Método para aumentar la eficiencia de las bombas de calor y ahorrar en climatización

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La aplicación en el diseño de intercambiadores para bombas de calor permitiría una mayor eficiencia gracias a la reducción del impacto sobre el entorno y un ahorro del 70% en la energía consumida

En el campo de la climatización y el agua caliente sanitaria se utilizan bombas de calor. Ahora investigadores de la Universidad de Valencia (UV) y de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) han desarrollado una técnica que puede suponer un ahorro de hasta el 70% de la energía consumida respecto a bombas convencionales. Su método permite conocer la conductividad térmica de las capas geológicas del subsuelo, informando de las más eficientes a la hora de ceder o absorber calor.

La novedosa metodología se ha realizado
a partir de pruebas experimentales
estándar (TRT), ampliadas con mediciones
de temperatura a diferentes profundidades,
realizadas por un procedimiento
sencillo y en localizaciones conocidas.
Hasta ahora, los métodos estándar de
medida de la capacidad de extraer o inyectar
calor al subsuelo únicamente permitían
obtener un valor promedio del entorno
en el que realizaba la transferencia
de calor, sin poder identificar las zonas
más eficientes.

«Este conocimiento detallado es muy
importante en el diseño de intercambiadores
de calor geotérmicos o acoplados
al terreno, ya que la utilización de estos
datos en su diseño puede lograr que
se reduzcan los costes de instalación,
al aprovechar mejor las zonas con más
capacidad de intercambio, reduciendo
los tiempos de retorno de la inversión y
maximizando los ahorros económicos y
energéticos», ha destacado Nordin Aranzabal,
investigador del departamento de
Ingeniería Electrónica de la UV.

«Los intercambiadores de calor geotérmicos
se utilizan junto con bombas
de calor para climatización, habiendo
demostrado ahorros que pueden llegar
al 70% de la energía eléctrica respecto
a bombas de calor convencionales.
Además, aproximadamente el 40% de la
energía que se consume en edificios se
dedica a climatización», apunta Aranzábal.

Los investigadores, pertenecientes a
la Escuela Técnica Superior de Ingeniería
(ETSE) de la UV, citan, además, otras
ventajas de la aplicación de este método,
como la disminución del impacto sobre
los edificios al no necesitarse intercambiadores
de calor con el aire ni torres de
refrigeración; la reducción de riesgos
para la salud por legionela y la reducción
de huella de carbono.

El trabajo, en el que han participado
cinco investigadores de la UV del Departamento
de Ingeniería Electrónica y dos
investigadores de la UPV, ha sido publicado
en Applied Thermal Engineering.

Este tipo de instalaciones, que son habituales
en países fríos de Europa y América
debido a sus condiciones climáticas
más rigurosas, son muy importantes para
un uso sostenible de la energía y, gracias
a trabajos como el desarrollado, cada vez
se está extendiendo más su uso a regiones
con climas más templados. Además,
estos sistemas presentan índices de eficiencia
muy elevados y, por ello, reciben
la consideración de energía renovable.

Indicado para regiones mediterráneas

La construcción del intercambiador queda
restringida a áreas climáticas menos
rigurosas, como el Mediterráneo, en la
que otras tecnologías pueden resultar
más económicas.

La constatación de la carencia de
datos detallados sobre el proceso de
intercambio de calor a lo largo de los
tubos enterrados en el subsuelo, y por
tanto, la imposibilidad de aprovechamiento
de capas con alto contenido en
humedad y flujos de agua, es el factor
que llevó a los investigadores a desarrollar
instrumentos para la obtención de
medidas adicionales para caracterizar
mejor los intercambios de calor en la
perforación.

De la aplicación de estos procedimientos
de medida sobre un intercambiador
geotérmico experimental se obtuvieron
los datos –perfiles de temperatura
en un tubo observador auxiliar– que han
permitido ajustar las características térmicas
del subsuelo en un modelo de
simulación que reproduce el comportamiento
de la instalación.

Referencia:

N. Aranzábal, J. Martos, á. Montero, L.
Monreal, J. Soret, J. Torres, R. García-Olcina:
Extraction of thermal characteristics
of surrounding geological layers of a geothermal
heat exchanger by 3D numerical
simulations. Applied Thermal Engineering.
Volume 99, 25 April 2016. Pages
92–102. Doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.
applthermaleng.2015.12.109

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