ES1298758U - Bomba de calor colectiva para la produccion de agua caliente sanitaria - Google Patents

Abstract

Instalación para la producción de agua caliente sanitaria de un condominio (2) formado por una pluralidad de viviendas (21), comprendiendo dicho sistema: - una única bomba de calor colectiva (1), - un circuito primario (4) de agua calentada por dicha bomba de calor colectiva (1), que comprende un conducto de impulsión (41) hacia dichas viviendas (21) y un conducto de retorno (42) desde dichas viviendas (21), caracterizado porque dicho circuito primario (4) conecta dicha bomba de calor colectiva (1) a una pluralidad de acumuladores descentralizados (3), ubicados en dichas viviendas (21) y que contienen los volúmenes de agua sanitaria a calentar para obtener dicha agua caliente sanitaria para ser distribuida a los usuarios (32), y por el hecho de que en dicho circuito primario (4) circula agua técnica que cede calor a dichos volúmenes de agua sanitaria a través de un intercambiador de calor (30) con el que está equipado cada uno de dichos acumuladores descentralizados (3), dicho intercambiador de calor (30) está conectado a dicho conducto de impulsión (41) y conducto de retorno (42) de dicho circuito primario (4) respectivamente a través de conductos de entrada (410) y salida (420).

Description

DESCRIPCIÓN

Bomba de calor colectiva para la producción de agua caliente sanitaria

El objeto de la presente invención es un sistema de condominio para la producción de agua caliente sanitaria, que comprende una sola bomba de calor centralizada y una pluralidad de tanques de acumulación, descentralizados en las unidades residenciales individuales del condominio.

La invención pertenece al sector del calentamiento de agua para usos sanitarios mediante una bomba de calor; en particular, lo descrito en la variante principal de la presente invención se basa en el uso de una sola bomba de calor como único y exclusivo generador de calor en una instalación colectiva de un condominio.

Ya se conocen instalaciones que, en un sistema de condominio colectivo, utilizan una bomba de calor centralizada entre cuyos objetivos se incluyen también el de la producción de agua caliente sanitaria para uso doméstico de los usuarios de las viviendas individuales: sin embargo, prevén que esta bomba de calor centralizada se complemente con el uso de paneles solares térmicos y/o de una fuente de calor geotérmica (véanse, por ejemplo, los documentos del estado de la técnica DE202011106855 o CN209068610).

También se conocen ejemplos de sistemas colectivos en los que la bomba de calor centralizada tiene la tarea de hacer circular el líquido refrigerante o el agua caliente sanitaria hacia una pluralidad de generadores de calor periféricos (típicamente representados por calentadores de agua con bomba de calor o calderas de gas, instalados en apartamentos individuales), diseñados para elevar la temperatura del agua sanitaria que se envía a los usuarios hasta los valores requeridos para los usos domésticos: Las soluciones de este tipo se describen en patentes anteriores como la citada DE202011106855 o en los documentos JP19950093y JP1992063986.

Una característica común de los ejemplos del estado de la técnica anterior mencionados anteriormente es, por lo tanto, la presencia en la instalación colectiva de más de un generador de calor, adicional a la bomba de calor colectiva, que se complementa con otras fuentes de calor centralizadas o periféricas, también dada la necesidad de proporcionar calefacción de espacios, así como la producción de agua caliente para uso sanitario.

El objeto de la presente invención, al menos en su variante principal, es indicar una solución optimizada para la producción única de agua caliente sanitaria en un instalación colectiva para su uso en un condominio, mediante el uso de una sola bomba de calor colectiva sin la presencia adicional de generadores de calor adicionales.

Otro objeto de la presente invención es indicar una solución conveniente para el calentamiento de agua sanitaria para uso en un condominio, que sea de utilidad, económica y sencilla de mantener con respecto a los sistemas del estado de la técnica.

Estos y otros objetivos, que se explicarán a continuación, se consiguen con un instalación colectiva basado en el uso de una bomba de calor centralizada y tanques de acumulación descentralizados, de acuerdo con lo establecido en la reivindicación 1.

También se pueden lograr otros objetos mediante las características adicionales de las reivindicaciones dependientes.

