Científicos del Real Instituto de Tecnología KTH de Suecia han investigado el posible acoplamiento de una bomba de calor geotérmica (GSHP, por sus iniciales en inglés) con la energía fotovoltaica-térmica (PVT) y la refrigeración libre (FC).
La FC utiliza las bajas temperaturas del aire exterior para ayudar a enfriar el agua que luego se utiliza para el aire acondicionado o los procesos industriales.
«En el contexto de los sistemas de bomba de calor geotérmica, la refrigeración libre, también conocida como refrigeración directa del suelo o refrigeración pasiva, utiliza el suelo como sumidero de calor empleando únicamente un intercambiador de calor y una bomba de circulación», explican. «Este planteamiento permite extraer el calor de los espacios interiores para proporcionar refrigeración y, al mismo tiempo, regenerar el intercambiador de calor de la perforación».
En la configuración propuesta del llamado sistema multifuente (MS), la PVT y la FC se utilizan para regenerar la temperatura del suelo en la perforación. En los sistemas desequilibrados, la temperatura del suelo disminuye con el tiempo debido a la extracción de calor, lo que reduce la eficiencia global del sistema y provoca la parada de la bomba de calor.
Utilizando el software de simulación, los investigadores evaluaron la ubicación ideal de la FC en el sistema de una casa plurifamiliar de Estocolmo.
«Dado que tanto el circuito PVT como la FC compiten entre sí durante los meses de verano para utilizar el campo de sondeos como sumidero de calor, es necesario realizar un análisis de interferencias del sistema MS para las tres configuraciones diferentes del sistema», explican.
Según sus conclusiones, la ubicación ideal es entre el intercambiador de calor de la perforación (BH) y el PVT, ya que alcanza una tasa de interferencia del 0,89%. En comparación, la colocación de la FC entre la bomba de calor (HP) y el BH tenía una relación del 12,2%, y su colocación entre el PVT y el HP tenía una interferencia del 19,25%.
«Los resultados muestran que el factor más importante que causa interferencias entre los dos sistemas es su colocación relativa en el sistema», destacaron. «Sin embargo, esta configuración reduce el rendimiento térmico del colector PVT en un 7,24% en comparación con el caso PVT+GSHP».
El grupo comparó el rendimiento del sistema MS con el de una GSHP sola, el de una GSHP usando sólo FC y el de una GSHP usando sólo PVT. Otras variables comparadas en la simulación fueron el número de perforaciones que utiliza el sistema (4-6), la separación entre ellas (5m-15m) y el número de módulos de la unidad PVT (0-144).
«La refrigeración libre tiene un impacto mínimo en el factor de rendimiento estacional (SPF) del sistema GSHP, mejorándolo como máximo en un 0,7% para el campo de perforaciones más pequeño», afirman. «En cambio, el SPF4 de los sistemas GSHP+PVT converge gradualmente con el de un sistema multifuente a medida que aumenta el número de módulos PVT. Este fenómeno se debe a que la proporción de calor inyectado por el sistema PVT se hace más significativa en relación con la de FC».
Como conclusión de su trabajo, el grupo de investigación evaluó que la contribución de la FC a la mejora del SPF del sistema MS es mínima en comparación con la contribución del PVT. «El único escenario estudiado en el que la FC puede reducir las necesidades de suelo es si la separación entre BH se disminuye a 10 m, lo que conduce a una reducción del 66,6% con un SPF ligeramente inferior de 3,16 en comparación con el 3,17 de sólo GSHP», señalaron.
Sus conclusiones se presentaron en «Solar Photovoltaic/Thermal (PVT) Technology Collectors and Free Cooling in Ground Source Heat Pump Systems» (Colectores de tecnología solar fotovoltaica/térmica (PVT) y enfriamiento gratuito en sistemas de bombas de calor geotérmicas), publicado en Solar Energy Advances. «Los resultados demuestran que la integración de PVT y FC no sólo mantiene el suministro de refrigeración, sino que también mejora el rendimiento de la bomba de calor, al tiempo que reduce la longitud del pozo y los requisitos de superficie», concluyeron.
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