Rehabilitación de edificios residenciales antiguos con bombas de calor híbridas

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Un grupo internacional de investigación ha estudiado las bombas de calor híbridas (HHP) como solución técnica y económicamente viable para descarbonizar el suministro de calor en edificios residenciales antiguos y ha descubierto que puede conseguir un ahorro energético ligeramente superior al de las bombas de calor sólo eléctricas (EHP).

Los científicos describieron una HHP como un sistema que combina una bomba de calor aire-agua accionada eléctricamente con una caldera de condensación por gas (GB), y afirmaron que estos dispositivos serían especialmente adecuados para viviendas antiguas equipadas con emisores de calor de alta temperatura.

“Durante los periodos climáticos más fríos, cuando se producen mayores cargas de calefacción junto con un menor rendimiento asociado de la EHP, las HHP ofrecen la posibilidad de cambiar al modo GB, que puede ser más favorable en tales condiciones”, explicaron, y añadieron que las HHP suelen funcionar en modo EHP cuando la temperatura exterior supera los 3 ºC. “El uso del modo GB también puede ofrecer ciertas ventajas sobre el modo EHP cuando se requiere agua caliente sanitaria (ACS), a menudo a temperaturas superiores a 50 ºC”.

Utilizando un modelo de simulación energética, el grupo analizó el rendimiento de un HHP en un escenario de rehabilitación de un edificio residencial que implicaba tanto al sistema de calefacción como a la envolvente del edificio. A continuación, comparó el rendimiento de la HHP con el de una EHP de referencia y los sistemas de calefacción de combustibles fósiles con diferentes medidas de rehabilitación de la envolvente y condiciones operativas límite.

Validaron el modelo en una casa orientada al sur situada en Dublín. Fue construida en 1999 y modernizada con radiadores de aluminio de baja temperatura entre 2014 y 2015. El edificio tiene una superficie de 160 m2, una altura de 2,5 m y una superficie total de 139 m2 de paredes exteriores.

Consideraron tres escenarios de rehabilitación diferentes: un escenario de caso base que tiene en cuenta la construcción original; un escenario de rehabilitación mínima basado en la rehabilitación aplicada entre 2014 y 2015; y un escenario de rehabilitación profunda que asume que el edificio se renueva de acuerdo con las directrices nacionales irlandesas actuales. “Para todos los escenarios, el sistema de calefacción se operó normalmente para mantener una temperatura interna media de 20 C con una banda muerta de 0,5 ºC en todo momento”, especificaron.

Realizaron su análisis suponiendo un sistema de calefacción que combina una bomba de calor eléctrica de 8 kW con una caldera de gas de 33 kW. Puede funcionar en tres modos diferentes: 1 – Cuando la temperatura exterior es inferior a 2 ºC, la caldera de gas suministra toda la carga térmica; 2 – Cuando la temperatura exterior es superior a 2 ºC, la bomba de calor eléctrica suministra toda la carga térmica; 3 – La bomba de calor y la caldera de gas funcionan juntas cuando la temperatura exterior es superior a 2 C y la temperatura requerida del agua es superior a 45 ºC.

En su simulación consideraron unos precios del petróleo, el gas natural y la electricidad de 0,088 euros (0,095 dólares)/kWh, 0,069 euros/kWh y 0,21 euros/kWh, respectivamente.

Los investigadores constataron que todos los escenarios de bombas de calor híbridas lograban un ligero ahorro energético en comparación con los respectivos escenarios de bombas de calor eléctricas. También comprobaron que los sistemas híbridos eran competitivos en términos de emisiones de carbono por unidad de superficie. “Entre el 41% y el 80% del costo de capital del sistema de calefacción puede recuperarse en todos los escenarios con respecto a un sistema de caldera de gasóleo”, afirmaron, señalando que el rendimiento económico de las HHP depende estrictamente de los precios de la electricidad y el gas.

Presentaron el novedoso concepto de bomba de calor en el estudio “Technical and economic assessment of a hybrid heat pump system as an energy retrofit measure in a residential building” (Evaluación técnica y económica de un sistema híbrido de bomba de calor como medida de rehabilitación energética en un edificio de viviendas), publicado en Energy and Buildings. El grupo de investigación está formado por académicos de la Dublin City University y el University College Dublin (Irlanda), así como de la Universidad de Sassari (Italia).

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