Banco de hielo en combinación con bombas de calor

Un ahorro energético eficaz para la industria

Introducción

Durante décadas, los bancos de hielo se han utilizado como almacenamiento de energía en sistemas de refrigeración. Sin embargo, ahora hay un nuevo campo en que los bancos de hielo también se utilizan como fuente de calor para bombas de calor.

En una bomba de calor con banco de hielo, se utiliza un almacenamiento de calor a baja temperatura como fuente de la bomba de calor. Durante la congelación del agua en el almacenamiento, se libera una gran cantidad de calor, lo que mantiene la temperatura de la fuente cerca de cero incluso en condiciones de frío intenso. Esto aumenta la eficiencia de la bomba de calor a temperaturas bajas en comparación con las bombas de calor aire-aire.

El almacenamiento industrial de hielo es una solución innovadora para que las empresas almacenen la energía sobrante en forma de frío y la utilicen más tarde. Combinando el almacenamiento de hielo con bombas de calor se pueden conseguir importantes ahorros energéticos. Este método es especialmente adecuado para procesos industriales en los que se requiere una gran demanda de energía para la producción. El uso de combustibles fósiles o sistemas de calefacción eléctricos puede resultar costoso y contaminar el medio ambiente. Las soluciones alternativas, como el uso del almacenamiento de hielo, no sólo son más eficientes desde el punto de vista energético, sino también más respetuosas con el medio ambiente. Las empresas que quieran confiar en tecnologías innovadoras y operar de forma más sostenible deberían plantearse el uso del almacenamiento industrial de hielo.

En el mundo actual, cada vez más concienciado con el medio ambiente, preservarlo y reducir el consumo de energía es un factor importante que deben tomarse en serio no sólo los particulares, sino también las empresas y las industrias. Una forma significativa de aumentar la eficiencia energética en la industria es utilizar el almacenamiento industrial de hielo junto con bombas de calor y tecnología de eficiencia energética. Aplicando este tipo de soluciones, podemos reducir nuestra dependencia de los nocivos combustibles fósiles y apostar por alternativas eficaces que protejan nuestro medio ambiente. Las empresas que apliquen estas medidas no sólo reducirán sus costes operativos, sino que también contribuirán positivamente al medio ambiente y generarán beneficios a largo plazo para sus negocios.

Explicación de cada uno de los componentes

¿Qué son bancos de hielo y sus componentes?

Un sistema de bomba de calor con banco de hielo utiliza un almacenamiento de calor latente a baja temperatura en el lado de la fuente para almacenar y suministrar calor ambiente a la bomba de calor. El agua congelada libera una cantidad significativa de calor almacenado a una temperatura constante. La congelación del agua libera aproximadamente la misma cantidad de calor que enfriar de 80°C a 0°C (335 kJ/kg o 93 Wh/kg).

Una bomba de calor con banco de hielo es un sistema eficiente y versátil. Emplea un almacenamiento de calor latente a baja temperatura para almacenar calor a una temperatura constante. Los componentes principales incluyen una bomba de calor de salmuera/agua, un banco de hielo, colectores o absorbentes solares y una unidad de almacenamiento de calor. Puede utilizar calor solar, aire ambiente y calor geotérmico como fuentes de calor según la demanda. Se encuentran disponibles diversos modos de funcionamiento y combinaciones de fuentes de calor, banco de hielo y bomba de calor. Aumente su eficiencia energética con un sistema de bomba de calor con banco de hielo.

Diferentes fuentes de calor renovables o residuales se pueden utilizar para regenerar el banco de hielo. En la práctica, los sistemas de bomba de calor con banco de hielo se combinan a menudo con colectores o absorbentes solares para cargar el banco de hielo. Esto se logra mediante una combinación de calor solar, aire ambiente y transferencia de calor desde el suelo. Dependiendo del concepto, el calor solar y el aire ambiente incluso se pueden utilizar directamente como fuentes de calor para la bomba de calor. El calor solar se puede utilizar directamente con colectores solares. Los sistemas de banco de hielo son una alternativa a los sistemas de bomba de calor de aire y se pueden utilizar donde no son factibles los pozos de fuente de calor del suelo. La integración de colectores solares en sistemas de bomba de calor sin un banco de hielo ya está ampliamente adoptada.

