Investigadores de la Universidad Rovira i Virgili (Tarragona) han evaluado diferentes estrategias de control para el funcionamiento de las bombas de calor en un sistema de calefacción urbana asistido por energía solar (SDHS, por su sigla en inglés) para calefacción de espacios (SH, por su sigla en inglés) y agua caliente sanitaria (DHW, por su sigla en inglés) con almacenamiento estacional que da servicio a una pequeña comunidad de 10 edificios situada en Madrid.
Según ellos, la integración de bombas de calor en un SDHS puede ayudar a reducir la pérdida de calor por almacenamiento y estabilizar la temperatura global de la red térmica para facilitar la calefacción urbana a baja temperatura. El sistema consta de colectores solares térmicos, un depósito de almacenamiento estacional (SST), un depósito de almacenamiento de ACS, una unidad de bomba de calor agua-agua y un calentador de gas auxiliar.
En esta configuración, el calor generado por la bomba de calor se utiliza para proporcionar calor a unos 50 grados centígrados para el SH o se suministra al SST para cargar el calor almacenado. Si la instalación solar térmica, la bomba de calor y el SST no son capaces de satisfacer la demanda de calor, entra en juego el calentador de gas auxiliar. Cada edificio del complejo tiene 28 apartamentos con una superficie de 90 m2 y la demanda total estimada para cada edificio es de 191,34 MWh al año. Los precios del gas y la electricidad en la zona se estiman en 0,0526 euros y 0,1873 euros por kWh, respectivamente.
Se proponen dos estrategias de control para el funcionamiento de la bomba de calor: El modo de control (A), mediante el cual la bomba de calor funciona cuando la temperatura media de la TSM es inferior a una temperatura de encendido de referencia de la bomba de calor; y el modo de control (B), mediante el cual la bomba de calor funciona si la temperatura del colector solar es inferior a la temperatura media de la TSM. «En estos modos de funcionamiento, el calor generado por la bomba de calor en control (A) y (B) se transferirá a la TSM o a la ACS en función de la demanda», destacaron los científicos. «En caso de que el suministro del SST o del DHWT sea insuficiente, se encenderá el calentador auxiliar».
El rendimiento del sistema se simuló mediante el software TRNSYS durante un año típico de funcionamiento. Se consideraron cinco escenarios de optimización: Una solución de coste mínimo sin límites en el posible uso de gas; tres escenarios con límite de gas del 25%, 50% y 75%, respectivamente; y una solución con uso mínimo de gas y altas cuotas de producción de energía solar térmica.
Los resultados de la simulación mostraron que con la estrategia de Control (A), el coste actual neto del sistema en el escenario 1 es de 72,2 euros y de 144,7 euros/MWh en el escenario 5. El periodo de amortización del sistema oscila entre 31 años en el escenario 1 y 63 años en el escenario 5.
Con el enfoque de control (B), que siempre mantiene la cuota de la energía solar térmica más alta, el sistema alcanza un coste actual neto de 67,12 euros/MWh en el escenario 1 y su periodo de amortización oscila entre 29 y 59 años. «Además, el uso del control (B) reduce drásticamente el uso de la HP, ya que bajo este control, la HP se utiliza sólo para cubrir la escasez de SST durante el período de alta demanda de la temporada», explicaron además los académicos. «Un control de la bomba de calor bien diseñado puede aportar beneficios tecnoeconómicos en la calefacción urbana».
El sistema propuesto se describe en el artículo «Techno-economic analysis of control strategies for heat pumps integrated into solar district heating systems», publicado en el Journal of Energy Storage.
Recientemente, un consorcio de científicos y empresas dirigido por la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) ha demostrado la viabilidad técnica y económica de la calefacción solar de los edificios de un determinado barrio, sin necesidad de una fuente de calor externa. La red de calefacción solar propuesta se basa en sistemas solares fotovoltaicos-térmicos (PVT) que pueden generar tanto calor como electricidad en el tejado, una red de calor a muy baja temperatura conectada a un almacenamiento de calor o frío bajo el suelo, y el uso de bombas de calor.
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