Climatización de casas pasivas mediante tecnología termoeléctrica

Abstract

Los edificios van a demandar menos calefacción específica en el futuro (kWh/m2) gracias a la renovación intensiva de las envolventes térmicas que incrementarán su aislamiento y reducirán las infiltraciones. Por otra parte, la demanda de refrigeración se va a incrementar, debido al cambio climático y una mayor exigencia de confort por parte de los usuarios. Este hecho, junto con la necesidad de descarbonizar la economía y eliminar las calderas de combustibles fósiles, promoverá el uso de las bombas de calor para climatización y ACS; y puede ser una oportunidad no solo para el ciclo de compresión, sino para otras alternativas tecnológicas. Estas alternativas pueden llegar a representar 1.5 de los 14.5 TW de la potencia térmica instalada de bombas de calor en los próximos años, según el Escenario de desarrollo sostenible 2030-IAE, contribuyendo, esta manera, al abandono de los refrigerantes HFC. La termoelectricidad es una tecnología de bomba de calor de estado sólido que presenta muchas ventajas: no emplea refrigerantes, no tiene partes móviles, no presenta vibraciones ni ruido, no hay reacciones químicas, es una tecnología fiable y escalable, tiene un mantenimiento mínimo, permite un control preciso de la potencia calorífica y su integración con paneles fotovoltaicos puede ser directa, puesto que funciona con corriente continúa. Su principal inconveniente es el reducido rendimiento energético en comparación con la tecnología del ciclo de compresión. Las ventajas arriba expuestas superan el inconveniente del rendimiento en aplicaciones de baja demanda energética, como frigoríficos portátiles, vinacotecas o la climatización de los asientos de vehículos. Los edificios de baja demanda energética representan una gran oportunidad para esta tecnología, pudiendo compensar el déficit de eficiencia con un incremento de la producción de energía in-situ mediante paneles fotovoltaicos. En el caso del Passivhaus, la demanda de calefacción está limitada a 10 W/m2, siendo posible climatizar los espacios interiores incrementando o reduciendo la temperatura del caudal de aire de ventilación a través de una bomba de calor aire-aire. En este trabajo se propone un HVAC que integra un prototipo de bomba de calor termoeléctrica con un sistema de ventilación de doble flujo y un recuperador de calor sensible capaz de proporcionar calefacción, refrigeración y ventilación en un caso piloto de vivienda pasiva de 74.3m2 en Pamplona (España). Este estudio investiga computacionalmente el rendimiento energético del sistema, ensayado en laboratorio, en dicha vivienda a lo largo de un año. Según los resultados obtenidos, el sistema mantiene las condiciones adecuadas de confort con una temperatura interior entre 20-23°C en invierno y 23–25ºC durante el verano. El consumo eléctrico es de 1143.3kWh/a (15.3kWh/m2a), equivalente a la producción eléctrica de 4 paneles fotovoltaicos de 250Wp. Si se compara con una bomba de calor de ciclo de compresión de vapor (COP2.2-4.5) el consumo eléctrico se reduce en un 20.9%, lo que supone menos que la producción eléctrica de un panel fotovoltaico. Esto demuestra la prometedora aplicación de la termoelectricidad para HVAC en casas pasivas.