Projeto TRI-HP: Desenvolvendo sistemas de trigeração para edifícios multifamiliares

Daniel Carbonell, coordenador do projeto TRI-HP do SPF Institute for Solar Technology, explica como este projeto financiado pela UE TRI-HP desenvolve sistemas de trigeração baseados em bombas de calor com refrigerantes naturais e múltiplas fontes renováveis, para fornecer aquecimento, resfriamento e eletricidade para famílias multifamiliares edifícios

Financiado pelo Programa de Pesquisa e Inovação Horizon 2020 da União Europeia e coordenado pelo SPF Institute of Solar Technology, o projeto TRI-HP é um projeto Horizon 2020 de quatro anos que começou em março de 2019. Dentro do projeto, dois sistemas principais serão desenvolvidos:

  • Sistema de bomba de calor de fonte dupla / dissipador com a possibilidade de usar o solo e / ou ar como fontes / dissipadores de calor.
  • Sistema solar de gelo baseado em bomba de calor de super-resfriamento de pasta de gelo com energia solar como principal fonte de calor renovável.

Os sistemas TRI-HP incluirão controles avançados, gerenciando eletricidade, calor e resfriamento de uma forma que otimiza o desempenho do sistema e aumenta sua confiabilidade por meio da autodetecção de falhas. Além disso, a TRI-HP fornecerá o conhecimento e as soluções técnicas mais adequadas para atender às necessidades das partes interessadas, características de demanda de construção, regulamentações locais e barreiras sociais, com uma participação renovável no local de 80%, reduzindo o custo de instalação em 10-15% .

edifícios multifamiliares
Figura 1: Edifício multifamiliar de referência para a Europa Central e do Norte
edifícios multifamiliares
Figura 2: Edifício multifamiliar de referência para o Sul da Europa

Condições de limite dos sistemas TRI-HP

Como uma primeira etapa, foram estabelecidas as condições de contorno utilizadas para projetar e avaliar os sistemas desenvolvidos. A Tecnalia tem trabalhado na definição de climas e edifícios de referência, representativos do mercado em que o TRI-HP se concentra. Para os casos definidos, procedeu-se ao cálculo das necessidades energéticas dos edifícios, incluindo as demandas de eletricidade, aquecimento, refrigeração e água quente sanitária.

Esses dados de referência serão usados ​​como entrada para o desenho dos sistemas desenvolvidos no projeto, bem como para a extrapolação para várias condições, maximizando o impacto do projeto.

Foram definidas as condições de projeto das bombas de calor, indicadores-chave de desempenho (KPIs) técnicos, econômicos e de desempenho para os sistemas TRI-HP. Os KPIs definidos serão usados ​​para a avaliação dos resultados experimentais e simulações ao nível do componente (bomba de calor) e ao nível do sistema.

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Além disso, uma estrutura de simulação de sistema chamada pytrnsys foi desenvolvida pela SPF. Pytrnsys é um pacote de código aberto baseado em python que permite construir, executar e processar facilmente simulações TRNSYS. Ele pode ser vinculado a uma interface gráfica de usuário (GUI) desenvolvida também pela SPF que facilita a definição de configurações hidráulicas definidas pelo usuário para sistemas de abastecimento de aquecimento e resfriamento em geral.

Além disso, uma primeira avaliação econômica foi feita para a pasta de gelo solar e os sistemas de fonte / sumidouro dual, e os novos desenvolvimentos que incluem um resfriador de gás tripartite, um super resfriador e um trocador de calor de fonte dupla.

Método de super-resfriamento e evitando a formação de gelo

No conceito TRI-HP, água super-resfriada é usada para gerar lama de gelo. Um fluxo de água que flui para um super-resfriador é resfriado alguns graus abaixo da temperatura normal de congelamento, sem cristalizar. Depois de sair do super-resfriador, o fluxo de água é perturbado para gerar cristais de gelo. Um dos principais problemas desse sistema é evitar a formação de gelo e o bloqueio do super-resfriador.

O Instituto Tecnológico Dinamarquês (DTI) da Dinamarca, Industrielack AG (ILAG) – uma empresa suíça e o Instituto de Refrigeração da Universidade de Ciências Aplicadas de Karlsruhe (UASKA), juntamente com o Instituto SPF de Tecnologia Solar (SPF), estão investigando uma grande variedade de revestimentos glifóbicos e materiais. O objetivo é identificar um revestimento / material fóbico de gelo durável a ser usado para desenvolver um supercooler (evaporador) compacto e confiável. O evaporador será então usado para as novas bombas de calor baseadas em CO2 e propano do sistema de pasta de gelo solar TRI-HP.