El almacenamiento industrial de hielo es una solución innovadora para generar y almacenar energía. El principio del calor por cambio de fase permite almacenar grandes cantidades de energía y disponer de ella cuando sea necesario. Al congelar el agua cuando los precios de la energía son más bajos o en momentos en los que el suministro energético está menos estresado, el frío almacenado puede utilizarse durante el día o cuando sea necesario. Esto ofrece a las empresas una gran flexibilidad en su suministro energético y contribuye a reducir costes. Por lo tanto, el almacenamiento industrial de hielo no sólo es una alternativa sostenible, sino también una inversión económicamente rentable. Especialmente en verano, cuando los costes y la demanda de energía son más elevados, el hielo almacenado se utiliza para cubrir las necesidades de refrigeración del proceso industrial.

Interacción de los componentes

El Banco de Hielo: El banco de hielo actúa como un acumulador de calor utilizando agua como medio en combinación con bombas de calor para bancos de hielo. En este proceso, la energía absorbeda durante la transición de hielo a agua y la energía liberada durante la conversión de agua a hielo (calor latente) se utiliza como almacenamiento. Esto permite almacenar una gran cantidad de calor con una pequeña diferencia de temperatura. El cambio de fase en el banco de hielo ocurre a 0°C. El derretimiento completo de 1 kg de agua requiere la misma cantidad de calor que calentar 1 kg de agua de 0°C a 80°C. Esta cantidad de calor, también conocida como entalpía de fusión o calor de fusión, es de 335 kJ/kg o 93 Wh/kg para el agua. El evaporador de la bomba de calor/máquina de refrigeración se dirige directamente al banco de hielo. Mediante la inyección de aire en el fondo del tanque o la circulación, se asegura un crecimiento uniforme del hielo en la superficie del intercambiador de calor. El espesor del hielo en las placas de intercambio de calor se controla y regula utilizando un dispositivo para medir el espesor del hielo.

La Bomba de Calor: En los sistemas de bombas de calor con bancos de hielo, se utilizan bombas de calor con un circuito de agua salina. La temperatura de la fuente de calor puede variar considerablemente dependiendo del modo de funcionamiento y las condiciones climáticas (normalmente entre -10°C y +25°C). Por esta razón, es necesario utilizar bombas de calor que sean eficientes a diferentes diferencias de temperatura. Este aspecto de los requisitos es similar al de las bombas de calor aire/agua. El rango de operación del evaporador de la bomba de calor y la temperatura máxima del banco de hielo deben estar coordinados o la temperatura de entrada al evaporador debe regularse mediante una válvula de mezcla.

El  Acumulador de calor: El almacenamiento de calor optimiza los tiempos de funcionamiento de la bomba de calor y permite manejar las cargas pico. Además, en períodos de baja temperatura en la fuente de calor, se puede retrasar o evitar el uso de la calefacción adicional. El acumulador de calor no necesita ser modificado especialmente para sistemas de bombas de calor con bancos de hielo, se pueden utilizar productos estándar.

Los Colectores/Absorbedores Solares: Los colectores solares térmicos pierden eficiencia a medida que aumenta la temperatura del colector, ya que las pérdidas de calor se incrementan. La eficiencia solar también depende de la radiación solar. Una mayor radiación implica una mayor eficiencia. Para lograr altas eficiencias a altas temperaturas del colector, se pueden tomar diversas medidas para reducir la pérdida de calor. A temperaturas más altas, se pueden tomar diversas medidas para reducir la pérdida de calor.

¿Cómo funcionan los almacenes industriales de hielo?

Las placas evaporadoras se colocan en posición vertical en un depósito de agua rectangular o redondo y forman hielo a una temperatura de evaporación de entre -4 y -10 °C. Este hielo permanece estático en las placas evaporadoras. Éste permanece estático en las placas del evaporador y se distribuye uniformemente por el agua que vuelve al fondo del depósito a través de un sistema de distribución. Además, un sistema de distribución especial asegura un intenso remolino del aire para garantizar una perfecta transferencia de calor y bajas temperaturas del agua helada. Esto es especialmente importante para garantizar la continuidad de la producción de hielo. La puesta en marcha automática de la circulación de aire sólo cuando es necesario también garantiza más eficiencia y ahorro de energía.

