Ekologiczne ogrzewanie i chłodzenie europejskich domów
Chłodzenie i ogrzewanie budynków odpowiada za lwią część zużycia energii przez cały sektor budowlany w Europie. Wykorzystywane systemy klimatyzacji często mają niską sprawność, a jeśli są zasilane energią elektryczną wytwarzaną z paliw kopalnych, ich eksploatacja jest także szkodliwa dla środowiska. W ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu Hybrid-BioVGE powstał nowy system ogrzewania i chłodzenia budynków wykorzystujący odnawialne źródła energii. Technologia wykorzystuje ciepło ze słońca i biomasy, obejmuje także zintegrowany system monitorowania, dzięki czemu osiąga niezrównaną sprawność, zwłaszcza w porównaniu z konkurencyjnymi rozwiązaniami, a jednocześnie pozwala na znaczące ograniczenie kosztów. „Rezultaty projektu przyczyniają się do rozwiązania problemów technologicznych związanych z systemami ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń na małą skalę wykorzystujących energię słoneczną i biomasę – wysokiej złożoności, braku stanowisk testowych oraz niedostępnych danych z eksploatacji w rzeczywistych warunkach”, wyjaśnia Szabolcs Varga, badacz z ramienia Instytutu Nauki i Innowacji w Inżynierii Mechanicznej i Przemysłowej (INEGI) w Porto i koordynator projektu Hybrid-BioVGE.
Hybrydowe systemu ogrzewania i chłodzenia
System opracowany w ramach projektu Hybrid-BioVGE działa w oparciu o dwa źródła energii – ciepło słoneczne i ciepło z biomasy. Dzięki takiemu rozwiązaniu jest w stanie zapewnić zarówno ogrzewanie pomieszczeń w zimie, jak i ich chłodzenie w lecie. Jego działanie wymaga niewielkiej ilości energii elektrycznej – podstawowym źródłem energii jest ciepło słoneczne, z kolei biomasa jest wykorzystywana jedynie jako źródło rezerwowe. W celu osiągnięcia najwyższej sprawności wykorzystania energii słonecznej, zespół opracował innowacyjny system magazynujący energię cieplną oparty na materiale zmiennofazowym. Co więcej, opracowane przez zespół inteligentne systemy sterowania umożliwiają monitorowanie urządzeń, co pozwala na zapewnienie większej efektywności. „Kocioł pozwalający na spalanie wielu rodzajów biomasy pozwala na niezawodną i niemal bezemisyjną eksploatację rozwiązania dzięki wykorzystaniu zróżnicowanych paliw dostępnych w miejscu, w którym powstanie instalacja”, wyjaśnia Varga. „Technologia, którą opracowaliśmy w ramach projektu Hybrid-BioVGE, gwarantuje znacznie niższe poziomy emisji niż najnowocześniejsze kotły spalające pelet drzewny, słomę czy miskant”.
Zaawansowane rozwiązanie na cały rok
Dodatkową korzyścią z nowej technologii jest możliwość przetwarzania ciepła na chłód w lecie, co pozwala na chłodzenie wnętrz. „Z przeprowadzonych przez nasz zespół badań wynika, że opracowany przez nas system chłodzenia pozwala na uzyskanie znacznie lepszych osiągów niż konwencjonalne rozwiązania”, wyjaśnia Varga. „Wzrost efektywności i sprawności może sięgać nawet 100 %”. W ramach zrealizowanych prac zespół zgromadził szereg cennych danych i zrealizował wiele rozwiązań dotyczących zarówno poszczególnych podzespołów, jak i całego systemu. W ramach prac powstały między innymi kolektory słoneczne, które pozwalają na osiągnięcie wyższych temperatur wymaganych przez agregat chłodniczy, przy jednoczesnej redukcji kosztów do około 0,45 euro za jeden wat ciepła. Co więcej, zespołowi udało się przystosować kocioł na biomasę do spalania szerokiego wachlarza zróżnicowanych paliw, co stanowi prawdziwy przełom względem dotychczasowych rozwiązań. Zespół uwzględnił również możliwość wykorzystania systemu na potrzeby chłodni i udowodnił słuszność zastosowanej koncepcji. „Udało nam się zrealizować także modułowy system sterowania z możliwością przechowywania danych w chmurze i monitorowania w czasie rzeczywistym za pośrednictwem strony internetowej”, dodaje Varga.
Rozwój na podstawie prototypów
W ramach projektu zespół opracował trzy działające prototypy rozwiązania Hybrid-BioVGE. Jeden z nich został przetestowany w ramach przystosowanej do rozwiązania platformy typu hardware-in-the-loop, z kolei dwa pozostałe urządzenia zostały zainstalowane w austriackim Steyr i portugalskim Porto, co pozwoliło na ich monitorowanie w rzeczywistych warunkach pracy. „Bez dofinansowania ze środków Unii Europejskiej naszemu zespołowi nie udałoby się przeprowadzić zaplanowanych prac ze względu na brak dostępu do odpowiednich zasobów”, wyjaśnia Varga. W najbliższym czasie należy spodziewać się publikacji rezultatów projektu przez jego partnerów. Badacze opracowują obecnie szereg artykułów naukowych wykorzystujących wyniki doświadczeń oraz dane z symulacji. W czasie sezonu chłodniczego sprawność i wydajność systemu Hybrid-BioVGE była niższa od oczekiwanej, jednak w ramach omówienia wyników badaczom udało się ustalić źródło problemów. „W najbliższym okresie letnim zamierzamy przeprowadzić dalsze badania wydajności i osiągów, wykorzystując w tym celu jeden z prototypów”, zapowiada Varga. Niektóre z podzespołów systemu Hybrid-BioVGE, na przykład kocioł na biomasę, powinny trafić na rynek w ciągu najbliższych kilku lat.
Słowa kluczowe
Hybrid-BioVGE, ogrzewanie, chłodzenie, słoneczny, biomasa, odnawialne, energia, system
