ساختمان‌های انرژی صفر شبکه از نوع توان خورشیدی برای نواحی اروپای جنوبی: مطالعات امکان

چکیده

کلیدواژه ها

مقدمه

 2. تعریف یک خانه‌ی انرژی صفر شبکه برای اروپای جنوبی

شکل1. سیستم‌های انرژی ساختمان به کار رفته در این مطالعه. 

شکل2. دو مدل شبیه‌سازی به کار رفته در این مطالعه. 

1.2. هندسه‌ی ساختمان و مواد آن

جدول 1 : ابعاد ساختمان

شکل3. دمای خارجی و دمای آسایش متوسط وزندار داخلی برای خانه‌های P و G، برای یک هفته‌ی معمولی در ماه‌های ژانویه، می و جولای. 

شکل4. تقاضای گرمایش و سرمایش فضا برای جهت‌گیری‌های مختلف نماها.

 2.2.سیستم کنترل آب و هوای فضای داخلی

جدول2: زمانبندی‌های هفتگی کنترل آب و هوای داخلی (سرمایش و گرمایش)

جدول3: پروفیل ساکنان

تکرارهای دمای داخلی برای خانه‌های P و G در حالت اجرای آزاد. BR- اتاق خواب، LRجدول 4 :  اتاق نشیمن. واحدها: تعداد متوسط ساعات روز در خارج از فاصله‌ی دمایی آسای. خط “Total House” مقدار متوسط وزندار روزانه‌ی مساحت است

3.نتایج شبیه‌سازی

1.3. شبیه‌سازی بدون سرمایش یا گرمایش مکانیکی

2.3. تاثیر جهت‌گیری ساختمان

3.3 تقاضای گرمایش و سرمایش فضا

شکل5. مجموع تقاضای سرمایش و گرمایش فضا برای جهت‌گیری‌های مختلف نمای ساختمان، انتخاب حالت پایه (خانه‌ی P، 350 درجه) و بدترین حالت (خانه‌ی G: 300 درجه).

شکل6. تقاضای ماهانه‌ی انرژی برای سرمایش و گرمایش فضا برای خانه‌های پی

جدول5: تقاضاهای سالانه‌ی سرمایش و گرمایش

4.3. آب داغ خانگی (DHW)

5.3. تقاضای الکتریکی برای دستگاه‌ها

جدول6

جدول7

جدول8

جدول 9 : ظرفیت PV لازم خانه‌ی P و G برای سیستم ST یک مخزن 3001 و پنل 4 مترمربعی

4.یافتن اندازه‌ی سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر

1.4. سیستم حرارتی خورشیدی

شکل7. در محور چپ، هزینه‌ی اولیه برای کل سیستم تجدیدپذیر (هزینه‌ی ST+ PV + آپگرید برای دستگاه‌های BEST). در محورراست، ظرفیت نصب شده‌ی PV (ظرفیت PV) برای سناریوهای مختلف سیستم‌های ST. در همه‌ی موارد سیستم ST تنها برای تغذیه‌ی DHW و AHW به کار می‌رود. 

شکل 8. هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه در خانه‌های P (چپ) و G (راست) در سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر و دستگاه‌های کارآمد

شکل 9. تقاضای مصرف برق خانه‌ی P و خانه‌ی G برای سیستمی با یک مخزن 3001 و پنل 4 مترمربع. سیستم گرمایشی در واقع انرژی لازم توسط سیستم ST بعلاوه گرمایش فضا است زمانی که پمپ به کار رفته باشد.

2.4. سيستم فوتوولتائيك (PV) 

5. نتایج 

1.5. هزینه‌ی اولیه 

2.5. تحلیل بازپرداخت ساده

3.5. سود خالص ساده

شکل10. زمان بازپرداخت (سال) برای سناریوهای با هزینه‌های مختلف برق برای دو نوع خانه.

شکل11. سود خالص ساده 20 ساله برای سناریوهای یارانه‌ای. نقطه‌ی شروع (سال صفر) نشان دهنده‌ی سرمایه‌گذاری اولیه است. بازپرداخت زمانی اتفاق می‌افتد که سود برابر صفر باشد

6. نتیجه‌گیری

شکل12. خلاصه‌ی معیار تحلیل اقتصادی برای سناریوی یارانه‌ای ریزتولید: هزینه‌ی اولیه، سود خالص 20 ساله و زمان بازپرداخت ساده.

