Investigadores de la Universidad de Bolonia (Italia) han desarrollado una nueva solución de adaptación para agua caliente sanitaria (ACS) que utiliza un sistema de bomba de calor de fuente de aire accionada por energía fotovoltaica que depende de un depósito de agua para el almacenamiento de energía térmica.
Se espera que el sistema sustituya a las calderas eléctricas tradicionales y su objetivo es desvincular la producción y la demanda de energía. Según los científicos, la novedad de su planteamiento consiste en crear dos niveles de almacenamiento de energía térmica para aprovechar todo el potencial del sistema fotovoltaico.
“Un primer nivel de almacenamiento lo proporciona un gran depósito de agua centralizado que está equipado con un sistema de control programable para utilizar los depósitos de agua como amortiguador y dejar que la bomba de calor funcione en las condiciones deseadas”, explicaron. “El segundo nivel de almacenamiento de energía lo proporcionan unos innovadores depósitos descentralizados delgados y modulares, denominados en lo sucesivo e-TANKs, dedicados a la producción y almacenamiento de ACS, que proporcionan una mayor eficiencia térmica y, al mismo tiempo, una mayor autonomía de los usuarios mediante almacenamientos locales instalados en cada vivienda.”
El e-TANK consta de un depósito de agua y un módulo hidrónico diseñados por el especialista austriaco Pink GmbH. Ambos componentes están montados en la pared sobre un bastidor de acero. El depósito también está equipado con un intercambiador de calor helicoidal interno que está conectado a una red de agua caliente de 2 tuberías. Esta red puede utilizarse tanto para la carga de acumuladores de ACS como para calefacción. Puede funcionar a altas temperaturas durante los periodos de carga durante el día. Presenta menores pérdidas de calor de la red de tuberías y menor consumo de bombas de circulación en comparación con las calderas convencionales.
Mediante el software TRNSYS, que se utiliza para simular el comportamiento de sistemas renovables transitorios, el grupo de investigación simuló la configuración del sistema propuesto en un edificio residencial situado en Catania (Sicilia, sur de Italia) y supuso que podría alimentarse con un sistema fotovoltaico de 13,5 kW formado por 36 módulos monocristalinos.
La electricidad producida por el conjunto fotovoltaico podría ser consumida por un sistema reversible aire-agua, con una potencia calorífica de 26,0 kW y un coeficiente de rendimiento (COP) de 3,10, o almacenada en una batería de 20 kWh. “La temperatura máxima del agua suministrada por la bomba de calor es igual a 65 °C para una temperatura exterior comprendida entre 5 ºC y 19 ºC”, afirman los investigadores.
Los académicos compararon el rendimiento energético de la solución de adaptación propuesta con el del sistema existente en el edificio piloto y descubrieron que el sistema lograba un rendimiento térmico “deseable” tanto en el proceso de carga como en el de descarga.
“El resultado obtenido mediante simulaciones dinámicas indicó que el sistema e-TANK reduce el consumo anual de energía para la producción de ACS más de 7.200 kWh, en comparación con el sistema de ACS actual”, explicaron. “Se demostró que un sistema centralizado típico requiere unas 11 veces más energía eléctrica para la bomba de circulación que la solución e-TANK”.
También comprobaron que, en un periodo de 20 años, la nueva solución tiene un coste del ciclo de vida (CCV) un 6,1% inferior al de las calderas tradicionales. “Además, resultó que la aplicación del sistema PV-BESS propuesto para la generación de electricidad reduce 7,1 MWh/año la energía primaria necesaria, en comparación con el caso en que la electricidad es suministrada por la red”, subrayaron.
El equipo presentó la nueva solución en el artículo “Techno-economic analysis of a novel retrofit solution for the domestic hot water system: A comparative study” (Análisis tecnoeconómico de una novedosa solución de retroadaptación del sistema de agua caliente sanitaria: Un estudio comparativo), publicado en Energy Conversion and Management. “Se espera que los resultados del presente estudio para el edificio piloto se extiendan a una parte significativa del parque de edificios europeo existente”, concluye.
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