Información general

El proyecto se refiere esencialmente a la refrigeración de edificios públicos (hospitales, universidades, centros de salud, oficinas, etc.). El desarrollo de sistemas de refrigeración solar es importante para reducir el consumo de energía primaria de los edificios y su actual dependencia de la energía de la red en lugar de la generación de energía renovable in situ. La descarbonización de los edificios es clave para alcanzar los objetivos establecidos en los Acuerdos de París. La demanda de refrigeración de espacios aumentó más de un 33 % entre 2010 y 2018 y un 5 % entre 2017 y 2018. Si bien el suministro de calor sigue siendo la principal demanda de energía final en el sector de la construcción, la refrigeración de espacios sigue siendo el consumo final de más rápido crecimiento. El tema de la climatización con energía solar es extremadamente importante en el contexto de las condiciones técnicas, residenciales y sociales. Año tras año, la demanda de aparatos de aire acondicionado aumenta y deja de ser un lujo para convertirse en una necesidad cotidiana debido al cambio climático en curso.

La innovación del sistema de refrigeración propuesto en el proyecto COOLSPACES se refleja principalmente en los refrigerantes utilizados. La planta piloto utilizará una mezcla de dos o tres componentes con hidrocarburos (HC) como componente importante. Mediante el uso de la solución anterior, será posible lograr un bajo impacto ambiental del refrigerante (GWP inferior a 150), lo que está en consonancia con las disposiciones del Reglamento (UE) nº 517/2014. Al mismo tiempo, será posible mejorar la eficiencia del ciclo de refrigeración mediante la mejora de las propiedades termodinámicas de la sustancia en relación con los hidrocarburos puros, lo que permitirá lograr una alta eficiencia energética (EER) de la unidad. El funcionamiento del sistema en combinación con el almacenamiento de energía térmica a corto plazo ampliará el rango de funcionamiento del sistema más allá de las horas de sol necesarias para hacer funcionar el sistema de aire acondicionado. Esto mejorará la eficiencia energética del edificio al preenfriarlo durante las horas de la mañana. Otra innovación del sistema es el uso de materiales de cambio de fase (PCM) en forma de cartuchos intercambiables de almacenamiento de energía, que, combinados con la capacidad de regular infinitamente la temperatura de evaporación del refrigerante, permitirán un control óptimo de la temperatura de cambio de fase y aumentarán la posibilidad de almacenamiento en frío, sin necesidad de grandes intervenciones técnicas en los tanques de almacenamiento. Por último, el uso de paneles fotovoltaicos como fuente de energía para los compresores inversores y el sistema autónomo de control del funcionamiento permitirán el uso y la distribución óptimos de la energía recogida entre la refrigeración directa del edificio y el almacenamiento en materiales de cambio de fase. Otra ventaja de la solución es la reducción de las pérdidas de energía mediante el aprovechamiento del calor de condensación para calentar agua de uso doméstico.

CONCEPTO GENERAL DE LA PLANTA PILOTO

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Todo el sistema de refrigeración solar del edificio se divide en cuatro subsistemas:

  • una enfriadora de demostración de nuevo diseño, basada en refrigerantes respetuosos con el medio ambiente e impulsada por energía renovable;
  • un subsistema de almacenamiento de frío a corto plazo que utiliza materiales de cambio de fase
  • un subsistema para la distribución de refrigeración y calor dentro del edificio y para supervisar el funcionamiento del sistema; y
  • la instalación de paneles fotovoltaicos para accionar todo el sistema de refrigeración y un módulo de almacenamiento de electricidad.

Durante el verano, la demanda de refrigeración del edificio de estudio se cubrirá mediante tanques de almacenamiento de energía térmica, que funcionarán a 1°C-6°C, acoplados a la enfriadora. Además, se espera que el condensador de la enfriadora que funciona en tándem con el depósito de almacenamiento de agua caliente (25°C-45°C) cubra parcialmente la demanda de ACS del edificio. Durante los periodos de menor demanda de refrigeración, la enfriadora cargará tanques de almacenamiento llenos de material de cambio de fase para almacenar la energía sobrante. Esta se utilizará, por ejemplo, en días nublados cuando la energía solar incidente sea insuficiente para accionar la enfriadora o hacerla funcionar a la potencia requerida. Se espera que el uso de módulos fotovoltaicos en combinación con baterías de almacenamiento de energía como fuente principal de energía para el sistema permita que éste funcione sin extraer energía adicional de la red.

El funcionamiento de todo el sistema será totalmente automático: gestionará todas las variables clave de monitorización, seleccionará los algoritmos óptimos de control del sistema, ajustará la producción instantánea de energía de los módulos fotovoltaicos a la demanda de potencia de refrigeración y permitirá almacenar el exceso de energía en baterías o en forma de energía térmica.

El proyecto COOLSPACES investigará el funcionamiento de un sistema alimentado por energía solar que utiliza refrigerantes alternativos, un sistema de generación de energía fotovoltaica y tanques de almacenamiento llenos de material de cambio de fase (PCM) trabajando en tándem. Este enfoque aún no se ha probado plenamente en aplicaciones del sector de la construcción y representa un importante reto tecnológico, ya que supera el rendimiento de las soluciones existentes y, por tanto, es importante para reducir el consumo progresivo de energía y el cambio climático. La idea detrás de la propuesta presentada es utilizar la energía solar cosechada a través de paneles fotovoltaicos y accionar una unidad de demostración de nuevo diseño basada en refrigerantes con un impacto insignificante en la creación del efecto invernadero, durante la temporada de refrigeración en dos lugares seleccionados de Europa (Polonia y España), permitiendo probar los beneficios de la solución propuesta en diferentes condiciones climáticas. En particular, nos centraremos en demostrar la fiabilidad y el rendimiento técnico y económico de ambos sistemas piloto. Aspiramos a COOLSPACES

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