این مطالعه امکان‌ عملی‌سازی سیستم‌های ساختمان انرژی صفر شبکه (NZEB) خورشیدی برای یک خانه‌ی تک خانوار در نواحی معتدل اروپای جنوبی را بررسی می‌کند. با استفاده از شبیه‌سازی حرارتی دینامیکی دو هندسه‌ی مجزای ساختمانی، اندازه‌ی سیستم‌های جمع‌کننده‌ی خورشیدی مشخص می‌شود تا کلیه‌ی نیازهای سالیانه‌ی انرژی برآورده شود. تاثیر تغییرات پوشش خانگی، رفتار ساکنان و راندمان دستگاه‌های خانگی روی تقاضای نهایی انرژی و اندازه‌ی سیستم ساختمان انرژی صفر شبکه تحلیل می‌شود. پس از یافتن اندازه‌ی یک مجموعه از سیستم‌های حرارتی خورشیدی (ST) و خورشیدی فوتوولتائیک (PV)، به منظور شناسائی بهترین پیکربندی سیستم از منظر مباحث مالی و زیست‌محیطی، یک کار تحلیلی به ثمر نشست. وقتی آب داغ خورشیدی در بیشترین میزان آن استفاده شده باشد، هزینه‌ و عملکرد سیستم ساختمان انرژی صفر شبکه حساسیت کمتری به اندازه‌ی سیستم حرارتی خورشیدی از خود نشان می‌دهد. بررسی یک طرح تشویقی دولتی تولید ریز توانایی بسیار بالایی برای ساختمانهای انرژی صفر شبکه که از لحاظ مالی جذاب باشد، در این ناحیه‌ی جوی از خود نشان می‌دهد.

مصرف انرژی در ساختمان‌ها بیانگر حدود 40% از مصرف نهایی انرژی اتحادیه‌ی اروپا (کمیسیون جوامع اروپایی، 2006) است، و همین موضوع راندمان انرژی ساختمان‌ها را در راس اولیت‌ دولت‌ها قرار داده است (کمیسیون اروپا، 2003). در پاسخ به این چالش، طراحی ساختمان و جامعه‌ی تحقیقاتی اقدام به توسعه‌ی ساختمان‌های کارآمدی کرده است که در مجموع در طی سال، میزان انرژی دریافتی آن از منابع بیرونی برابر و یا کمتر است از انرژی تولید شده‌ی داخلی از منابع انرژی تجدیدپذیر، یعنی یک ساختمان انرژی صفر (ZEB). یک ساختمان انرژی صفر می‌تواند مستقل از و یا وابسته به شبکه‌ی برق باشد. همان طور که آقای ووس (2008) و مارسزال و همکاران (2011) بحث کرده‌اند، با فناوری کنونی، پیاده‌سازی یک ساختمان انرژی صفر جدا از شبکه از هر دو منظر اقتصادی و فنی دشوار است، که دلیل آن عدم تطابق فصلی بین تامین و تقاضای انرژی تجدیدپذیر است. در روش خارج از شبکه ، انرژی تجدیدپذیر مازاد جمع شده درتابستان، اتلاف شده و نمی‌توان از آن برای متعادل کردن نیازها در طی دوره‌ی زمستان بهره برد. یک ساختمان انرژی صفر متصل به شبکه نیازی به ذخیره‌سازی انرژی در محل ندارد، هرگونه تولید مازاد برق به شبکه تزریق می‌شود و بلعکس، وقتی تولید کافی نباشد، ساختمان میزان برق مورد نیاز را از شبکه دریافت می‌کند. این روش متصل به شبکه برای تبادل انرژی را ساختمان انرژی صفر شبکه (NZEB) نامند: بر اساس یک نگاه سالانه ساختمان نیازی به هیچ انرژی ورودی ندارد. در مورد خانه‌ها، متداول‌ترین اصطلاح عبارت است از خانه‌ی انرژی صفر شبکه (NZEH). در آینده مفهوم انرژی صفر شبکه را شاید بتوان به روش انرژی صفر دوره‌ی زندگی تعمیم داد، که توسط آقای هرناندز و کنی نیز (2010) ارائه شده است.