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Bombas de calor: la mejora del 16% del COP le otorga a Refra y Siemens un premio del sector
Las bombas de calor Refra con válvula Siemens MVL702 logran un 16% más de COP, ofrecen gran ahorro energético y ganan premio en Reino Unido.
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Absolutely Chilled y Refra ganan el premio en la categoría mejor producto Bombas de Calor Comerciales en los "National ACR & Heat Pump Awards" © ACR Journal
El reto de los altos precios de la energía está empujando a los fabricantes de bombas de calor a innovar su cartera hacia soluciones más eficientes. Las bombas de calor, cuya demanda se está disparando en toda Europa, son una alternativa más respetuosa con el medio ambiente que las calderas tradicionales, y ofrecen a los usuarios la posibilidad de beneficiarse de un ahorro significativo, pero sólo si se hace una selección inteligente de la bomba de calor.
Refra, un fabricante lituano de equipos de climatización , identificó una forma de aumentar la eficiencia de sus bombas de calor de propano reversibles integrando la válvula de expansión magnética MVL702, de Siemens. La válvula ajusta con rapidez y precisión la cantidad de refrigerante líquido en el evaporador, lo que permite a las bombas de calor Refra alcanzar una potencia de calefacción/refrigeración considerablemente mayor que las que incorporan una válvula paso a paso. Siemens afirma que su MVL702 es diez veces más rápida que las soluciones de válvulas paso a paso convencionales, ya que sólo tarda 1 segundo en pasar de cerrada a totalmente abierta. Esta capacidad se debe al movimiento lineal proporcionado por la fuerza magnética, en lugar de la tecnología de giro de husillo mucho más lenta de una válvula paso a paso. Las holguras mecánicas que prevalecen en la tecnología de giro por husillo conducen a posiciones de apertura de válvulas menos precisas.
Ahorro de costes a largo plazo con un control preciso del sobrecalentamiento
La clave del éxito de la MVL702 es su capacidad para reducir el valor de sobrecalentamiento en un 30% aproximadamente, de 9K a 6K por ejemplo , reaccionando muy rápidamente a los cambios de carga. En comparación con la tecnología de válvulas paso a paso, esta reducción del sobrecalentamiento puede ser incluso más significativa en determinadas aplicaciones. El bajo sobrecalentamiento permite un funcionamiento eficaz del evaporador y reduce la diferencia de temperatura a través del intercambiador de calor, lo que se traduce en una menor elevación de la temperatura del ciclo de refrigeración.
Una respuesta rápida y precisa de la válvula es especialmente útil cuando la aplicación presenta muchos cambios de carga, por ejemplo cuando los edificios comerciales o industriales experimentan grandes cambios de temperatura exterior de la noche al día y en aplicaciones con perfiles de carga variables. Por ejemplo, en las salas de conferencias, donde la entrada repentina de gente puede hacer necesaria la refrigeración, y la demanda pasa a calefacción cuando la gente sale. La válvula de expansión magnética permite a la bomba de calor reaccionar eficazmente a las demandas específicas de climatización.
Estas mejoras termodinámicas no son sólo teóricas, sino que también tienen implicaciones prácticas que se traducen en un importante valor financiero. La misma bomba de calor con el circuito de sobrecalentamiento mejorado podría lograr hasta un 14% menos de consumo de energía, al tiempo que proporciona un aumento del 21% en la capacidad de calefacción. Estos resultados subrayan los beneficios prácticos y las ventajas económicas de la nueva válvula de Siemens para mejorar el rendimiento global de las bombas de calor Refra, que ofrecen la mejor eficiencia de su clase.
Evidentemente, el ahorro real de energía depende en gran medida de la aplicación, pero Siemens está dispuesta a presentar una estimación de lo que podrían esperar los usuarios finales.
"Si hablamos de un sistema de 300 kW con nuestra válvula de expansión magnética, el ahorro de energía rondará probablemente los 300 euros al mes", sugiere Richard Bork, Director de producto de Válvulas de Refrigeración de Siemens. "Estos cálculos se basan en 3500 horas de funcionamiento a plena carga al año, con un precio de la electricidad de 0,20 euros por kWh y valores de sobrecalentamiento 3K más bajos. El ahorro podría ser mayor o menor, por supuesto, dependiendo de factores como el control de calidad de la solución de válvula paso a paso existente, las condiciones exactas de funcionamiento, el perfil de carga y las necesidades de desescarche, pero proporciona una buena idea del potencial de ahorro".
Estas mejoras termodinámicas no son sólo teóricas, sino que también tienen implicaciones prácticas que se traducen en un importante valor financiero. La misma bomba de calor con el circuito de sobrecalentamiento mejorado podría lograr hasta un 14% menos de consumo de energía, al tiempo que proporciona un aumento del 21% en la capacidad de calefacción. Estos resultados subrayan los beneficios prácticos y las ventajas económicas de la nueva válvula de Siemens para mejorar el rendimiento global de las bombas de calor Refra, que ofrecen la mejor eficiencia de su clase.
