ETAPA III/2020 - Institutul de Cercetări pentru Energii Regenerabile

Etapa 3 - Urmărirea în timp a performanțelor fațadelor inteligente și testarea unui model experimental de microreţea

Rezultatele obținute în etapa a 3-a a proiectului complex au fost atinse în toate proiectele componente, indicatorii fiind atinși pentru fiecare activitate în parte, în conformitate cu planul de lucru adaptat la perioada de finanțare.

În cadrul proiectului component 1 au fost realizate calibrări ale modelelor de material pentru caracterizarea comportării mecanice. Astfel, într-un prim pas au fost realizate încercări de oboseală pe epruvete din spumă poliuretanică solicitate la cicluri sinusoidale de încărcare, demonstrând faptul că rezistența la oboseală este obținută pentru spuma cu densitate mai mică (145 kg/m³). Un alt studiu al etapei la constituit estimarea tenacității la rupere a materialelor celulare prin determinarea unor modele micromecanice, corelate cu o interpretare statistică a rezultatelor experimentale. Acestea au demonstrat faptul că tenacitatea la rupere a spumelor de tip PUR poate fi considerată o caracteristică de material nedepinzând de tipul epruvetelor și al încercărilor, iar influența principală asupra tenacității la rupere o are densitatea materialului celular. Studiile au fost completate de simularea comportării la impact a plăcilor din polistiren, prin intermediul analizelor cu element finit. Calibrarea modelului numeric pe baza rezultatelor obținute experimental confirmă valabilitatea unor astfel de studii si certifică valabilitatea rezultatelor parametrizate.

Activitățile proiectului component 2 au fost axate pe utilizarea materialelor utilizate pentru degradarea substanțelor poluante din aer și absorbția redusă/reflexia radiației UV-VIS-IR. Într-o primă fază, analiza comparativă a materialelor izolatoare din punct de vedere termic, cu aplicație la fațadele solare, a permis identificarea materialelor optime pentru realizarea termosistemelor pentru clădirile pe structură metalică. Analizele experimentale efectuate au constat în simularea unor condiţii specifice pentru probele de sticlǎ celularǎ comercialǎ tratate cu straturile de acoperire prin expunerea la radiaţie solară simulatǎ de tip ORIEL SOL-2A. Astfel au fost determinate performanţelor termice atât pentru probele neacoperite, cât și pentru fiecare strat de vopsea aplicat. În plus, au fost analizate morfologia prin microscopie laser 3D şi proprietǎţile optice prin reflectanţa spectralǎ şi valorile RGB ale suprafeţelor. Rezultatele au demonstrat faptul că temperatura monitorizată în cele 5 regiuni scade pe măsură ce radiația solară traverseazǎ probele expuse: pentru sticla celulară la suprafața superioară temperatura atinsă este de 78-80°C și 39-42°C la interior iar pentru proba P₄_WO₃valorile atinse sunt de 76-81°C la exterior respectiv 36-37°C la interior. Analiza reflectanței pe sticla celulară nevopsită respectiv vopsită a demonstrat că activitatea fotocatalitică se intensifică odată cu creșterea suprafeței iradiate iar utilizarea TiO2 a dus la rezultate mai bune față de utilizarea de WO₃.

Proiectului component 3 a analizat testarea generatorului electric al microturbinei eoliene care urmează să fie integrat în sistemul ”smart grid” al modulului Experimentarium. Astfel, pentru această aplicație s-au realizat analize pentru utilizarea unui generator sincron cu excitație electromagnetică cuplat la o turbină cu ax vertical care funcționează la turații cuprinse între 60-200 rpm, prin utilizarea unui multiplicator de turație cu raport de amplificare de 1/10 care să permită funcționarea generatorului într-o gamă superioară de turații de până la 2000 rpm. Testele au fost realizate într-un stand care antrenează generatorul cu turație variabilă. O altă activitate a proiectului s-a concentrat pe implementarea și testarea rețelei de distribuție a energiei electrice prin integrarea Convertorul de interfațare al rețelelor de DC (24V/350V) din rețeaua micro-grid, respectiv Implementarea reţelei de distribuţie a energiei în c.c. Aceasta este compusa din două reţele de curent continuu. O rețea de tensiune înaltă (350V DC) și o rețea de tensiune scăzută (24 V DC) care convertește energia solară în energie electrică prin intermediul unui convertor, respectiv stocarea energiei în baterii. Sistemul se bazează pe o rețea de distribuție a energie în curent continuu respectiv pe monitorizarea și controlul fluxului de energie electrică printr-un sistem SCADA, bazată pe sistemul ”smart grid” descentralizat.

