Комбинирането на термопомпи, фотоволтаици, батерии, топлинни буфери и добро сградно саниране може значително да намали зависимостта на офис сградите от електроразпределителната мрежа. Според изследване на учени от Италия, оптимизираната стратегия съкращава потреблението на електроенергия с до 28,22%, а при добавяне на фотоволтаична система с батерия спестяването на електроенергия от мрежата достига 59,89%.
Изследователи от Университета в Палермо разработиха модел за оценка на енергийната ефективност на сгради, оборудвани с термопомпи и фотоволтаични системи. Моделът анализира различни стратегии за управление на потреблението (Demand Response, DR), при които електроенергията се използва по-гъвкаво в зависимост от външни фактори като пазарната цена на тока или ограниченията в електроенергийната мрежа.
Екипът разглежда два основни подхода. Единият използва динамичните цени на италианския пазар на електроенергия Prezzo Unico Nazionale (PUN). Другият се базира на наличното производство от фотоволтаичните панели, за да увеличи използването на възобновяема енергия. Влиянието на тези стратегии върху енергийното потребление и комфорта на обитателите е оценено както за отделни дни, така и за цяла година.
За нуждите на изследването учените създават модел на слабо изолирана триетажна офис сграда. Тя разполага с климатизирана площ от 4982,2 кв. м, 18 топлинни зони, остъкляване с площ 652,87 кв. м и прозорци, заемащи 33% от фасадите.
Сградата е оборудвана с реверсивна въздушно-водна термопомпа. Инсталацията включва още топлинен буфер (резервоар за съхранение на топлинна енергия ), хидравлична отоплителна система с циркулационни помпи, смесителни и разпределителни вентили, тръбопроводи и вентилаторни конвектори, а в част от сценариите е добавена и система от фотоволтаици с батерия.
Симулациите на сградата и интегрираната енергийна система са извършени чрез софтуера TRNSYS. Моделът на термопомпата е разработен отделно с помощта на IMST-ART v4.0, като годишните изчисления са направени за климатичните условия в Палермо.
Като отправна точка учените използват сценарий без управление на потреблението. След това те сравняват четири различни стратегии за Demand Response.
Първите две стратегии се основават на динамичните цени на електроенергията. При DR1 температурата в помещенията се променя по време на часовете с висока цена на тока, за да се ограничи работата на термопомпата, а при DR2 системата използва по-евтините часове за предварително отопление през зимата и предварително охлаждане през лятото, така че част от електропотреблението да бъде изместено извън пиковите периоди.
Останалите две стратегии използват производството на фотоволтаичната система. При DR3 температурата в помещенията се регулира така, че термопомпата да работи основно при високо слънчево производство, след което временно се изключва, а при DR4 системата натрупва топлинна енергия в термо-буфера по време на излишно производство от фотоволтаиците и я използва по-късно, за да намали консумацията от електрическата мрежа.
Резултатите показват съществени различия между отделните подходи. Първата ценово базирана стратегия понижава индекса за комфорт от 34,71% до едва 23,82%, докато годишното намаление на електропотреблението е само 3,42%.
Втората стратегия се представя по-добре. Тя подобрява показателя за комфорт до 36,14%, като едновременно с това намалява годишното потребление на електроенергия с 2,14%.
Статичната фотоволтаична стратегия DR3 заема междинна позиция. Тя намалява показателя за удобство до 31,18%, но същевременно постига значително по-голямо ограничаване на електропотреблението – 14,73%.
Прилагането на DR4 върху неизолирана сграда не дава добри резултати. Комфортът спада до 24,11%, а икономията на електроенергия достига едва 4,31%.
Най-добрите резултати идват след конструктивно подобрение на сградата и усъвършенстване на стратегията DR4. Добавянето на качествена топлоизолация, нощно естествено проветряване и интелигентно управление на топлинния акумулатор повишава годишния показател за комфорт до 81,22%, което е повече от двойно над изходното ниво.
Енергийният ефект също е значителен. Потреблението на електроенергия намалява с до 28,22% спрямо базовия сценарий, а интегрирането на фотоволтаична система с батерия подобрява синхронизацията между слънчевото производство и нуждите на сградата, като така намалява използването на електроенергия от мрежата с до 59,89%.
