Almacén de hielo
Calefacción renovable y refrigeración natural: con la tecnología de sistemas de ONI
Un acumulador de hielo aprovecha la energía de cristalización que se produce durante el cambio de fase del agua a hielo como fuente de calor eficiente para una bomba de calor y, en verano, puede servir como sumidero de calor para la refrigeración natural.
De este modo se crea un sistema de calefacción y refrigeración regenerativo que resulta especialmente convincente allí donde se requieren al mismo tiempo eficiencia energética, seguridad operativa y claridad en la planificación. ONI te acompaña en todo el proceso, desde el análisis y la planificación hasta la financiación, la ejecución y el servicio, actuando como único punto de contacto.
Los sistemas de almacenamiento de hielo demuestran su eficacia allí donde una elevada demanda de calor y/o frío se enfrenta a las limitaciones de la planificación y la normativa. Estos sistemas combinan la bomba de calor y el almacenamiento de hielo de tal manera que es posible calentar mediante energía ambiental, geotérmica o solar, además de la energía de cristalización, y aprovechar la refrigeración natural en verano.
1) Producción con alto consumo energético (p. ej., plásticos/metal, proveedores de la industria automovilística)
Los acumuladores de hielo suministran calor estable durante todo el año para las bombas de calor y alivian la carga del enfriamiento natural en la refrigeración, lo que reduce el consumo de electricidad en verano. Además, se evitan las perforaciones profundas, lo que facilita la obtención de permisos y reduce los riesgos.
2) Química/farmacia/tecnología médica y edificios comerciales exigentes
En estos casos suelen existir requisitos complejos en cuanto a temperatura, disponibilidad y demanda simultánea de calor y frío. Los acumuladores de hielo se utilizan para permitir la calefacción y la refrigeración de forma flexible, normalmente con bombas de calor. Las ventajas son sistemas que requieren poco mantenimiento y una regeneración repetible para una alta seguridad operativa.
3) Administración, edificios de oficinas y rehabilitación de edificios existentes
Estas áreas se benefician de una refrigeración sostenible en verano con un mínimo de trámites de autorización. Los acumuladores de hielo permiten la refrigeración natural de los edificios sin necesidad de perforaciones profundas, lo que simplifica la planificación, y aprovechan la energía ambiental y de cristalización gratuita.
1. Reunión inicial y objetivos: Analizamos el caso de aplicación, los objetivos (costes, emisiones de CO₂, seguridad del suministro) y las necesidades de calefacción y refrigeración.
2. Recopilación de datos y perfil de carga: Recopilamos los datos básicos necesarios: horarios de funcionamiento, curvas de carga, niveles de temperatura y sistemas existentes (hidráulica, consumidores, acumuladores/regulación).
3. Viabilidad y lógica del sistema: evaluamos la viabilidad técnica en el emplazamiento (instalación, trazado de tuberías, integración) y dimensionamos el principio: extracción/regeneración, aprovechamiento de la energía de cristalización y potencial de refrigeración natural para el funcionamiento en verano.
4. Planificación de variantes e interfaces: 2-3 variantes (p. ej., enfoque en calefacción frente a calefacción + refrigeración natural), incluyendo un esquema del sistema, una lista de interfaces y una delimitación clara de las prestaciones.
5. Rentabilidad y propuesta de decisión: para que se pueda tomar una decisión fundamentada, proporcionamos un documento de gestión conciso con el marco de CAPEX/OPEX, las hipótesis de beneficios y los riesgos (lógica de TCO/ROI).
6. Preparación de la implementación y entrega: concretamos el calendario, las responsabilidades y, si procede, las opciones de subvenciones o financiación.
Acumuladores de energía de hielo
Los acumuladores de energía de hielo son acumuladores de calor a baja temperatura, generalmente depósitos de agua enterrados en el suelo, que funcionan junto con bombas de calor. En este proceso, el agua se enfría hasta cerca de 0 °C y se congela parcialmente, liberando calor de cristalización que se utiliza como energía. El acumulador aprovecha el cambio de fase del agua a hielo y suele funcionar sin aislamiento térmico. Para su regeneración, el acumulador se descongela mediante energía solar, aire exterior, calor residual o geotermia.
Energía potencial en el cambio de fase (calor latente)
se refiere a la energía que se almacena o se libera durante el cambio de fase (por ejemplo, del agua al hielo) sin que se produzca un cambio de temperatura. Al congelarse el agua a 0 °C, la temperatura se mantiene constante, mientras que se libera calor latente. La entalpía de fusión del agua es de aproximadamente 333-334 kJ/kg, lo que corresponde a la cantidad de calor necesaria para calentar 1 kg de agua de 0 °C a unos 80 °C. Un acumulador de hielo de 10 m³ puede, por tanto, liberar o almacenar unos 900-930 kWh de calor.
Uso estacional frente a uso por horas de un sistema de almacenamiento de energía en hielo
A) Uso por horas: el acumulador compensa los picos de demanda a lo largo del día y, por lo general, se recarga en poco tiempo mediante calor ambiental o energía solar.
B) Uso estacional: la energía se almacena durante semanas o meses, por ejemplo, el calor del verano para el invierno, lo que resulta especialmente eficiente en los acumuladores de hielo gracias al calor latente y al almacenamiento en el suelo.
