El proyecto SunHorizon, financiado por el Programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea, nació con el objetivo de desarrollar soluciones que integren bombas de calor (compresión térmica, adsorción y reversible) y tecnologías avanzadas de captación solar (FV, térmica e híbrida) para proporcionar y cubrir las demandas de calefacción y refrigeración en edificios residenciales y terciarios. Durante el proyecto, se han diseñado e implementado cinco paquetes de tecnologías (TP) en ocho edificios demostradores en diferentes países de la UE (Alemania, España, Bélgica y Letonia), abarcando diferentes climas y tipologías de edificio en la Unión Europea: pequeños y grandes edificios residenciales (bloques de viviendas) y terciarios (edificios públicos y centros deportivos).
Además, se ha creado una plataforma de monitorización basada en la nube para el análisis de datos y desarrollo de algoritmos y herramientas para el mantenimiento predictivo y la optimización de la gestión de los TP. Este acoplamiento de ambas tecnologías consigue como resultado menos emisiones de CO2, menores facturas energéticas y más independencia de los combustibles fósiles. En el proyecto se muestran ocho casos de estudio de edificios, residenciales y no residenciales, donde se ha testado la tecnología de SunHorizon.
El proyecto ha instalado SunHorizon TP (Paquetes Tecnológicos) en diferentes tipos de edificios y con diferentes climas para evaluar las soluciones del mercado climático y energético hacia la evaluación de viabilidad tecnoeconómica del Paquete Tecnológico (TP). Se ha probado el hardware y las herramientas de gestión y monitoreo inteligente en diferentes contextos y países. Además, se llevará a cabo una campaña de demostración en la UE durante 18 meses para monitorear dos temporadas de calefacción con fines de evaluación comparativa.
El consorcio del proyecto SunHorizon cuenta con 20 socios de 11 países europeos. Ha sido coordinado por RINA (Italia), y ha contado con miembros españoles: Fundación CARTIF, Veolia, el Ayuntamiento de San Cugat del Vallés y la Empresa Municipal de Vivienda y Suelo de Madrid.
Pilares principales de investigación
SunHorizon aborda tres pilares principales de investigación que interactúan para lograr, demostrar y replicar los objetivos del proyecto: diseño, ingeniería y fabricación optimizados de las tecnologías SunHorizon, monitoreo funcional inteligente para Heat&Cooling (H&C) y gestión y demostración basadas en KPI. El proyecto también desarrolla una plataforma de monitoreo funcional basada en la nube que servirá como una ‘base de datos de desempeño’. De hecho, será útil para desarrollar indicadores clave de rendimiento (KPI) basados en datos para optimizar algoritmos y herramientas para el mantenimiento predictivo, mejorar la gestión para maximizar la utilización solar y proporcionar información a los fabricantes para planificar nuevas instalaciones.
Según la estrategia de la UE para calefacción y refrigeración, se necesitan proyectos de demostración a gran escala de tecnologías energéticamente eficientes y con bajas o nulas emisiones de carbono para ayudar a reducir las barreras técnicas y de mercado proporcionando datos sólidos para evaluar su desempeño en cada segmento del mercado.
Para ello, SunHorizon ha pretendido ser un proyecto innovador, que abarca la experiencia de 20 socios y diferentes ubicaciones para pruebas en toda Europa.
De hecho, las actividades de investigación y las pruebas se han centrado en reducir los costos del sistema y mejorar el rendimiento, así como en optimizar las tecnologías existentes para aplicaciones de calefacción y refrigeración y algunos de los segmentos de mercado más prometedores.
Tecnologías implantadas en el proyecto SunHorizon
En el proyecto se suministra a los edificios de muestra cinco combinaciones de tecnologías diferentes, conocidas como Paquetes Tecnológicos (TP), que combinan las tecnologías que se enumeran más abajo. De hecho, uno de los principales objetivos de SunHorizon ha sido introducir innovaciones tecnológicas que se han validado primero a escala de laboratorio y, finalmente, en aplicaciones de demostración reales. En concreto, los TP se han puesto a prueba en 8 ubicaciones para demos de SunHorizon (9 edificios).
Los edificios para demostración se han suministrado con cinco combinaciones de tecnologías diferentes: Bombas de calor Farenheit, BDR Thermea Group y BoostHEAT; tecnologías solares TVP Solar, BDR Thermea Group y DualSun y almacenamiento: Ratiotherm y BDR Thermea Group. De hecho, la integración de la tecnología solar y de bombas de calor tiene como objetivo cubrir toda la demanda de calefacción y refrigeración (H&C) del edificio para maximizar el autoconsumo solar y garantizar un confort interno adecuado.