Las características de la presente invención quedarán mejor destacadas por la siguiente descripción de una forma preferida de realización, conforme con las reivindicaciones de la patente e ilustrada, meramente a modo de ejemplo no limitativo, en los dibujos adjuntos, en los cuales:

- la figura 1 es una representación esquemática de la instalación colectiva según la invención, mostrando la única bomba de calor colectiva y los tanques de acumulación periféricos, situados en las varias viviendas que componen el condominio;

- la figura 2 muestra una única vivienda en la que está instalado el acumulador periférico del instalación colectiva según la invención.

A continuación se describen las características de una variante preferida de la invención, haciendo uso de las referencias contenidas en las figuras. Cabe señalar que las figuras mencionadas, aunque esquemáticas, reproducen los elementos de la invención según proporciones entre sus dimensiones y orientaciones espaciales compatibles con una posible realización.

También debe tenerse en cuenta que cualquier término dimensional y espacial (como "inferior", "superior", "interno", "externo", "frontal", "posterior" y similares) se refiere a las posiciones de los elementos tal como se representan. en las figuras adjuntas, sin ánimo limitativo respecto a las posibles posiciones operativas.

En la figura 1 se muestra esquemáticamente la instalación colectiva según la invención, que comprende una sola bomba de calor centralizada 1 como único generador de calor (en lo sucesivo denominada "bomba de calor colectiva 1").

Dicha bomba de calor colectiva 1 está ventajosamente instalada en la cubierta del edificio 2; alternativamente se puede ubicar en la base del edificio, en las proximidades de éste, por ejemplo, en una plaza frente a él o en otro alojamiento idóneo.

Según la variante preferida de la invención, esta bomba de calor colectiva 1 es del tipo aireagua y utiliza como pozo térmico el aire exterior del lugar en el que está instalada, por lo tanto, típicamente el aire ambiente, como disipador de calor; sin embargo, puede preverse una variante en la que se utilice, como complemento del aire ambiente o como fuente exclusiva, el aire residual que sale del condominio 2 (por ejemplo, de un sistema de ventilación mecánica).

El funcionamiento de una bomba de calor aire-agua es bien conocido por el experto en la materia y a continuación se resumen las fases esenciales con el único fin de mostrar cómo se ubican en la única bomba de calor colectiva 1 todos los componentes aptos para llevar a cabo el ciclo termodinámico según la invención.

El aire ambiente, con la ayuda del ventilador 12, fluye hacia la bomba de calor colectiva 1 para ser dirigido hacia el evaporador 11, cediendo el propio calor al fluido refrigerante que evapora.

El fluido refrigerante pasa entonces al interior del compresor 13 y sufre un aumento de presión que hace que aumente su temperatura y pase al estado de vapor, generalmente sobrecalentado; luego pasa a través del condensador 14, específicamente representado por un intercambiador de calor que transfiere calor a un circuito de agua específico 4 (descrito con más detalle a continuación).

En el proceso de intercambio de calor con el agua de tal circuito 4, el fluido refrigerante pasa del estado de vapor al estado líquido, condensándose y sufriendo una considerable reducción de presión y temperatura, para finalmente pasar por la válvula de laminación 15, volviendo al estado condiciones de punto de partida para reiniciar el ciclo termodinámico recién sintetizado.

El proceso termodinámico aire-agua, en definitiva, absorbe el calor del aire para cederlo, mediante cambios de estado y ciclos de compresión/expansión del fluido refrigerante, a un circuito de agua ad hoc 4 (de aquí en adelante "circuito primario 4"), interpuesto entre la bomba de calor colectiva 1 y una pluralidad de acumuladores periféricos 3 (a partir de ahora abreviados como "acumuladores descentralizados 3"), ubicados en las unidades de vivienda individuales 21 del condominio 2.

El agua técnica que circula en este circuito primario 4 desempeña el papel de fluido termoportador, movido por un circulador específico 16 con el que está equipada la bomba de calor colectiva 1.

Este circuito primario 4 comprende un conducto de impulsión 41 y un conducto de retorno 42, dimensionados adecuadamente para que el agua técnica pueda llegar a todos los acumuladores descentralizados 3 (a través de conductos de entrada 410, conectados a dicho conducto de impulsión 41) y luego retornar hacia la bomba de calor colectiva 1 (a través de conductos de salida 420 de estos depósitos de almacenamiento descentralizados 3, conectados a dicho conducto de retorno 42).

