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Sistemas Bombas de Calor en Edificios

Comerciales e Industriales

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Martin Saelzer - PhD© Andrés Rodríguez A.

Contenido

1.- Sistemas de Producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS) y

Calefacción (ACC)

2.- Tecnología bombas de calor

3.- Tipos de bombas de calor

4.- Ejemplos prácticos

5.- Conclusiones y discusión

1. Sistemas de producción de Agua Caliente (ACS y ACC)

- Calefactor Eléctrico

(Termo) - Caldera (GN, GLP,

Biomasa, Petróleo)

- Bomba de calor

- Calefactor

Instantáneo - Sistema

solar

No es

autosuficiente

Necesita

apoyo energía

auxiliar

Consumo Energético

Eficiencia Sistema Consumo energético (por m3

de ACS a 45°C)

Termo

eléctrico

Caldera

Bomba

de Calor

98%

90%

300%

149 MJ

163 MJ

49 MJ

2. Tecnología Bombas de Calor

Funcionamiento de una Bomba de Calor Sistema de Calentamiento con Bombas de Calor

Refrigerante

Funcionamiento de una Bomba de Calor

Sistema de Calentamiento con Bombas de Calor

Una bomba de calor transporta energía desde un lugar de baja temperatura a

otro de mayor temperatura

Funciona como un refrigerador, pero su objetivo no es enfriar sino calentar.

Funcionamiento de una Bomba de Calor

Eficiencia

La eficiencia del Sistema se expresa con el coeficiente COP.

En el caso de arriba, el COP es de 3,5.

Un dato más representativo es el SEER. En Santiago, para bombas

aerotérmicas llega a 3

3. Tipos de Bombas de Calor

Tipos de bombas de calor

Se pueden clasificar de diversas formas:

1. Según su funcionamiento

• Reversibles: Pueden funcionar tanto en ciclo de calefacción como en

ciclo de refrigeración invirtiendo el sentido de flujo del fluido.

• No Reversibles: Únicamente funcionan en ciclo de calefacción

• Polivalentes (o termofrigobombas): Producen simultáneamente frío y

calor.

Tipos de bombas de calor

Se pueden clasificar de diversas formas:

2. Según el medio con el que intercambian calor (origen y destino de la energía)

Es la clasificación más utilizada. La Bomba de Calor se denomina mediante

dos palabras. La primera corresponde al medio del que absorbe el calor (foco

frío) y la segunda al medio receptor (foco caliente).

Medio del que extrae

la energía: medio de

orígen

Medio al que se cede

la energía: medio de

destino

Aplicación

AIRE AIRESon las más utilizadas, especialmente

en climatización

AIRE AGUA Se utiliza mucho para ACS y ACC

AGUA AIRE

Aprovechan la energía contenida en el

agua de ríos, aguas residuales o

subterráneas

AGUA AGUA

Parecidas a las anteriores. El agua tiene

una temperatura más constante en el

año --> mejor COP

TIERRA AIRE

Extraen el calor de la tierra, cuya

temperatura a poca profundidad

permanece prácticamente constante.

TIERRA AGUASon las denominadas bombas de calor

geotérmicas

Bombas de calor geotérmicas:

Tipos de bombas de calor

Tipos de bombas de calor

Se pueden clasificar de diversas formas:

3. Según su morfología o construcción

• Compactas: Todos los elementos que constituyen la Bomba de Calor se

encuentran alojados dentro de una misma carcasa.

• Split o partidas: Están constituidas por dos unidades separadas. Una

exterior donde se aloja el compresor, la válvula de expansión y

ventiladores y una unidad interior. De esta manera se evitan los ruidos en

el interior local.

• Multisplit: Están constituidas por una unidad exterior y varias unidades

interiores.

4. Ejemplos Prácticos

Pesquera - Talcahuano

4. Ejemplos Prácticos

Pesquera - Talcahuano

Situación original:

• Calefacción con estufas eléctricas en oficinas y camarines

• Cara e ineficiente.

• Solicitud por recambio tecnológico

Consideraciones:

• Potencia necesaria equipos: 80 kWt

• Demanda energética de calefacción: 84.480 kWh/año

• 3 tecnologías a evaluar: caldera a diesel, caldera a pellet, bomba de calor

aire-agua.