Los cinco Paquetes Tecnológicos (TP) de SunHorizon son: una bomba de calor alimentada por gas con paneles de alto vacío, otra bomba de calor alimentada por gas con paneles solares PVT mejorados, una enfriadora híbrida de absorción-compresión con paneles solares de alto vacío, una bomba de calor de agua de salmuera asistida con paneles solares PVT mejorados y una enfriadora híbrida de absorción-compresión con paneles solares de alto vacío.
Estas tecnologías se han gestionado adecuadamente mediante una plataforma de seguimiento funcional basada en la nube con servicios como predicción de la demanda, herramientas de mantenimiento proactivo y predictivo o un controlador avanzado híbrido (respaldado por una interfaz de usuario inteligente). Los servicios han ayudado a maximizar la explotación solar y han brindado al fabricante información para nuevos diseños de instalación.
Los cinco TP´s de SunHorizon
El TP1 consiste en una integración paralela de los captadores solares TVP para cubrir la mayor parte de la demanda de calefacción (calefacción y agua caliente sanitaria) y BH para cubrir los periodos no solares. A través del sistema de estratificación se maximiza el aprovechamiento del calor solar. El TP1 se ha aplicado en un edificio de apartamentos en Berlín, Alemania.
El TP2 dispone de paneles DS PVT cuya salida térmica asiste al evaporador BH y cubre el precalentamiento de demanda, mejorando el rendimiento de HP. Además, las necesidades eléctricas se cubren con la producción fotovoltaica. Este TP2 se ha aplicado en un edificio de apartamentos en Nuremberg, Alemania, y dos viviendas unifamiliares en Riga, Letonia.
En cuanto al TP3, cuenta con colectores TVP para cubrir la demanda de calefacción en invierno, mientras que en verano la producción solar impulsa el enfriador de adsorción en grados Fahrenheit para satisfacer las necesidades de refrigeración del espacio. El TP3 se ha aplicado a un edificio terciario en Sant Cugat del Vallès (España), sustituyendo la HP de velocidad constante actualmente instalada, que es de accionamiento eléctrico.
El TP4 se ha aplicado en el edificio de demostración de Madrid (España) basándose en HP reversible de BDR, producción dual de calor y electricidad solar y almacenamiento térmico versátil. En Madrid, un edificio de 9 viviendas, el COP del BDR HP de agua/salmuera se beneficia de la potencia térmica y eléctrica de los paneles PVT híbridos DS; mientras que el HP aire/agua se utiliza como respaldo. La producción eléctrica cubre el consumo de la bomba de calor y la demanda de la vivienda.
TP5 está compuesto por los colectores solares TVP, el tanque de almacenamiento de alta estratificación RT, la enfriadora híbrida FAHR y la térmica BH HP. El agua caliente producida por TVP se almacena en el tanque RT de alta estratificación, proporcionando alta temperatura a la entrada de adsorción y para ACS y calefacción de espacios. El agua enfriada producida por el enfriador híbrido FAHR se almacena en un tanque más pequeño y luego se entrega al sistema de enfriamiento del espacio. Durante el invierno, el agua precalentada por TVP se entrega a la unidad BH que, si es necesario, la calienta para cubrir la demanda de calefacción y ACS.
Resultados
Los socios técnicos del proyecto (CEA, CARTIF, CNR/ITAE y RINA) han estimado la demanda energética de los 8 demostradores (9 edificios en total). Utilizaron el software Trnsys, calibrado en sus facturas mensuales de gas y electricidad. Los demostradores de SunHorizon han abordado la demostración de componentes H&C optimizados y rentables y su acoplamiento (es decir, paquetes tecnológicos) en diferentes entornos operativos (TRL 7) en toda la UE: clima frío (C): Riga (Letonia), Berlín y Núremberg (Alemania); clima medio (A): Madrid (España) y Cluj-Napoca (Rumania); clima cálido (O): San Cugat del Vallès (España).
El proyecto ha evaluado también diferentes soluciones del mercado energético: residencial de pequeña y gran escala (casas unifamiliares y bloques de apartamentos), edificios terciarios (edificios públicos, polideportivos). La distribución espacial de los casos de demostración, junto con la consideración de las tipologías de edificios residenciales y terciarios más comunes, garantizarán una replicación rápida y sencilla de los resultados de SunHorizon en toda la UE.
Del TP1 al TP4 se han puesto a prueba en diferentes ubicaciones, mientras que el TP5 solo se ha probado en modo simulación, en tres ubicaciones y dos tipos de edificios (terciario y edificio de apartamentos).
Con el desarrollo de estas soluciones, los principales beneficios que se alcanzarán sobre los usuarios finales de la UE, serán las siguientes: reducción de la dependencia de los combustibles fósiles mediante la comprobación de la rentabilidad de las tecnologías de climatización (reducción de entre un 10/20% de los costos de capital, y reducción de hasta el 25% de los costos operativos), ahorro de energía primaria y reducción de las facturas de energía (80% de autoconsumo en climatización) y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (hasta en un 60%).