Inżynieria odnawialnych źródeł energii

Zespół badawczy o nazwie Inżynieria Odnawialnych Źródeł Energii skupia swoje zainteresowania naukowe wokół procesów, technologii i aparatów, które wykorzystują szeroko rozumiane Odnawialne Źródła Energii (OZE). Zespół obecnie tworzą adiunkci badawczo-dydaktyczni dr inż. Barbara Król oraz dr inż. Sebastian Pater.

Głównym aspektem pracy badawczej dr inż. Barbary Król są analizy doświadczalne i numeryczne transportu ciepła w różnego typu gruntowych poziomych wymiennikach ciepła. W prowadzonych badaniach analizuje się m.in.:

• wpływ przewodności cieplnej gruntu, strumienia ciepła pobieranego i dostarczanego z i do gruntu, okresowych przerw w pracy wymiennika, wilgotności względnej powietrza otaczającego wymiennik, współczynnika parowania, współczynnika konwekcyjnego wnikania ciepła na temperaturę gruntu wokół wymiennika ciepła,
• rozwiązania poprawiające efektywność systemów wykorzystujących energię odnawialną w budynkach mieszkalnych, które mają prowadzić do dekarbonizacji sektora mieszkalnego. Systemy te obejmują technologię pomp ciepła korzystających z promieniowania słonecznego, powietrza i / lub gruntu jako źródła ciepła dzięki zastosowaniu paneli fotowoltaicznych, czy kolektorów słonecznych, powietrznych wymienników ciepła i płytko położonych gruntowych płaskich wymienników ciepła,
• sposoby magazynowania energii cieplnej w systemach korzystających z materiałów zmiennofazowych,
• eksperymentalnie i numerycznie systemy ogrzewania podłogowego promiennikowego zintegrowanego z makrokapsułkami materiałów zmiennofazowych. Testy eksperymentalne przeprowadzano w skali laboratoryjnej w uniwersytecie w Ferrarze we Włoszech w ramach europejskiego projektu IDEAS programu H2020. Model 2D został następnie zaimplementowany w COMSOL Multiphysics. Działanie i parametry pracy systemu, w tym rozkład temperatury i strumień ciepła, analizowano w różnych warunkach,
• wymianę ciepła oraz zjawiska towarzyszące w wymiennikach ciepła typu slinky-coil umieszczonych w gruncie. Do analizy pracy tego typu wymienników wykorzystuje się różne rozwiązania analityczne (m.in. Ring Source Model). Wykonuje się również obliczenia symulacyjne map i profili temperatury gruntu.

Badania prowadzone są na układach laboratoryjnych, w których podzespoły pracują w warunkach symulowanych oraz także rzeczywistych. Badania symulacyjne są prowadzone z wykorzystaniem m.in. oprogramowania ANSYS, COMSOL.

Zainteresowania naukowe dr inż. Sebastiana Patera koncentrują się wokół instalacji hybrydowych w których integruje się głównie urządzenia wykorzystujące OZE. Prowadzone badania eksperymentalne i teoretyczne dotyczą m.in.:

• integracji systemów zawierających różne urządzenia wytwórcze w tym kolektory słoneczne, panele fotowoltaiczne, kolektory hybrydowe PVT, pompy ciepła różnych typów w instalacjach hybrydowych,
• kolektorów fotowoltaiczno-termicznych (PV-T, hybrydowych), które umożliwiają jednoczesne wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej w zakresie poprawy wydajności w instalacjach energetycznych. Prowadzone badania skupiają się głównie na długoterminowym podejściu do analiz dotyczących wpływu konfiguracji i parametrów pracy instalacji na uzyskiwane temperatury ogniw fotowoltaicznych, a co za tym idzie na moc elektryczną generowaną przez PV-T oraz ilość ciepła wytwarzanego w ciągu roku w wybranej lokalizacji. Poszukuje się również sposobów na intensyfikację procesu odbioru ciepła z PV-T za pomocą pomp ciepła różnych typów.
• modelowania procesów cieplnych i przepływowych w pionowych gruntowych wymiennikach ciepła (BHE-Borehole Heat Exchanger). Zadanie to jest pośrednio związane z ustaleniem temperatury płynu obiegowego wypływającego z U-rurki przy danej temperaturze na wlocie płynu w odniesieniu do innych parametrów pracy instalacji. Analizuje się modele procesów termicznych i przepływowych w BHE, składających się z modeli analitycznych oddzielnie opisujących procesy zachodzące wewnątrz i na zewnątrz otworu wiertniczego. Parametrami sprzężenia dla modeli są temperatura materiału uszczelniającego na zewnętrznej ścianie otworu wiertniczego oraz średni strumień ciepła w BHE. Prowadzi się również eksperymentalną weryfikację zaproponowanych modeli w odniesieniu wyników badań z instalacji działających w warunkach rzeczywistych.
• systemów odzysku ciepła niskotemperaturowego w sektorze przemysłowym (chemiczne pompy ciepła, cykle ORC, systemy magazynowania ciepła niskotemperaturowego i energii),
• możliwości wykorzystania energii cieplnej pochodzącej z OZE do suszenia różnej biomasy w tunelach wykonanych z różnych folii ogrodniczych,
• przegród budowlanych z wewnętrznym źródłem ciepła zasilanym enegią pochodzącą z OZE (tzw. przegród aktywnych termicznie).

Badania prowadzone są na układach laboratoryjnych, w których podzespoły pracują w warunkach symulowanych oraz także rzeczywistych. Badania symulacyjne są prowadzone z wykorzystaniem oprogramowania ANSYS, TRNSYS, Polysun.