CALEFACCIÓN SOLAR
La calefacción solar para usos residenciales presenta un desafío para los especialistas. Requiere buena parte de la energía en el momento de menor disponibilidad, en el invierno y de noche. Por ello, la situación extrema de calefacción exclusivamente solar requiere de grandes sistemas de almacenamiento, generalmente muy costosos.
Lo económicamente recomendable es entonces un sistema híbrido, parcialmente solar y parcialmente convencional.
1) HÍBRIDO: SOLAR –GAS
Aquí el aporte solar puede suplantar en distintas proporciones al calor de combustión de gas. Hay 3 variantes:
a)Sin termotanque acumulador de energía.
En este caso los colectores aportan durante las horas de sol y la caldera funciona compensando el faltante según la energía demandada. Es útil sobre todo en edificios de uso diurno como oficinas, escuelas etc...
b) Con termotanque acumulador de energía térmica.
Aquí el aporte de los colectores solares es menor a la demanda total de calefacción del edificio. Los colectores aportan al termotanque la energía captada del sol. Este la guarda para ser usada a cualquier hora según la demanda. El termotanque alimenta la caldera en este caso. Permite un funcionamiento más parejo de la caldera y un aporte solar mayor a la energía consumida en las horas de sol, pero menor a la demanda total del edificio.
c) Con termotanque y colectores dimensionados según el balance térmico del edificio a calefaccionar, que permita acumular algunos días del consumo (medio), como fuelle climático. El aporte solar será igual a la demanda de energía total diaria (promedio). Para hacer frente a las demandas picos en seguidillas de días nublados o una ola de frío, es necesario tener una caldera de gas para esas emergencias.
Esta alternativa es recomendable en construcciones nuevas, con la llamada arquitectura bioclimática o solar, que al tener aislaciones pierde menos energía hacia el exterior y que a su vez gana energía solar en invierno por una correcta orientación y dimensión de las ventanas. Es claro que en este tipo de edificios la demanda energética cae a menos de la mitad y es posible aportarle lo que falte con energía solar “activa”, es decir con colectores y termotanque.
2) HIBRIDO: SOLAR-BOMBA DE CALOR
Las “bombas de calor” son aparatos que permiten transferir energía en forma de calor desde un lugar a otro. Una heladera es el ejemplo más conocido de este tipo de “aparato”, donde “bombea calor” desde adentro hacia afuera de la misma. Es decir, saca energía del “freezer” que entonces se enfría y la entrega al exterior, que entonces se calienta. Se puede verificar esto último tocando la “rejilla” (intercambiador) ubicada atrás de la heladera.
En un sistema de calefacción se “bombea” calor desde afuera del edificio hacia adentro del mismo. En verano funciona al revés (son los llamados comercialmente acondicionadores de aire frío-calor), enfriando así el interior del edificio. Sólo se cambia el sentido de circulación del fluído interno de la “bomba de calor”.-
Se trata pues de mover energía desde un lugar a otro.
No se genera calor por combustión. Se transfiere de un lugar a otro.
Cuando funcionan en invierno calefaccionando el interior de un edificio, el intercambiador exterior suele condensar el agua del ambiente y luego congelarla (bajas temperaturas y alta humedad). Allí la “Bomba” deja de funcionar. El desbloqueo del hielo implica una importante pérdida de eficiencia cuando más lo necesitamos.
Para superar este problema hemos desarrollado una alternativa de funcionamiento novedosa. Consiste en usar una cisterna de agua para que el intercambiador exterior utilice para su funcionamiento. Esta cisterna se mantiene entre 10 y 30°C de temperatura, de manera de permitir siempre un correcto funcionamiento del intercambiador exterior.
Para mantener la cisterna entre 10 y 30°C es necesario entregarle la misma cantidad de energía que la bomba de calor extrae para satisfacer demanda de calefacción del edificio. Esta energía la aporta el sol por medio de los colectores solares térmicos.
De un lado con la “bomba de calor” captamos energía de la cisterna de agua exterior y la transferimos al edificio en forma de agua a una temperatura mayor. De otro lado devolvemos con energía solar la extraída desde la cisterna.
Es necesario hacer el balance térmico del edificio y determinar así la demanda de energía promedio y extrema. Con estos datos se proyecta el sistema de calefacción híbrido.
En cuanto al sistema de distribución de la energía dentro del edificio se pueden utilizar intercambiadores de pared o bien piso radiante. Este último sistema es más económico porque permite trabajar con agua de calentamiento a menor temperatura y por ello alcanzar un mayor rendimiento térmico traducido en menor consumo de electricidad.
Aquí la cisterna es el almacén de energía y debe ser capaz de soportar días nublados o muy fríos.
Este es el sistema híbrido que consume, por muy amplio margen, menor energía convencional (electricidad aquí). Se puede usar también para proveer agua caliente sanitaria. En el verano provee aire acondicionado y puede calefaccionar una piscina para darle un uso mucho más amplio.
CENTRAL TÉRMICA HÍBRIDA FRISIA-TERRASOL
Elementos componentes:
1) Pantallas solares
2) Cisterna de agua acumuladora de energía.
3) Bomba de calor eléctrica.
4) Sistema convencional de calefacción por radiadores, piso radiante, fan coils.
Lógica de funcionamiento de sus componentes.
1) La cisterna de agua es nuestro almacén-acumulador de energía térmica.
2) Mediante colectores de energía solar aportamos a la cisterna para mantener el agua de ésta entre 15 y 30°C durante el invierno.
3) La bomba de calor permite transferir energía en forma de calor desde un fluido a otro. Toma energía de la cisterna y la entrega a mayor temperatura al sistema de calefacción del edificio. La energía eléctrica es sólo la necesaria para hacer la transferencia de calor.
En este sistema los colectores solares tienen alta eficiencia por las bajas temperaturas que trabaja la cisterna.
La bomba de calor tiene también alta eficiencia porque toma energía de un líquido a temperatura casi constante y relativamente alta.
Podemos definir la innovación de este sistema que llamaremos CTH por la combinación de tres elementos existentes, colectores solares, cisterna acumuladora y bomba de calor, operando en el rango de funcionamiento óptimo. Permite alcanzar rendimientos de 8 kwh térmicos entregados al edificio por 1 kwh de electricidad consumido. En una bomba de calor comercial esos valores están debajo de los 4 a 1. Esto significa un importante ahorro de energía y una seguridad de funcionamiento permanente.
