Las aguas residuales y procedentes de la lluvia, una fuente de energía renovable para climatizar los edificios

¿Es posible que las aguas residuales y las procedentes de la lluvia que fluyen por el alcantarillado de las ciudades pudieran utilizarse como fuente de energía para climatizar los edificios? Esa es la pregunta que se ha planteado un equipo de investigadores de la Escuela Técnica Superior de Edificación (ETSEM) de la Universidad Politécnica de Madrid, que ha analizado el impacto que podría tener este recurso, hasta ahora desaprovechado a la hora de proporcionar energía a los edificios.

Para ello, han tomado como referencia un edificio de oficinas con un modelo de baja energía situado en Madrid y han evaluado si la contribución energética de las aguas residuales puede ser o no suficiente para climatizarlo y refrigerarlo.

“El objetivo principal de esta investigación es 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”, ha explicado Inmaculada Martínez, investigadora de la ETSEM y una de las autoras de este trabajo.

Partiendo de dichas premisas, se tuvieron en cuenta distintos factores que podían influir en los resultados. Se plantearon en qué periodo 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. Como consecuencia de todo ello, analizaron 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 base a las mediciones reales de temperatura y caudal.

Una opción más efectiva que los sistemas geotérmicos

Los resultados obtenidos por los investigadores de la UPM 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 eficiencia, indican, es mayor si hablamos de calefactar los centros que en el caso de la refrigeración, aunque los datos son buenos en ambos casos.

“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”, han explicado los autores.

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, adecuadamente dimensionado, sería mayor que la de otros sistemas geotérmicos, además de garantizar la cobertura de la demanda energética del edificio con el máximo rendimiento”, han añadido los investigadores.

A su vez, el rendimiento del sistema está determinado por las características de los intercambiadores de calor  y la temperatura de la fuente. “Las aguas residuales en el sistema de alcantarillado mantienen un rango de temperatura constante y favorable, de 15 °C a 25 °C, a lo largo de todo el año, debido al aporte continuo de calor del agua caliente sanitaria, y al atemperamiento geotérmico de las infraestructuras subterráneas de saneamiento, lo que hace que se constituyan como una buena fuente alternativa de energía”, han añadido.

Datos que permiten una mejor colocación de los intercambiadores

Para los investigadores, la importancia de este trabajo, recientemente publicado en la revista Buildings, radica en que aborda uno de los múltiples subproductos que se pueden obtener derivados de las aguas residuales entorno presentes en el entorno de las edificaciones: la energía térmica y ofrece datos suficientes para decidir dónde colocar y cómo dimensionar los intercambiadores de calor en los sistemas de alcantarillado.

“El objetivo es aprovechar estas aguas como fuente de energía renovable, rompiendo el paradigma de estas como un residuo a eliminar y, reconociéndolas como un recurso con gran potencial”, explica la investigadora de la UPM. 

“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, ya que aporta datos suficientes para decidir si es conveniente colocar el intercambiador antes o después del punto donde se vierte el agua de lluvia, en función de la demanda energética del edificio (si prevalece la calefacción o la refrigeración). En esta decisión deben tenerse en cuenta las características urbanas (zonas asfaltadas y zonas verdes naturales), las condiciones climáticas y la pluviometría”, concluye.

La recuperación y uso de estos recursos energéticos, residuos energéticos que proceden de las transformaciones de energía en nuestras ciudades y se vierten incorporados al agua usada a las redes urbanas subterráneas, es una acción circular y eficiente con un importante potencial que este estudio contribuye a identificar, gestionar y explotar.