Construcción de la base de la balsa de energía en Taipei: (a) tubería geotérmica de capas; (b) configuración de tubería geotérmica; (c) prueba de fuga presurizando hasta 800 kPa; (d) Extender el hormigón disparado para proteger la tubería geotérmica. Crédito: Túneles y tecnología espacial subterránea (2025). Doi: 10.1016/j.tust.2025.106538
En respuesta al aumento de la demanda de energía y los efectos de la isla de calor urbano en Taipei, se construyó una base de la balsa de energía debajo de un edificio residencial de 13 pisos para proporcionar calefacción y enfriamiento de interior eficiente en energía para los residentes mientras actuaba como un soporte estructural para la superestructura.
El estudio investigó la respuesta térmica de la base de la balsa de energía utilizando análisis de elementos finitos termohidráulicos acoplados tridimensionales. El modelo numérico se validó contra las mediciones de campo. Se realizaron estudios paramétricos para investigar las influencias del espacio y el patrón del intercambiador de calor del suelo (GHE) en la eficiencia del intercambio de calor.
El estudio encontró que el espacio y la longitud de la tubería GHE eran cruciales para maximizar la eficiencia del intercambio de calor, al tiempo que minimizaba el impacto térmico en las estructuras cercanas. Esta investigación mejora la comprensión de las respuestas térmicas de las balsas de energía y respalda el desarrollo de soluciones de construcción sostenibles en entornos urbanos densos.
El documento se publica en la revista Tunneling and Underground Space Technology.
Los veranos en Taiwán dan como resultado una alta demanda de electricidad debido al uso intensivo del aire acondicionado para el enfriamiento interior, lo que ejerce presión sobre la red eléctrica. El calor residual de estos sistemas, especialmente los sistemas de bomba de calor de fuente de aire, también aumenta las temperaturas circundantes, empeora el efecto de la isla de calor urbano, especialmente en Taipei.
Para abordar estos problemas, las bases de energía han llamado la atención como una alternativa sostenible. Las bases de energía no solo admiten edificios, que transfieren la carga de la superestructura al suelo, sino que también sirven como un intercambiador de calor por tierra (GHE), intercambiando calor con el suelo.
Entre estos, las bases de la balsa de energía son un enfoque relativamente nuevo, especialmente en entornos urbanos de alta densidad como Taipei, y pocos han estudiado este tipo de base de energía.
Esta investigación investigó las respuestas térmicas de una base de balsa de energía para un edificio residencial de 13 pisos con un sótano de 3 niveles durante el verano en Taipei. La construcción de la Fundación Energy Raft tenía la intención de reducir la dependencia del edificio en los sistemas de aire acondicionado convencionales.
Se utilizaron bombas de calor de fuente de tierra (GSHP) para intercambiar calor entre el edificio interior y el suelo. El sistema consistió en un circuito primario (es decir, GHE) y un circuito secundario, que sirvió como sistema de distribución de calor dentro del edificio.
El GHE comprendía 40 bucles de tubería de polietileno de alta densidad (HDPE) conectados en serie y colocados debajo de la base con un espacio de aproximadamente 0.1 a 0.2 m.
Se desarrolló un elemento finito termo-hidráulico acoplado tridimensional para simular las respuestas térmicas de la base de la balsa de energía y el suelo circundante. El modelo fue validado contra los datos de medición recopilados desde el sitio de construcción.
La investigación encontró que el espacio y el diseño del GHE influyeron significativamente en la eficiencia del intercambio de calor del sistema GSHP. Las tuberías estrechas condujeron a la interferencia térmica entre los bucles, reduciendo la eficiencia, mientras que el espacio más amplio mejoró el rendimiento térmico de la base de la balsa de energía.
Sin embargo, para mantener la misma longitud total de la tubería dentro de un área fija, el espacio más amplio requeriría un diseño más complejo o un espacio adicional, que puede no ser siempre factible.
La investigación identificó un espacio de tubería de 0.5 a 1 m como el equilibrio más eficiente entre la eficiencia del intercambio de calor y la longitud de GHE. Tenga en cuenta que el área cubierta por el GHE se mantuvo como el mismo.
Un espacio más pequeño (por ejemplo, 0.1 m) permitió una longitud total de tubería total y una mayor superficie para el intercambio de calor, pero también causó acumulación de calor debido a interacciones entre tuberías adyacentes, reduciendo el gradiente de temperatura y el rendimiento general.
Por el contrario, el espaciado más amplio redujo la interferencia térmica pero acortó la longitud total de la tubería disponible dentro del área de los cimientos, lo que limita la cantidad de calor que podría transferirse.
Por lo tanto, el espacio óptimo garantiza una transferencia de calor eficiente sin el uso excesivo del material o la pérdida de rendimiento. Las simulaciones también mostraron que la influencia térmica de las tuberías se limitaba a un área pequeña en condiciones de flujo de agua subterránea, lo que significa que el sistema no afectaría las estructuras cercanas.
Esta investigación se ha publicado como parte del número especial: Tecnologías emergentes para un espacio subterráneo sostenible: acelerar la transición energética y la adaptación al cambio climático.
“Este trabajo muestra cómo las bases de la balsa de energía se pueden adaptar para calefacción y enfriamiento interiores efectivos y eficientes en energía en ciudades densas como Taipei”, dice el profesor Kuo-Hsin Yang.
Más información: Ignatius Tommy Pratama et al, Investigación de la respuesta térmica de una base de balsa de energía en Taipei, túneles y tecnología espacial subterránea (2025). Doi: 10.1016/j.tust.2025.106538
Proporcionado por la Universidad Nacional de Taiwán
Cita: Energy Raft Foundation en Taipei muestra calefacción y enfriamiento eficientes con un diseño de tubería ideal (2025, 4 de junio) Recuperado el 4 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-energy-raftation-toipei-Eftient.html
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