În paralel, pentru monitorizarea caracteristicilor climatice ale fațadelor au fost instalați 53 de senzori de temperatură, 14 senzori de umiditate și 3 senzori de CO2. Sistemul de achiziție al datelor la distanță se bazează pe o stație de măsurare, compusă din 12 relee inteligente și interfața SCADA.

Activitățile Proiectului component 4 au fost axate pe trei direcții principale:

Implementarea unor materiale care permit absorbția și degradarea substanțelor poluante din Acest studiu s-a concretizat pe compararea rezultatelor numerice respectiv a celor experimentale obținute pentru colectoarele solare sticla si perforații de 50x50 mm. Studiul s-a bazat pe o analiză numerică comparativă realizată pe cele două configurații de colectoare solare cu sticla, cu distanta dintre sticla si placa absorbanta de 30mm respectiv de 50mm Astfel s-a demonstrat faptul că pentru configurația cu placă absorbantă de 30mm se obțin rezultate optime din punctul de vedere al pierderilor convective dar și o eficiență sporită a colectorului solar. De asemenea, un debit de aer de 150 m³/h m² este considerat optim pentru colectorul solar vitrat cu placă perforată cu goluri de 50x50mm și distanță de 30mm între sticlă și placa absorbantă;
Monitorizarea datelor pentru optimizarea confortului interior pentru modulul Experimentarium. Prin instalarea senzorilor de temperatură, umiditate și CO2 se urmărește monitorizarea condițiilor interioare ale modulului Experimentarium. Datele obținute în perioada august – noiembrie 2020 permit interpretarea parțială a condițiilor de confort interior și exterior, afectarea acestora de factori externi și interni. Deși activitatea este în desfășurare, se pot trage concluzii asupra comportării fațadelor și a transferului termic prin pereții fațadelor.
Analize de impact asupra mediului. Folosind un program specializat (Gabi) și modele pe ciclu de viață au fost realizate în paralel analize de impact asupra mediului de tip LCA (Life-Cycle Assessment) pe diferite sisteme de fațade respectiv pe fundații prefabricate, similare celor utilizate la modulul EXPERIMENTARIUM. Pentru realizarea modelelor s-a considerat atât faza de construcție cât și faza de Sfârșit al Ciclului de Viață, pe baza unor scenarii de debarasare. În cazul sistemelor de fațade, rezultatele analizelor demonstrează că, toate sistemele de fațade prezintă scoruri asemănătoare, atât pentru stadiul de producție, cât pentru cel de sfârșit al ciclului de viață. Totuși, rezultatele diferă de la faza de producție respectiv pentru analizele LCA pentru soluțiile analizate, datorită posibilității reutilizării și recuperării energiei anumite materiale componente ale sistemelor. În cazul fundațiilor prefabricate, analizele arată că deși în faza de producție impactul fundației prefabricate este net superior fundației turnate in-situ, valori mari ale impactului sunt recuperate la sfârșitul ciclului de viață prin refolosirea fundației prefabricate.

Ataşamente:
fisier 2_Raport General Etapa 3.pdf	[ ]	4841 kB

Proiectul component 1

Rezumat proiect component

	Rezultate estimate	Rezultatele obținute pe activități
PROIECTUL COMPONENT 1
Act 3.1	Denumire Activitate: Identificarea mecanismelor de cedare folosind termografia și corelare digitala a imaginilor	- Folosind metoda termografiei și a corelării digitale a imaginilor s-au identificat mecanismele de cedare în spume PUR de diferite densități cu orificii circulare de diametre diferite și s-a evidențiat efectul de crestătură (pg. 1)
Act 3.2	Denumire Activitate: Determinarea unor modele micromecanice de material pentru predicția proprietăților mecanice ale materialelor celulare	- Utilizând diferite tipuri de epruvete pentru diferite spume polimerice s-a obținut un model micromecanic care leagă tenacitatea de rupere de densitatea spumei (pg. 3) - S-a elaborat o lucrare de sinteza privind tenacitatea la rupere a spumelor polimerice și a modeleleor micromecanice de predicție a tenacității la rupere (pg.15)
Act 3.3	Denumire Activitate: Calibrarea unor modele de material pentru simularea numerică a comportării structurilor tip sandwich	- Pentru simularea numerică a comportării structurilor tip sandwich s-au elaborat o serie de modele de material, după cum urmează: un model cu ecruisare izotropă pentru miezul din spume poliuretanice (pg. 4), un model de degradare care presupune că deformația plastică critică este o funcție de viteza de deformație plastică și de starea de triaxialitate a tensiunii (pg. 7) și un model dinamic pentru simularea impactului polistirenului expandat (pg. 9) - Validarea modelelor de material s-a realizat comparând cu testele experimentale efectuate pe spume PUR, structuri tip sandwich si polistiren expandat.