Acumuladores de hielo para diferentes aplicaciones
Los acumuladores de hielo son especialmente adecuados cuando el sistema debe reaccionar ante cargas variables o cuando se desea integrar de manera eficiente fuentes de energía como absorbedores solares de aire, geotérmica o calor residual. Los escenarios más habituales son la modernización de instalaciones existentes, los sistemas híbridos con energía fotovoltaica y solar térmica, y las aplicaciones en las que un funcionamiento estable del acumulador alivia considerablemente la carga de la bomba de calor en el día a día.
Las condiciones marco, como la superficie, la integración en el sistema hidráulico existente y la estrategia de funcionamiento (verano/invierno, parada, carga parcial), son los factores clave para el diseño.
La eficiencia depende sobre todo de la interacción entre las temperaturas de la fuente, el rango de temperatura, el tamaño del acumulador y la estrategia de funcionamiento. Es fundamental que la bomba de calor disponga de «buenas» condiciones de la fuente de forma constante y que los cambios de carga (carga parcial/picos) se suavicen adecuadamente mediante el acumulador. Además, la hidráulica, la regulación y la integración de otras energías (por ejemplo, absorbedores solares de aire, geotermia, energía solar térmica) influyen directamente en los coeficientes de rendimiento anual. En la práctica, la diferencia no radica tanto en los componentes individuales, sino en un sistema global coherente con una lógica de funcionamiento clara.
Lo más habitual es combinar el acumulador de hielo con una bomba de calor salmuera-agua, ya que su integración en un circuito de fuente estable resulta fácil de controlar. Es importante que la bomba de calor se adapte al nivel de temperatura deseado (calefacción/proceso) y al perfil de carga, y que no funcione de forma permanente fuera de los rangos de funcionamiento adecuados. Además, la estrategia de regulación desempeña un papel fundamental: la modulación, el comportamiento cíclico y la interacción con el acumulador deben diseñarse de tal manera que el funcionamiento siga siendo eficiente en los casos de carga relevantes. Dependiendo del proyecto, también puede ser conveniente un concepto híbrido si se desea cubrir de otra manera determinados picos o niveles de temperatura.
La energía de cristalización (calor de cristalización) es la razón por la que los acumuladores de hielo pueden proporcionar una gran cantidad de energía útil en un volumen reducido. En la práctica, esto significa que el acumulador no solo puede almacenar energía «en función de la temperatura», sino que también puede proporcionar calor adicional mediante el cambio de fase. Esto resulta especialmente útil en caso de cargas variables, ya que el acumulador puede absorber los picos de carga y estabilizar las temperaturas de la fuente. En la lógica del sistema, la cristalización se utiliza de forma específica para que la bomba de calor funcione en condiciones favorables y el funcionamiento no se vea afectado por la inestabilidad de las condiciones de la fuente.
Esto depende de las temperaturas objetivo, el perfil de carga, la superficie y la estrategia de funcionamiento deseada. La energía fotovoltaica actúa principalmente a través de la electricidad: puede cubrir la parte eléctrica de la bomba de calor y, por lo tanto, reducir los costes de funcionamiento, especialmente si la lógica de autoconsumo y los tiempos de funcionamiento se ajustan adecuadamente. La energía solar térmica suministra calor a niveles de temperatura definidos y, dependiendo del diseño del sistema, puede integrarse directamente en el acumulador o el circuito de calefacción. Los absorbedores solares de aire resultan interesantes cuando la energía ambiental puede utilizarse de forma fiable y con una superficie razonable como fuente de calor, y el circuito de fuente se beneficia de ello. En la práctica, lo que decide no es el módulo individual, sino si la combinación estabiliza las fuentes de calor y alivia de forma apreciable la carga de la bomba de calor en el día a día.
Cuando la integración arquitectónica, la superficie disponible o la infraestructura existente son factores importantes, la «forma constructiva» del acumulador puede ser un factor decisivo en el proyecto. Una solución similar a una cisterna puede, por ejemplo, ayudar a ubicar los acumuladores de forma adecuada o a aprovechar las condiciones existentes; sin embargo, el concepto debe ajustarse al funcionamiento térmico y a la integración del sistema. En este sentido, son especialmente importantes el concepto de conexión, la accesibilidad, la hidráulica/el circuito de fuente y el modo de funcionamiento en verano/invierno. Que esto sea adecuado depende de las condiciones marco y del objetivo del sistema en su conjunto, no del concepto de acumulador por sí solo.
En muchos casos, los programas de ayudas pueden resultar relevantes, sobre todo cuando se integran energías renovables o se sustituyen los combustibles fósiles. La posibilidad de obtener ayudas y su viabilidad económica dependen del tipo de proyecto, el nivel de temperatura, el diseño del sistema y los requisitos formales (certificados, fecha de solicitud, obligaciones de documentación). El momento es clave: a menudo, la clasificación y la presentación de la solicitud deben estar claramente definidas antes de la adjudicación o la ejecución del proyecto. Le ayudamos a estructurar el proyecto, a crear la base de datos necesaria y a seleccionar una vía de financiación realista, de modo que el esfuerzo y el beneficio estén en consonancia.
