A día de hoy, la reducción de las emisiones por parte del sector de la calefacción y refrigeración es un factor crítico a la hora de mitigar el cambio climático y reducir la contaminación atmosférica.
Tradicionalmente, los sistemas de calefacción se han diseñado para utilizar altas temperaturas, principalmente debido a la elevada demanda de calor por parte de edificios, que se construían con un aislamiento deficiente. Para lograr las altas temperaturas (60-80ºC) necesarias para calefactar estos edificios, en la mayoría de los casos, se “necesitaba” quemar combustibles fósiles.
La innovación tecnológica, una normativa más exigente y las tendencias actuales hacia edificios con mayor eficiencia energética pueden permitir un desarrollo más amplio de tecnologías de energía limpia, como la energía solar térmica, la energía aerotérmica, hidrotérmica o la energía geotérmica de baja temperatura, así como fuentes de calor residual.
Estas fuentes están ampliamente disponibles en muchas regiones, pero hasta ahora no se utilizaban porque se trataba de fuentes de energía de baja entalpía que solo pueden ser aprovechados en forma de calor y no pueden transformarse en otros tipos de energía.
Este tipo de energía no permite, por ejemplo, una producción eléctrica eficiente, o su utilización industrial en procesos de muy alta temperatura. Sin embargo, esta energía es fácilmente aprovechable para su utilización en calefacción y refrigeración. ¿Por qué no aprovecharla entonces en estas aplicaciones, evitando malgastar otros tipos de energía?
¿Cómo aprovecho esta energía de baja entalpía de forma eficiente?
Para analizar este punto conviene repasar un poco de termodinámica básica. La termodinámica estudia las relaciones entre el calor, la temperatura y la energía.
El calor fluye de manera natural de un foco más caliente a uno más frío, por ejemplo, si tengo una taza de té muy caliente (foco caliente), y, unos cubitos de hielo (foco frío), en cuanto los pongo en contacto, el calor fluirá del té al hielo, derritiéndolo a los pocos minutos. Enseguida observamos que, al final de este proceso, tenemos los dos objetos (focos, para llamarlos de una forma más técnica, pero al fin y al cabo, la taza de té y el hielo), a una misma temperatura, intermedia entre las temperaturas caliente (té) y fría (hielo). El té ha cedido parte de su calor al hielo derritiéndolo.
Pero… ¿Podemos conseguir el efecto contrario?, es decir, ¿Hay alguna manera de “trasvasar calor” desde el té hacia el hielo, para conseguir que el té esté aún más caliente y el hielo esté aún más frío? A priori, no parece algo muy natural, pero, la respuesta es sí, existe una tecnología, denominada “bomba de calor” que permite trasladar el calor de un foco frío a un foco caliente, a consta de un “pequeño consumo de energía eléctrica”.
Ya, pero… ¿cómo de “pequeño” es ese consumo? Pues depende, sobre todo de la diferencia de temperaturas entre ambos focos. Cuanto más pequeña es esa diferencia, más pequeño es el consumo eléctrico. Por ejemplo: me costaría mayor cantidad de energía eléctrica (y, en consecuencia, más euros) trasladar ese calor del hielo al té bien caliente, que si simplemente quisiera trasladarlo de un vaso de agua fría a un vaso de agua templada, porque, en este último
caso, la temperatura de ambos objetos o focos está más próxima.
La bomba de calor, clave en el ahorro energético
A estas alturas, quizás os estáis imaginando que una “bomba de calor” es algo raro, pero es un equipo que no requiere mucho conocimiento para su uso, ni grandes mantenimientos… de hecho, casi todos tenemos una en casa, la nevera.
En la nevera, conseguimos reducir la temperatura de un foco frío (el interior de la nevera) y trasladar ese calor a un foco caliente (la rejilla trasera de la nevera), a consta de un consumo eléctrico, que es mayor cuanto más frío queremos el interior, y cuanto menos calor disipa la rejilla (menos ventilada está o mayor es la temperatura de la casa, etc.).
Otro dato: La bomba de calor, como tal, más antigua en funcionamiento se encuentra en el Ayuntamiento de Zúrich y funciona desde 1937 aportando calefacción aprovechando las aguas del río Limmat, ¡no parece por tanto una tecnología muy novedosa!.
Ya, de acuerdo, es sencilla, pero entonces no es energía renovable… ¡consume energía eléctrica! Si, eso es cierto, pero la proporción de energía eléctrica que consume es inferior a la de otros sistemas. La principal ventaja de estos equipos es su elevado rendimiento, que denominamos COP.
Por ejemplo, una máquina con un COP=4 permite aprovechar 3 unidades de energía limpia de “baja entalpía” (por ejemplo, 3 kWh de energía contenida en el aire ambiente), utilizando solo 1 unidad (1kWh) de energía eléctrica para producir, en total, 4 unidades (4 kWh) de energía para la calefacción de la vivienda. Es decir, con 1kWh de energía eléctrica consigo 4 kWh de calefacción, es decir “me he ahorrado 3 kWh frente a un sistema convencional”. ¡Un 75% de ahorro energético!
Además, esto nos permite aprovechar mejor lo que denominamos la “hibridación” de renovables. ¿Esto qué significa? Pues que si tuviéramos que sacar toda esa energía para la calefacción, por ejemplo, de un sistema solar fotovoltaico, necesitaríamos una gran superficie de paneles solares, lo que conllevaría una alta inversión. Sin embargo, aprovechando la tecnología de bomba de calor, solo nos hace falta instalar un 25% de los paneles solares, el otro 75% lo vamos a extraer, por ejemplo, del aire o de esas otras energías que hemos llamado de “baja calidad”. De esta forma, hemos reducido a una cuarta parte nuestra instalación de electricidad renovable. ¡Y ya disponemos de “energía 100% renovable”!
