Bomba de calor acoplada al subsuelo para climatización de vivienda de madera: un caso de estudio

Abstract

Se describen los resultados de simulaciones realizadas sobre una vivienda testigo de madera tomada como caso de estudio. El objetivo principal es determinar la configuración y/o técnica óptima para mejorar el COP de una bomba de calor a fin de reducir consumos de energía en climatización. La vivienda utilizada es una casa de madera sobre la cual se realizó un estudio previo teórico-experimental sobre su comportamiento térmico. A esta vivienda se le incorporó una carga térmica interior definida por un patrón de desarrollado considerando hábitos de una familia tipo de cuatro personas. Como sistema de climatización se empleó una bomba de calor acoplada al subsuelo. El estudio se realizó mediante simulaciones con TRNSYS utilizando componentes y modelos incluidos en las librerías del programa. El código implementado fue sometido a diferentes escenarios que representan situaciones reales para analizar la respuesta del sistema en su conjunto. A fin de comparar los resultados y cuantificar costos energéticos, se toma como estado de referencia la energía necesaria para climatizar la vivienda obtenida a partir de la simulación en modo con control de temperatura y con el patrón de consumo incorporado. Los resultados obtenidos muestran que, para el caso más favorable de alimentar el condensador con agua de subsuelo a 20 ºC, se puede esperar un COP de 5.1 para la bomba de calor empleada. El ahorro energético promedio para los escenarios considerados se ubica en el 49%, lo que representa 1.6 toneladas de CO2 menos al medio ambiente por año.

The simulation results performed on a wood house taken as a case study are described herein. The aim is to determine the configuration and/or optimal technique to improve the COP of a heat pump to reduce energy consumption in air conditioning. The theoretical and experimental thermal behavior of the wood house analyzed was studied in a previous work. An energy consumption pattern appropriate to the habits of a typical family of four persons was incorporated into the model. A heat pump coupled to ground was used as conditioning system. The study was performed by simulations using TRNSYS components and models included in the libraries of the program. To analyze the response of the system as a whole the implemented code was subjected to different scenarios that represent real physical situations. In order to compare the results and quantify energy costs, the base energy demand was determined as that obtained from the simulation in temperature control mode and taking into account the consumption pattern developed. The results show that, for the most favorable case of feeding the condenser with underground water at 20 ° C, it can be expected a COP of 5.1 for the heat pump used. The average energy savings for the scenarios considered is in the order of 49%, which represents a reduction of 1.6 tonnes of CO2 into the environment each year.