Bombas de calor a gran escala
Tecnología para la calefacción industrial y urbana con bajas emisiones de carbono
Las bombas de calor a gran escala permiten aprovechar el calor ambiental y el calor cedido a los niveles de capacidad y temperatura que requieren los procesos industriales, los proveedores de energía y las infraestructuras municipales. Proporcionan calor para procesos industriales, abastecen a redes de calefacción locales y urbanas, recuperan el calor que de otro modo se desperdiciaría o combinan la calefacción y la refrigeración en instalaciones reversibles.
Para los contratistas instaladores, las bombas de calor a gran escala e industriales ofrecen oportunidades a largo plazo en el ámbito del suministro de calor industrial y la transición energética. Cada instalación se debe adaptar a la fuente de calor disponible y a la capacidad de calefacción necesaria, así como a la temperatura de suministro, al refrigerante y a las condiciones de funcionamiento.
BITZER suministra componentes para bombas de calor industriales y a gran escala, entre los que se incluyen compresores de pistón, de tornillo y de scroll, intercambiadores de calor, variadores de frecuencia y otros componentes electrónicos. La elección del producto depende de la aplicación y de sus datos de funcionamiento.
¿Qué es una bomba de calor a gran escala?
Una bomba de calor a gran escala es una instalación de alta capacidad diseñada para proporcionar calor con los niveles de potencia y temperatura necesarios, especialmente para redes de calefacción urbana y aplicaciones industriales. En la práctica, las bombas de calor industriales con una capacidad de calefacción a partir de aproximadamente 500 kW se suelen denominar «bombas de calor a gran escala». La capacidad de las instalaciones suele alcanzar varios megavatios.
Dependiendo del diseño de la instalación y del refrigerante, las bombas de calor a gran escala son capaces de proporcionar temperaturas de suministro de hasta +100 °C y superiores. Por el contrario, una bomba de calor industrial no se define por un rango de potencia fijo. El término describe su ámbito de aplicación, y puede proporcionar calor para procesos, recuperar calor cedido industrial o contribuir a la generación combinada de calefacción y refrigeración. Por lo tanto, las bombas de calor industriales pueden funcionar en rangos de potencia tanto pequeños como grandes.
¿Cómo funciona una bomba de calor?
Una bomba de calor extrae energía térmica de una fuente de calor a baja temperatura y la eleva a una temperatura más alta utilizando energía eléctrica. El calor útil resultante se transfiere a un disipador de calor, como ocurre en un proceso industrial, una red de calefacción urbana o una instalación de climatización de un edificio.
El circuito de refrigerante consta de cuatro componentes principales:
- Evaporador: absorbe la energía térmica de la fuente de calor. El refrigerante se evapora a baja presión y temperatura.
- Compresor: comprime el vapor del refrigerante. Aumento de la presión y la temperatura.
- Condensador: transfiere el calor al disipador térmico. El refrigerante se condensa y libera energía térmica.
- Válvula de expansión: reduce la presión y la temperatura antes de que el refrigerante vuelva a entrar en el evaporador.
Este proceso permite aprovechar de forma eficiente el calor ambiental y el calor cedido para aplicaciones industriales, para la calefacción urbana y para instalaciones reversibles de calefacción y refrigeración.
¿Cómo contribuyen las bombas de calor a la descarbonización?
Las empresas se enfrentan a una presión cada vez mayor para que los procesos que consumen mucha energía sean cada vez más eficientes y reduzcan su dependencia de los combustibles fósiles. Las bombas de calor a gran escala contribuyen a esta transición al elevar el calor ambiental y el calor cedido a niveles de temperatura útiles.
Entre sus aplicaciones más habituales se incluyen la calefacción para procesos industriales, las redes de calefacción urbana y las instalaciones reversibles de calefacción y refrigeración. Al sustituir o complementar la generación de calor a partir de combustibles fósiles, las bombas de calor a gran escala pueden reducir las emisiones de CO₂ y mejorar al mismo tiempo el aprovechamiento de las fuentes de energía disponibles.
