Energia

Sistemes energètics

Aquesta línia de recerca es focalitza en l’estudi, proposta i comprovació experimental i/o numèrica de components i sistemes energètics que presentin millores d’impacte ambiental, d’eficiència energètica o econòmiques respecte a l’estat de la tecnologia actual. El grup de recerca té experiència en projectes en temàtiques diverses, tals com: l’emmagatzematge tèrmic d’energia, la refrigeració per absorció, els col·lectors solars tèrmics, l’anàlisi de cicle de vida, l’energia distribuïda i les auditories energètiques en indústria i edificis. El programari que utilitza inclou un ampli ventall d’eines, que van des de eines 0-D per a l’estudi de sistemes energètics tals com EES, TRNSYS o Energy Plus a eines d’anàlisi detallat de components en 2-D o 3-D, tals com Comsol Multiphysics o CREO.

Actualment les línies actives del grup són les següents:

• Desenvolupament de models matemàtics, mapes de potencial i prototips de dispositius de refredament per radiació nocturna i col·lecció solar combinat i estudi de la seva viabilitat tècnica.
• Estudi i desenvolupament de la propera generació de tecnologies d’energies renovables basades en sistemes solars d’alta concentració.
• Desenvolupament i creació de spin-off de solucions innovadores per a la refrigeració avançada d’alt flux de calor en el camp de les aplicacions microelectròniques.
• Optimització de l’eficiència energètica a l’edificació i la indústria amb tècniques passives i actives, com per exemple: aïllament tèrmic, emmagatzematge d’energia tèrmica, producció renovable de fred i calor.

PROJECTES:

DESENVOLUPAMENT I AVALUACIÓ D’UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓ RADIANT I CAPTACIÓ SOLAR PER A LA PRODUCCIÓ COMBINADA DE CALOR I FRED – RAD-CHC

Projecte RTI2018-097669-A-I00 finançat per:

En el present projecte es desenvoluparà i analitzarà un nou equip, el Col·lector i Emissor radiatiu (RCE), capaç de captar energia solar per produir calor i també capaç de produir fred mitjançant la refrigeració radiativa nocturna. El projecte demostrarà la viabilitat de l’equip i determinarà el seu potencial per produir fred i calor per implantar-lo tant en edificis com en la indústria. Amb aquesta finalitat, es desenvoluparà una nova coberta adaptativa, capaç de gestionar la radiació amb diferents longituds d’ona per permetre la captació solar durant el dia i el refredament radiatiu durant la nit. La principal innovació del projecte és el desenvolupament i demostració dels nous equips RCE, ja que no existeix cap estudi que combini ambdues capacitats en un únic equip i el concepte no està demostrat. Es provarà experimentalment el comportament dels nous equips i es caracteritzaran i es desenvoluparan models numèrics validats per simular l’equip. Mitjançant aquests models s’analitzarà l’efecte de diferents millores i optimitzacions tant en l’equip com en tot el sistema. Posteriorment, es determinarà la capacitat del sistema per cobrir les necessitats de fred i calor per a diferents aplicacions prèviament seleccionades, així com s’identificaran noves aplicacions adequades. Finalment, s’estudiarà la viabilitat tècnica, econòmica i del cicle de vida del sistema.

Els beneficis del projecte són: (1) alt impacte científic, desenvolupant un nou equipament i obrint un nou camp de recerca; (2) alt impacte socioeconòmic, contribuint al compliment dels acords ambientals internacionals, reduint la dependència energètica de tercers països, fomentant la indústria local i creant nous llocs de treball.

Equip de recerca:

• Albert Castell
• Marc Medrano
• Ingrid Martorell
• Cristian Solé
• Lídia Rincón
• Andrea Salandin
• Sergi Vall
• Roger Vilà
• Ariadna Carrobé

DESENVOLUPAMENT I ANÀLISI D’UN NOU DISPOSITIU, EL COL·LECTOR I EMISSOR RADIATIU ADAPTATIU (AD-RCE), CAPAÇ DE RECOLLIR ENERGIA SOLAR DURANT EL DIA PER PRODUIR CALOR I TAMBÉ PER PRODUIR FRED TANT DURANT EL DIA COM LA NIT MITJANÇANT REFREDAMENT RADIATIU (ARES-DRC)

Projecte PID2021-126643OB-I00 finançat per:

En el present projecte es desenvoluparà i analitzarà un nou equip, el “Radiative Collector and Emitter” adaptatiu (ad-RCE), capaç de captar energia solar durant el dia per aportar calor i de generar fred a partir de refrigeració radiant nocturna tant de dia com de nit. El nou ad-RCE combina la producció de calor i fred de manera renovable per a aplicacions industrials i en edificació, adaptant la producció de calor i fred als perfils de demanda gràcies a la seva capacitat de produir tant fred com calor durant el dia. Es demostrarà que el concepte és viable i es determinarà el seu potencial de producció de fred i calor per a la implementació en edificis i aplicacions industrials.

