پیمانکار رتبه یک تاسیسات

تاسیسات بیمارستان – تاسیسات گرمایشی در بیمارستان‌ها و مراکز درمانی
1397-05-09
پیمانکار تهویه مطبوع – نکاتی در مورد انتخاب پیمانکار تهویه مطبوع
1397-05-11
Show all

ذخیره انرژی حرارتی-بهینه سازی روشهای مختلف زمانبندی ذخیره انرژی حرارتی در ساختمان های اداری مجهز به سیستم شبکه هوشمند

بهینه سازی روشهای مختلف زمانبندی ذخیره انرژی حرارتی در ساختمان های اداری مجهز به سیستم شبکه هوشمند

گردآورنده: حسین حاجی زین العابدینی
مرداد ماه 97

 

ذخیره انرژی حرارتی

ذخیره انرژی حرارتی

بهینه سازی ذخیره انرژی حرارتی در ساختمان های اداری با ظرفیت های متنوع مورد بررسی قرار گرفته است. یک دیوار ساختمان اکتیو (با ظرفیت حرارتی)، یک مخزن شامل مواد فاز متغییر (PCM) ، یک مخزن آب داغ (HW) و یک منبع ذخیره مواد ترموشیمیایی (TCM) شبیه سازی شده و رفتار شارژ و تخلیه، بهینه سازی شده است. بنابراین، با استفاده از یک مدل اتاق ساده شده (دفترکار) و نمونه داده های هواشناسی مربوط به کشور هلند، یک پژوهش علمی انجام شده است. به منظور مدل سازی رفتار زمانبندی ذخیره سازی برای کنترل و بهینه سازی، یک شبکه خازن-مقاومت (RC) به کار گرفته شده است. در شبکه RC پارامترهای ذخیره ی انرژی بحرانی برای بهینه سازی و کنترل ارائه شده است. حداقل سازی هزینه های برق  در شبکه هوشمند  به عنوان هدف بهینه سازی تعریف شده است. با استفاده از یک پمپ حرارتی الکتریکی و یک کلکتور خورشیدی برای گرم کردن اتاق و شارژ مخزن ذخیره ی انرژِی حرارتی، پتانسیل صرفه جویی هزینه حدود 12.5% محاسبه شده است.

 

ذخیره انرژی حرارتی

ذخیره انرژی حرارتی

 

برای کاهش نقاط پیک در شبکه های برق و برای پوشش عدم تطابق میان تقاضای انرژی ساختمان ها و منبع انرژی (تجدید شدنی)، تکنولوژی های ترکیب شده با پمپ های حرارتی الکتریکی  بکار گرفته شده است. تکنولوژی های کارا برای ذخیره ی انرژی حرارتی در ساختمان ها، شامل جرم حرارتی ساختمان (BTM) ، بافرهای آب، بافرهای یخ ، مخازن مواد فاز متغییر و مخازن مواد ترموشیمیایی می باشد. طرح بهینه سازی برای حداقل سازی هزینه پمپ گرمایی که برای گرمایش فضا و شارژ مخازن مختلف انرژی حرارتی استفاده شده ، بکار گرفته شده است.

پارامترهای بحرانی که برای کنترل خازن ها در مدل به کار رفته است، شامل وضعیت شارژ، تخلیه ی نسبی، بهره ی انرژی شارژ و تخلیه، دمای شارژ و تخلیه، بعلاوه ی ظرفیت ذخیره سازی می باشد. هدف این مدل بررسی رفتار شارژ و تخلیه ی TESها بود. بنابراین، یک مدل اتاق ساده شده برای شبیه سازی تقاضای انرژی استفاده شده است. مدل اتاق متشکل از یک دیوار خارجی، حجمی از هوا و یک دیوار داخلی می باشد. بدون اینکه ظرفیت حرارتی مانند زمین، سقف یا دیوارهای باقیمانده، در نظر گرفته شود. تابش خورشید، دیوار خارجی را همانند اتاق از طریق پنجره، گرم می کند. این مقدار به صورت مناسبی با مقادیر استاندارد TABS (سیستم های ساختمانی فعال حرارتی) مطابقت دارد. و دیوار داخلی، یک سیستم TAB فرض شده است.

 

ذخیره انرژی حرارتی

ذخیره انرژی حرارتی

به منظور مقایسه ی نتایج شبیه سازی، یک حالت مرجع با استفاده از پمپ گرمایی جهت  گرمایش اتاق شبیه سازی شده است. قسمت بالایی شکل زیر ، توزیع دمای سالانه ی محیط، اتاق، دیوار داخلی و خارجی را نشان می دهد ودر قسمت پایینی شکل زیر توان الکتریکی پمپ گرمایی مورد نیاز با یک نقطه ی کارکرد حداکثری 150 W در آغاز ژانویه پس از تعطیلات کریسمس نشان داده شده است.

