Innovador sistema de calefacción solar y bomba de calor optimiza el confort en climas extremos

### Innovador sistema de calefacción combina bomba de calor solar-aire y suelo térmico de arena en Mongolia Interior

Un grupo de investigadores de China ha desarrollado un sistema de calefacción eficiente y sostenible que integra una bomba de calor solar-aire con un suelo térmico basado en arena. Este innovador enfoque ha demostrado ser capaz de mantener temperaturas interiores estables en viviendas rurales, incluso en condiciones climáticas extremas.

#### **Una solución para la calefacción rural en climas fríos**

El estudio, llevado a cabo por científicos de la Universidad de Tecnología de Zhongyuan y la Universidad de Tecnología de Dalian, se centró en mejorar la eficiencia energética en zonas rurales con inviernos severos. La investigación se realizó en una vivienda unifamiliar en Chifeng, una región de Mongolia Interior donde las temperaturas invernales pueden descender hasta -23,3 °C y la temporada de calefacción se extiende por seis meses.

El sistema diseñado por los investigadores combina varios elementos clave: un colector solar térmico (STC, por sus siglas en inglés), un tanque de almacenamiento térmico (TST), una bomba de calor aire-agua (ASHP), un suelo térmico de almacenamiento de arena (STSF) y bombas de agua. La clave de esta tecnología radica en el uso de arena como medio de almacenamiento térmico, lo que permite conservar el calor durante el día y liberarlo progresivamente durante la noche, garantizando una temperatura interior estable.

#### **Cuatro modos de funcionamiento para optimizar el rendimiento**

Para evaluar la eficiencia del sistema, los investigadores diseñaron cuatro modos operativos según las condiciones climáticas:

– **Modo 1:** Utiliza exclusivamente el colector solar térmico en días soleados.
– **Modo 2:** Depende completamente de la bomba de calor en días nublados o lluviosos.
– **Modo 3:** El colector solar opera durante el día y la bomba de calor se activa por la noche.
– **Modo 4:** El colector solar funciona durante el día y la bomba de calor se enciende solo cuando la radiación solar es insuficiente, pero no opera en la noche.

Durante un período de prueba de nueve días, entre el 27 de noviembre y el 6 de diciembre de 2023, el sistema logró mantener temperaturas interiores entre 17,4 °C por la noche y 20,2 °C durante el día, incluso cuando las temperaturas exteriores oscilaron entre -18,4 °C y 12,3 °C.

#### **Resultados prometedores y optimización energética**

Los datos obtenidos en la prueba fueron utilizados para modelar el sistema en TRNSYS, un software de simulación térmica. Los resultados mostraron que el **Modo 4** fue el más eficiente, con un coeficiente de rendimiento (COP) de 4,6 y una fracción solar (SF) del 77,9 %, superando al **Modo 3**, que registró un COP de 4,0 y un SF del 57,6 %. Además, el Modo 4 redujo el consumo energético en 405,2 kWh en comparación con el Modo 3.

Desde el punto de vista económico, los costos operativos varían según las tarifas eléctricas locales. Sin tarifas diferenciadas por horarios, el Modo 4 redujo los costos en un 28 % en comparación con el Modo 3. Sin embargo, con tarifas de electricidad que varían según la demanda (tarifas valle y pico), el Modo 3 resultó ser la opción más económica para los hogares rurales.

#### **Impacto y futuro de la tecnología**

Este sistema representa una alternativa viable para mejorar la calefacción en zonas rurales con inviernos severos, reduciendo el consumo energético y las emisiones de carbono. Mientras que el Modo 3 es más accesible para los hogares con tarifas eléctricas diferenciadas, el Modo 4 ofrece una solución más sostenible desde una perspectiva gubernamental y ambiental.

El estudio completo ha sido publicado en la revista *Case Studies in Thermal Engineering*, y sus hallazgos podrían influir en futuras políticas de calefacción sostenible en regiones frías.

Fuente: https://www.pv-magazine.com/2025/03/05/coupling-solar-air-source-heat-pumps-with-sand-based-thermal-storage-floor/