4. Ejemplos Prácticos

Pesquera - Talcahuano

Caldera Diesel: • Ƞ = 85%, C_diesel: 650 $/kg

Caldera Diesel Costos

tasa de descuento 10.0% Sistema de calefacción

Inversión -12,567,397 $ Item Cantidad Costo

FC año 1 -6,088,988 $ Caldera de Pie Italiana (80 kW) Sin quemador 1 1,348,563 $

FC año 2 -6,088,988 $ Quemador a Petroleo CIB Unigas 1 465,764 $

FC año 3 -6,088,988 $ Boquilla Quemador 1 13,160 $

FC año 4 -6,088,988 $ Mano de Obra instalación caldera gl 1,150,000 $

FC año 5 -6,088,988 $ Radiadores dobles de aluminio (2x0,5 m) 11 1,682,538 $

FC año 6 -6,088,988 $ Mano de obra instalación radiadores gl 120,000 $

FC año 7 -6,088,988 $ Prueba hidráulica línea calefacción gl 110,000 $

FC año 8 -6,088,988 $ Mano de Obra extracción equipos antiguos gl 65,000 $

FC año 9 -6,088,988 $ Separador Hidráulico 1 340,000 $

FC año 10 -6,088,988 $ Bombas calefacción SXM 40-110 2 2,250,000 $

Traslado equipos gl 100,000 $

CAN -45,437,812 $ Materiales instalación caldera + calefacción gl 916,500 $

Secadores de toallas

Secadores de toallas 32 3,615,872 $

Instalación secadores de toallas gl 390,000 $

Total Inversión 12,567,397 $

Operacionales y mantenimto

Mantenimiento anual 500,000 $/año

Costo Energético 5,588,988 $/año

Subtotal 6,088,988 $/año

4. Ejemplos Prácticos

Pesquera - Talcahuano

Caldera Pellet: • Ƞ = 89%, C_pellet: 190 $/kg

Caldera Pellet Costos

tasa de descuento 10.0% Sistema de calefacción

Inversión -21,739,910 $ Item Cantidad Costo

FC año 1 -5,058,994 $ Caldera Pellet Italiana 80 kW 1 11,000,000 $

FC año 2 -5,058,994 $ Mano de Obra instalación caldera gl 1,150,000 $

FC año 3 -5,058,994 $ Radiadores dobles de aluminio (2x0,5 m) 11 1,682,538 $

FC año 4 -5,058,994 $ Mano de obra instalación radiadores gl 120,000 $

FC año 5 -5,058,994 $ Prueba hidráulica línea calefacción gl 110,000 $

FC año 6 -5,058,994 $ Mano de Obra extracción equipos antiguos gl 65,000 $

FC año 7 -5,058,994 $ Separador Hidráulico 1 340,000 $

FC año 8 -5,058,994 $ Bombas calefacción SXM 40-110 2 2,250,000 $

FC año 9 -5,058,994 $ Traslado equipos gl 100,000 $

FC año 10 -5,058,994 $ Materiales instalación caldera + calefacción gl 916,500 $

CAN -48,022,944 $ Secadores de toallas

Secadores de toallas 32 3,615,872 $

Instalación secadores de toallas gl 390,000 $

Total Inversión 21,739,910 $

Operacionales y mantenimto

Mantenimiento anual 1,440,000 $/año

Costo Energético 3,618,994 $/año

Subtotal 5,058,994 $/año

4. Ejemplos Prácticos

Pesquera - Talcahuano

Bombas de calor: • COP = 3,1, C_E: 66 $/kWh

Bombas de Calor Costos

tasa de descuento 10.0% Sistema de calefacción

Inversión -28,670,667 $ Item Cantidad Costo

FC año 1 -2,198,606 $ Bomba de calor aire-agua 50 kW 2 17,337,573 $

FC año 2 -2,198,606 $ Mano de Obra instalación bomba de calor gl 1,110,000 $

FC año 3 -2,198,606 $ Radiador de baja temperatura Jaga + kit

instalacion 11

3,062,222 $

FC año 4 -2,198,606 $ Mano de obra instalación radiadores gl 120,000 $

FC año 5 -2,198,606 $ Prueba hidráulica línea calefacción gl 110,000 $

FC año 6 -2,198,606 $ Mano de Obra extracción equipos antiguos gl 65,000 $

FC año 7 -2,198,606 $ Separador Hidráulico 1 340,000 $

FC año 8 -2,198,606 $ Bombas calefacción SXM 40-110 2 2,250,000 $

FC año 9 -2,198,606 $ Estanque de calefacción 1 200,000 $

FC año 10 -2,198,606 $ Traslado equipos gl 70,000 $

CAN -38,345,593 $ Secadores de toallas

Secadores de toallas 32 3,615,872 $

Instalación secadores de toallas gl 390,000 $

Total Inversión 28,670,667 $

Operacionales y mantenimto

Mantenimiento anual 400,000 $/año

Costo Energético 1,798,606 $/año

Subtotal 2,198,606 $/año

4. Ejemplos Prácticos

Pesquera - Talcahuano

Bombas de calor: • COP = 3,1

Importante: Considerar Eficiencias Estacionales y no nominales para

cálculos de consumo energético

4. Ejemplos Prácticos

Pesquera - Talcahuano

Resumen:

Inversión [$]Costos Operacionales

[$/año]CAN 10 [$]

Caldera Diesel 12,567,397 6,088,988 -45,437,812

Caldera a Pellet 21,739,910 5,058,994 -48,022,944

Bombas de Calor 28,670,667 2,198,606 -38,345,593

Montaje unidades exteriores

Sistema de Calefacción con Bombas de Calor

Elementos de Calefacción Sistema de Calefacción con Bombas de Calor

8 Secadores de toallas

en cada camarín

9 Radiadores de baja

temperatura

Esquema de Instalación

Sistema de Calefacción

con Bombas de Calor

Esquema de Instalación

Sistema de Calefacción

con Bombas de Calor

4. Ejemplos Prácticos

Hospitales Necesidad de mayor temperatura o potencia

Apoyo de calderas de condensación

4. Ejemplos Prácticos

Hospitales

Necesidad de mayor

temperatura o potencia

Apoyo de calderas de

condensación

5. Conclusiones y discusión

• Costos operacionales reducidos a 1/3 aprox.

• Períodos de Retorno de inversión bajos

• Plazos de ejecución reducidos.

• Ahorro en mantención preventiva y correctiva.

• Considerar SEER y no COP nominal en los cálculos

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Industriales

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