Sistema híbrido de calefacción en China revoluciona la eficiencia energética en climas extremos
22 noviembre, 2024
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**Investigadores en China proponen un innovador sistema de calefacción para climas extremadamente fríos**
Un grupo de investigadores de la Universidad de Arquitectura de Shenyang, en China, ha desarrollado un sistema de calefacción que combina bombas de calor aire-solar (SASHP, por sus siglas en inglés) con el apoyo de una red de calefacción central. Este sistema, diseñado específicamente para regiones con inviernos severos, busca mejorar la eficiencia energética y garantizar temperaturas interiores estables, incluso durante las noches más frías.
El sistema, denominado NH-SASHP (por sus siglas en inglés), integra paneles solares térmicos con bombas de calor aire-solar y utiliza la red de calefacción como respaldo nocturno. Esto permite reducir la carga eléctrica de las bombas de calor durante los momentos de mayor demanda de calefacción. Según los investigadores, este enfoque podría ser clave para avanzar hacia un modelo de calefacción más limpio y sostenible en regiones frías de China, donde los inviernos representan un desafío significativo para las tecnologías actuales.
### Contexto del estudio
El proyecto se centró en un edificio de oficinas de 236 m² ubicado en Shenyang, al noreste de China, donde las temperaturas promedio en enero alcanzan los -12,23 °C. Actualmente, el edificio utiliza una bomba de calor aire-aire (ASHP, por sus siglas en inglés) para mantener una temperatura interior de 20 °C. Sin embargo, los investigadores detectaron que dos de los tres pisos no lograban alcanzar esta temperatura objetivo durante el mes más frío del año.
Los problemas identificados incluyeron la capacidad insuficiente de la bomba de calor, la falta de calefacción nocturna y la disminución del rendimiento de las bombas de calor debido a las bajas temperaturas exteriores. Para abordar estas limitaciones, los científicos propusieron un sistema híbrido que combina tecnologías solares, bombas de calor y la red de calefacción.
### Diseño del sistema propuesto
El NH-SASHP fue modelado utilizando el software TRNSYS, basado en datos reales del edificio. El sistema incluye una bomba de calor con una capacidad máxima de calefacción de 15 kW y un coeficiente de rendimiento (COP) máximo de 3,66. Además, incorpora un colector solar térmico de 127 m² y un tanque de almacenamiento de agua de 1 m³. La red de calefacción central, por su parte, tiene una capacidad de carga de 30 kW y un área de intercambio térmico de 0,7 m².
El funcionamiento del sistema está diseñado para ser dinámico: la bomba de calor se activa cuando la temperatura interior cae por debajo de los 20 °C, mientras que el colector solar entra en acción cuando la diferencia de temperatura entre su entrada y salida supera los 8 °C. Por otro lado, la red de calefacción se utiliza principalmente durante la noche, cuando la temperatura desciende por debajo de los 16 °C, y se apaga una vez que el ambiente alcanza los 18 °C.
### Resultados y beneficios
Durante la simulación, realizada para los meses de calefacción en los que la temperatura promedio exterior fue de -5,39 °C, el sistema NH-SASHP demostró ser significativamente más eficiente que las tecnologías actuales. Su consumo total de electricidad fue de 4.629,82 kWh, lo que representa una reducción del 50,79 % en comparación con las bombas de calor tradicionales (ASHP) y del 34,73 % frente a las bombas de calor aire-solar (SASHP).
El sistema también mostró un coeficiente de rendimiento (COP) que osciló entre 4,25 y 10,11, con un aumento notable en marzo, cuando el COP fue un 166,75 % superior al de las bombas de calor convencionales. Además, la contribución solar al sistema varió entre el 35,47 % y el 64,85 %, lo que subraya el impacto positivo de la energía solar en la mejora de la eficiencia.
En términos económicos, el costo operativo del NH-SASHP fue de 7.568 yuanes (aproximadamente 1.045 dólares), lo que equivale al 72,3 % del costo de un sistema ASHP y al 81,5 % de un sistema SASHP.
### Implicaciones para el futuro
Este innovador sistema híbrido representa un paso importante hacia la transición energética en regiones con climas extremos. Al combinar fuentes de energía limpia con tecnologías tradicionales, los investigadores han demostrado que es posible mejorar la eficiencia energética y reducir los costos operativos, al tiempo que se garantiza un suministro de calor estable y confiable.
El estudio completo, titulado *“Research on solar-air source heat pump coupled heating system based
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