Per a aquest fi, s’utilitzaran nous materials per a la refrigeració radiant diürna, que reflecteixen gran part de la radiació solar incident i emeten radiació tèrmica a l’espai, i es combinaran amb captadors solars convencionals.

La principal innovació del projecte és el desenvolupament i demostració del nou ad-RCE, ja que fins ara no existeix cap estudi que demostri el concepte o que desenvolupi un equip capaç d’adaptar la seva producció de calor i fred a la demanda. S’estudiarà experimentalment el comportament del nou equip i es desenvoluparan models numèrics validats per a la seva simulació. Mitjançant aquests models s’analitzarà l’impacte de diferents millores i optimitzacions en l’equip i en el conjunt del sistema. Posteriorment, s’analitzarà la capacitat de l’equip per adaptar-se a les demandes de fred i calor de diferents aplicacions. Finalment, s’estudiarà la viabilitat tècnica, econòmica i de cicle de vida del sistema proposat. El projecte s’estructura en diferents paquets de treball.

Els beneficis que el projecte pot aportar són: (1) alt impacte científic, al desenvolupar un nou equip i obrir un nou camp d’investigació; (2) gran impacte socioeconòmic, abordant diferents ODS i contribuint a complir els compromisos internacionals en matèria mediambiental, disminuir la dependència energètica d’altres països, reduir la pobresa energètica, impulsar la indústria local i crear llocs de treball.

La difusió de resultats es realitzarà mitjançant l’assistència a congressos i tallers nacionals i internacionals i la publicació en revistes científiques i de difusió. Es considerarà també la possibilitat de realitzar una patent si els resultats del projecte són prometedors.

MILLORA DE LA POTÈNCIA D’UN SISTEMA DE PRODUCCIÓ DE FRED I CALOR RENOVABLES COMBINANT REFRIGERACIÓ RADIATIVA I CAPTACIÓ SOLAR (BOOST-RCE).

Projecte TED2021-131446B-I00 finançat per:

El projecte BOOST-RCE estudiarà un nou equip capaç de produir calor i fred de manera renovable i en un únic dispositiu, el Radiative Collector and Emitter (RCE). El RCE, durant el dia, capta energia solar produint aigua calenta i, durant la nit, produeix aigua freda per sota de la temperatura ambient gràcies a la refrigeració radiativa, i pot integrar-se en edificis i indústries. Aquesta proposta contribuirà en diverses àrees temàtiques del European Green Deal, com ara incrementar l’ambició climàtica; energia neta, segura i assequible; indústries per a una economia neta i circular; i edificis eficients en l’ús de recursos i energia. L’objectiu principal del projecte és millorar la potència i la producció energètica d’aigua freda del RCE proposat en el grup de recerca SEMB.  Aquest projecte es basa en el projecte RAD-CHC (RTI2018-097669-A-I00), on es va provar el concepte RCE amb resultats prometedors. L’inconvenient principal del RCE són les baixes densitats de potència de refrigeració per sota de la temperatura ambient (potències mitjanes d’uns 55 W/m² amb pics d’uns 70 W/m² al sud d’Europa). Això és un ordre de magnitud inferior a les de calor. Així, es requereix una millora del RCE (equip i sistema) per augmentar la seva producció de fred i apropar-la tant com sigui possible a les potencials potències de refrigeració presentades en mapes de RC espanyols i europeus.

El projecte s’estructura en sis paquets de treball.

Els beneficis que comportarà el projecte són: (1) un alt impacte científic amb el nou RCE; (2) un gran impacte socioeconòmic, abordant diferents ODS i contribuint a complir els compromisos internacionals en matèria mediambiental, disminuir la dependència energètica d’altres països, reduir la pobresa energètica, impulsar la indústria local i crear llocs de treball. La difusió dels resultats es realitzarà mitjançant l’assistència a congressos i workshops nacionals i internacionals i la publicació en revistes científiques d’impacte i de divulgació.

