Un grupo de científicos de la Universidad china de Shandong Jianzhu ha desarrollado un sistema de calefacción por bomba de calor con fuente de agua para aplicaciones residenciales. El sistema puede utilizar recursos geotérmicos de agua procedentes de explotaciones mineras abandonadas y se basa en el control estacional, ya que proporciona exclusivamente calefacción.
Para permitir un despliegue adecuado, los investigadores estudiaron la disposición de los pozos de bombeo-recarga del sistema, en un intento de minimizar el fenómeno de transfixión de calor, que puede producirse tanto en sistemas de circuito abierto como de circuito cerrado. «Si la disposición de los pozos de bombeo es incorrecta, el agua a baja temperatura que se recarga en el acuífero podría hacer fluctuar la temperatura del agua en los pozos de bombeo, lo que podría reducir la eficiencia de la unidad de bomba de calor con fuente de agua», explican. «Este fenómeno que implica un cambio en la temperatura del agua en un pozo de bombeo dado debido al relleno se conoce como transfixión de calor».
Para hallar el posicionamiento óptimo, los académicos desarrollaron un modelo de cálculo numérico que tenía en cuenta la transferencia de calor y la fluidez, entre otros términos. Este modelo se alimentó con 14 disposiciones de pozos diferentes, incluidos tres tipos que implicaban un pozo de bombeo y un pozo de riego, cinco tipos que implicaban un pozo de bombeo y dos pozos de riego dispuestos linealmente, y seis tipos que implicaban un pozo de bombeo y dos pozos de riego en una disposición triangular.
«Un descenso de la temperatura de bombeo de 0,5 K se denomina punto crítico de transfixión de calor. Cuando la temperatura de bombeo disminuye menos de 0,5 K, no se produce transfixión de calor, y cuando la temperatura de bombeo disminuye entre 0,5 y 1 K, se produce una transfixión de calor leve», explicaron. «Cuando la temperatura disminuye entre 1 y 2 K, se produce una transfixión de calor moderada. Cuando la temperatura disminuye más de 2 K, se produce una transfixión térmica severa».
Los científicos simularon el funcionamiento del sistema de bomba de calor en un único edificio residencial de la ciudad china de Weifang y compararon su rendimiento con el de una caldera de gas. El edificio tenía una carga máxima de calefacción de 118,02 kW y una carga anual acumulada de 153.486,91 kWh.
«El sistema de calefacción por bomba de calor con fuente de agua de la mina abandonada consta principalmente de una bomba sumergible, un intercambiador de calor de placas, una bomba de calor con fuente de agua, una bomba de agua circulante y una sección final. El sistema sólo se utiliza para calefacción», explican los académicos.
El consumo total de energía de los distintos sistemas se convirtió en consumo estándar de carbón. Según los resultados, el sistema de calefacción por bomba de calor con fuente de agua de la mina consumió 10.872 kg h de carbón estándar, mientras que el sistema de calefacción por caldera de gas consumió 28.622,43 kg h de carbón estándar. Esto supone una reducción de 17.750,43 kg, es decir, un 62,02%. Las emisiones de CO2 se redujeron en 43.843,56 kg, las de SO2 en 355,01 kg y las de polvo en 177,50 kg.
«Los costes de explotación se redujeron en 27.576,04 yuanes (3.872,99 dólares) durante la temporada de calefacción, lo que representa el 30,29% del ahorro total, y el coste de inversión del sistema se recuperó completamente en unos 4,65 años», concluye el grupo de investigación.
El sistema se presentó en el artículo «Investigation of Theoretical Models, Pumping-Recharge Well Arrangements and System Performance of Abandoned Mine Water Source Heat Pump» (Investigación de modelos teóricos, disposiciones de pozos de bombeo y recarga y rendimiento del sistema de bombas de calor con fuente de agua de mina abandonada), publicado en Energy and Built Environment.
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