El calor renovable es una aplicación de la energía renovable que se refiere a la generación de calor a partir de fuentes renovables; por ejemplo, alimentando radiadores con agua calentada por la radiación solar concentrada en lugar de por una caldera de combustible fósil. Las tecnologías de calor renovable incluyen biocombustibles renovables, calefacción solar, calefacción geotérmica , bombas de calor e intercambiadores de calor. El aislamiento es casi siempre un factor importante en la forma en que se implementa la calefacción renovable.
Muchos países más fríos consumen más energía para calefacción que para suministrar electricidad. Por ejemplo, en 2005 el Reino Unido consumió 354 TWh [1] de energía eléctrica, pero tenía una necesidad de calefacción de 907 TWh, la mayor parte de la cual (81%) se cubría con gas. El sector residencial por sí solo consumía 550 TWh de energía para calefacción, derivada principalmente de metano. Casi la mitad de la energía final consumida en el Reino Unido (49%) era en forma de calor, del cual el 70% se utilizaba en hogares y en edificios comerciales y públicos. Los hogares utilizaban el calor principalmente para calentar espacios (69%). [2]
La competitividad relativa de la electricidad renovable y el calor renovable depende del enfoque de una nación a la política energética y ambiental. En algunos países el calor renovable se ve obstaculizado por subsidios para el calor alimentado con combustibles fósiles. [3] : 165 En aquellos países, como Suecia, Dinamarca y Finlandia, donde la intervención gubernamental ha sido la más cercana a una forma tecnológicamente neutral de valoración del carbono (es decir, impuestos al carbono y a la energía ), el calor renovable ha jugado el papel principal en una contribución renovable muy sustancial al consumo final de energía. En aquellos países, como Alemania, España, los EE. UU. y el Reino Unido, donde la intervención gubernamental se ha fijado en diferentes niveles para diferentes tecnologías, usos y escalas, las contribuciones de las tecnologías de calor renovable y electricidad renovable han dependido de los niveles relativos de apoyo, y han resultado generalmente en una contribución renovable menor al consumo final de energía.
La calefacción solar es un estilo de construcción de edificios que utiliza la energía del sol de verano o de invierno para proporcionar un suministro económico de calor primario o complementario a una estructura. El calor se puede utilizar tanto para calentar espacios (ver calefacción solar del aire ) como para calentar agua (ver agua caliente solar ). El diseño de calefacción solar se divide en dos grupos:
Los sistemas de calefacción solar generalmente requieren un pequeño sistema de calefacción complementario, ya sea convencional o renovable.
La energía geotérmica se obtiene perforando pozos de agua o de vapor en un proceso similar al de la extracción de petróleo. La energía geotérmica es un recurso de calor y energía enorme y subutilizado, que es limpio (emite pocos o ningún gas de efecto invernadero), confiable (la disponibilidad media del sistema es del 95%) y de producción local (lo que hace que las poblaciones sean menos dependientes del petróleo). [5]
La Tierra absorbe la energía del sol y la almacena en forma de calor en los océanos y en el subsuelo. La temperatura del suelo se mantiene constante en un punto de 42 a 100 °F (6 a 38 °C) durante todo el año, dependiendo de dónde vivas en la Tierra. Un sistema de calefacción geotérmica aprovecha la temperatura constante que se encuentra debajo de la superficie de la Tierra y la utiliza para calentar y enfriar los edificios. El sistema está formado por una serie de tuberías instaladas bajo tierra, conectadas a las tuberías de un edificio. Una bomba hace circular líquido a través del circuito. En invierno, el fluido en la tubería absorbe el calor de la tierra y lo utiliza para calentar el edificio. En verano, el fluido absorbe el calor del edificio y lo elimina en la tierra. [6]
Las bombas de calor utilizan trabajo para trasladar el calor de un lugar a otro y pueden utilizarse tanto para calefacción como para aire acondicionado. Aunque requieren mucho capital, su funcionamiento es económico y pueden funcionar con electricidad renovable. Dos tipos comunes de bombas de calor son las bombas de calor de fuente de aire (ASHP) y las bombas de calor de fuente terrestre (GSHP), dependiendo de si el calor se transfiere desde el aire o desde el suelo. Las bombas de calor de fuente de aire no son efectivas cuando la temperatura del aire exterior es inferior a unos -15 °C, mientras que las bombas de calor de fuente terrestre no se ven afectadas. La eficiencia de una bomba de calor se mide por el coeficiente de rendimiento (CoP): por cada unidad de electricidad utilizada para bombear el calor, una bomba de calor de fuente de aire genera de 2,5 a 3 unidades de calor (es decir, tiene un CoP de 2,5 a 3), mientras que una GSHP genera de 3 a 3,5 unidades de calor. Según los precios actuales de los combustibles en el Reino Unido, suponiendo un CoP de 3-4, una GSHP es a veces una forma más barata de calefacción de espacios que la calefacción eléctrica, de petróleo y de combustible sólido. [7] Las bombas de calor se pueden conectar a un almacenamiento de energía térmica interestacional (caliente o fría), duplicando el CoP de 4 a 8 al extraer calor del suelo más cálido. [8]
Una bomba de calor con transferencia de calor interestacional combina la captación solar activa para almacenar el calor excedente del verano en bancos térmicos [9] con bombas de calor geotérmicas para extraerlo para calentar espacios en invierno. Esto reduce la "elevación" necesaria y duplica el coeficiente de rendimiento de la bomba de calor porque la bomba arranca con el calor del banco térmico en lugar del frío del suelo.