PLUG AND PLAY RADIATIVE COLLECTOR AND EMITTER (PNP-RCE)

Projecte PDC2022-133215-I00 finançat per:

El present projecte se centra en el desenvolupament i la valorització de la tecnologia Radiative Collector and Emitter RCE (Col·lector i Emissor Radiant), la qual va ser desenvolupada dins del projecte RAD-CHC (projecte RTI2018-097669-A-I00). L’objectiu principal d’aquest projecte és el desenvolupament i la demostració en un entorn rellevant d’un sistema RCE Plug and Play que sigui robust, durador, fiable i que pugui ser integrat en una instal·lació optimitzada. El disseny de l’RCE ha de permetre un funcionament a llarg termini amb un baix manteniment i un rendiment sostingut en el temps. El projecte previ RAD-CHC es va centrar en el desenvolupament i l’anàlisi del nou concepte RCE, capaç de captar energia solar per produir calor, i de produir fred mitjançant refredament radiatiu nocturn, en un sol dispositiu i de manera renovable. Per tant, aquest nou concepte RCE combina la captació solar per a la producció de calor i el refredament radiatiu nocturn per a la producció de fred per al seu ús en edificis i aplicacions industrials. L’RCE és capaç de produir de manera renovable Aigua Calenta Sanitària i fred (per donar suport al sistema de refrigeració), reduint el consum d’energia no renovable durant l’any, així com la potència màxima instal·lada dels sistemes convencionals.

Durant el projecte RAD-CHC vam demostrar el concepte RCE i la seva capacitat de produir aigua calenta durant el dia i aigua freda (per sota de la temperatura ambient) durant la nit, el seu potencial per cobrir diferents demandes de fred i calor tant per a edificis convencionals com per a edificis de consum d’energia gairebé nul, així com la seva idoneïtat per a diferents processos industrials. La combinació de l’RCE amb equips d’aire condicionat i bombes de calor convencionals també va ser estudiada, demostrant potencial per millorar-ne el rendiment. La tecnologia RCE va ser desenvolupada fins a un nivell TRL5 durant el projecte RAD-CHC.

El present projecte permetrà portar la tecnologia al nivell TRL6, tecnologia demostrada en entorn rellevant. Amb aquesta finalitat, caldrà estudiar alguns aspectes clau: (1) desenvolupament i validació d’un sistema RCE Plug and Play robust, durador i fiable, (2) optimització de la integració del sistema RCE a la instal·lació, (3) identificació del mercat de més interès per a la implementació inicial de la tecnologia RCE. Finalment, es farà la demostració de la tecnologia RCE Plug and Play en un entorn rellevant per verificar que els resultats indiquen viabilitat tècnica. El projecte permetrà fer un pas més en la transferència i explotació d’aquesta nova tecnologia. Els resultats seran presentats a la societat i als actors industrials clau per afavorir un desenvolupament ràpid i futurs projectes demostratius.

Els beneficis esperats del projecte són un alt impacte socioeconòmic, abordant diferents Objectius de Desenvolupament Sostenible (ODS) i contribuint a complir els acords mediambientals internacionals, reduint la dependència energètica de països tercers, reduint també la pobresa energètica, impulsant la indústria local i creant nous llocs de treball.

COOLHEAT-INDUSTRY: PROVA DE CONCEPTE PREINDUSTRIAL DE RCE EN INDÚSTRIES ALIMENTÀRIES

Projecte 2024 PROD 00040 finançat per:

El projecte COOLHEAT-Industry presenta un concepte innovador: el Col·lector i Emissor Radiatiu (RCE), una tecnologia renovable que produeix calor i fred sense emissions de CO₂ les 24 hores del dia mitjançant captació solar i refrigeració radiativa, respectivament. Aquesta tecnologia es pot integrar amb els sistemes convencionals de calefacció i refrigeració per millorar l’eficiència i reduir tant el consum energètic com les emissions de CO₂.

La indústria alimentària, un dels sectors més difícils de descarbonitzar, depèn en gran mesura de les tecnologies tradicionals que consumeixen quantitats significatives d’electricitat i combustibles fòssils per a les seves necessitats de calefacció i refrigeració. L’objectiu principal del projecte COOLHEAT-Industry és desenvolupar una prova de concepte preindustrial aplicada específicament a la indústria alimentària, per validar i perfeccionar el model de negoci clau en mà de la tecnologia RCE, garantint que satisfaci les necessitats de la indústria de manera eficaç.

COOLHEAT-Industry té com a objectiu contribuir a la descarbonització de la indústria alimentària proporcionant un estalvi energètic d’entre el 20% i el 60% en processos que requereixen tant calor com fred, cosa que comporta un estalvi econòmic substancial i una petjada de carboni reduïda. En donar suport a la transició energètica, la tecnologia RCE contribuirà a assolir els Objectius de Desenvolupament Sostenible (ODS) de les Nacions Unides, en particular l’ODS 7 (Energia assequible i neta), l’ODS 9 (Indústria, innovació i infraestructura), l’ODS 11 (Ciutats i comunitats sostenibles) i l’ODS 13 (Acció climàtica). Aquest canvi cap a tecnologies més ecològiques no només ajudarà a mitigar el canvi climàtic, sinó que també millorarà la competitivitat de la indústria alimentària mitjançant la reducció dels costos operatius i la dependència dels recursos no renovables.