Μια διαφορετική προσέγγιση στη θέρμανση και την ψύξη κτιρίων, με στόχο τη μείωση τόσο του κόστους εγκατάστασης όσο και της κατανάλωσης ενέργειας, προτείνει ερευνητική ομάδα του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Χεμπέι στην Κίνα. Η λύση βασίζεται στον συνδυασμό αντλιών θερμότητας αέρα με σύστημα αποθήκευσης θερμικής ενέργειας, ώστε η ηλεκτρική ενέργεια να καταναλώνεται κυρίως τις ώρες που είναι φθηνότερη.
Η βασική ιδέα είναι η αποθήκευση θερμότητας ή ψύξης κατά τις ώρες χαμηλής τιμής του ηλεκτρικού ρεύματος και η αξιοποίησή της την επόμενη ημέρα, όταν αυξάνεται τόσο η ζήτηση όσο και το κόστος. Με αυτόν τον τρόπο περιορίζεται η ανάγκη λειτουργίας των αντλιών θερμότητας στις ώρες αιχμής, ενώ παράλληλα απαιτείται μικρότερη εγκατεστημένη ισχύς.
Η μελέτη αφορά εξαώροφο κτίριο γραφείων στην Τιαντζίν, συνολικής κλιματιζόμενης επιφάνειας 10.030 τετραγωνικών μέτρων. Οι ερευνητές σχεδίασαν ένα σύστημα με έξι αντλίες θερμότητας αέρα-νερού, οι οποίες συνδέονται με δεξαμενή αποθήκευσης νερού χωρητικότητας 1.010 κυβικών μέτρων.
Οι αντλίες λειτουργούν κατά κύριο λόγο τη νύχτα, από τις 23:00 έως τις 07:00, όταν ισχύουν χαμηλότερες τιμές ηλεκτρικής ενέργειας. Τον χειμώνα η δεξαμενή αποθηκεύει ζεστό νερό για τη θέρμανση του κτιρίου, ενώ το καλοκαίρι αποθηκεύει κρύο νερό για την κάλυψη των αναγκών ψύξης.
Κατά τη διάρκεια της ημέρας, η αποθηκευμένη ενέργεια χρησιμοποιείται για την κάλυψη της ζήτησης και οι αντλίες ενεργοποιούνται μόνο όταν απαιτείται πρόσθετη ισχύς. Η συγκεκριμένη λειτουργία διαφοροποιείται σημαντικά από ένα συμβατικό σύστημα, το οποίο πρέπει να διαθέτει επαρκή αριθμό μονάδων ώστε να καλύπτει ακόμη και το μέγιστο στιγμιαίο φορτίο.
Μικρότερη εγκατάσταση, χαμηλότερο κόστος
Η διαφορά στον απαιτούμενο εξοπλισμό είναι σημαντική. Το συμβατικό σύστημα που χρησιμοποιήθηκε ως σημείο σύγκρισης χρειαζόταν 11 αντλίες θερμότητας, ενώ η λύση με θερμική αποθήκευση περιορίστηκε σε έξι.
Ως αποτέλεσμα, το αρχικό κόστος της εγκατάστασης μειώθηκε κατά 29,7%, από 3,43 εκατ. γιουάν σε 2,41 εκατ. γιουάν. Παράλληλα, ο χρόνος λειτουργίας των αντλιών θερμότητας σε ετήσια βάση μειώθηκε κατά 43,6%.
Ακόμη μεγαλύτερη ήταν η επίδραση στο λειτουργικό κόστος. Σύμφωνα με τις προσομοιώσεις, το ετήσιο κόστος λειτουργίας μειώθηκε κατά 51,4%, ενώ η περίοδος αποπληρωμής της επένδυσης υπολογίστηκε σε περίπου 3,57 χρόνια. Σε επίπεδο συνολικού κύκλου ζωής, το κόστος μειώνεται κατά 38,37%.
Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας περιορίστηκε επίσης κατά 21,9 MWh ετησίως, από περίπου 270 MWh στο συμβατικό σύστημα σε 248,1 MWh. Παράλληλα, οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα μειώθηκαν κατά 8,8%, που αντιστοιχεί σε περίπου 17,6 τόνους CO₂ τον χρόνο.
Αποθήκευση αντί για υπερδιαστασιολόγηση
Το βασικό πλεονέκτημα της λύσης, σύμφωνα με τους ερευνητές, είναι ότι η εγκατάσταση δεν χρειάζεται να σχεδιαστεί αποκλειστικά με βάση τις λίγες ώρες κατά τις οποίες εμφανίζονται τα υψηλότερα φορτία θέρμανσης ή ψύξης. Η θερμική αποθήκευση λειτουργεί ως «ενδιάμεσος» μεταξύ της παραγωγής και της κατανάλωσης ενέργειας.
Έτσι, οι αντλίες μπορούν να λειτουργούν όταν το ηλεκτρικό ρεύμα είναι φθηνότερο και η αποθηκευμένη ενέργεια να χρησιμοποιείται όταν οι ανάγκες του κτιρίου είναι υψηλότερες. Η πρακτική αυτή περιορίζει την απαιτούμενη ισχύ του εξοπλισμού και ταυτόχρονα αξιοποιεί καλύτερα τις διακυμάνσεις των τιμών ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι ο συνδυασμός αντλιών θερμότητας και θερμικής αποθήκευσης μπορεί να αποτελέσει μια οικονομικά αποδοτική λύση για μεγάλα κτίρια, ιδιαίτερα σε περιοχές όπου εφαρμόζονται τιμολόγια με διαφορετικές χρεώσεις ανάλογα με την ώρα κατανάλωσης.
Πηγή: pv-magazine
