Pesquisadores na Itália projetaram um sistema de bomba de calor de fonte de água destinado à geração de resfriamento, aquecimento e água quente sanitária em conjuntos habitacionais sociais construídos entre as décadas de 1970 e 1990. O novo conceito integra energia térmica fotovoltaica com armazenamento térmico e promete um coeficiente de desempenho sazonal de 5.
Um grupo de pesquisadores liderado pela Universidade Sapienza de Roma desenvolveu um novo sistema de bomba de calor de fonte de água (WSHP) integrando energia térmica fotovoltaica (PVT) e armazenamento de energia térmica (TES) para a produção integrada de aquecimento, resfriamento, aquecimento doméstico produção de água e eletricidade.
O sistema foi desenvolvido no âmbito do projeto de investigação RESHeat, financiado pela UE, que visa identificar soluções renováveis e energeticamente eficientes para aquecimento e arrefecimento, bem como produção de água quente doméstica em edifícios residenciais com vários apartamentos. “Este trabalho centra-se na versão italiana do projeto RESHeat”, afirmaram os cientistas, observando que o sistema proposto adota um tanque de armazenamento de água quente em vez de uma unidade de armazenamento de calor subterrânea, como as versões do sistema desenvolvidas para países europeus em latitudes mais elevadas.
O sistema é composto por uma bomba de calor de origem hídrica combinada com painéis fotovoltaicos refrigerados, duas unidades de armazenamento – uma do lado da fonte e outra do lado da carga – e um fan coil. Na configuração do sistema proposta, o calor de baixa temperatura dos painéis é utilizado para encher o poço frio da bomba de calor durante a estação de aquecimento. Durante a estação de arrefecimento, o excesso de calor dos painéis fotovoltaicos, que atingem temperaturas mais elevadas, é transportado para o sistema de produção de água quente sanitária.
“Os painéis PVT fornecem cogeração térmica e elétrica, sendo a energia elétrica utilizada para alimentar os WSHP, eventuais aquecedores de reserva, auxiliares e espaços de condomínio, enquanto o calor de baixa temperatura produzido durante o período de inverno é aproveitado como fonte para os WSHP através do TES”, explicou a equipe de pesquisa. “Em contrapartida, fora do período de aquecimento, de Abril a Outubro, o calor produzido pelo PVT é aproveitado para a produção de AQS, que é armazenado no armazenamento dedicado. Por fim, no período de verão, o TES é conectado a um DC, necessário para dissipar o excesso de calor produzido pelo HP para refrigeração do ambiente.”
Utilizando o software TRNSYS e o método multicritério de tomada de decisão (MCDM), os acadêmicos realizaram 184 simulações para identificar o tamanho ideal dos componentes do sistema com o objetivo de implantá-lo em um edifício residencial social com 13 apartamentos construído por volta de 1980 em Palombara Sabina, próximo Roma, Itália.
“A amostra de referência é o resultado do planeamento urbano iniciado em Itália nos anos 60 dos anos 900 para programar intervenções relacionadas com edifícios sociais anteriores à regulamentação sobre o desempenho energético dos edifícios”, explicaram, acrescentando que o edifício, que actualmente depende num sistema centralizado de aquecimento a gás, tem uma carga térmica de inverno e de verão de 61 kW e 65 kW, respetivamente, e um consumo de AQS de 55 l/pessoa para um total de 50 pessoas.
Nas simulações e análises MCDM, os acadêmicos consideraram parâmetros-chave como coeficiente de desempenho (COP), fração solar, consumo de energia primária, economia de energia primária, custos de sistema e operação, bem como critérios logístico-espaciais. Os pesquisadores descobriram que a melhor configuração do sistema pode ser alcançada com 75 painéis PVT totalizando 25 kW divididos em 15 strings, um volume de tanque tampão conectado ao lado da fonte do HP de 3 m³ e um volume de 1.5 m³ para o armazenamento térmico de AQS. .
“Os pontos de ajuste de temperatura identificados foram 25 C para o DC, enquanto para o HP, tanto as temperaturas de operação do evaporador quanto do condensador variam de acordo com as condições externas”, explicaram ainda. “No lado frio, variam de 7 a 20 C e variam de acordo com a radiação incidente e a produção de calor em baixa temperatura dos painéis PVT, enquanto no lado quente, variam de acordo com a temperatura externa.”
O sistema foi descrito no estudo “Definição de um sistema de bomba de calor de fonte de água acoplada PVT através da otimização de componentes individuais”, publicado em Energia.
“Este trabalho pretende utilizar o edifício de Palombara Sabina como caso piloto de modernização de um sistema de aquecimento central para climas amenos, para propor-lhe como uma abordagem ideal a ser aplicada em larga escala a todo o parque habitacional social construído durante a década de 1970 – década de 1990, com vista a uma renovação energética à escala urbana”, concluíram os investigadores. “As metas são a eficiência do sistema, com um COP sazonal mínimo de 5, e uma cobertura mínima de 70% de fontes renováveis com foco na gestão da temperatura ambiente.”
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