Revestimentos de gelofóbico em DTI, Dinamarca

A DTI desenvolve revestimentos para prevenir / retardar a formação de gelo nas paredes dos trocadores de calor de super-resfriamento. Ao aplicar os revestimentos, a água pode ser super-resfriada e o risco de formação de gelo no trocador de calor pode ser minimizado. Os revestimentos da DTI são revestimentos híbridos livres de isocianato, usando resinas híbridas de silicone-epóxi como o principal constituinte do revestimento.

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Revestimentos de gelo fóbico na ILAG, Suíça

Diferentes novos revestimentos hidrofóbicos baseados em várias estratégias químicas foram desenvolvidos pelo ILAG e testados pelo DTI em condições de laboratório em relação à adesão, energia de superfície (ângulo de contato), depressão por congelamento em condições atmosféricas, pseudo Teste de Barnacle (PBT) e adesão ao gelo.

Durante o desenvolvimento dos revestimentos, um novo promotor de adesão para o revestimento de fluoropolímeros sobre cobre foi desenvolvido. Os revestimentos mais promissores com depressão de congelamento estável mais baixa foram pulverizados em tubos de cobre para validar as propriedades de gelofóbico com fluxos de água super-resfriada em uma plataforma de teste de laboratório específico no SPF.

Resultados de testes de revestimentos e materiais fóbicos de gelo

Para escolher um revestimento adequado, a depressão de congelamento, o retardo de congelamento, a adesão ao gelo, o ângulo de contato e a estabilidade dos revestimentos foram avaliados. Considerando a temperatura média de congelamento da água (Figura 3) e a estabilidade dos revestimentos, três revestimentos da DTI e ILAG foram selecionados para investigações posteriores. Alguns dos revestimentos (ver Figura 3) mostraram temperaturas de congelamento estáveis ​​abaixo de -6 ° C. Essas amostras têm um comportamento hidrofóbico.

Figura 3: Temperatura média de congelamento da água para diferentes revestimentos glifóbicos e o substrato de alumínio de referência testado no Instituto Tecnológico Dinamarquês. Os revestimentos DTI-3, DTI-4 e ILAG4 foram escolhidos para mais testes no FPS

Abordagem de material a granel

Para entender as propriedades de proibição do gelo de materiais a granel amorfos ou nanocristalinos, vários testes de depressão por congelamento foram realizados na UASKA. A temperatura média da água alcançada antes do congelamento é mostrada na Figura 4. Além disso, o tempo que mantém a temperatura de super-resfriamento também é um indicador do desempenho de super-resfriamento do material. Com os metais amorfos, como Vit105 e AMZ4, uma gota de água pura pode ser super-resfriada por mais de duas horas, enquanto as gotas nos outros dois materiais congelam durante o resfriamento.

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Figura 4: Temperatura média de congelamento da água para diferentes materiais a granel testados na Universidade de Ciências Aplicadas de Karlsruhe

Questões sociais de novos sistemas de aquecimento / resfriamento de energia renovável

Como o TRI-HP visa trazer ao mercado sistemas inovadores de aquecimento / resfriamento, foi considerado uma questão de alta importância investigar e compreender os potenciais impactos sociais dos sistemas TRI-HP e melhorar a aceitação das partes interessadas em relação a eles.

Foi dada ênfase particular à aceitação do mercado, a fim de compreender as potenciais barreiras e obstáculos para a adoção do TRI-HP pelos participantes do mercado.

Com base em uma revisão da literatura com foco em estudos empíricos de ciências sociais sobre a aceitação e adoção de sistemas inovadores de aquecimento e resfriamento renováveis ​​(RE H / C), o Instituto de Pesquisa Sócio-Ecológica ISOE identificou os principais fatores sociais e contextuais que podem promover ou impedir desenvolvimento e aprimoramento dos sistemas TRI-HP.

Os resultados mostram que os fatores econômicos e não econômicos, como questões socioculturais, contextos locais e práticas do usuário desempenham um papel importante para a aceitação dos sistemas RE H / C e devem ser seriamente considerados pelos parceiros TRI-HP. Em suma, as principais barreiras que podem dificultar a implantação dos sistemas TRI-HP são as seguintes:

  • Altos custos de instalação e longos períodos de retorno.
  • Falta de consciência, (acesso a) informações e compreensão da tecnologia (complexidade).
  • Falta de experiência, habilidade e treinamento, no planejamento e instalação.
  • Falta de espaço adequado para instalação de módulos solares térmicos e fotovoltaicos e de armazenamento de gelo.
  • Percepção de complexidade e riscos técnicos.

Clique aqui para obter mais informações sobre questões sociais de novos sistemas de aquecimento / resfriamento de energia renovável.

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Observação: este é um perfil comercial

  • Instituto SPF de Tecnologia Solar

    Instituto SPF de Tecnologia Solar

    Pesquisa e desenvolvimento de componentes, sistemas e processos inovadores com foco em energia solar e aplicações de armazenamento de energia sazonal.

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