Científicos de la Universidad de Liubliana (Eslovenia) han desarrollado una bomba de calor (HP, por sus siglas en inglés) de refuerzo como alternativa a la tecnología de compresión de vapor en subestaciones de calefacción urbana (DH) de temperatura ultrabaja.
“Los sistemas de calefacción urbana de cuarta generación siguen siendo adecuados para calentar espacios a baja temperatura, pero las temperaturas son demasiado bajas para preparar agua caliente sanitaria”, explica el investigador. “Se pueden utilizar boosters que aumenten las temperaturas de los DH de baja temperatura hasta los niveles necesarios para los sistemas de calefacción de espacios y para el calentamiento de agua caliente sanitaria. Estos boosters pueden aplicarse de forma centralizada para todo un edificio o localmente para un apartamento.”
Los módulos termoeléctricos (TE) son componentes que aprovechan el efecto Peltier. Están formados por varios pares de semiconductores de tipo n y tipo p, y cuando la corriente eléctrica pasa a través de ellos, un lado del módulo se enfría y el otro se calienta.
En la configuración del sistema propuesto se utilizaron diez módulos Peltier de una etapa, cada uno con una potencia máxima de refrigeración de 165 W y una potencia eléctrica máxima de 289,2 W.
“Los módulos TE se colocaron por parejas en cinco filas a lo largo del intercambiador de calor (HEX). Los 10 módulos TE están rodeados de aislamiento y colocados entre dos intercambiadores de calor de aletas de espiga”, declaró el grupo, señalando que el flujo de agua del sistema DH se divide en dos flujos, uno que fluye a través del intercambiador de calor frío y otro a través del intercambiador de calor caliente en contracorriente.
Los módulos TE situados entre los intercambiadores de calor frío y caliente bombean el calor del agua del frío al agua del intercambiador de calor caliente. A continuación, el agua calentada fluye hacia el acumulador térmico, según los investigadores.
Los académicos realizaron una simulación numérica del sistema mediante un simulador experimental de DH a pequeña escala. Afirmaron que el sistema experimental puede imitar un sistema real y sus características, y es capaz de ampliarse para aplicaciones reales.
La simulación demostró que la bomba de calor de refuerzo puede aumentar eficazmente la temperatura del agua hasta 10 ºC, con un coeficiente de rendimiento (COP) de 2,4. Utilizando la instalación junto con la subestación DH, los resultados mostraron que con un caudal de 180 ml/min y una potencia calorífica de 134 W, el booster alcanzaba el funcionamiento estable en cinco minutos y elevaba la temperatura del depósito de agua de 30 a 32 ºC a 40-42 ºC.
“A pesar de su menor eficiencia exergética en comparación con la compresión de vapor, esta tecnología ofrece ventajas como su compacidad, funcionamiento silencioso sin vibraciones, fácil control de la potencia y longevidad”, concluyen los investigadores.
Sus hallazgos se presentaron en “Small demonstrator of a thermoelectric heat-pump booster for an ultra-low-temperature district-heating substation” (Pequeño demostrador de un refuerzo de bomba de calor termoeléctrica para una subestación de calefacción urbana de temperatura ultrabaja), publicado en Applied Energy.
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