Análisis energético y propuesta de un sistema innovador de suministro de energía térmica para la descarbonización del campus de Vera

Abstract

[ES] El objetivo del presente trabajo es la propuesta y desarrollo de un proyecto que permita apoyar la descarbonización del campus de Vera en la Universitat Politècnica de València (UPV). El proyecto plantea una primera fase consistente en la realización de un análisis energético de varios edificios del campus de Vera en el que se detecten los cuellos de botella de consumo eléctrico, así como la existencia de posibles consumos de demanda térmica de calefacción o refrigeración que sean prácticamente continuos a lo largo del año. En concreto, en el caso de la demanda de calefacción, se ha puesto especial foco en que el suministro sea realizado por la sala de calderas existente en el edificio 5Q de la UPV. Como parte de esta primera fase, se ha desarrollado una herramienta de análisis de datos masivos (¿big data¿) programada en lenguaje ¿Python¿ y Excel utilizada para el análisis de consumos eléctricos a partir de medidas proporcionadas por la Unidad de Medio Ambiente (UMA) de la UPV, consistentes en lecturas de los medidores de electricidad ubicados en los edificios del campus de Vera. Tras el análisis de dichos consumos, y con el objetivo de lograr una transición ecológica en el campus, comenzando por la descarbonización de los procesos que en él tienen lugar, se proponen varias vías de actuación a considerar entre las cuales se encuentra la propuesta que se presenta en este trabajo de fin de máster. Como segunda parte del proyecto, se plantea la planificación energética y propuesta de un sistema innovador de suministro de energía simultánea de calefacción y refrigeración basado en el uso de una bomba de calor donde el calor útil sea el de ambos focos (fuente y sumidero) y no únicamente el de un foco. Para ello, se plantea investigar el comportamiento y origen de la demanda térmica de varios edificios seleccionados, cuya calefacción sea suministrada por la sala de calderas del edificio 5Q, y realizar el modelado energético de los mismos en los softwares IFC y CYPE. Respecto a la refrigeración, la bomba de calor suministrará la demanda térmica de refrigeración en el centro de datos del Área de Sistemas de la Información y las Comunicaciones (ASIC) de la UPV, la cual es requerida durante todo el año. De este modo, dicho sistema permitiría, por una parte, un mayor ahorro energético, y, por otra, reducir el consumo de gas natural existente en la sala de calderas 5Q de la UPV, contribuyendo de esta manera a la descarbonización del campus de Vera. Este trabajo ha sido desarrollado en el marco de unas prácticas en empresa llevadas a cabo en la UPV y financiadas por la Cátedra de Transición Energética Urbana, CATENERG, la cual está adscrita al Instituto de Ingeniería Energética de la Universitat Politècnica de València y a la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial.

[EN] The aim of this work is the proposal and development of a project to support the decarbonisation of the Vera campus at the Polytechnic University of Valencia (UPV). The first phase of the project consists of carrying out an energy analysis of several buildings on the Vera campus to detect bottlenecks in electricity consumption, as well as the existence of possible thermal demand for heating or cooling that is practically continuous throughout the year. Specifically, in the case of heating demand, special focus has been placed on the fact that the supply is provided by the boiler room in the 5Q building of the UPV. As part of this first phase, a big data analysis tool programmed in Python and Excel language has been developed for the analysis of electricity consumption based on measurements provided by the Environment Unit (UMA) of the UPV, consisting of readings from the electricity meters located in the buildings on the Vera campus. Following the analysis of this consumption, and with the aim of achieving an ecological transition on the campus, starting with the decarbonisation of the processes that take place there, several courses of action are proposed for consideration among which is the proposal presented in this master's thesis. The second part of the project involves energy planning and the proposal of an innovative system for the simultaneous supply of heating and cooling energy based on the use of a heat pump where the useful heat is provided by both sources (source and sink) and not only by one source. It is proposed to investigate the behaviour and origin of the thermal demand of several selected buildings, whose heating is supplied by the boiler room of the 5Q building, and to carry out the energy modelling of these buildings in the IFC and CYPE software. With regard to cooling, the selected heat pump will supply the cooling thermal demand from the Information and Communications Systems Area (ASIC) data centre of the UPV, which is required throughout the year. In this way, the system will allow, on the one hand, greater energy savings and, on the other hand, reduce the consumption of natural gas in the 5Q boiler room of the UPV, thus contributing to the decarbonisation of the Vera campus. This work has been carried out within the framework of an internship at the UPV and financed by the Chair of Urban Energy Transition, CATENERG, which is attached to the Institute of Energy Engineering of the Polytechnic University of Valencia and the School of Industrial Engineering.

[CA] L’objectiu del treball present és la proposta i el desenvolupament d’un projecte que permet recolzar la descarbonització del campus de Vera en la Universitat Politècnica de València (UPV). El projecte planteja una primera fase que consisteix en la realització d’un anàlisi energètica de diversos edificis del campus de Vera en el qual es detecten els colls de botella de consum elèctric, així com l’existència de possibles consums de demanda tèrmica de calefacció o refrigeració que siguen pràcticament continus al llarg de l’any. Concretament, en el cas de demanda de calefacció, s’ha parat especial atenció en que la subministració siga realitzada en la sala de calderes existent a l’edifici 5Q de la UPV. Com a part d’aquesta primera fase, s’ha desenvolupat una ferramenta d’anàlisi de dades massives (“big data”) programada en llenguatge “Python” i Excel utilitzada per a l’anàlisi de consums elèctrics a partir de mesures proporcionades per la Unitat de Medi Ambient (UMA) de la UPV, consistents en lectures dels mesuradors d’electricitat situats en els edificis del campus de Vera. Després de l’anàlisi dels consums, i amb l’objectiu d’aconseguir una transició ecològica en el campus, començant per la descarbonització dels processos que en aquest es porten a terme, es proposen diverses vies d’actuació per a considerar entre les quals se troba la proposta que es presenta en aquest treball fi de màster. Com a segona part del projecte, es planteja la planificació energètica i proposta d’un sistema innovador de subministrament d’energia simultània de calefacció i refrigeració basat en l’ús d’una bomba de calor on el calor útil siga el d’ambdós focus (font i embornal) i no únicament el d’un focus. Es planteja investigar el comportament i origen de la demanda tèrmica de diversos edificis seleccionats, la calefacció dels quals siga subministrada per la sala de calderes de l’edifici 5Q, i realitzar el modelat energètic dels mateixos en els softwares IFC i CYPE. Respecte a la refrigeració, la bomba de calor seleccionada subministrarà la demanda tèrmica de refrigeració en el centre de dades de l’Àrea de Sistemes de la Informació i les Comunicacions (ASIC) de la UPV, la qual es requerida durant tot l’any. D’aquesta manera, aquest sistema permetria, per a una banda, un major estalvi energètic, i, per altra, reduir el consum de gas natural existent en la sala de calderes 5Q de la UPV, contribuint d’aquesta manera a la descarbonització del campus de Vera. Aquest treball ha sigut desenvolupat en un marc de pràctiques en empreses portades a terme en la UPV i finançades per la Càtedra de Transició Energètica Urbana, CATENERG, que està adscrita a l’Institut d’Enginyeria Energètica de la Universitat Politècnica de València i a la Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial.