Abstract
El dióxido de carbono (CO2) se ha utilizado ampliamente como fluido de trabajo para los sistemas de refrigeración por compresión de vapor en grandes dispositivos marinos. Debido a la eficiencia energética potencial y a las propiedades medioambientales favorables del CO2 como fluido de trabajo, los sistemas de calentadores de agua con bomba de calor (HPWH, heat pump water heater) de CO2 se consideran una tecnología prometedora para el calentamiento centralizado de agua caliente sanitaria (ACS) en edificios residenciales y comerciales. Sin embargo, aún se encuentran en una fase inicial de optimización y mejora adecuadas de la efficiencia energética de los HPWH de CO2. Esto requiere herramientas de simulación de HPWH de CO2 capaces de capturar el impacto preciso del compresor, el dispositivo de expansión y del intercambiador de calor en la transferencia de calor, por consecuencia en la eficiencia energética. En este estudio, se identificaron componentes de alta eficiencia (compresores, bombas, ventiladores, intercambiadores de calor) y se aplicaron a los diseños de HPWH de CO2 más avanzados, analizando su rendimiento mediante simulación numérica. Para ello, se simuló el rendimiento utilizando el modelo de diseño ACMODEL combinado con los modelos de componentes desarrollados en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) para el orificio calibrado, el compresor basado en polinomios y el enfriador de gas de tubos concentricos. A continuación, se comparó el rendimiento del HPWH de CO2 simulado con el del calentador de agua con bomba de calor que utiliza refrigerantes convencionales. Los resultados indican que el componente la HPWH de CO2 obtuvo un factor de energía uniforme más bajo en la aplicación de suministro de agua caliente residencial de EE.UU. no superior a 140ºF. Es vital para los HPWH de CO2 continuar mejorandola eficiencia del compresor y del sistema mediante un diseño novedoso de los componentes.
