refrigeración debe ser superior a 0 °C; de lo contrario, el agua se congelará y provocará un fallo en el funcionamiento de la unidad. Esta es también la razón por la que las bombas de calor de absorción de bromuro de litio convencionales no pueden absorber calor por debajo de 0 °C.

Para resolver este problema, la fuente de aire de absorción de bromuro de litio utiliza un método de pulverización de solución para extraer calor del aire, evitando el problema de la congelación del agua a 0 ℃ y logrando una recuperación de calor residual a baja temperatura.

La bomba de calor de aire por absorción de bromuro de litio tiene una gran capacidad unitaria y no es adecuada para calefacción doméstica. Es más adecuada para calefacción centralizada, especialmente en la renovación de salas de calderas para ahorrar energía. La bomba de calor de aire por absorción de bromuro de litio adopta un método de intercambio de calor por pulverización, que utiliza una solución para absorber el calor del aire. No solo evita la formación de escarcha, sino que también absorbe el calor latente del vapor de agua en aire con alta humedad, mejorando así la eficiencia de extracción de calor.

Las bombas de calor de aire por absorción de bromuro de litio son más adecuadas para proyectos de calefacción centralizada en el sur. Incluso con alta humedad, no se congela y, en cambio, promueve la recuperación de calor residual.

Resumen

El mercado de bombas de calor aerotérmicas es amplio y diverso, adecuado para diversas aplicaciones de calefacción que buscan ahorrar energía. Elegir el tipo de bomba de calor aerotérmica adecuado según las características de la aplicación permite lograr mejores resultados de calefacción.