 

ذخیره انرژی حرارتی

ذخیره انرژی حرارتی

نتایج شبیه سازی برای HW و مخزن فاز متغییر نشان می دهد که اساساً آنها به عنوان یک بخش ذخیره سازی کوچکی بکار رفته شده اند. و به دلیل تلفات گرمایی در حالت بی باری امکان ذخیره ی گرما برای یک مدت طولانی تر وجود ندارد (حدود یک هفته). بهره ی انرژی شارژ و تخلیه، در این حالت، شدیداً بر رفتار زمان بندی شارژ و تخلیه ی شارژ تاثیر گذار است و در این حالت ذخیره ی بخش کوچکی از گرما در زمستان با استفاده از یک پمپ گرمایی تعیین کننده است . به کمک واحد TCM و با شارژ در تابستان و تخلیه ی شارژ در زمستان قادر به ذخیره ی گرما برای یک مدت طولانی تر (یک فصل) می باشیم. بنابراین، دنبال ایجاد انگیزه ی اقتصادی در فصول مختلف، و با قیمت های بالاتر برق در زمستان نسبت به تابستان  می باشیم. ایجاد انگیزه ی اقتصادی روزانه بر اساس مصرف در ساعات خارج از پیک، نقطه ی پیک و اواسط پیک، بکارگیری شارژ انرژی را برای بهینه سازی ذخیره ی انرژی بخش کوچکی (HW,PCM,BTM) توجیه می کند. حداکثر قابلیت صرفه جویی هزینه در BTM برابر 7.9%، در HW برابر 10% ، در PCM برابر 12.5 %  و در TCM برابر 8.1% است که تمام این موارد سهم با ارزشی در صرفه جویی انرژی ساختمان ها دارند. حداکثر صرفه جویی هزینه مربوط به فصل تابستان است که خنک کننده ها اضافه می شوند، و با شارژ مناسب هزینه های برق کاهش می یابد. صرفه جویی هزینه ها، محدودیتی برای هزینه های سرمایه گذاری تکنولوژی های ذخیره ی انرژی گرمایی ایجاد می کند. حداقل سازی هزینه های برق مربوط به گرمایش در دوره های غیر پیک، از سوی دیگر، موجب افزایش مصرف انرژی الکتریکی می گردد و این با هدف کلی کاهش مصرف انرژی تناقض دارد.

به وضوح نشان داده می شود که پارامترهای ذخیره سازی مفروض، موقعیت شارژ، تخلیه شارژ خود به خودی، بهره ی انرژی شارژ و تخلیه، دمای شارژ و تخلیه همانند یک خازن، تاثیرگذار بر رفتار شارژ و تخلیه شارژ نمونه ی BTM ، HW ، PCM و TCM نشان داده است. علاوه بر این نشان داده شده که یک شبکه خازن- مقاومت می تواند برای مدل سازی کنترل و بهینه سازی ظرفیت های متنوع ذخیره ی انرژی گرمایی بکار گرفته شود.

یک مدل ساختمان ساده سازی شده را به دلیل تطابق پارامترهای ذخیره ی انرژی بحرانی مفروض برای کنترل بکار بردیم. در مراحل بعدی، جهت بررسی مدل ساختمانی پیشرفته تر، لازم است اتاق ها و کف اتاق ها در نظر گرفته شود. این امر موجب ارزیابی واقعی تر پتانسیل ذخیره ی انرژی حرارتی ساختمان می گردد. بعلاوه، مقاومت های اضافی در سیستم گرمایش مانند رادیاتورها و لوله کشی درنظر گرفته شود. هدف از این شبیه سازی، حداقل سازی هزینه های عملیاتی برای استفاده برق می باشد. مشخص شده است که در برخی از موارد، صرفه جویی در هزینه منجر به افزایش مصرف انرژی الکتریسیته می شود. بنابراین، اهداف بهینه سازی نیازمند دقت نظر از جمله  تمرکز بر کاهش هزینه ها، کاهش مصرف انرژی یا افزایش بهره وری انرژی می باشد.

 

منبع:

 

1-Abedin AH, Rosen MA. Closed and open thermochemical energy storage: Energy- and exergy-based comparisons. Energy 2012;41:83–92. doi:10.1016/j.energy.2011.06.034.

2-Ma J, Qin J, Salsbury T, Xu P. Demand reduction in building energy systems based on economic model predictive control. Chem Eng Sci 2012;67:92–100. doi:10.1016/j.ces.2011.07.052.

یک دیدگاه