Tańsza i bardziej ekologiczna energia dzięki połączeniu technologii
Systemy ogrzewania i chłodzenia w europejskich budynkach pochłaniają ogromne ilości energii, przy czym wciąż przeważająca jej część pochodzi z importowanego gazu, a nie ze źródeł odnawialnych, których udział wciąż odgrywa dość marginalną rolę. Uczeni skupieni wokół projektu SunHorizon sprawdzili, czy połączenie i monitorowanie czystszych, bardziej ekologicznych technologii może przyczynić się do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych i obniżenia rachunków za prąd płaconych przez konsumentów. Prace w projekcie obejmowały połączenie dwóch rodzajów paneli słonecznych, hybrydowych i wysokopróżniowych, jako źródła energii z kilkoma rodzajami pomp ciepła (adsorpcyjnymi, odwracalnymi) zainstalowanymi w budynkach, które przetestowano w kilku pilotażowych lokalizacjach na terenie Europy. Po tym, jak hybrydowe i wysokopróżniowe panele słoneczne zostały połączone w jeden system z różnymi typami pomp ciepła, takimi jak pompy adsorpcyjne i odwracalne, i zainstalowane w lokalizacjach testowych, uczestnicy projektu monitorowali ich wydajność w różnych porach roku. „Testowaliśmy te połączone technologie w różnych warunkach klimatycznych Europy i w odniesieniu do różnych zastosowań, aby sprawdzić, jak będą się one zachowywać”, wyjaśnia koordynatorka projektu Serena Scotton, kierowniczka projektów w inżynieryjno-doradczej firmie RINA Consulting z siedzibą we włoskiej Genui. Unia Europejska promuje energooszczędne pompy ciepła jako jeden z elementów swojego planu dekarbonizacji, na przykład poprzez finansowanie takich inicjatyw jak projekt HAPPENING. Zespół projektu SunHorizon początkowo miał nadzieję, że uda mu się przetestować kombinacje technologii w ośmiu europejskich lokalizacjach, ale pandemia COVID-19, powódź w jednym z regionów pilotażowych i inne problemy sprawiły, że przez rok dane były gromadzone tylko w trzech instalacjach. Były to dwa domy w Rydze na Łotwie, budynek w Madrycie z 11 lokalami socjalnymi oraz centrum obywatelskie oferujące zajęcia sportowe i kulturalne, zarządzane przez samorząd lokalny w Sant Cugat del Vallés, niedaleko Barcelony.
Gromadzenie danych na temat charakterystyki energetycznej
Zespół zainstalował w pomieszczeniach czujniki, które monitorowały wydajność w zakresie temperatury i wilgotności oraz zbierały dane dotyczące sprawności energetycznej połączonych technologii i poziomu zużycia energii. Z kolei montaż czujników na zewnątrz pozwolił na monitorowanie warunków pogodowych. „Wykorzystaliśmy bazujące na fizyce, zautomatyzowane modelowanie predykcyjne oparte na trójwymiarowym modelu budynku oraz danych zebranych z czujników i urządzeń pomiarowych wewnątrz budynku, aby zoptymalizować zużycie [energii] w następnym dniu”, mówi Scotton. Partnerzy projektu opracowali aplikację, dzięki której użytkownicy w lokalizacjach demonstracyjnych mogli przekazywać informacje zwrotne na temat postrzeganego przez siebie poziomu komfortu w pomieszczeniach, które były następnie wykorzystywane przez samouczące się algorytmy systemu.
Platforma monitorowania w chmurze umożliwia predykcyjne modelowanie zużycia energii
Prognozy pogody i symulacje dotyczące budynku zostały zintegrowane z opartą na chmurze platformą monitorowania, która służy do analizy danych i wprowadzania ich do modeli predykcyjnych. Jak twierdzi Scotton, stworzenie platformy zajęło więcej czasu niż oczekiwano. „Niełatwe okazało się dostosowanie komunikacji między czujnikami, a następnie między chmurą danych i platformą. Czasami następowały przerwy w komunikacji i traciliśmy niektóre dane. Ostatecznie nasza analiza skupiła się na działaniu technologii w oparciu o zużycie energii przez użytkowników w wybranych warunkach klimatycznych”.
Zmniejszenie emisji dwutlenku węgla i kosztów energii
W każdej z trzech lokalizacji demonstracyjnych dane były zbierane przez niemalże rok. „Technologie sprawdziły się dobrze. Zaobserwowaliśmy ogromny pozytywny wpływ na redukcję emisji gazów cieplarnianych”, dodaje Scotton. „Naszym celem było zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych o 40–60 % i w niektórych okresach udało nam się go osiągnąć, a w przypadku niektórych instalacji pilotażowych nawet przekroczyć”, podkreśla. Zespół informuje, że w zależności od lokalizacji demonstracyjnej, obniżenie rachunków za energię wyniosło od 10 % do 30 %, przy czym osiągnięto też pewną redukcję energii pierwotnej – do 50 %. Na przykład w Rydze system pokrywał znaczną część zapotrzebowania na ogrzewanie, za co normalnie odpowiadał kocioł gazowy. „Byliśmy zaskoczeni. Mimo że tamtejsza zima jest dużo chłodniejsza, grzałka elektryczna działała na takim samym poziomie, co w Madrycie”. Na podstawie informacji zwrotnych od użytkowników i danych z systemu monitorowania połączony pakiet paneli słonecznych i pomp ciepła został zmodyfikowany w taki sposób, aby zwiększyć jego sprawność w trakcie cyklu życia projektu. „Z danych i wyników projektu skorzystają producenci i właściciele demonstracyjnych systemów, którzy planują nowe instalacje. Mamy również nadzieję, że zachęci to do powielania naszego rozwiązania w innych budynkach i innych miejscach w Europie”, dodaje.
Słowa kluczowe
SunHorizon, pompy ciepła, panele słoneczne, gazy cieplarniane, ogrzewanie, chłodzenie, energia, czujniki
