Científicos del Instituto Coreano de Ingeniería Civil y Tecnología de la Construcción (KICT) han desarrollado una bomba de calor geotérmica alimentada por energía solar térmica para calefacción urbana de baja temperatura.
La calefacción urbana es un tipo de red de calor que suele utilizar gas natural para alimentar una instalación centralizada de producción de calor, o centro de energía. El calor se distribuye a través de una red de tuberías que conecta el centro de energía con distintos edificios, creando una red de calor que suele definirse como “calefacción central para ciudades.”
Los investigadores configuraron una red de tuberías de calefacción para tres edificios del KITC situado en lsan (Corea del Sur). La red utiliza una bomba de calor geotérmica de 310 kW como fuente de calefacción, emparejada con colectores solares térmicos y un sistema de pilas de combustible de 10 kW que funciona con gas natural. Se instalaron dos paneles solares térmicos de 994 metros cuadrados en el aparcamiento y la azotea de uno de los edificios, según un comunicado de KICT. El sistema de intercambio de calor también incluye dos tanques de almacenamiento de agua caliente con capacidades de 40 m3 y 10 m3.
“Cuando hay suficiente luz solar, el agua caliente para calefacción se suministra mediante calor solar a la tubería secundaria de calefacción urbana a través de un intercambiador de calor”, explica KICT en su comunicado. “Cuando no hay suficiente luz solar, el agua caliente puede suministrarse a través del sistema de bomba de calor y el sistema de pila de combustible”. La solución puede controlarse tanto manual como automáticamente en el centro de control integrado, según KICT.
Los sistemas residenciales de energía solar combinada con bomba de calor suelen producir un exceso de calor debido al desajuste entre la demanda de calor del edificio, normalmente mayor por la noche, y el suministro de calor a partir de energías renovables, más fuerte durante el día. La solución de KICT se diseñó para minimizar las pérdidas de calefacción permitiendo a los edificios exportar este exceso de calor a la red de calor a través de la denominada tubería secundaria.
“El sistema tiene potencial para aumentar el uso de energía térmica renovable en ciudades y edificios, lo que en última instancia reducirá sus emisiones de carbono”, afirma el investigador Yongki Kim.
El equipo presentó por primera vez un modelo de dinámica de fluidos computacional para evaluar el aislamiento necesario de las tuberías del sistema en “Pipe Insulation Evaluation for Low-Temperature District Heating Implementation in South Korea” (Evaluación del aislamiento de tuberías para la implantación de calefacción urbana de baja temperatura en Corea del Sur), publicado en Frontiers in Energy Research.
Ahora afirma que el proyecto de demostración demuestra “que la tubería doble [bidireccional] es eficaz en la red de tuberías de calefacción de baja temperatura con una pérdida de calor de aproximadamente el 10%”.
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