Miriam Solana, Technical Knowledge Manager en CAREL
Las innovaciones en el diseño de bombas de calor están dando lugar a unidades más eficientes y fáciles de usar, en respuesta a un mercado cada vez más exigente y a los nuevos requisitos normativos. Este artículo resume los principales objetivos de los proyectos de investigación en curso, centrados en la evolución y mejora de las tecnologías de bombas de calor.
Aumentar la eficiencia, minimizando el coste de energía y reduciendo la huella de carbono, es uno de los objetivos más importantes. Por este motivo, los proyectos actuales se centran principalmente en la digitalización, por un lado, y en la optimización de los diferentes componentes que forman parte de la bomba de calor, por el otro lado.
La investigación en materia de digitalización incluye estrategias de flexibilidad en función de la demanda, con el objetivo de aliviar una parte considerable del estrés que la implementación de bombas de calor provoca en las redes eléctricas1. Al integrar las bombas de calor con un componente de almacenamiento de energía térmica (TES), la mayor parte de la electricidad utilizada para refrigerar o calentar una sala se puede transferir de los períodos de mayor demanda a los de menor demanda2. Además del agua, que ya se utiliza para el TES, la I+D está introduciendo en el mercado los denominados materiales de cambio de fase (PCM), que aprovechan la energía latente del cambio de fase para realizar el TES. Los PCM más utilizados incluyen cera de parafina, hielo y sales hidratadas2.
Los avances en los componentes de las bombas de calor son esenciales para mejorar el rendimiento del equipo. Actualmente, la investigación sobre los intercambiadores de calor tiene como objetivos mitigar el impacto de la mala distribución del flujo del aire y el refrigerante, desarrollar métodos para reducir el coste de los materiales, mejorar las técnicas de fabricación y utilizar otras tecnologías como los desecantes. Además, para permitir una adopción más amplia de las bombas de calor geotérmicas, hay varios proyectos que se centran en reducir el coste de un intercambiador de calor terrestre mediante el desarrollo de una versión con poca profundidad y una herramienta de diseño avanzada para el campo de pozos minimizando de este modo la necesidad de perforación. Por otro lado, el objetivo principal de los proyectos sobre compresores es reducir el consumo de energía y una forma eficaz de lograr esto es mantener baja la temperatura de compresión. Recientemente, varios equipos han intentado desarrollar compresores isotérmicos que transfieran calor desde la cámara durante el proceso de compresión. La investigación sobre tecnologías de desescarche consiste en comparar distintos métodos, como el desescarche por gas caliente, por ciclo inverso o por resistencias. Las nuevas estrategias incluyen el almacenamiento de energía térmica, el uso de bombas de calor de fuente de aire sin escarcha mediante diferentes tecnologías de eliminación de calor latente para deshumidificar el intercambiador exterior, y la optimización del circuito del intercambiador de calor para lograr una formación de escarcha más uniforme2.
La variedad de aplicaciones y condiciones en las que se pueden utilizar las bombas de calor está relacionada con el rango de temperaturas que pueden cubrir. Algunos estudios se centran en aumentar este intervalo. Actualmente, desde una perspectiva tecnológica, las bombas de calor pueden cubrir un rango de temperaturas más amplio que va de los -25ºC hasta los 65ºC necesarios para proporcionar agua caliente destinada a uso sanitario3.
La investigación de nuevos componentes y tecnologías compatibles con refrigerantes alternativos es otra parte importante de los esfuerzos para reducir el impacto ambiental de las bombas de calor y, al mismo tiempo, cumplir con las restricciones impuestas por las regulaciones sobre refrigerantes. Una de las áreas clave es el diseño de unidades compatibles con refrigerantes inflamables, con el fin de respetar las normas de seguridad manteniendo la eficiencia y posiblemente no incrementando los costes. El uso potencial del CO2 como refrigerante es otro tema que, en la mayoría de los casos, implica el uso de tecnologías compatibles con condiciones transcríticas, con un enfoque particular en el aumento de la eficiencia.
La integración de las bombas de calor en los sistemas de ventilación es probablemente una de las innovaciones sistemáticas más importantes. La combinación de sistemas de ventilación con bombas de calor satisface los requisitos de calidad del aire y eficiencia, al mismo tiempo que reduce la inversión necesaria, ya que un solo sistema puede proporcionar ambos servicios3.
La digitalización ha facilitado el uso de las bombas de calor. Por ejemplo, las aplicaciones para dispositivos móviles simplifican y hacen más eficiente la configuración y prueba de los equipos, facilitando la instalación y la puesta en marcha y produciendo beneficios en términos de mantenimiento. Estas aplicaciones y otras herramientas se mejoran constantemente para facilitar el uso de dispositivos cada vez más complejos.
Otros proyectos se centran en la reducción del ruido y el tamaño, que son características clave para hacer las bombas de calor más atractivas para el usuario final.
Por último, pero no menos importante, otro tema de investigación consiste en la mejora de la reciclabilidad de los distintos componentes de las bombas de calor, en línea con la creciente atención de los gobiernos y la sociedad a la economía circular.
Fuentes:
1. Toleikyte, A., Roca Reina, J. C., Volt, J., Carlsson, J., Lyons, L., Gasparella, A., Koolen, D., De Felice, M., Tarvydas, D., Czako, V., Koukoufikis, G., Kuokkanen, A., Letout, S, The Heat Pump Wave: Opportunities and Challenges, Publications Office of the European Union, Luxembourg,2023,doi:10.2760/27877,JRC134045
2. Malhotraa, M., Zhenning, L., Xiaobing, L., Lapsaa, M., Bouzab, T., Vineyardc, E., Heat pumps in the United States: Market potentials, challenges and opportunities, technology advances,14th IEA Heat Pump Conference 2023
3. Nowak, T., Westring, P., European Heat Pumps Market and Statistics Report 2023
