Budynki jednorodzinne z pompą ciepła, fotowoltaiką i magazynami energii elektrycznej

Symulacja komputerowa dla domu jednorodzinnego

 

Aby dokładnie zilustrować poziom samowystarczalności energetycznej dla domu jednorodzinnego o powierzchni 150 m², wyposażonego w pompę ciepła powietrze/woda, instalację fotowoltaiczną i magazyn energii elektrycznej, przeprowadzono symulację komputerową w oparciu o analizę godzinową obejmującą cały rok. Analiza została wykonana przez ICEB SP. Z O.O. i PORT PC, do której zostało wykorzystane specjalnie oprogramowanie do modelowania energetycznego – Polysun.

Podczas analizy wzięto pod uwagę:

·      Lokalizację budynku – Warszawa i standardowy rozkład danych meteorologicznych.

·      Zużycie energii elektrycznej pompy ciepła powietrze/woda o wartości SCOP 3,5 do ogrzewania budynku oraz wytwarzania ciepłej wody użytkowej.

·      Instalacja ogrzewania podłogowego – posiadającego temperaturę projektową na zasilaniu/powrocie – 30/25 st. C.

·      Projektowe zapotrzebowanie na energię użytkową do ogrzewania – EU 30 kWh/(m²·rok).

·      Zużycie ciepłej wody w ciągu doby – temperatura wody 55 st. C – 160 litrów.

·      Zainstalowane na dachu moduły fotowoltaiczne w południowej orientacji i pochyle 40 st. Falownik o przeciętnej efektywności.

·      Trzy magazyny energii elektrycznej o pojemności 5, 10 i 20 kWh. Pod uwagę wzięto również wariant bez magazynu energii.

 

Czym jest roczny poziom samowystarczalności?

 

Autarkii, czyli roczny poziom samowystarczalności budynku, w którym zainstalowana jest fotowoltaika, pompa ciepła i magazyn energii elektrycznej ukazuje procentowy udział zużytej energii produkowanej przed system fotowoltaiczny, wykorzystanej przez pompę ciepła i pozostałe domowe urządzenia uwzględniając magazynowanie energii elektrycznej przez cały rok. Roczny poziom samowystarczalności pokazuje, jak bardzo budynek jest niezależny od dostaw energii z sieci energetycznej. Jeśli więc np. autarkii wynosi 60%, to tylko 40% energii potrzebnej w roku na ogrzewanie, wytwarzanie ciepłej wody i energię elektryczną, należy pobrać z sieci elektroenergetycznej.

 

Od czego zależy roczny poziom samowystarczalności?

 

Autarkii zależy o wielu czynników, np. takich jak:

·      Wydajność i wielkość instalacji fotowoltaicznej.

·      Efektywność i moc pompy ciepła.

·      Zapotrzebowanie obiektu budowlanego na energię potrzebną do zasilenia urządzeń, izolacji budynku czy nawyków domowników.

·      Zapotrzebowanie na energię cieplną i c.w.u. w budynku.

·      Sprawność i pojemność magazynu energii elektrycznej.

·      Warunki atmosferyczne.

 

W naszym klimacie osiągnięcie rocznego poziomu samowystarczalności w 100% może być bardzo trudne, ponieważ towarzyszy nam pewna sezonowość nasłonecznienia, a także nierzadko mroźna zima. Jednak wysoki poziom autarkii przyczynia się do zmniejszenia emisji CO₂ oraz do obniżenia rachunków za energię. W rzeczywistości poziom samowystarczalności w naszym klimacie może osiągnąć od 40 do 80%, co jest uzależnione od indywidualnych uwarunkowań. Jego poziom można zwiększyć poprzez instalację magazynów energii elektrycznej i ciepła, które służą do przechowywania nadwyżki energii wytworzonej przez panele fotowoltaiczne. Sprawia to, że domownicy mogą korzystać ze zmagazynowej energii wtedy, kiedy fotowoltaika nie produkuje jej w należytej ilości.

 

 

Jakie są wyniki symulacji komputerowej?

 

 

Na Rys. 1 przedstawiono wyniki przeprowadzonej symulacji komputerowej, obrazującej efekty zastosowania magazynu energii elektrycznej. Wykorzystanie tego rozwiązania umożliwia praktycznie podwojenie poziomu autarkii w porównaniu do instalacji bez magazynu. Na przykład, dla budynku wyposażonego w 10 kWp instalację PV, poziom autarkii wynosi 32,6% w przypadku braku magazynu, natomiast korzystając z 20 kWh magazynu, wzrasta on do 62,9%.