Para los contratistas instaladores, esto genera oportunidades en los ámbitos de la industria, el suministro energético y las infraestructuras municipales. Para que la implantación tenga éxito, es necesario encontrar el equilibrio adecuado entre la capacidad de calefacción, los niveles de temperatura, las características de la fuente de calor, la eficiencia, la fiabilidad y la rentabilidad.
BITZER respalda los proyectos de bombas de calor con componentes compatibles y con su experiencia en tecnologías de compresión e intercambio de calor.
¿Dónde se utilizan las bombas de calor a gran escala e industriales?
Las bombas de calor a gran escala e industriales se utilizan en todos los casos en que las fuentes de calor a baja temperatura se pueden aprovechar para proporcionar calor útil. Entre sus aplicaciones se incluyen la calefacción en procesos industriales, las redes de calefacción urbana, la recuperación de calor, los edificios comerciales y las instalaciones reversibles de calefacción y refrigeración:
| Applicación | Capacidad de calefacción | Ejemplos |
| Edificios comerciales | Rango de 50 kW a un megavatio | Bombas de calor aire/agua, agua/agua y salmuera/agua, así como unidades enfriadoras de líquido reversibles |
| Calefacción para procesos industriales | Rango de 50 kW a un megavatio | Procesos de secado, galvanoplastia y otros procesos térmicos; soluciones estándar o sistemas diseñados a medida |
| Calefacción urbana | Capacidad de calefacción entre varios cientos de kW y más de 100 MW | Redes locales de calefacción urbana, barrios residenciales y redes de calefacción industrial; sistemas modulares a medida |
| Recuperación de calor | Depende de la aplicación |
¿Cuándo funciona de forma eficiente una bomba de calor?
Una bomba de calor funciona con la mayor eficiencia cuando el diferencial de temperatura entre la fuente de calor y la temperatura útil requerida es pequeño. Cuanto menor sea la diferencia de temperatura, menos energía eléctrica se necesita para alcanzar la capacidad de calefacción deseada.
Esta eficiencia se debe a lo siguiente:
- Temperaturas de alimentación adecuadas
- Una instalación de distribución de calor bien diseñada
- Fuentes de calor disponibles de forma constante
- Componentes eficientes, sobre todo el compresor
El coeficiente de rendimiento (COP, por sus siglas en inglés) describe la relación entre la capacidad de calefacción y la energía eléctrica consumida en condiciones de funcionamiento definidas. El coeficiente de rendimiento estacional (SCOP, por sus siglas en inglés) evalúa la eficiencia real de la instalación de bomba de calor a lo largo de todo un año. En lo que respecta al funcionamiento de la refrigeración, la unidad de medida equivalente es el índice de eficiencia energética estacional (SEER, por sus siglas en inglés). La capacidad de calefacción alcanzable y el COP dependen del diseño del sistema y de las condiciones de funcionamiento.
¿Qué refrigerantes son adecuados para las bombas de calor?
La elección del refrigerante depende del concepto de la instalación, las condiciones de funcionamiento y los niveles de temperatura requeridos. Los refrigerantes adecuados para las bombas de calor deben presentar propiedades termodinámicas favorables, entre las que se incluyen una elevada capacidad de calefacción volumétrica y un alto coeficiente de rendimiento (COP).
Además de los requisitos técnicos, hay que tener en cuenta las novedades en las normativas. En la Unión Europea, entre los marcos legales pertinentes se incluyen el Reglamento (UE) n.º 573/2024 sobre gases fluorados y las posibles restricciones relativas a los PFAS en el marco del Reglamento REACH sobre sustancias químicas.
A medida que se acelera la eliminación gradual de los refrigerantes fluorados, los refrigerantes naturales como el propano (R290), el isobutano (R600a) y el CO₂ (R744) están adquiriendo cada vez más importancia en las nuevas instalaciones de bombas de calor. El refrigerante óptimo depende de las temperaturas de evaporación y condensación, así como de las condiciones en los lados de la fuente de calor y del disipador térmico.
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