Evidentemente, el ahorro real de energía depende en gran medida de la aplicación, pero Siemens está dispuesta a presentar una estimación de lo que podrían esperar los usuarios finales.
"Si hablamos de un sistema de 300 kW con nuestra válvula de expansión magnética, el ahorro de energía rondará probablemente los 300 euros al mes", sugiere Richard Bork, Director de producto de Válvulas de Refrigeración de Siemens. "Estos cálculos se basan en 3500 horas de funcionamiento a plena carga al año, con un precio de la electricidad de 0,20 euros por kWh y valores de sobrecalentamiento 3K más bajos. El ahorro podría ser mayor o menor, por supuesto, dependiendo de factores como el control de calidad de la solución de válvula paso a paso existente, las condiciones exactas de funcionamiento, el perfil de carga y las necesidades de desescarche, pero proporciona una buena idea del potencial de ahorro".
Válvulas de expansión magnética MVL702 de Siemens © Ilona Brant Pavšukova
Prueba de campo en condiciones reales de temperatura ambiente
Afirmar que un producto es eficiente y demostrarlo son dos cosas distintas, por lo que Refra llevó a cabo en Lituania una prueba exhaustiva en condiciones reales y en tiempo real con una bomba de calor reversible Refra IGNIS que incluía dos circuitos: uno con la válvula Siemens y otro con una válvula de motor paso a paso de otra marca. La capacidad de refrigeración del circuito es de -6/50 °C 21,9 kW, mientras que la de calefacción es de 31,1 kW. Ambos circuitos presentan un diseño idéntico/simétrico.
La prueba se realizó en condiciones concretas: 50 °C de consigna de calefacción, 30-32 °C de temperatura del agua de impulsión y -6 °C de temperatura exterior. Ambos circuitos funcionaron al 100% de su capacidad debido a la imposibilidad de alcanzar el punto de consigna, lo que permitió evaluar el rendimiento de las válvulas en escenarios difíciles.
Los datos registrados de la prueba se analizaron dividiendo aleatoriamente el periodo de tiempo investigado en 7-8 periodos de tiempo idénticos. Este enfoque pretendía igualar las desviaciones en los valores fluctuantes del proceso, garantizando valores medios fiables para la evaluación. A efectos de cálculo, fue necesario hacer algunas suposiciones y simplificaciones que permitieran un análisis exhaustivo del rendimiento y la eficiencia de la bomba de calor en condiciones controladas: eficiencia isentrópica de 0,8; caídas de presión asumidas como 0 bar en el evaporador, el condensador y las líneas de aspiración y descarga; tolerancia de los sensores no considerada; y las características mantenidas para el compresor en cada circuito fueron de un caudal volumétrico constante de 35,5 m³/h con eficiencia volumétrica constante.
Bomba de calor Refra Ignis Heat durante una prueba de campo en Lituania © Ilona Brant Pavšukova
La comparación directa de válvulas revela una clara ventaja de rendimiento
Los resultados del análisis demuestran claramente el profundo impacto del control del sobrecalentamiento en la eficiencia de las bombas de calor. Los valores más bajos de sobrecalentamiento, influidos por el control SH, conducen a una temperatura de evaporación más alta, lo que resulta en valores COP elevados y ciclos de desescarche reducidos.
Concretamente, al comparar el circuito de la bomba de calor Refra que incorpora la nueva válvula Siemens con el circuito de la válvula paso a paso, se observa un notable aumento del COP de hasta un 8,3% en modo calefacción. Además, una comparación directa considerando el ciclo de calefacción completo (incluido el modo de desescarche), revela un aumento aún más sustancial del COP. Debido al modo de calentamiento más prolongado del circuito de la válvula de expansión magnética, el COP aumenta hasta un 16,4% en comparación con el circuito de la válvula paso a paso.
A continuación se muestra el registro de datos y el análisis del circuito de la válvula paso a paso:
Registro de datos del informe interno © Siemens.
Tras la transición de desescarche, la consigna de sobrecalentamiento (2) parte de 7K antes de aumentar (debido a la elevada fluctuación) hasta 10K. La mejor desviación de control del valor de recalentamiento conseguida es de +0,3/-0,6K, mientras que la temperatura de evaporación (1) pasa de -16 °C a -20 °C y activa la transición de desescarche. La fluctuación media de la temperatura del gas de aspiración es de ±0,5K (3). Concretamente, el periodo total de calentamiento del circuito de válvulas paso a paso es de 1:01:12 horas.
A continuación se muestra el registro de datos contrastados y el análisis del circuito que incorpora la válvula de expansión magnética MVL702, cuyo principio de funcionamiento es completamente distinto al de una válvula paso a paso:
Registro de datos del informe interno © Siemens.
