Tối ưu hóa phát điện từ hệ thống quang điện và cách nhiệt mái trong các tòa nhà dân cư hiện hữu

Tối ưu hóa phát điện từ hệ thống quang điện và cách nhiệt mái trong các tòa nhà dân cư hiện hữu

Optimizing photovoltaic electric generation and roof insulation in existing residential buildings

SHARE COMMENTS

1 – GIỚI THIỆU

Việc cải tạo các tòa nhà để giảm năng lượng sử dụng là một ưu tiên toàn cầu nhằm giảm phát thải khí nhà kính. Hàng triệu tòa nhà trên khắp thế giới có mái cũ không cách nhiệt tốt, nhưng có diện tích mái lớn có thể cung cấp năng lượng tái tạo đáng kể. Thường thì các tấm quang điện được lắp đặt lên các tòa nhà hiện hữu mà không xem xét đến tính toàn vẹn nhiệt. Tuy nhiên, do thời tiết, mái nhà thường cần được sửa chữa trong vòng đời sử dụng. Các tác giả đánh giá một phương pháp toàn diện sử dụng các công cụ mô phỏng EnergyPlus và TRNSYS để tối ưu hóa việc kết hợp phát điện từ năng lượng mặt trời và cải thiện cách nhiệt để giảm chi phí, cải thiện hiệu suất và sử dụng năng lượng tái tạo khi tiếp cận mái nhà. Việc kết hợp các nỗ lực vào một can thiệp duy nhất chưa được khám phá đầy đủ trong nghiên cứu năng lượng tòa nhà. Các tác giả cũng xem xét tác động của các tấm quang điện đứng độc lập lên hiệu suất nhiệt mái nhà từ việc che bóng và bức xạ sóng dài đến bầu trời. Những tác động này có ý nghĩa quan trọng đối với sự thoải mái của các cấu trúc cách nhiệt kém trong các đợt nắng nóng mùa hè ngày càng tăng liên quan đến sự nóng lên do biến đổi khí hậu. Họ cũng có sự tương tác mạnh mẽ với mức cách nhiệt mái được lắp đặt. Với một phân tích ví dụ tại Milan, Ý, các tác giả xem xét ba loại tòa nhà dân cư phổ biến trên toàn thế giới (nhà ở đơn lẻ, nhà ở nhiều hộ, khu chung cư) với các hình dạng, mức cách nhiệt và cấu trúc mái khác nhau. Các tác giả đánh giá hai lựa chọn: tái mái (mái cần sửa chữa/thay thế) và cải tạo (can thiệp năng lượng để cải thiện mái). Các tác giả tối ưu hóa mức cách nhiệt mái thông qua các mô phỏng năng lượng tòa nhà tiên tiến xem xét cả năng lượng và chi phí đã được ghi nhận. Phát điện từ quang điện được định lượng chi tiết, cũng như xem xét tác động che bóng mái của dãy quang điện lên hiệu suất nhiệt mái, một ảnh hưởng chưa được xem xét trước đây. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các tòa nhà không cách nhiệt nơi các tầng trên có thể gặp phải sự nóng quá mức vào mùa hè. Cả nhu cầu sưởi ấm và làm mát đều được xem xét để xác định can thiệp mái tối ưu và những tiết kiệm và chi phí liên quan nào có thể đạt được tùy thuộc vào các thông số khác nhau. Các tác giả thấy rằng kết hợp cách nhiệt phù hợp với quang điện có thể cung cấp một lựa chọn hiệu quả về chi phí để giảm sử dụng năng lượng sơ cấp ròng trong các tòa nhà dân cư. Tiết kiệm từ cách nhiệt đơn lẻ dao động từ 3% (khu chung cư) đến 17% (nhà ở đơn lẻ). Khi thêm các hệ thống quang điện vào mái nhà ban đầu không cách nhiệt, tiết kiệm ròng dao động từ 55% (khu chung cư) đến 80% (nhà ở đơn lẻ). Che bóng từ các dãy quang điện độc lập giảm tải làm mát mùa hè xuống 17% trong các khu chung cư không cách nhiệt và cải thiện đáng kể sự thoải mái cho các căn hộ tầng trên gần mái tiếp xúc.

2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG

Hệ thống nghiên cứu bao gồm việc sử dụng các công cụ mô phỏng EnergyPlus và TRNSYS để đánh giá và tối ưu hóa việc kết hợp phát điện từ hệ thống quang điện và cải thiện cách nhiệt mái nhà. Các tòa nhà được xem xét trong nghiên cứu bao gồm ba loại điển hình: nhà ở đơn lẻ, nhà ở nhiều hộ, và khu chung cư. Mỗi loại tòa nhà này có các đặc điểm riêng về hình dạng, mức cách nhiệt, và cấu trúc mái. Nghiên cứu tập trung vào hai lựa chọn: tái mái (khi mái cần sửa chữa hoặc thay thế) và cải tạo (can thiệp năng lượng để cải thiện mái).

3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu bao gồm các bước sau:

– Sử dụng các công cụ mô phỏng EnergyPlus và TRNSYS để đánh giá các thông số khác nhau (ví dụ: cách nhiệt mái, hệ thống quang điện có/không có lưu trữ năng lượng).

– Định nghĩa các điều kiện ban đầu (ví dụ: không/ít cách nhiệt, cải thiện mái tùy ý/mái cần cải tạo).

– Xác định can thiệp tối ưu với các tiết kiệm và chi phí liên quan cho từng tình huống.

– Xem xét tác động của các dãy quang điện đứng độc lập lên hiệu suất nhiệt mái qua việc che bóng và bức xạ sóng dài.

4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc kết hợp cách nhiệt phù hợp với hệ thống quang điện có thể cung cấp một giải pháp hiệu quả về chi phí để giảm sử dụng năng lượng sơ cấp ròng trong các tòa nhà dân cư. Tiết kiệm từ việc chỉ cách nhiệt dao động từ 3% (khu chung cư) đến 17% (nhà ở đơn lẻ). Khi thêm các hệ thống quang điện vào mái nhà ban đầu không cách nhiệt, tiết kiệm ròng dao động từ 55% (khu chung cư) đến 80% (nhà ở đơn lẻ). Che bóng từ các dãy quang điện độc lập giảm tải làm mát mùa hè xuống 17% trong các khu chung cư không cách nhiệt và cải thiện đáng kể sự thoải mái cho các căn hộ tầng trên gần mái tiếp xúc.

5 – KẾT LUẬN