Con la llegada de la primavera y el fin de la temporada de calefacción, mantenerse caliente deja de ser un problema. Sin embargo, los científicos nos recuerdan que no se trata solo de una necesidad estacional: el calor también es un valioso recurso energético que puede almacenarse y utilizarse cuando más se necesita. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Kaunas (KTU) han descubierto una solución innovadora bajo nuestros pies: utilizar el suelo como un sistema eficiente de almacenamiento de energía térmica.
Potencial de almacenamiento de calor subterráneo #
Al inicio de su investigación, el profesor Ždankus y su equipo exploraron cómo se podría utilizar la energía eólica para producir calor en lugar de electricidad. En lugar de un generador convencional, emplearon un sistema hidráulico. Los investigadores descubrieron que las llamadas pérdidas hidráulicas, generalmente consideradas ineficiencias, en realidad generaban calor aprovechable. «Las pérdidas hidráulicas que tanto nos esforzábamos por eliminar resultaron ser nada menos que generación de calor», afirmó el profesor de la KTU.
Sin embargo, una parte de este calor se perdía antes de llegar a los edificios que debía calentar durante las estaciones más frías. «La cuestión era cómo no solo reducir la pérdida de calor al suelo, sino también almacenarlo y conservarlo para su uso futuro», añadió Ždankus.
“El cambio de fase puede ser una forma eficiente de almacenar calor. Esta cantidad significativamente mayor de energía puede cargarse en el suelo”, explicó el profesor de la KTU.
A medida que el vapor viaja a través del suelo, distribuye el calor sobre un área más amplia. «Observamos un aumento brusco de la temperatura en los lugares a los que llegaba el flujo de vapor. Esto significa que la energía se mueve y se puede controlar», afirmó el profesor Ždankus.
Un sistema de este tipo podría ayudar a equilibrar las redes de calefacción urbana o aliviar la tensión durante las sobrecargas de la red eléctrica. «También es posible instalar acumuladores térmicos para uso individual, bajo edificios residenciales, calles o aparcamientos», añadió.
Esta investigación demuestra que el almacenamiento subterráneo de calor puede ser mucho más eficiente de lo que se creía. Además, principios similares podrían aplicarse a la refrigeración. «El almacenamiento subterráneo de frío o frío también es posible», señaló el experto de la KTU.
Convirtiendo el suelo en una célula de energía #
Una vez confirmada la viabilidad del almacenamiento de calor subterráneo, los investigadores comenzaron a explorar sus aplicaciones prácticas. Querían comprobar si el suelo bajo los edificios podía almacenar calor de forma pasiva, aprovechando el flujo natural descendente de calor desde los edificios hacia el suelo. «Comenzamos en el laboratorio. Se desarrolló un prototipo de célula de energía terrestre junto con un sistema de pruebas para estudiar cómo se propaga el calor a través del suelo. Se midieron las temperaturas a distintas profundidades, incluyendo la superficie y el aire», explicó el Dr. Ždankus.
El equipo examinó cuánto tiempo retuvo el calor el suelo y con qué rapidez recuperó su temperatura original. Estos hallazgos ayudaron a evaluar la fiabilidad a largo plazo de dicho método de almacenamiento.
Estudiantes de maestría de la KTU también participaron en el proyecto. Las mediciones y los cálculos se realizaron durante un año entero, lo que permitió al equipo monitorear los efectos estacionales y comparar los resultados con los datos climatológicos existentes. «Las mediciones realizadas durante todo el año revelaron patrones estacionales naturales en la temperatura del suelo y nos permitieron identificar diversas tendencias», indicó el profesor.
Se realizaron simulaciones numéricas adicionales para evaluar las posibles pérdidas de calor y la eficacia del almacenamiento de calor bajo los edificios. «Descubrimos que incluso el uso pasivo de un volumen de suelo aislado bajo un edificio puede reducir la pérdida de calor y aumentar su eficiencia energética. Una menor pérdida de calor implica menos energía necesaria para la calefacción, lo que a su vez se traduce en ahorro energético. Si ese calor proviene de la quema de combustibles fósiles o biomasa, nuestra solución también reduce las emisiones de dióxido de carbono», señaló Ždankus.
Para que estos sistemas de almacenamiento terrestre sean viables para un uso generalizado, los investigadores están desarrollando prototipos a escala reducida y perfeccionando los métodos de control de la distribución del calor. Según el científico de la Facultad de Ingeniería Civil y Arquitectura de la KTU, el proyecto evoluciona gracias a la colaboración con expertos de diversos campos, desde ingenieros geotécnicos hasta especialistas en sistemas energéticos.
“Nuestro objetivo inmediato es integrar soluciones existentes, como pozos, pilotes y otras tecnologías de intercambio de calor subterráneo, en un sistema que pueda beneficiar tanto al sector industrial como al residencial”, concluyó.
- El artículo Research on Increasing the Building’s Energy Efficiency by Using the Ground Beneath It for Thermo-Accumulation fue publicado en Sustainability