Este circuito llega mucho más rápido a condiciones estables después de la transición de desescarche, como indican las líneas suaves (en lugar de onduladas) del gráfico. El valor de consigna del sobrecalentamiento (2) comienza en 6K y sube en pocos minutos a 6,2K con un rebasamiento máximo de 0,4 K. La desviación media de control del valor del sobrecalentamiento permanece constante en +0,0/-0,2K, mientras que la temperatura de evaporación (1) se desplaza debido a la escarcha de -13,8 °C a -20 °C y activa la transición al desescarche. La fluctuación media de la temperatura del gas de aspiración es, de nuevo, de ±0,5K (3). Como resultado de este rendimiento, el periodo total de calefacción (sin desescarche) proporcionado por la bomba de calor Refra con válvula Siemens se duplica con creces hasta las 2:11:00 horas.
Reducir el tiempo de desescarche permite ahorrar más energía
Otra gran ventaja de la tecnología de válvula de expansión magnética en las bombas de calor Refra A2W es la función de desescarche. Un sobrecalentamiento más bajo permite hacer funcionar el sistema a temperaturas de evaporación más altas, especialmente en carga parcial, y aprovechar la transferencia de calor del evaporador. ¿El resultado? Mucho menos hielo en el evaporador a temperaturas del aire de ≤0 °C. Menos escarcha significa menos desescarches. Todas las bombas de calor utilizan energía para desescarchar, por lo que reducir el tiempo necesario para ello, y por ende la cantidad de ciclos de desescarche supone un ahorro de energía considerable.
En la prueba, el circuito de la bomba de calor con la válvula paso a paso pudo hacer su ciclo de calefacción durante 3787 segundos (unos 63 minutos) sin ejecutar un ciclo de desescarche. En cambio, el circuito con la válvula de expansión magnética MVL702 pudo funcionar durante 7961 segundos (aproximadamente 133 minutos). Esto demuestra el potencial de ahorro de algo más del 50% en el consumo de energía. Además, en lugar de desescarchar, el sistema puede utilizar el tiempo de desescarche ahorrado para realizar la calefacción. Esta capacidad puede duplicar la eficiencia energética de la bomba de calor.
Un premio nacional marca el avance de Refra en el mercado británico
El reconocimiento del potencial avance revolucionario de las bombas de calor reversibles Refra con tecnología de válvula de expansión magnética de Siemens ha dado lugar a un prestigioso premio. Absolutely Chilled Ltd, el distribuidor exclusivo en el Reino Unido de las bombas de calor Refra desde 2018, ha sido nombrado ganador en la categoría de Producto de Bomba de Calor Comercial en los Premios Nacionales ACR & Heat Pump (otorgados por ACR Journal y patrocinados por Heat Pumps Today).
El premio, presentado en una ceremonia de alto nivel en Manchester, Reino Unido, refleja el longevo compromiso de Refra con las soluciones responsables con el medio ambiente, que se remonta a 2011. Como primer socio de pruebas de campo y pionero en la adopción de la válvula de expansión magnética de Siemens para refrigerantes naturales, la empresa está liderando el camino hacia un futuro más respetuoso con el medio ambiente. Toda la línea estándar de bombas de calor A2W reversibles y enfriadoras de propano de Refra incorpora ahora la válvula MVL702.
Se espera que el Reino Unido sea un mercado fuerte para la tecnología de bombas de calor Refra después de que el gobierno del país reservara hasta 20 000 millones de libras para apoyar el despliegue temprano de la captura, uso y almacenamiento de carbono (CCUS). El Plan de Descarbonización del Sector Público (PSDS) forma parte de esta iniciativa, cuyo objetivo es reducir las emisiones de CO2 de los edificios públicos en un 75% de aquí a 2037 (en comparación con la base de referencia de 2017). De hecho, ya se han instalado diez bombas de calor de propano Refra conformes con la norma DSEAR (correspondiente a la norma europea EN378) con válvula Siemens MVL702 y compresores alternativos accionados por inversor en cuatro colegios a lo largo del país.
En palabras de Shane McKenzie, Director de Desarrollo Comercial de Absolutely Chilled "la adopción de bombas de calor Refra por parte de ingenieros de proyectos, consultores y contratistas en edificios nuevos, o la sustitución de calderas tradicionales en edificios existentes, es lo que yo llamaría una obviedad". "Los datos irrefutables de Refra/Siemens hablan por sí solos, con un argumento convincente adicional en forma de refrigerante natural con el que Refra lleva trabajando más de una década".
Richard Bork tiene la última palabra: "Decidimos trabajar con Refra como uno de nuestros primeros socios de pruebas sobre el terreno y el primero en adoptar de serie el MVL702 debido a nuestra larga y fructífera relación profesional, basada en la confianza. Refra también es muy flexible en sus programas de desarrollo, reacciona con rapidez y proporciona información, lo que ayuda a agilizar el proceso de comercialización de un nuevo producto como el MVL702. Refra fue el socio perfecto para la implementación rápida y valoramos mucho su cooperación".
