Tác giả Daniel R. Bayer

Marco Pruckner
Ngày đăng tải 17/07/2024
DOI https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.123823
Nguồn bài nghiên cứu Science Direct
Từ khóa Cải tạo bơm nhiệt dân cư

Hệ thống sưởi kinh tế

Mô hình kỹ thuật số cấp thành phố

Giảm phát thải khí nhà kính

Bơm nhiệt

Hệ thống năng lượng mặt trời và lưu trữ pin

1 – GIỚI THIỆU

Bơm nhiệt thay thế các lò gas hiện có, hệ thống sưởi chính ở châu Âu, đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được các mục tiêu giảm phát thải CO2 toàn cầu. Các nghiên cứu trước đây đã mô phỏng tiềm năng giảm phát thải cho một số tòa nhà, cho thấy sự biến động lớn về kết quả. Hơn nữa, việc giảm phát thải CO2 bổ sung đã được chứng minh là khả thi khi kết hợp với các hệ thống pin và năng lượng mặt trời, mặc dù chi phí đầu tư cao khiến tính khả thi kinh tế của chúng cần được xem xét. Vì sự đa dạng của các tòa nhà và nhu cầu nhiệt phụ thuộc vào điều kiện thời tiết hằng năm, việc phân tích chi tiết về việc giảm phát thải và hiệu quả kinh tế nên được thực hiện cho tất cả các tòa nhà trong một thành phố trong nhiều năm. Bài nghiên cứu này sử dụng mô hình kỹ thuật số của một thành phố ở Đức bao gồm tất cả các tòa nhà dân cư để phân tích khả năng giảm phát thải và tính khả thi kinh tế của việc cải tạo bơm nhiệt, năng lượng mặt trời và pin.

2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG

Hệ thống cải tạo bơm nhiệt cho các tòa nhà dân cư, bao gồm bơm nhiệt kết hợp với các hệ thống năng lượng mặt trời và lưu trữ pin, được phân tích qua một mô hình kỹ thuật số của một thành phố tại Đức. Hệ thống bơm nhiệt thay thế lò gas giúp giảm đáng kể lượng phát thải CO2 hàng năm. Các hệ thống này còn có thể mở rộng bằng cách lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời trên mái nhà và lưu trữ năng lượng qua các hệ thống pin để tối ưu hóa việc tự tiêu thụ năng lượng mặt trời.

3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu sử dụng mô hình kỹ thuật số của toàn bộ hệ thống năng lượng của một thành phố nhỏ ở miền nam Đức, bao gồm tất cả các tòa nhà dân cư. Dữ liệu tiêu thụ năng lượng điện và khí đốt được lấy từ các đồng hồ thông minh để mô phỏng hệ thống bơm nhiệt. Sau đó, các mô hình được mở rộng để tính đến khả năng lắp đặt các hệ thống pin và năng lượng mặt trời. Hiệu suất của hệ thống bơm nhiệt được ước tính bằng cách sử dụng các yếu tố hiệu suất theo mùa dựa trên dữ liệu thực tế.

4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Kết quả cho thấy việc cải tạo bơm nhiệt cho các tòa nhà đã giảm từ 18.6% đến 38.9% lượng phát thải CO2 hàng năm. Đối với các tòa nhà lắp đặt thêm hệ thống năng lượng mặt trời và pin, mức giảm phát thải đạt từ 31.2% đến 43.6%. Kết quả kinh tế cho thấy việc cải tạo bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời mang lại lợi ích kinh tế cao nhất cho hầu hết các tòa nhà trong thành phố nghiên cứu.

5 – KẾT LUẬN

Việc cải tạo hệ thống sưởi bằng bơm nhiệt đã chứng minh khả năng giảm phát thải CO2 đáng kể. Tuy nhiên, sự kết hợp với hệ thống năng lượng mặt trời và pin có thể tối ưu hóa hiệu quả giảm phát thải và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn, mặc dù có sự biến động về nhu cầu nhiệt và phát thải theo các điều kiện thời tiết hằng năm. Sự đa dạng về kích thước và hướng mái nhà cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống năng lượng mặt trời.

Phân tích cải tạo bơm nhiệt dựa trên dữ liệu trong các tòa nhà dân cư: Giảm phát thải carbon và tính khả thi về kinh tế

Data-driven heat pump retrofit analysis in residential buildings: Carbon emission reductions and economic viability