Phân tích năng lượng, kinh tế và phát thải carbon của một tòa nhà dân cư với hệ thống cọc năng lượng

Phân tích năng lượng, kinh tế và phát thải carbon của một tòa nhà dân cư với hệ thống cọc năng lượng

Energy, economic, and carbon emission analysis of a residential building with an energy pile system

SHARE COMMENTS

1 – GIỚI THIỆU

Bài nghiên cứu này đã điều tra các hiệu suất kết hợp giữa năng lượng, kinh tế và carbon của cọc năng lượng được sử dụng để sưởi ấm và làm mát các tòa nhà, một vấn đề đã nhận được ít sự quan tâm trong quá khứ. Để giải quyết khoảng trống kiến thức này, một mô phỏng số kéo dài 30 năm, được hiệu chỉnh bằng dữ liệu thực địa, đã được thực hiện cho các tải nhiệt thay đổi của tòa nhà, khoảng cách giữa các cọc, chiều dài cọc và số lượng cọc năng lượng cho một tòa nhà dân cư sáu tầng ở Melbourne, Úc. Hệ thống cọc năng lượng trong chế độ sưởi ấm hàng năm cho thấy mức giảm 75% tiêu thụ năng lượng và giảm 5% chi phí năng lượng so với nồi hơi gas tự nhiên. Hiệu suất của cọc năng lượng trong chế độ sưởi ấm và làm mát hàng năm cao hơn nhiều so với chế độ chỉ sưởi ấm, cho thấy mức giảm 39% tiêu thụ năng lượng, phát thải carbon và chi phí năng lượng so với bơm nhiệt nguồn không khí. Tăng khoảng cách giữa các cọc từ 2,05 m đến 6,4 m, chiều dài cọc từ 10 m đến 20 m và số lượng cọc năng lượng từ 38 đến 114 đã tăng lợi ích năng lượng, kinh tế và carbon của cọc năng lượng lên lần lượt 76%, 77% và 119%. Kết quả nhấn mạnh tầm quan trọng của tải nhiệt tòa nhà và cấu hình cọc trong việc đánh giá hiệu suất năng lượng, kinh tế và carbon của cọc năng lượng trong các giai đoạn thiết kế ban đầu.

2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG

Hệ thống cọc năng lượng được mô tả trong bài nghiên cứu bao gồm hai cọc nền đúc tại chỗ, trong tổng số khoảng 114 cọc nền dưới một tòa nhà dân cư sáu tầng. Các cọc này được xây dựng cho mục đích nghiên cứu và được lắp đặt các ống HDPE U-loop để chuyển đổi thành cọc năng lượng. Nhiệt độ của đất và chất lỏng được theo dõi bằng các thiết bị đo nhiệt và đồng hồ đo lưu lượng.

3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc sử dụng công cụ mô phỏng HyGCHP, được phát triển bằng các thành phần cơ khí và địa nhiệt trong công cụ mô phỏng TRNSYS, để đánh giá hiệu suất dài hạn của các hệ thống cọc năng lượng. Các thông số hiệu suất của bơm nhiệt, cấu hình cọc năng lượng và tính chất nhiệt của đất và cọc được sử dụng làm đầu vào cho công cụ mô phỏng. Công cụ này dự đoán nhiệt độ chất lỏng trao đổi nhiệt, hiệu suất và tiêu thụ điện của hệ thống bơm nhiệt.

4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Kết quả cho thấy hệ thống cọc năng lượng có hiệu suất cao hơn đáng kể trong chế độ sưởi ấm và làm mát hàng năm so với chế độ chỉ sưởi ấm. Hiệu suất năng lượng, tiết kiệm carbon và tiết kiệm chi phí vận hành của hệ thống cọc năng lượng tăng khi tăng khoảng cách giữa các cọc, chiều dài cọc và số lượng cọc năng lượng. Hệ thống cọc năng lượng trong chế độ sưởi ấm và làm mát hàng năm có tổng lượng tiết kiệm carbon là 1615 tấn CO2, tổng tiết kiệm chi phí vận hành là 656,671 A$ và thời gian hoàn vốn là 12.3 năm so với bơm nhiệt nguồn không khí.

5 – KẾT LUẬN