¿Y qué hace Sunthalpy?
Como imagináis, el rendimiento de la bomba de calor es clave, ya que es lo que marca que porcentaje de electricidad necesitamos y qué porcentaje de energía de “baja calidad” podemos aprovechar. Y habíamos dicho que es mucho mejor cuanto más cerca estén la temperatura del foco frío (esa “energía de baja calidad”) y la del foco caliente (“edificio que queremos calefactar”). Pero… ¿Cómo acercamos esas temperaturas?
En Sunthalpy nos acercamos al problema desde ambos lados
Por una parte, queremos reducir la temperatura que es necesaria para calefactar un edificio. En ese sentido, la eficiencia se maximiza si aislamos al máximo la vivienda y sustituimos los radiadores convencionales por sistemas de calefacción más eficiente.
Por hacernos una idea, un radiador convencional trabaja a temperaturas de entre 60 y 75ºC, un radiador de baja temperatura puede funcionar en el entorno de los 50ºC, los sistemas de aire (fan coils) utilizados normalmente en oficinas o edificios comerciales trabajan a entre 40 y 50ºC, y los sistemas de suelo radiante no necesitan temperaturas superiores a los 35ºC.
En nuestro caso, Sunthalpy promueve sistemas de calefacción que utilizan paredes y suelos radiantes, con una tecnología propia patentada, que permiten calentar edificios de una forma mucho más eficiente, a muy baja temperatura (incluso por debajo de 25ºC), con niveles de confort interior superiores a los convencionales.
Además, avanzando un paso más, Sunthalpy utiliza sistemas de almacenamiento de energía para maximizar la producción en los periodos con mejor rendimiento, integrados en la propia vivienda. Un tanque de almacenamiento de calor ocupa un espacio “inútil”, ¿por qué no convertirlo en una piscina? ¿o utilizar el propio hormigón estructural de la vivienda para almacenar ese calor? Esa es la idea para ser “los más eficientes”.
Por otra parte, nos encargamos de buscar esa “energía de baja calidad” que mejor encaja en cada caso para maximizar el rendimiento.
A modo de ejemplo, los paneles Sunthalpanel permiten aprovechar la energía solar incidente combinando la producción fotovoltaica, que servirá para alimentar de energía eléctrica a la vivienda y a la bomba de calor, para que sea 100% renovable, y, a la vez, la energía térmica del Sol, incluso en los días de menor radiación o cuando llueve, convirtiéndola en esa “energía de baja calidad” que necesitamos para poner la bomba de calor a funcionar con rendimientos medios estacionales que pueden ser superiores a 6 (recuerda la receta: una unidad de energía eléctrica por cada 5 unidades de energía térmica de “baja calidad”).
Pero no solo la energía directa proporcionada por el Sol es aprovechable. Por ejemplo, podemos sacar esa energía térmica de las aguas de un río, mar o lago (hidrotermia), de la energía acumulada en el aire ambiente (aerotermia) o en los primeros metros de la superficie terrestre (geotermia).
La energía de baja entalpía en el mundo
Otro dato que nos sirve para hacernos una idea del enorme el potencial térmico disponible que aún no estamos aprovechando: París tiene un consumo anual de energía final destinado a calefacción de edificios residenciales de aproximadamente 8.300 GWh/año. Considerando un caudal del río Sena de aproximadamente 500 m3/s, si aprovecháramos 1ºC de la energía térmica de las aguas, dispondríamos de una energía térmica de “baja entalpía” de aproximadamente 18.335 GWh/año, es decir, más del doble del consumo total de calefacción del sector residencial de París. Un París sin chimeneas no parece tan complicado.
Pero no solo los ríos tienen un elevado potencial, el mar es otro almacén de energía poco explorado, ¡incluso en los climas más adversos!. Uno de los mayores proyectos a escala mundial que utilizan sistemas de bomba de calor con intercambio de energía con el agua de mar, está ubicado en Noruega, en la ciudad de Drammen. Se trata de una red de calor con una potencia de 15 MW (más de 50.000 habitantes abastecidos), que utiliza el agua del Fiordo Oslo, con una temperatura estable de 8-9ºC a lo largo de todo el año, consiguiendo un COP superior a 3. ¡Y es Noruega!
Y hablando de sitios fríos, en Finlandia nos encontramos la mayor instalación de bomba de calor del mundo, que abastece a todo el barrio de Katri Vala, en Helsinki, aprovechando calor procedente de las aguas residuales de la ciudad. ¡Los residuos también tienen un valor térmico!
Vemos que incluso en los climas más extremos es posible aprovechar esta “energía de baja entalpía”. En los países del norte de Europa ya lo saben, en Canadá hace muchos años que la utilizan… ¿ y por qué no se ha hecho aquí, con condiciones mucho más favorables ? seguramente por eso, por nuestro clima más favorable… la temporada de calefacción era más corta y menos intensa, y a nadie parecía importarle reducir consumo. Pero, ¿nos quedamos de brazos cruzados? ¿o comenzamos el cambio?
¡Bueno para el medio ambiente, bueno para el bolsillo!
Y tú ¿aún no te has convertido en «sunthalpier«?
_ artículo escrito por Belén Garzón
