martes, 28 mayo 2024

Un sistema disruptivo para descarbonizar la calefacción y el agua caliente en los edificios navarros

El 75 % de los edificios en la Unión Europea tiene un bajo rendimiento energético, un contexto en el que resulta necesario reemplazar las calderas de combustibles fósiles por tecnologías más eficientes. De ahí que la UPNA y CENER idearan un nuevo sistema que, basado en la termoelectricidad, busca impulsar la renovación energética del sector residencial. Así nació Heat Power Box, una iniciativa coordinada por ADItech, como agente coordinador del SINAI, que cuenta con financiación del Ejecutivo foral.


Pamplona - 15 mayo, 2024 - 05:59

El proyecto Heat Power Box ya ha construido un sistema termoeléctrico de 4 kilovatios para suelos radiantes. (Fotos: Sergio Martín)

La calefacción, la refrigeración y el agua caliente no solo son tres facturas que impactan de lleno en el bolsillo del consumidor. Según datos de la Comisión Europea, el 80 % de la energía que se utiliza en los hogares del Viejo Continente se concentra en estos tres usos, un punto relevante si se tiene en cuenta que  que las calderas de combustibles fósiles siguen siendo la tecnología predominante. Se trata de uno de los factores que explica que «el 75 %» de los edificios en la Unión Europea tenga «un bajo rendimiento energético» y que «más de un tercio de las emisiones de gases de efecto invernadero» provengan de este sector.

Por eso, la Unión Europea revisó en 2023 su directiva sobre la eficiencia energética del parqué inmobiliario, una actualización que fue respaldada el pasado marzo por el Parlamento Europeo. En concreto, la normativa pone el foco en «eliminar gradualmente» la climatización generada por fuentes como el gas natural, el petróleo o el carbón. De hecho, la Comisión Europea ya anunció que detendría las subvenciones a estos sistemas en un periodo de dos años y propuso su prohibición a partir de 2029. En este sentido, tecnologías como la aerotermia o las bombas de calor se perfilan como su posible reemplazo.

Pero un equipo conformado por personal investigador de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) y el Centro Nacional De Energías Renovables (CENER) vislumbró hace dos años una tercera solución basada en la termoelectricidad, una tecnología capaz de convertir electricidad en calor y viceversa a través de la unión de dos materiales semiconductores distintos.

Quienes deseen conocer más a fondo el proyecto pueden hacerlo a través de este enlace

«La mejora de los materiales termoeléctricos no ha sido grande. Pero es una tecnología que se ha hecho competitiva por la alineación de la electrificación de la economía y la bajada en la demanda de los edificios, gracias a los nuevos estándares edificatorios que tienden a viviendas de consumo energético casi nulo. Y es que, aunque su eficiencia no llega a la mitad de la tecnología como compresores o bombas de calor, lo demás son todo ventajas: no tiene partes móviles, no funciona con refrigerantes, su mantenimiento es mínimo…«, señala Álvaro Martínez, profesor del Área de Máquinas y Motores Térmicos de la UPNA.

De ahí que ambas entidades pusieran en marcha el proyecto Heat Power Box, que contempla dos objetivos. Por un lado, la iniciativa diseñará un modelo computacional de un sistema termoeléctrico para analizar la demanda energética en una vivienda común, tanto para calentar o enfriar un suelo radiante como para calentar agua sanitaria. Al mismo tiempo, el equipo está inmerso en la construcción de un prototipo que permita ensayar en un entorno real su funcionamiento.

La termoelectricidad se vale de dos materiales semiconductores distintos que, unidos, son capaces de convertir electricidad en calor y viceversa.

La termoelectricidad se vale de dos materiales semiconductores distintos que, unidos, son capaces de convertir electricidad en calor y viceversa.

De esta forma, UPNA y CENER buscan desarrollar una nueva alternativa para el mercado que impulse la renovación energética del sector residencial. El proyecto está coordinado por ADItech, a su vez agente coordinador del Sistema Navarro de I+D+i (SINAI), y cuenta con financiación del Gobierno de Navarra en la convocatoria de ayudas a centros tecnológicos y organismos de investigación para la realización de proyectos de I+D colaborativos.

MODELOS Y PROTOTIPOS

Heat Power Box, que contempla tres bloques de trabajo, se centró primero en el diseño de un modelo computacional del sistema termoeléctrico y el análisis de la demanda de un piso común de Pamplona. «Nos fijamos, por ejemplo, en los edificios de la Txantrea. Esas plaquetas blancas y negras que ahora adornan los edificios tienen entre 6 y 10 centímetros de aislamiento. Así, si el edificio demandaba antes en torno a 80 vatios por metro cuadrado de calefacción, ahora baja a 20 vatios por metro cuadrado», explica Sergio Díaz de Garayo, director de proyectos en el Departamento de Transición Energética en las Ciudades de CENER.

Este desarrollo, a su vez, se alimenta de un segundo ámbito de actuación: la construcción de un prototipo para ensayos físicos. En este sentido, el equipo ya cuenta con un dispositivo de 4 kilovatios que sirve para calentar y enfriar un suelo radiante, y se encuentra preparando la construcción de un segundo prototipo que, apoyándose en el primero, permita calentar agua. «Este último uso es precisamente el punto más interesante en la aplicación de la termoelectricidad. Por sus características, esta tecnología resulta más eficiente para llegar a altas temperaturas como las necesarias para conseguir agua sanitaria, un punto en el que otras tecnologías pierden mucha eficiencia», incide el investigador de la UPNA.

Sergio Díaz de Garayo (izda.) y Álvaro Martínez (dcha.) lideran la iniciativa colaborativa en CENER y la UPNA, respectivamente.

Sergio Díaz de Garayo (izda.) y Álvaro Martínez (dcha.) lideran la iniciativa colaborativa en CENER y la UPNA, respectivamente.

Su construcción, sin embargo, no ha estado exenta de desafíos, puesto que la fabricación de estos dispositivos sigue siendo «muy artesanal en todo el mundo«. De ahí la importancia del modelo computacional. «El dispositivo real nos permite corregir y aumentar los parámetros que hay que tener en cuenta. Pero es importante que ambos desarrollos vayan de la mano porque, al tiempo que reduce la posibilidad de error en el ensayo físico, el modelo también nos permite vislumbrar el margen de mejora si industrializáramos la fabricación del sistema», valora Díaz de Garayo.

HIBRIDACIÓN DE TECNOLOGÍAS

Las estrategias de transición energética de Europa y España proyectan un futuro en el que los edificios, hoy los principales consumidores de energía, se conviertan ellos mismos en nodos energéticos que produzcan la energía que utilizan a través del autoconsumo. En ese camino, defiende Martínez, será fundamental la hibridación de tecnologías: «Los resultados nos llevan a pensar que aplicar la termoelectricidad ahí donde la aerotermia pierda ventajas será la solución predilecta».

Al mismo tiempo, el escalado del sistema que se está desarrollando en Heat Power Box podría ser de interés para la descarbonización del sector industrial. «Existe un un gran hándicap en los saltos de temperatura mayores que necesitan ciertos procesos de fabricación. Un punto en el que se podría ganar eficiencia a través de la termoelectricidad, una tecnología a la que, dicho mal y pronto, le da un poquito más igual pasar de 60 grados a 90, o de 90 a 120 si la comparamos con otros sistemas», argumenta Díaz de Garayo, quien recuerda que serían aplicaciones para desarrollar «a largo plazo».

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