Intercambiador de calor subterráneo fotovoltaico para edificios

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Investigadores de la Universidad Central de Jharkhand, en la India, han desarrollado un sistema de energía térmica para edificios que utiliza un sistema de intercambiador de calor tierra-aire (EAHE) alimentado por un sistema fotovoltaico autónomo.

Un EAHE es una solución geotérmica pasiva que consiste en un sistema de tuberías enterradas por las que circula aire fresco. Estos sistemas se utilizan habitualmente para calentar el aire fresco de los edificios en invierno y enfriarlo en verano.

“En pocas palabras, la EAHE se basa en el concepto de utilizar temperaturas por debajo de 2-3 m de la superficie terrestre que se mantienen constantes durante todo el año, independientemente de las variaciones de temperatura del aire ambiente”, explica a pv magazine el investigador Basudev Pradhan. “La temperatura bajo la superficie terrestre es más fría en verano y más cálida en invierno que el aire que hay sobre ella. Por eso, el sistema diseñado soplará aire ambiente a través de una tubería instalada a cierta profundidad de la superficie, y el aire se calentará o enfriará en invierno o verano debido al intercambio de calor con el suelo circundante”.

Los científicos diseñaron la EAHE fotovoltaica propuesta con un enfoque de superficie de respuesta de herramienta estadística, utilizando software de cálculo y modelado. La EAHE está diseñada con tuberías de PVC inclinadas un pequeño ángulo para evitar que el agua condensada se estanque en su interior y enterradas horizontalmente. El conjunto solar consta de paneles fotovoltaicos, reguladores de carga, un inversor y una batería.

Los investigadores partieron de la base de que la EAHE funcionaría durante 24 horas todos los meses excepto julio y agosto. Indicaron que el coeficiente de eficiencia energética estacional (SEER) se estima en 7,34 para refrigeración y 8,99 para calefacción. También calcularon que el potencial anual de calefacción y refrigeración del sistema es de 4.158 kWh/año y 3.958,7 kWh/año, respectivamente.

“Así pues, de la información revelada puede concluirse que, en invierno, el sistema EAHE diseñado funciona con mayor eficacia que en la época estival”, explicaron.

Señalaron que la configuración diseñada con parámetros optimizados da como resultado una ganancia energética anual de 8.116,7 kWh.

“Si se dispone de electricidad de la red 24 horas al día, el sistema solar tiene un periodo de amortización directo de cuatro a cinco años”, señalaron los investigadores. “Además, este sistema híbrido tiene potencial para proporcionar créditos de carbono por valor de 336,86 kWh/año. Por lo tanto, este sistema es un enfoque de ahorro energético y respetuoso con el medio ambiente tanto para zonas urbanas con disponibilidad de red 24 h como para zonas rurales donde la extensión de la red no es posible o factible debido a algunas barreras técnicas”.

Presentaron el sistema en el artículo “Numerical simulation of stand-alone photovoltaic integrated with earth to air heat exchanger for space heating/cooling of a residential building” (Simulación numérica de un sistema fotovoltaico autónomo integrado con un intercambiador de calor tierra-aire para la calefacción/refrigeración de un edificio residencial), publicado recientemente en Renewable Energy.

“Estos sistemas autónomos de eficiencia neta cero pueden optimizarse para distintos lugares y condiciones climáticas en función de la variación de los parámetros atmosféricos y terrestres”, explica Pradhan.

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