Un equipo de investigadores de la Escuela Técnica Superior de Edificación (ETSEM) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha analizado el impacto que podrían tener las aguas residuales como fuente renovable de energía para climatizar los edificios. El objetivo principal es estimar el potencial de las aguas residuales para cubrir la demanda térmica anual de calefacción y refrigeración.
Esta investigación surge para dar respuesta a la pregunta sobre si las aguas residuales y las procedentes del agua de lluvia que fluyen por el alcantarillado de las ciudades pudieran utilizarse como fuente de energía para proporcionarla a los edificios.
Para ello, los investigadores de la UPM han tomado como modelo un edificio de oficinas con un modelo de baja exergía situado en Madrid y han evaluado si la contribución energética de las aguas residuales puede ser o no suficiente para climatizarlo y refrigerarlo.
Aguas residuales como fuente de energía renovable
Esta investigación persigue estimar el potencial de las aguas residuales para cubrir la demanda térmica anual de calefacción y refrigeración. El objetivo secundario es determinar el impacto que tienen las aguas subterráneas y pluviales en la eficiencia térmica de un intercambiador de calor de aguas residuales para garantizar el confort térmico en el interior del edificio.
Durante el estudio se tuvieron en cuenta distintos factores que podían influir en los resultados como en qué período del año podría ser más efectivo utilizar este tipo de energía, el impacto de las aguas pluviales en el caudal y la temperatura del sistema de alcantarillado. Además de cómo se ve afectada la eficiencia de las bombas de calor en función de la temperatura del lado de la fuente, la demanda del edificio y la ubicación del intercambiador de calor dentro del sistema de alcantarillado o la hipotética eficiencia del intercambio térmico de las aguas residuales que fluyen por los sistemas de alcantarillado en función de las mediciones reales de temperatura y caudal.
Contribución energética más favorable en calefacción
Los resultados obtenidos demuestran que las aguas residuales del alcantarillado que fluyen a más de 5 l/s pueden proporcionar energía térmica suficiente para satisfacer las necesidades energéticas de un edificio de oficinas con una demanda de 45 kW (60 W/m2).
La contribución energética de las aguas residuales del alcantarillado es más favorable en los escenarios de calefacción que en los de refrigeración, mejorando el rendimiento del sistema en más de un 22% en comparación con el sistema geotérmico. Por su parte, el agua de lluvia mejora el rendimiento en refrigeración en más de un 14% en comparación con los sistemas geotérmicos.
Asimismo, la investigación demostró que el caudal es el parámetro que afecta más directamente al cálculo de la potencia máxima disponible en la red de alcantarillado, manejando la hipótesis de que el salto térmico sea constante (2°C).
La red de alcantarillado urbano garantiza caudales suficientes y una renovación continua del agua durante todo el año, por lo que la rentabilidad de un intercambiador de calor instalado en la red de alcantarillado sería mayor que la de otros sistemas geotérmicos, además de garantizar la cobertura de la demanda energética del edificio con el máximo rendimiento. A su vez, el rendimiento del sistema está determinado por las características de los intercambiadores de calor y la temperatura de la fuente.
Colocación de los intercambiadores de calor
La importancia de esta investigación radica en que aborda la energía térmica y ofrece datos suficientes para decidir dónde colocar y cómo dimensionar los intercambiadores de calor en los sistemas de alcantarillado.
Los resultados también pueden ayudar a establecer un método predictivo o unas directrices de diseño y de dimensionamiento para los intercambiadores de calor en los sistemas de alcantarillado. Según los investigadores, este estudio contribuye a identificar, gestionar y explotar el potencial de la recuperación y uso de estos recursos energéticos.