Na rys. 2 widzimy symulację przeprowadzoną dla budynku o najwyższym standardzie energetycznym, zbliżonym do budynku pasywnego (o zapotrzebowaniu energetycznym nieprzekraczającym 15 kWh/(m² · rok)), gdzie poziom autonomiczności wzrasta o około 5 punktów procentowych.

 

Jak zwiększyć roczny poziom samowystarczalności?

 

Możliwości dalszego zwiększania rocznego poziomu samowystarczalności można osiągnąć poprzez:

·      Poprawę izolacji termicznej budynku, co obejmuje lepszą izolację ścian, podłóg i dachu, a także zastosowanie okien o wysokim współczynniku izolacyjności. Pozwala to zmniejszyć zapotrzebowanie na energię do ogrzewania i chłodzenia.

·      Zainstalowanie bardziej efektywnej wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła - rekuperacja.

·      Wykorzystanie pomp ciepła o wyższej efektywności, np. gruntowej pompy ciepła, której współczynnik SCOP przy ogrzewaniu podłogowym często przekracza wartość 5,0.

·      Dalsze zwiększanie mocy instalacji fotowoltaicznej, co pozwala na większe pozyskanie energii elektrycznej ze słońca.

·      Wykorzystanie energii słonecznej poprzez montaż kolektorów słonecznych na dachu, które mogą być używane do podgrzewania wody użytkowej, stanowiąc dodatkowe źródło odnawialnej energii.

·      Zastosowanie pompy ciepła o większej mocy grzewczej, z dużym buforem wody grzewczej, np. o pojemności 1000 litrów.

·      Odzysk ciepła z ciepłej wody użytkowej z pryszniców oraz unikanie korzystania z wanien, gdyż nie ma możliwości odzysku ciepła z wody w nich zawartej.

·      Zmniejszenie zużycia ciepłej wody użytkowej poprzez zastosowanie specjalnych wylewek w natryskach.

·      Zastosowanie energooszczędnych urządzeń i oświetlenia.

·      Zastosowanie inteligentnych systemów zarządzania instalacją, np. pompą ciepła, fotowoltaiką i magazynami energii, które umożliwiają optymalne wykorzystanie energii w domu.

·      Powiększenie pojemności magazynu energii elektrycznej, np.  poprzez wykorzystanie samochodu w technologii Vehicle-to-Grid (V2G).

·      Wykorzystanie systemów zarządzania energią, czyli inteligentnych systemów monitorowania i sterowania, które umożliwiają optymalne wykorzystanie energii w domu i zmniejszenie jej zużycia.

·      Wprowadzenie ekologicznego stylu życia wśród domowników, co obejmuje zmianę nawyków i promowanie oszczędzania energii w codziennym życiu. Przykłady to wyłączanie zbędnych urządzeń elektrycznych, korzystanie z programów oszczędzających energię w pralkach i zmywarkach oraz świadome zużycie ciepłej wody użytkowej.

 

Najważniejszym priorytetem powinno być konsekwentne dążenie do stosowania wysokich standardów energetycznych w budynkach. Kluczowym krokiem jest zastosowanie odpowiedniej izolacji termicznej oraz efektywnej wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Wysoką wagę należy przywiązywać do wyboru efektywnych źródeł ciepła, takich jak pompy ciepła i kolektory słoneczne. Następnie, istotne jest inwestowanie w energooszczędne urządzenia i oświetlenie, wdrażanie inteligentnych systemów zarządzania energią oraz zwiększanie pojemności magazynów energii i ciepła. Dodatkowo, niezwykle istotnym aspektem jest promowanie ekologicznego stylu życia i świadome korzystanie z energii. Dążenie do zastosowania tych kompleksowych strategii pozwoli na znaczące obniżenie całkowitego zużycia energii w budynkach, prowadząc do redukcji kosztów oraz minimalizacji negatywnego wpływu na środowisko naturalne.

 

 

Artykuł napisany na podstawie materiałów umieszczonych na stronie portpc.pl

 

Autor: Małgorzata Buchkovska

 

Przeczytaj także: 

• Masowe programy wsparcia do pomp ciepła 
• Zmiany w rozporządzeniu f-gazowym i ich wpływ na rynek pomp ciepła 

 

 

 

 

Zapraszamy także na tematyczne e-szkolenie IK