El coeficiente de rendimiento de una bomba de calor aumenta a medida que disminuye la diferencia de temperatura, o "elevación", entre la fuente de calor y el destino. El coeficiente de rendimiento se puede maximizar en el momento del diseño eligiendo un sistema de calefacción que requiera solo una temperatura final baja del agua (por ejemplo, calefacción por suelo radiante) y eligiendo una fuente de calor con una temperatura media alta (por ejemplo, el suelo). El agua caliente sanitaria (ACS) y los radiadores convencionales requieren temperaturas de agua altas, lo que afecta a la elección de la tecnología de bomba de calor. Los radiadores de baja temperatura proporcionan una alternativa a los radiadores convencionales.
La electricidad renovable se puede generar mediante energía hidroeléctrica, solar, eólica, geotérmica y quemando biomasa. En algunos países donde la electricidad renovable es barata, la calefacción por resistencia es común. En países como Dinamarca, donde la electricidad es cara, no está permitido instalar calefacción eléctrica como fuente principal de calor. [13] Las turbinas eólicas tienen mayor producción por la noche, cuando hay una pequeña demanda de electricidad; los calentadores de almacenamiento consumen esta electricidad de menor costo por la noche y emiten calor durante el día.
La calefacción con pellets de madera y otros tipos de sistemas de calefacción a leña han logrado su mayor éxito en la calefacción de locales que no están conectados a la red de gas, que normalmente se calentaban previamente con fueloil o carbón. El combustible de madera sólida requiere una gran cantidad de espacio de almacenamiento dedicado, y los sistemas de calefacción especializados pueden ser caros (aunque existen programas de subvenciones disponibles en muchos países europeos para compensar este costo de capital). Los bajos costos del combustible significan que la calefacción a leña en Europa con frecuencia puede lograr un período de recuperación de menos de 3 a 5 años. Debido a la gran necesidad de almacenamiento de combustible, el combustible de madera puede ser menos atractivo en escenarios residenciales urbanos o para locales conectados a la red de gas (aunque el aumento de los precios del gas y la incertidumbre del suministro significan que el combustible de madera se está volviendo más competitivo). También existe una creciente preocupación por la contaminación del aire de la calefacción a leña en comparación con la calefacción a fueloil o gas, especialmente las partículas finas.
La combustión de leña en una hoguera al aire libre es extremadamente ineficiente (0-20 %) y contaminante debido a la combustión parcial a baja temperatura. De la misma manera que un edificio con corrientes de aire pierde calor por la pérdida de aire caliente debido a un sellado deficiente, una hoguera al aire libre es responsable de grandes pérdidas de calor al extraer grandes volúmenes de aire caliente del edificio.
Los diseños modernos de estufas de leña permiten una combustión más eficiente y luego la extracción de calor. En los Estados Unidos, las estufas de leña nuevas están certificadas por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) y queman de manera más limpia y eficiente (la eficiencia general es del 60-80%) [14] y extraen volúmenes más pequeños de aire caliente del edificio.
