Investigadores italianos han diseñado un sistema de bomba de calor con fuente de agua destinado a generar refrigeración, calefacción y agua caliente sanitaria en viviendas sociales construidas durante las décadas de 1970 y 1990. El novedoso concepto integra la energía térmica fotovoltaica con el almacenamiento térmico y promete un coeficiente de rendimiento estacional de 5.
Un grupo de investigadores dirigido por la Universidad Sapienza de Roma ha desarrollado un nuevo sistema de bomba de calor con fuente de agua (WSHP) que integra energía térmica fotovoltaica (PVT) y almacenamiento de energía térmica (TES) para la producción integrada de calefacción, refrigeración y calor doméstico. producción de agua y electricidad.
El sistema se desarrolló en el marco del proyecto de investigación RESHeat, financiado con fondos europeos, cuyo objetivo es identificar soluciones renovables y energéticamente eficientes para calefacción y refrigeración, así como producción de agua caliente sanitaria en edificios residenciales de varios apartamentos. "Este trabajo se centra en la versión italiana del proyecto RESHeat", dijeron los científicos, señalando que el sistema propuesto adopta un tanque de almacenamiento de agua caliente en lugar de una unidad de almacenamiento de calor subterránea como las versiones del sistema desarrolladas para países europeos en latitudes más altas.
El sistema consta de una bomba de calor de agua combinada con paneles fotovoltaicos refrigerados, dos unidades de almacenamiento (una de fuente y otra de carga) y un fancoil. En la configuración del sistema propuesta, el calor de baja temperatura de los paneles se utiliza para llenar el pozo frío de la bomba de calor durante la temporada de calefacción. Durante la temporada de frío, el exceso de calor de los paneles fotovoltaicos, que alcanzan temperaturas más altas, se transmite al sistema de producción de agua caliente sanitaria.
“Los paneles PVT proporcionan cogeneración térmica y eléctrica, y la energía eléctrica se utiliza para alimentar la WSHP, los calentadores de respaldo, los auxiliares y los espacios del condominio, mientras que el calor de baja temperatura producido durante el período invernal se aprovecha como fuente para la WSHP a través de la TES”, explicó el equipo de investigación. “Por el contrario, fuera del período de calefacción, de abril a octubre, el calor producido por PVT se aprovecha para la producción de ACS, que se almacena en un acumulador específico. Finalmente, en el período estival, el TES se conecta a un CC, necesario para disipar el exceso de calor producido por la HP para la refrigeración del espacio”.
Utilizando el software TRNSYS y el método de toma de decisiones multicriterio (MCDM), los académicos realizaron 184 simulaciones para identificar el tamaño ideal de los componentes del sistema con el objetivo de implementarlo en un edificio residencial social de 13 apartamentos construido alrededor de 1980 en Palombara Sabina, cerca de Roma, Italia.
"La muestra de referencia es el resultado de una planificación urbana iniciada en Italia en los años 60 del '900 para programar intervenciones relacionadas con los edificios sociales antes de las regulaciones sobre eficiencia energética en los edificios", explicaron, añadiendo que el edificio, que actualmente depende sobre sistema de calefacción centralizado de gas, tiene una carga térmica de invierno y verano de 61 kW y 65 kW respectivamente, y un consumo de ACS de 55 l/persona para un total de 50 personas.
En las simulaciones y análisis MCDM, los académicos consideraron parámetros clave como el coeficiente de rendimiento (COP), la fracción solar, el consumo de energía primaria, el ahorro de energía primaria, los costos operativos y del sistema, así como criterios logístico-espaciales. Los investigadores descubrieron que la mejor configuración del sistema se puede lograr con 75 paneles PVT con un total de 25 kW divididos en 15 cadenas, un volumen de tanque de inercia conectado al lado de la fuente de HP de 3 m³ y un volumen de 1.5 m³ para el almacenamiento térmico de ACS. .
“Los puntos de ajuste de temperatura identificados fueron 25 C para el DC, mientras que para el HP, tanto las temperaturas de funcionamiento del evaporador como del condensador varían según las condiciones externas”, explicaron. “En el lado frío oscilan entre 7 y 20 °C y varían según la radiación incidente y la producción de calor a baja temperatura de los paneles PVT, mientras que en el lado caliente varían según la temperatura exterior”.
El sistema se describió en el estudio "Definición de un sistema de bomba de calor con fuente de agua acoplada PVT mediante la optimización de componentes individuales", publicado en Energía.
“Este trabajo pretende utilizar el edificio de Palombara Sabina como caso piloto para mejorar un sistema de calefacción central para climas templados, para proponerlo como un enfoque ideal para ser aplicado a gran escala a todo el parque de viviendas sociales construido durante los años 1970. década de 1990, con vistas a una renovación energética a escala urbana”, concluyen los investigadores. "Los objetivos son la eficiencia del sistema, con un COP estacional mínimo de 5 y una cobertura mínima del 70 % de fuentes renovables centrándose en la gestión de la temperatura ambiente".
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Fuente de pv magazine
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