Según la invención y a diferencia de las soluciones más comunes en el sector (en las que la bomba de calor centralizada envía refrigerante o agua caliente sanitaria a los generadores de calor centralizados o periféricos posteriores), este circuito primario 4 hace circular agua técnica, es decir, un líquido formado por agua que tiene un contenido de oxígeno reducido, opcionalmente pero no necesariamente se adiciona glicol.

A través del conducto de impulsión 41 de este circuito primario 4 y los correspondientes conductos de entrada 410 mencionados anteriormente, el agua técnica llega a los depósitos de almacenamiento descentralizados 3, que contienen el agua sanitaria a someter a calentamiento, comúnmente alimentada a dichos depósitos de almacenamiento 3 a través de los conductos de suministro 310 de un circuito secundario 31, típicamente conectado al acueducto.

Cada uno de estos acumuladores descentralizados 3 comprende un intercambiador de calor 30, por medio del cual el agua técnica del circuito primario 4 transfiere su energía térmica al volumen de agua sanitaria a calentar.

Una vez calentada a la temperatura requerida por el usuario, el agua caliente sanitaria es captada y suministrada a los usuarios 32 a través de conductos 320 que salen de dichos acumuladores descentralizados 3.

En la instalación del condominio según la invención, la bomba de calor colectiva 1 tiene una potencia térmica proporcional a la cantidad de acumuladores descentralizados 3 a los que está conectada: preferentemente esta potencia está entre 0,5 y 2 kW, multiplicada por el número de acumuladores descentralizados 3.

En consecuencia, a modo de ejemplo no limitativo y suponiendo un condominio 2 compuesto por seis viviendas 21, cada una de las cuales dispone de un acumulador periférico 3 en su interior, la bomba de calor colectiva 1 tiene una potencia térmica entre 3 y 12 kW, rango suficientemente amplio para permitir la usabilidad eficiente del sistema de acuerdo con las condiciones climáticas de muchos lugares de la instalación.

Los citados acumuladores descentralizados 3 (que pueden instalarse tanto en la pared como en el suelo en el interior de las viviendas 21) comprenden tanques acumuladores con volúmenes preferentemente comprendidos entre 80 y 250 litros, en proporción al número de usuarios y/o a sus hábitos sanitarios.

En consideración de la citada potencia térmica de la bomba de calor colectiva 1 y del volumen de los acumuladores descentralizados 3, los valores característicos del sistema de condominio según la invención, en términos de temperatura del agua técnica y del agua sanitaria calentada, se puede resumir de la siguiente manera:

- el agua técnica que sale de la bomba de calor colectiva 1 alcanza típicamente una temperatura de aproximadamente 60°C;

- el agua técnica fluye hacia el intercambiador de calor 30 de los tanques de almacenamiento descentralizados 3 a una temperatura comprendida entre 55°C y 60°C, dependiendo de las dispersiones térmicas que sucedan durante su recorrido en el conducto de impulsión 41 del circuito primario 4;

- la temperatura del agua caliente sanitaria que sale de los acumuladores descentralizados individuales 3 es del orden de 50°C - 55°C.

Según la invención, por tanto, la bomba de calor colectiva 1 eleva la temperatura del agua técnica a un valor superior a la del agua caliente sanitaria calentada y distribuida por los acumuladores descentralizados 3 hacia los usuarios 32.

De acuerdo con la presente invención, cada uno de dichos tanques de almacenamiento descentralizados 3 está equipado además con un contador de calor 5 (en lo sucesivo denominado "contador 5"), útil para cuantificar la energía térmica liberada por el agua técnica al volumen de agua contenida en dichas acumulaciones descentralizadas 3, de manera que permita una correcta distribución del consumo energético real del condominio y las consecuentes cuotas a cobrar a los usuarios de las distintas viviendas 21.

Según el estado de la técnica, este contador 5 comprende medios para calcular y visualizar el valor de la energía térmica consumida por el único acumulador descentralizado 3, en base a datos adquiridos al menos de los siguientes componentes:

- un caudalímetro 50 del caudal de agua técnica que desemboca en el acumulador descentralizado 3 a través del conducto de entrada 410 del conducto de impulsión 41 del circuito primario 4, proporcionando este caudalímetro 50 un valor de salida "Qm";

- dos sondas de temperatura 51 y 52, una situada aguas arriba del intercambiador de calor 30 y la otra aguas abajo del mismo, adecuadas respectivamente para medir la temperatura del agua técnica que entra y sale del intercambiador de calor 30 del acumulador descentralizado 3 y para suministrar dos valores de temperatura "T1" y "T2" en la salida.

