Hibridación de la bomba de calor con energía solar térmica en la producción de agua caliente sanitaria.

Costa Rica es un país tropical, con un promedio anual de temperaturas que oscilan entre los 22°C y 27°C, lo que unido a las características constructivas y técnicas de sus edificaciones, hace que el agua caliente sanitaria (ACS) sea prácticamente la principal demanda térmica en los edificios de carácter residencial y comercial.

Demanda térmica que entre los diferentes sistemas de generación térmica existentes puede ser satisfecha mediante bombas de calor, las cuales aprovechan la energía térmica del entorno natural, agua, aire o tierra, para calentar el agua, reduciendo de esta manera, la dependencia de los combustibles fósiles y disminuyendo las emisiones de gases de efecto invernadero.

Las ventajas y prestaciones de la bomba de calor son ya muy conocidas, pero no están siendo totalmente aprovechadas, en muchos casos por desconocimiento de los avances tecnológicos actuales, que han permitido hacer posible la hibridación con el resto de las tecnologías renovables existentes.

Siendo las instalaciones de energía solar térmica, una de las tecnologías renovables que, por sus propias características, puede ser hibridada con cualquier otra tecnología que permita asegurar alcanzar la temperatura de confort, cuando sea preciso y permitiendo que prácticamente el 100% de la energía sea renovable.

El aprovechamiento de energía solar térmica se puede hacer de la misma forma que se efectúa con otras instalaciones de generación, sean estas renovables o no. Es decir, calentando un depósito solar conectado en serie con el depósito de producción de ACS de la bomba de calor o bien integrando en el mismo depósito ambas producciones, tal y como se aprecia en las siguiente representación:

Como ejemplo de la determinación de la eficiencia de un sistema de bomba de calor con energía solar térmica de una vivienda de 5 personas con un consumo diario por persona y día de 40 litros a 45 º C con una temperatura del agua de red de 20 º C, seria la siguiente:

a.   Consumo de ACS a 45 º C:

Se considera que en cada apartamento hay 2 dormitorios y viven 3 personas, por tanto, el consumo es: Vdía = 5 personas x 40 litros/día.persona = 200 litros/día a 45ºC

b.   Demanda térmica anual de ACS

Qacs = 200 litros/día x 4,18 kJ/Kg.K x (45–20)ºC x 1 KWh/3600 kJ x 365 días = 2.119,02 kWh/año

c.   Contribución solar.

Si la instalación solar térmica se dimensiona para una contribución solar del 80%, esto significa que aportará Qsolar = 1.695,22 kWh/año

d.   Consumo de energía eléctrica.

La bomba de calor deberá aportar el resto de la demanda de energía térmica, por lo que suponiendo que la bomba tuviera un rendimiento estacional de SPF = 2,5 (valor muy bajo), el consumo de energía eléctrica será de:

Qapoyo = 2.199,02 - 1.695,22 = 503,80 kWh/año

EE = Qapoyo/SPF = 503,80/2,5 = 201,52 kWhEE/año

e.   Contribución renovable de la bomba de calor

Eren = Qusable x (1–1/SPF) = 503,80 x (1–1/2.5) = 302,28 kWhEE/año

f.     Contribución renovable total

CR(%) = (1.695,04 +302,28)/2.119,02 = 0.9425 → 94,25 %

La dificultad de esta justificación radica en la determinación del SPF de la bomba de calor, cuando funciona en serie con una instalación solar térmica, pero en cualquier caso, se puede comprobar que es un sistema muy eficiente de producción de ACS, con una gran flexibilidad en la configuración de diseños para pequeños y grandes consumos de ACS.

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