This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 680556.

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Divulgation articles

1st Divulgation article
CHESS SETUP: the project working to reduce buildings' energy consumption 

CHESS SETUP is a project designing a solution to provide energy from renewable sources to buildings.

 

The building sector is one of the most resource consuming sectors as it accounts for 40% of energy consumption and 36% of CO2 emissions in the EU. The European Union has set ambitious targets in order to reduce the GHG emissions and the building sector has to do its part, with new buildings required to be “nearly zero-energy buildings” (NZEB) by 2020. By using energy more efficiently, a reduction on energy bills and reliance on external energy suppliers can be achieved while helping protect the environment.

 

To address this challenge, CHESS SETUP, a ten-member consortium, designed a solution relying on:

 

  • Hybrid solar panels generating heat to be stored and used for domestic hot water and/or heating in addition to electricity that can be used by the building’s systems and appliances.

  • A hot water tank to store the thermal energy produced by the hybrid solar panels, especially in summer.

  • A heat pump, to provide domestic hot water and/or heating from the hot water tank to the building at high efficiencies.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The system will therefore work on a seasonal mode: the heat produced by the solar hybrid panels mostly in the summer will be stored to heat the building needs when required.

 

The team is working to install the system in three different sites in the United Kingdom and in Spain, sizing the elements according to the buildings’ characteristics such as the solar irradiation, energy demands, and available surface for the installation of solar panels installation and the thermal storage tank.

 

The installation will be monitored and controlled to manage the system efficiently based on key data such as available heat energy, weather forecast and electricity prices to optimize the energy flows within the system.

 

CHESS SETUP can allow significant energy savings for the buildings: the energy produced on-site will be consumed on site or reverted to the power grid if necessary. CHESS SETUP could bring key solutions for our future: a self-consumption system that could drive us towards NZEB, energy independence, a higher productivity of the grids and a low-carbon society.

This article is also downloadable in French and in Spanish language.

 

2nd Divulgation article (in Spanish)
Cómo conseguir un sistema eficiente y sostenible de producción de calor?

El proyecto europeo Chess Setup, en el marco del programa Horizonte 2020, busca implementar y promover un sistema eficiente y rentable compuesto por captación de energía solar mediante paneles híbridos y fotovoltaicos, almacenamiento de energía y utilización de bomba de calor capaz de satisfacer las demandas de climatización y agua caliente sanitaria (ACS) de las edificaciones.

 

El sistema ya se encuentra en fase de implementación en tres proyectos piloto en localidades con diferentes climatologías: Sant Cugat del Vallès, Manlleu y Corby (UK). El sistema además está apoyado por una plataforma de monitorización y control que utiliza un algoritmo para optimizar y manejar su operación en función a los precios de la energía, la previsión climatológica y requerimientos de los usuarios.

 

A nivel tecnológico los diferentes pilotos se basan en la combinación de captación de energía solar mediante paneles híbridos y fotovoltaicos, almacenamiento de energía térmica y utilización de bomba de calor (figura 1). Sin embargo, el sistema tiene la flexibilidad de poder adaptarse y optimizarse de acuerdo a la condición específica de los diferentes tipos de proyectos, zonas geográficas, fuentes de energías y tecnologías.

 

 

Fig. 1 - Esquema sistema CHESS SETUP con paneles híbridos, almacenamiento térmico, bomba de calor y sistema de respaldo.

La utilización de bombas de calor acopladas a un sistema de almacenamiento de energía (térmico y/o eléctrico) ofrece la oportunidad de desacoplar el consumo eléctrico de la demanda térmica. Con esto se podrán desplazar o disminuir los picos de demanda en la red eléctrica, ayudando de esta manera a la integración de las energías renovables dentro de la red eléctrica. Por tanto, el sistema propuesto a más de utilizar energías renovables, disminuir las emisiones de gases de efecto de invernadero, podría ofrecer flexibilidad en el lado de la demanda de energía eléctrica.

Centro Deportivo Sant Cugat (España)

El piloto del Centro Deportivo Sant Cugat es un edificio existente que cuenta con una superficie total de 1.978 m2 y dos piscinas con un volumen total de 7.339 m3. La alta y heterogénea demanda energética del centro deportivo es una oportunidad para probar la viabilidad del sistema en este tipo de proyectos. La demanda de energía eléctrica es 1.046 MWh/año, y la térmica es 1.726 MWh/año, de la cual 27% corresponde a ACS, 45% a climatización y 28% a calefacción piscinas.