Sin embargo, no debe confundirse "más limpio" con limpio. Un estudio australiano sobre emisiones reales de estufas de leña que cumplen con la norma australiana actual [15] descubrió que las emisiones de partículas promediaban 9,4 g/kg de madera quemada (rango de 2,6 a 21,7). Por lo tanto, una estufa con un consumo promedio de leña de 4 toneladas por año emite 37,6 kg de PM2,5, es decir, partículas de menos de 2,5 micrómetros . Esto se puede comparar con un automóvil de pasajeros que cumple con las normas Euro 5 actuales (introducidas en septiembre de 2009) de 0,005 g/km. Por lo tanto, una estufa de leña nueva emite tanta PM2,5 por año como 367 automóviles de pasajeros que recorren 20.000 km al año. Un estudio europeo reciente [16] identificó a PM2,5 como el contaminante del aire más peligroso para la salud, causando unas 492.000 muertes prematuras. El siguiente peor contaminante, el ozono, es responsable de 21.000 muertes prematuras.
Debido a los problemas de contaminación, la Fundación Australiana del Pulmón recomienda utilizar medios alternativos para el control del clima. [17] La Asociación Americana del Pulmón "recomienda encarecidamente utilizar fuentes de calor más limpias y menos tóxicas. La conversión de una chimenea o estufa de leña para que utilice gas natural o propano eliminará la exposición a las peligrosas toxinas que genera la quema de leña, incluidas la dioxina, el arsénico y el formaldehído". [18]
No debe confundirse "renovable" con "neutral en términos de efecto invernadero". Un reciente artículo revisado por pares concluyó que, incluso si se quema leña procedente de fuentes sostenibles, las emisiones de metano de una estufa de leña típica australiana que cumple con los estándares actuales causan más calentamiento global que calentar la misma casa con gas. Sin embargo, debido a que una gran proporción de la leña que se vende en Australia no proviene de fuentes sostenibles, los hogares australianos que utilizan leña para calentarse a menudo causan más calentamiento global que calentar tres hogares similares con gas. [19]
Las estufas de alta eficiencia deben cumplir los siguientes criterios de diseño:
El gas natural renovable se define como gas obtenido a partir de biomasa que se mejora a una calidad similar al gas natural . [ cita requerida ] Al mejorar la calidad a la del gas natural, se hace posible distribuir el gas a los clientes a través de la red de gas existente. [20] Según el Centro de investigación energética de los Países Bajos, el gas natural renovable es "más barato que las alternativas donde se utiliza biomasa en una planta combinada de calor y energía o una planta de combustión local". [21] Los costos unitarios de energía se reducen a través de "escala favorable y horas de operación", y los costos de capital del usuario final se eliminan a través de la distribución a través de la red de gas existente.
El calor renovable va de la mano con la eficiencia energética . De hecho, el éxito de los proyectos de calefacción renovable depende en gran medida de la eficiencia energética: en el caso de la calefacción solar, para reducir la dependencia de la calefacción complementaria; en el caso de la calefacción con combustible de madera, para reducir el coste de la madera comprada y el volumen almacenado; y en el caso de las bombas de calor, para reducir el tamaño y la inversión en bombas de calor, disipadores de calor y costes de electricidad.
Se pueden realizar dos tipos principales de mejoras en la eficiencia energética de un edificio:
Las mejoras en el aislamiento pueden reducir considerablemente el consumo de energía, lo que hace que sea más económico calentar y enfriar un espacio. Sin embargo, mejorar una vivienda existente puede resultar a menudo difícil o costoso. Los edificios más nuevos pueden beneficiarse de muchas de las técnicas de superaislamiento . Los edificios más antiguos pueden beneficiarse de varios tipos de mejoras:
La calefacción por suelo radiante a veces puede ser más eficiente energéticamente que los métodos de calefacción tradicionales:
Es posible recuperar cantidades significativas de calor del agua caliente residual mediante el reciclaje del calor del agua caliente . El mayor consumo de agua caliente se produce en lavabos, duchas, baños, lavavajillas y lavadoras. En promedio, el 30% del agua caliente sanitaria de una propiedad se utiliza para ducharse. [22] El agua dulce entrante suele tener una temperatura mucho más baja que el agua residual de una ducha. Un intercambiador de calor económico recupera en promedio el 40% del calor que normalmente se desperdiciaría, calentando el agua dulce fría entrante con el calor del agua residual saliente.
La ventilación con recuperación de calor (HRV) es un sistema de ventilación con recuperación de energía que funciona entre dos fuentes de aire a diferentes temperaturas. Al recuperar el calor residual de los gases de escape, se precalienta el aire fresco que se introduce en el sistema de aire acondicionado.
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