Optimización de Sistemas de Producción Térmica: maximizando la eficiencia de bombas de calor y almacenamiento térmico

Tras abordar en el artículo anterior la optimización del confort térmico a nivel de zonas, seguimos profundizando en cómo una gestión energética inteligente puede mejorar el rendimiento energético de los edificios, esta vez poniendo el foco en los sistemas de sistemas de producción térmica para climatización y calefacción.

En este artículo presentamos el Thermal Production Units Optimizer, una solución desarrollada por el departamento de I+D+i de R2M, orientada a maximizar la eficiencia de bombas de calor, sistemas en cascada y almacenamiento térmico. Mediante estrategias avanzadas de optimización, la herramienta permite reducir consumos eléctricos, aprovechar mejor la energía renovable disponible y operar los equipos en sus condiciones más eficientes, tanto en edificios existentes como desde la fase de diseño de nuevas instalaciones.

Hacia una gestión más eficiente de los sistemas de climatización y calefacción

Los sistemas de calefacción y refrigeración de un edificio (bombas de calor, calderas) no siempre funcionan de la manera más eficiente. La forma en que se controlan habitualmente hace que consuman más energía de la necesaria para conseguir la temperatura deseada. El Thermal Production Units Optimizer de R2M aborda este problema con dos enfoques complementarios. Cuando varios equipos operan mediante sistemas de producción en cascada , el optimizador analiza cómo varía el coeficiente de rendimiento (COP) con la carga parcial para determinar el umbral óptimo de activación de cada unidad, maximizando la eficiencia global del sistema. Cuando además existe un almacenamiento térmico, la optimización dinámica va un paso más allá: aprovecha la inercia del tanque para desplazar cargas hacia los momentos más favorables, ya sea por tarifa eléctrica o por mayor disponibilidad de energía renovable, desacoplando así la producción de calor o frío de la demanda inmediata del edificio.

Resultados reales y beneficios medibles en operación y diseño

La solución ha sido validada en un proyecto real de calefacción con bombas de calor en cascada. Los resultados demuestran reducciones de hasta el 13,8% en consumo eléctrico respecto a una operación convencional, manteniendo en todo momento la cobertura de la demanda. La clave está en mantener las bombas de calor operando cerca de su punto óptimo de carga parcial, donde el COP es máximo, en lugar de forzarlas a plena carga.

Cuando el sistema cuenta además con almacenamiento térmico, la optimización dinámica permite desplazar cargas a los momentos más favorables por tarifa eléctrica o disponibilidad renovable, logrando aumentar el ahorro energético  en horas punta de entre el 12% y el 26% sin comprometer el confort ni la disponibilidad de agua caliente.

Además, esta metodología puede aplicarse ya en la fase de diseño de la instalación: conocer el consumo real con una operación optimizada permite determinar el número óptimo de unidades a instalar. La solución que menor inversión inicial requiere no siempre es la más rentable a medio plazo; con la cascada optimizada, una configuración de varias unidades de menor capacidad puede recuperar la diferencia de inversión en significativamente menos tiempo.

Podéis leer más sobre las aplicaciones del Thermal Production Units Optimizer en el artículo: Heuristic mathematical optimization of heat pumps in cascade to reduce energy consumption o escribiéndonos a contacto@r2msolution.es