A diferencia de otros sistemas de almacenamiento de energía, como las baterías, los sistemas de almacenamiento de hielo son muy duraderos y tienen una gran capacidad de almacenamiento. Además, pueden instalarse de forma rápida y sencilla y sólo requieren bajos costes de mantenimiento.

El enfriamiento eficiente es de gran importancia para muchas empresas. Especialmente en industrias como la alimentaria o la farmacéutica, mantener bajas temperaturas es esencial para garantizar la calidad de los productos y, por tanto, la confianza de los clientes. Con la tecnología de una superficie de hielo casi constante hasta el final de la fase de enfriamiento, se consigue el máximo rendimiento del enfriamiento a las temperaturas más bajas del agua helada. De este modo, las empresas pueden garantizar que sus productos se entregan siempre con la mejor calidad posible.

¿Cómo funcionan las bombas de calor?

Las bombas de calor son una excelente opción para generar y utilizar calor, ya que pueden absorber energía térmica de diversas fuentes y llevarla a temperaturas más altas en poco tiempo. El principio de funcionamiento es similar al de un frigorífico, con la diferencia de que el calor absorbido se utiliza para calentar edificios o procesos. Existen numerosas formas de hacer funcionar las bombas de calor, por ejemplo utilizando el aire ambiente, el suelo o las aguas subterráneas. Con vistas a una producción de calor sostenible y eficiente, el uso de bombas de calor es una opción inteligente.

Una bomba de calor es una tecnología innovadora que permite transferir eficazmente energía térmica de un lugar con una temperatura más baja a otro con una temperatura más alta. Este dispositivo tiene especial éxito en el uso industrial, ya que proporciona una forma sostenible y libre de emisiones de utilizar el calor del almacenamiento de hielo y transferirlo al sistema de refrigeración del proceso industrial. Una bomba de calor puede extraer energía del aire ambiente, de las aguas subterráneas o del calor geotérmico, lo que la convierte en una fuente de energía renovable. A diferencia de los sistemas de calefacción convencionales, que se basan en combustibles fósiles y contaminan el medio ambiente, la bomba de calor es una opción ecológica que ofrece ventajas económicas y operativas al mismo tiempo.

Combinación de un banco de hielo y bombas de calor

¿Cómo puede combinarse el almacenamiento industrial de hielo con las bombas de calor?

Combinar el banco de hielo con bombas de calor ofrece una forma eficaz de generar energía en forma de calor. Con la ayuda de las bombas de calor, la energía fría almacenada puede convertirse en energía térmica utilizable durante la estación cálida. De este modo, el sistema no sólo es eficiente desde el punto de vista energético y respetuoso con el medio ambiente, sino que también ofrece una alternativa económica a los sistemas de calefacción tradicionales. Especialmente para las empresas que se centran en la sostenibilidad, esta tecnología es una solución interesante para ahorrar costes y, al mismo tiempo, contribuir a la protección del clima.

¿Cómo puede contribuir al ahorro energético la combinación de bancos de hielo y bombas de calor?

Los términos rendimiento y coeficiente de rendimiento se utilizan a menudo de manera intercambiable. Se refieren a la relación entre la cantidad de calor generado y la energía final invertida durante un período de tiempo determinado, por ejemplo, un año.
Dentro del balance térmico completo, el rendimiento siempre es inferior a uno. Debido a las pérdidas de conversión y calor, la energía efectivamente utilizada siempre es menor que la energía final invertida. Sin embargo, en las bombas de calor, la energía ambiental no se tiene en cuenta normalmente, ya que está disponible de forma gratuita. El rendimiento solo se calcula en función del consumo de electricidad. Por lo tanto, los rendimientos suelen ser superiores a uno.

Las bombas de calor con almacenamiento de hielo y paneles solares adicionales son más eficientes que las bombas de calor aire/agua y pueden alcanzar el rendimiento de las bombas de calor geotérmicas cuando se utilizan correctamente. Su uso es una elección sensata para la calefacción energéticamente eficiente, especialmente cuando no es posible la perforación de pozos geotérmicos. Las bombas de calor con almacenamiento de hielo y grandes superficies de paneles solares y conexión paralela tienen un mayor potencial de rendimiento que las bombas de calor geotérmicas. 

