Disseny i model dinàmic del sistema de calefacció d’un habitatge alimentat amb una pila PEM d’alta temperatura

Abstract

En aquest projecte es dissenya i es fa un model dinàmic de simulació d’un sistema de calefacció domèstic, corresponent a un habitatge de la ciutat de Barcelona, que s’alimenta amb un sistema de cogeneració basat en una pila PEM d’alta temperatura. L’objectiu d’aquest projecte és determinar la viabilitat d’un sistema generador d’aquest tipus. Això es fa mitjançant un model que representi el funcionament del sistema i que disposi d’un sistema de control que reguli les entrades del sistema per mantenir la temperatura desitjada en l’habitatge. Inicialment es realitza una recerca bibliogràfica teòrica per tal de documentar-se sobre el funcionament dels diferents sistemes que es pretenen implementar, i es desenvolupen uns apartats que reflecteixen aquests coneixements adquirits sobre piles de combustible i, més en concret, sobre piles PEM d’alta temperatura. També es realitza certa recerca sobre intercanviadors de calor i sistemes de refrigeració i calefacció. Posteriorment, es procedeix a fer el model d’acord amb la teoria estudiada i de cara a emular un cas real, escollint de manera preliminar les dimensions dels diferents elements i assignant valors adients als paràmetres que determinen el funcionament del model. Un cop es disposa del model, es passa a realitzar un estudi en llaç obert dels resultats obtinguts, observant la resposta que tenen les diferents sortides del sistema a les pertorbacions que es poden donar en el funcionament quotidià d’un sistema semblant. A partir de l’estudi en llaç obert, es pot extreure informació suficient de cara a la posterior determinació final dels paràmetres del sistema i al disseny d’un sistema de control, que reguli les entrades per tal que el sistema respongui a les pertorbacions que es presenten i ajustar les temperatures del sistema als setpoints que l’usuari desitja. En aquest punt, es realitza un estudi en llaç tancat, observant primer la resposta de les variables del sistema a certes pertorbacions i posteriorment avaluant el sistema amb una simulació representativa d’un dia complet del mes de gener, el mes més fred de l’any, situant perfils de temperatura en les entrades i setpoints per emular al màxim les condicions reals. Un cop es coneixen els resultats, es desenvolupa un estudi de l’impacte que tindria la implementació del sistema en els àmbits econòmic, ambiental i social, comparant-lo amb altres sistemes més habituals que s’utilitzen per aplicacions similars. Per últim, s’extreuen les conclusions en funció dels resultats observats i de la comparació amb els altres sistemes, avaluant si s’han complert els objectius proposats i resumint el conjunt d’idees que s’han pogut obtenir a partir de la realització d’aquest projecte.