            Fig. 2 - Instalación de paneles híbridos solares en la cubierta,       Fig. 3 - Instalación del depósito de almacenamiento térmico,

                                        Centro Deportivo Sant Cugat                                                                    Centro Deportivo Sant Cugat

La solución propuesta consta de una instalación de 160 paneles híbridos (figura 2), con una potencia pico eléctrica de 41,2 kW, una bomba de calor agua-agua de 97,5 kW térmicos con un COP estacional de 5,6 y almacenamiento térmico estacional de 100 m3 (figura 3). Se espera que el sistema cubra el 90% de la demanda total de agua caliente de las piscinas, lo que representaría cubrir mediante fuentes renovables el 10,5% de la demanda total de energía del edificio, con un ahorro en emisiones del 14%.

Viviendas en Corby (Reino Unido)

La experiencia en el piloto de Corby tiene como objetivo construir viviendas ecológicas de calidad y alta eficiencia energética. Se encuentran en proceso de construcción las viviendas de diferentes tipologías, el área total construida será de 3.802 m2 y se esperan que las primeras viviendas sean habitadas a finales de la primavera de 2.019. Para cada vivienda se ha estimado un consumo energético medio de 5.247 kWh/año. Estas viviendas estarán interconectadas formando una micro-red, y a su vez estarán integradas a una red eléctrica local independiente de 5.000 viviendas.

            Fig. 4 - Instalación de los pozos geotérmicos, Electric Corby.                  Fig. 5 - Construcción de las viviendas, Electric Corby.

El sistema a instalar en cada vivienda estará compuesto por 11 paneles fotovoltaicos más 9 paneles híbridos lo que resulta en 5 kW eléctricos de potencia pico, una batería de 2,5 kWh, un banco de energía en la tierra de 140 m3 con 20 pozos geotérmicos verticales de 1,5 metros de profundidad (figura 4), una bomba de calor geotérmica de 5 kW con COP estacional de 4, un intercambiador de calor mediante suelo radiante a 35°C y reservorio para ACS de 100 litros. El sistema sería capaz de proveer mediante fuentes renovables el 81% de la energía total requerida por cada vivienda (figura 5), cubrirá el 100% de la demanda térmica (calefacción y ACS), disminuyendo en un 88% las emisiones por vivienda.

Edificio de oficinas en Manlleu (España)

El tercer piloto es el Ecoedifici de Lavola (Manlleu, Barcelona) construido en el año 2.005 como edificio de oficinas (figura 6), tiene la intención de garantizar las mejores condiciones de trabajo y confort para el personal. Mediante el proyecto CHESS SETUP se está trabajando en la transformación del edificio (cuenta con certificación LEED Gold 2.015) intentando acercarse al objetivo que sea de consumo casi nulo (nZEB). Posee una demanda térmica de 67 MWh/año y eléctrica de 72 MWh/año. En la actualidad la demanda térmica está cubierta mediante una caldera de gas natural con una potencia de 165 kW y rendimiento de 104,1%.

                            Fig. 6 - Estado original, Ecoedifici Lavola                   . Fig. 7 - Pérgola fotovoltaica instalada en cubierta, Ecoedifici Lavola.

El sistema propuesto ya se encuentra en fase de instalación y estará compuesto por una pérgola de paneles fotovoltaicos de 9,66 kW (figura 7), una bomba de calor aire-agua de velocidad variable, potencia de 64,3 kW térmicos y con COP estacional de 3,99. El sistema de distribución mediante suelo radiante. Una vez entre en operación, el sistema se espera pueda proveer el 94% de la energía necesaria para cubrir la demanda térmica, lo que representaría cubrir con renovables el 45% de la demanda total de energía del edificio, disminuyendo en un 37% las emisiones.

Los análisis llevados a cabo, y las soluciones propuestas para cada piloto demuestran que hay diferentes configuraciones posibles del sistema CHESS SETUP que mediante la utilización de fuentes renovables, el almacenamiento y la eficiencia energética del sistema podrían reducir considerablemente el consumo de energía de la red eléctrica o de gas, introduciendo energías renovables y disminuyendo las emisiones de GEI. A partir del mes de mayo de 2.019 se espera colectar datos de los tres pilotos que se contrastarán con los resultados obtenidos en las simulaciones. En paralelo se está desarrollando el modelo de negocio, la estandarización de la solución, el plan de explotación y replicación.

You can also read the complete article in PDF format on this link in Spanish.