Combinar bancos de hielo y las bombas de calor es una forma prometedora de reducir el consumo de energía en la industria. Este método utiliza la energía sobrante para llenar el acumulador de hielo, que luego se utiliza para generar energía térmica cuando se necesita. Gracias a esta tecnología innovadora, las empresas industriales pueden contrarrestar eficazmente su consumo de energía y reducir al mismo tiempo sus emisiones de CO2. Por lo tanto, las empresas que deseen subrayar su compromiso con la sostenibilidad y el medio ambiente deberían considerar esta avanzada tecnología.

El uso del almacenamiento industrial de hielo en combinación con bombas de calor es una forma extremadamente eficaz de ahorrar energía y reducir significativamente las necesidades energéticas de una empresa. Al utilizar la energía sobrante en forma de frío para generar calor, se puede avanzar considerablemente en la eficiencia energética. De hecho, combinando el almacenamiento de hielo y las bombas de calor, las empresas pueden ahorrar hasta un 50% de energía en comparación con los métodos tradicionales de calentameinto i enfriamiento. Invertir de este modo en la eficiencia energética de una empresa puede ayudar a reducir costes, proteger el medio ambiente y mejorar la imagen de la empresa.

La producción industrial es una parte importante de nuestro mundo moderno, pero requiere una enorme cantidad de energía. Tradicionalmente, esta energía se obtiene de combustibles fósiles, lo que desgraciadamente es caro y perjudicial para el medio ambiente. Por este motivo, las empresas buscan formas nuevas y avanzadas de reducir sus costes energéticos y, al mismo tiempo, su huella de carbono. Una tecnología prometedora para ello es la combinación del almacenamiento industrial de hielo con bombas de calor. Esto no sólo puede ahorrar energía, sino también producir de forma más sostenible, un paso importante hacia un futuro más limpio y eficiente.

El almacenamiento de hielo en combinación con bombas de calor ofrece numerosas ventajas a la industria:

• Ahorro energético: El almacenamiento de hielo de un banco de hielo permite almacenar energía de forma rentable mientras los precios de la energía son más bajos. Esta energía almacenada puede utilizarse para cubrir las necesidades del enfriamiento del proceso industrial. Esto reduce la demanda de energía del proceso industrial y disminuye los costes energéticos. Una gran ventaja de esta tecnología es que es muy eficiente. Las bombas de calor pueden generar hasta cuatro veces más energía térmica de la que consumen en energía eléctrica. Dado que el almacenamiento de hielo puede almacenar energía térmica a muy baja temperatura (hasta -8 °C), es posible generar energía térmica con un alto nivel de eficiencia. Así, combinando el almacenamiento industrial de hielo y las bombas de calor, se puede ahorrar una cantidad significativa de la energía total necesaria.

• Respeto por el medio ambiente: El almacenamiento de hielo en combinación con bombas de calor reduce las emisiones de CO2 y, por tanto, es más respetuoso con el medio ambiente que los sistemas convencionales. Al utilizar energías renovables como el aire ambiente o el calor geotérmico, se protege el medio ambiente. La combinación de almacenamiento de hielo y bombas de calor es respetuosa con el medio ambiente. Como se necesita menos energía para refrigerar las instalaciones de producción, se emite menos CO2.

• Eficiencia: La combinación de almacenamiento de hielo y bombas de calor permite aumentar la eficiencia del proceso industrial. Los sistemas de refrigeración pueden funcionar con mayor eficiencia y, por tanto, se reduce la demanda de energía.

• Reducción de costes a largo plazo: Aunque los costes de inversión para instalar un sistema de almacenamiento de hielo de un banco de hielo y una bomba de calor pueden ser superiores a los de los sistemas de calefacción convencionales, estos sistemas suponen un importante ahorro de costes a largo plazo. La ventaja de esta combinación reside en el ahorro de energía. Como el hielo se produce cuando la electricidad es más barata, y se utiliza durante el día o en la noche, la empresa puede optimizar su consumo de electricidad y ahorrar costes. Como la bomba de calor es también una fuente de energía renovable, la empresa puede reducir sus emisiones de CO2 y producir de forma más respetuosa con el medio ambiente.

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