Una vez adquiridos estos datos de entrada, el contador 5 es capaz de calcular exactamente la cantidad de calor "Q" cedida por el agua técnica al volumen de agua del acumulador único descentralizado 3, mediante la siguiente fórmula:

Q = Qm ^• (T1-T2) ^• k

donde “k” es un valor constante igual al calor específico del agua técnica.

De la descripción anterior resultan claras las ventajas que se pueden conseguir con la instalación del condominio para la producción de agua caliente sanitaria según la invención, la principal de las cuales se refiere a la posibilidad de utilizar una sola bomba de calor colectiva 1 como único generador de calor, sin tener que recurrir a bombas de calor adicionales individuales dentro de las distintas viviendas 21.

Además del ahorro económico por el hecho de que la bomba de calor colectiva 1 esté completamente centralizada (es decir, no hay componentes del circuito termodinámico ubicados periféricamente en las viviendas 21) genera una serie de beneficios prácticos y funcionales, tales como:

- atenuación del ruido gracias a la reducción del ruido producido por la instalación, con concentración de la fuente acústica en la bomba de calor colectiva 1 únicamente, por lo tanto, fuera de las viviendas 21;

- mayor espacio dentro de las viviendas 21, con tanques de almacenamiento descentralizados 3 que habitualmente son menos voluminosos que las bombas de calor;

- facilidad y economicidad en la instalación y en el mantenimiento periódico de los acumuladores descentralizados 3 frente a las bombas de calor descentralizadas individuales, evitando la necesidad de realizar orificios de ventilación para la comunicación con el exterior y de conectar tuberías para la circulación del refrigerante, es decir, conexiones ciertamente más complejas que las clásicas tuberías necesarias para la circulación del agua técnica y del agua sanitaria del sistema de condominio según la invención;

- posibilidad de sustitución y mantenimiento del acumulador único descentralizado 3 simplemente cerrando su grifo, mientras que si existieran bombas de calor descentralizadas también se debería proceder primero a la recuperación del refrigerante mediante una bomba de vacío.

Otro orden de ventajas está relacionado con la presencia del circuito primario ad hoc 4, que conecta la bomba de calor colectiva 1 a los acumuladores descentralizados 3, en los que circula agua técnica y no refrigerante o agua sanitaria:

- con respecto a la circulación de agua sanitaria, rica en oxígeno, la circulación de agua técnica (con contenido reducido de oxígeno) reduce los problemas de corrosión de las tuberías de impulsión 41 y retorno 42 del circuito primario 4;

- con respecto a la circulación del refrigerante, la circulación del agua técnica asegura un efectivo intercambio de calor con los volúmenes de agua contenidos en los tanques de almacenamiento descentralizados 3, sin necesidad de prever un doble aislamiento entre estos volúmenes de agua y el refrigerante, según se prevé por la legislación de referencia; además, la ausencia de refrigerante circulante elimina por completo los riesgos potenciales de sus pérdidas en caso de averías o roturas en las tuberías del circuito primario 4.

Está claro que numerosas variantes del sistema de condominio descrito anteriormente son posibles para el experto en la materia, sin por ello apartarse de las áreas de novedad y de actividad inventiva, así como está claro que en la implementación práctica de la invención los diversos componentes descritos anteriormente pueden ser reemplazados por elementos técnicamente equivalentes.

Por ejemplo, la bomba de calor colectiva 1, preferentemente del tipo aire-agua, puede ser alternativamente de otro tipo, por ejemplo, agua-agua, estando el pozo térmico representado por una capa del subsuelo.

También es posible prever que cada acumulador descentralizado 3 comprenda además medios de calefacción suplementarios, típicamente representados por una resistencia eléctrica con medios de termorregulación y de termoprotección relativos para controlar la temperatura del agua sanitaria dirigida a los usuarios 32.

Esta variante es útil en caso de mal funcionamiento de la bomba de calor colectiva 1, que de otro modo ya sería suficiente, por sí sola y sin más generadores de calor, para lograr los fines de producir el agua caliente sanitaria necesaria para uso doméstico en el condominio 2.