Raport PC1_Etapa 3.pdf (fișier atasat)

Proiectul component 2

Rezumat proiect component

Rezultate estimate

Rezultatele obținute pe activități

PROIECTUL COMPONENT 2

Act 3.4

Denumire Activitate:

Testarea „in door” și „out door” a materialelor cu proprietăți fotocatalitice și absorbție redusă/reflexie a radiației UV-VIS-IR depuse pe diverse suporturi

- Materiale izolatoare din punct de vedere termic (studiu comparativ) (pg. 4);

- Materiale vitroase poroase (pg. 6);

- Testarea comportamentului termic şi optic al materialelor poroase (reflectanța, spectrele ȋn domeniul vizibil (VIS), FT-IR şi Raman) (pg. 7).

- Recuperarea ionilor de aur din solutii apoase ȋn vederea obţinerii unor materiale cu proprietǎţi dirijate (rezultate publicate ȋn revistǎ ISI -Scientific Reports) (pg. 15);

- Noi materiale cu proprietǎţi antimicrobiale dirijate (rezultate publicate ȋn revistǎ ISI -Revista de Chimie) (pg. 32).

Raport PC2_Etapa 3.pdf (fișier atasat)

Proiectul component 3

Rezumat proiect component

Rezultate estimate

Rezultatele obținute pe activități

PROIECTUL COMPONENT 3

Act 3.5

Denumire Activitate:

Implementarea și testarea unui model experimental de microreţea cu distribuție a energiei în curent continuu

Pentru o reţea de distribuţie în c.c., la nivele energetice superioare, a fost implementat la nivel de simulare, o structurǎ bipolarǎ de tensiune (pg. 3). A fost realizat și testat generatorul turbinei eoliene (pg. 11). S-a realizat și testat convertorul de interfaţare a celor douǎ magistrale de c.c. (pg. 27) și s-a implementat schema electricǎ a reţelei în modulul Experimentarium, împreunǎ cu integrarea sistemului fotovoltaic.

S-a implementat structura hard a sistemului SCADA, incluzând traductorii de mǎsurare. A fost realizatǎ și testatǎ o primǎ varianta software a sistemului SCADA (pg. 62).

Raport PC3_Etapa 3.pdf (fișier atasat)

Proiectul component 4

Rezumat proiect component

	Rezultate estimate	Rezultatele obținute pe activități
PROIECTUL COMPONENT 4
Act 3.6	Denumire Activitate: Monitorizarea datelor EXPERIMENTARIUM	S-a echipat modulului cu senzori de temperatură, senzori de umiditate și senzori de monitorizare a concentrației de CO2. A fost montată o stație cu 12 relee (IR) x 8 senzori pentru automatizarea clădirii A început monitorizarea informațiilor prin înregistrarea informațiilor pe un server prin rețea Ethernet situat la distanță S-au analizat experimental colectoarele solare vitrate perforate Raport General etapa 3 - § 2.4
Act 3.7	Denumire Activitate: Evaluarea și interpretarea performanțelor tehnico-economice. Analize LCA si LCC	Realizarea analizelor de impact asupra mediului efectuate pe elemente de fațadă cu rezistențe termice similare și pe fundații rapide prefabricate, cu fețele înclinate. Raport General etapa 3 - § 2.4
Act 3.8	Denumire Activitate: Recomandări tehnice și concluzii. Diseminarea rezultatelor	Raportarea rezultatelor obținute și modul de diseminare al acestora Raport General etapa 3 - §2.4,§5

Raport PC4_Etapa 3.pdf (fișier atasat)

Articole în jurnale indexate ISI

Articole în jurnale indexate BDI

Conferinţe internaţionale şi naţionale

De asemenea, în cadrul conferinței internaționale https://www.eenviro.ro/wp-content/uploads/2020/11/Program-EENVIRO-2020-v10.pdf, cu tema “Sustainable Solutions for Energy and Environment”, în 21 - 23 octombrie la Bucureşti a fost organizată o sesiune specială (workshop) dedicată proiectului, intitulată Environment / CIA_CLIM Project, în cadrul căreia au fost prezentate 6 lucrări de cercetare.

Tot în cadrul acestei etape a fost transmisă către Oficiul de Stat pentru Invenții și Mărci (OSIM), în data de 22.07.2020, cererea de Model de Utilitate cu titlul Instalație pentru monitorizarea de la distanță a coroziunii în sol a construcțiilor metalice acoperite și neacoperite cu zinc.

Etapa 3 - Urmărirea în timp a performanțelor fațadelor inteligente și testarea unui model experimental de microreţea

Rezumat

Raport de cercetare pe etapa

Proiecte componente

Lista de lucrari