Esta variante puede tener su propia funcionalidad práctica si se necesita energía térmica adicional para atender una demanda masiva de agua caliente sanitaria y/o para alcanzar una temperatura alta configurada por el usuario y/o para la ejecución de un ciclo periódico de desinfección bacteriana (como por ejemplo un tratamiento anti-legionella) que eleva la temperatura de los volúmenes de agua presentes en los tanques de almacenamiento descentralizados 3 a valores más altos que los que normalmente requieren los usuarios, por lo demás ya normalmente alcanzable con la variante principal de la presente invención donde el único generador de calor está representado por la única bomba de calor colectiva 1.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES

   Instalación para la producción de agua caliente sanitaria de un condominio
2. (2) formado por una pluralidad de viviendas (21), comprendiendo dicho sistema:

   - una única bomba de calor colectiva (1),

   - un circuito primario (4) de agua calentada por dicha bomba de calor colectiva (1), que comprende un conducto de impulsión (41) hacia dichas viviendas (21) y un conducto de retorno (42) desde dichas viviendas (21),

   caracterizado porque

   dicho circuito primario (4) conecta dicha bomba de calor colectiva (1) a una pluralidad de acumuladores descentralizados (3), ubicados en dichas viviendas (21) y que contienen los volúmenes de agua sanitaria a calentar para obtener dicha agua caliente sanitaria para ser distribuida a los usuarios (32),

   y por el hecho de que

   en dicho circuito primario (4) circula agua técnica que cede calor a dichos volúmenes de agua sanitaria a través de un intercambiador de calor (30) con el que está equipado cada uno de dichos acumuladores descentralizados (3),

   dicho intercambiador de calor (30) está conectado a dicho conducto de impulsión (41) y conducto de retorno (42) de dicho circuito primario (4) respectivamente a través de conductos de entrada (410) y salida (420).

   Instalación según la reivindicación anterior, caracterizada poque cada uno de dichos acumuladores descentralizados (3) comprende un contador (5) de la energía térmica cedida por el agua técnica al volumen de agua sanitaria.

   Instalación según la reivindicación anterior, caracterizada porque dicho contador (5) comprende medios para calcular y visualizar el valor "Q" de dicha energía térmica consumida por un solo acumulador descentralizado (3), en base a datos de entrada adquiridos de al menos:

   - un caudalímetro (50) que mide el flujo de agua técnica que fluye hacia dicho almacenamiento descentralizado (3), proporcionando dicho caudalímetro (50) un valor "Qm",

   - dos sondas de temperatura (51, 52), respectivamente aguas arriba y aguas abajo del intercambiador de calor (30) de dicho acumulador descentralizado
3. (3), que suministran dos valores de temperatura "T1" y "T2",

   dicho contador (5) calculando este valor “Q” mediante la siguiente fórmula: Q = Qm • (T1-T2) • k

   en donde "k” es un valor constante igual al calor específico del agua técnica.
4. 4. Instalación según la reivindicación 1, caracterizada porque todos los componentes termodinámicos de dicha bomba de calor colectiva (1), tales como el ventilador (12), el evaporador (11), el compresor (13), el condensador (14), la válvula de laminación (15), están colocados dentro de dicho bomba de calor colectiva (1), instalada en el techo del condominio (2) o en la base del mismo o en otra vivienda adecuada cerca del condominio (2).
5. 5. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha bomba de calor colectiva (1) comprende un circulador (16) capaz de hacer circular el agua técnica en dicho circuito primario (4).
6. 6. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada en que dicha agua técnica comprende agua con un contenido de oxígeno reducido, a la que se adiciona glicol.
7. 7. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende un circuito secundario (31) para suministrar los volúmenes de agua sanitaria a dichos depósitos de almacenamiento descentralizados (3) a través de conductos de suministro (310).
8. 8. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha bomba de calor colectiva (1) tiene una potencia térmica entre 0,5 kW y 2 kW, multiplicada por el número de dichos acumuladores descentralizados (3).
9. 9. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dichos acumuladores descentralizados (3) comprenden tanques de acumulación que tienen un volumen entre 80 litros. y 250 litros.
10. 10. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha agua técnica que sale de dicha bomba de calor colectiva (1) tiene una temperatura superior a la temperatura del agua caliente sanitaria calentada y distribuida por dichos acumuladores descentralizados (3) hacia los usuarios (32).
11. 11. Instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dichos tanques de almacenamiento descentralizados (3) comprenden medios de calentamiento complementarios, tales como una resistencia eléctrica con medios de termorregulación y protección térmica relativos.