Naukowcy z Niemiec opracowali ramy metodyczne, które pozwalają usystematyzować i zaplanować kolejność działań termomodernizacyjnych z wykorzystaniem hybrydowych pomp ciepła. Rozwiązanie hybrydowe łączy nowo zainstalowaną powietrzną pompę ciepła typu powietrze-woda z istniejącym kotłem na paliwo kopalne, który pokrywa pozostałe zapotrzebowanie na ciepło. Proponowane podejście łączy ocenę techniczno-ekonomiczną poszczególnych działań z symulacjami pracy systemu hybrydowego na różnych etapach modernizacji.
„Zakres badania wykracza poza analizę wzajemnych zależności między działaniami modernizacyjnymi w czasie, wynikających z różnych strategii grupowania i sekwencjonowania” – powiedział Tim Schaffitzel, autor korespondencyjny publikacji, w rozmowie z pv magazine. „Ramy uwzględniają również, jak zmienia się wzorzec pracy hybrydowej pompy ciepła w zależności od działań zrealizowanych na każdym etapie” – dodał. „Dzięki temu łączymy ocenę techniczno-ekonomiczną działań modernizacyjnych ze szczegółowymi symulacjami systemu hybrydowej pompy ciepła w całym okresie przejściowym”.
Metoda obejmuje pięć działań: montaż powietrznej pompy ciepła typu powietrze-woda, izolację dachu, izolację ścian, wymianę okien oraz wentylację z odzyskiem ciepła. Narzędzie porównuje różne kombinacje i sekwencje, obliczając zapotrzebowanie na ciepło na każdym etapie i symulując udziały dostarczane przez pompę ciepła oraz istniejący kocioł. Wyniki są następnie łączone z kosztami inwestycyjnymi i operacyjnymi, aby obliczyć wartość bieżącą netto (NPV), okres zwrotu i koszt wyrównany dla każdego działania i scenariusza modernizacji.
„Przy pięciu działaniach modernizacyjnych istnieje teoretycznie 541 możliwych ścieżek modernizacji opartych na różnych kombinacjach grupowania i sekwencjonowania” – zauważył Schaffitzel. „W praktyce jednak ograniczenia, takie jak finansowanie, zmniejszają liczbę realistycznych scenariuszy”.
Zespół zastosował te ograniczenia do budynku o powierzchni 888 m² – gminnej hali sportowo-widowiskowej zbudowanej w 1975 roku w Reutlingen w Niemczech. Obiekt wykorzystuje kocioł olejowy o mocy 339 kW zainstalowany w 2002 roku, a ciepło jest rozprowadzane przez grzejniki i system wentylacji bez odzysku ciepła. Badacze ograniczyli każdy pakiet do dwóch działań i wymagali, aby pompa ciepła oraz remont dachu zostały zrealizowane w pierwszych dwóch etapach. Ograniczenia te zmniejszyły liczbę teoretycznych ścieżek z 541 do 18, z których wybrano trzy scenariusze do szczegółowej oceny.
W scenariuszu 1 pompa ciepła i system wentylacji z odzyskiem ciepła zostały zainstalowane w 2026 roku, następnie izolacja dachu w 2028 roku, a izolacja ścian i wymiana okien w 2030 roku. Scenariusz 2 łączył pompę ciepła z izolacją dachu w 2026 roku, następnie odzysk ciepła w 2028 roku i pozostałe działania w 2030 roku. Scenariusz 3 łączył izolację dachu i odzysk ciepła w 2026 roku, dodawał pompę ciepła w 2028 roku i kończył modernizację ścian i okien w 2030 roku.
Scenariusz 3 osiągnął najwyższą wartość bieżącą netto (NPV) na poziomie 89,71 EUR/m² (102,90 USD/m²), w porównaniu z 80,25 EUR/m² dla scenariusza 2 i 76,94 EUR/m² dla scenariusza 1. Badacze przypisali ten wynik dużemu, wczesnemu zmniejszeniu zapotrzebowania na ciepło dzięki połączeniu izolacji dachu z odzyskiem ciepła. Scenariusz ten skutkował również najniższym skumulowanym zapotrzebowaniem na ciepło w okresie modernizacji. Wszystkie indywidualne działania, z wyjątkiem izolacji ścian, okazały się ekonomicznie opłacalne.
„Istotnym odkryciem jest to, że koszt wyrównany oszczędzonej energii i zmiany systemu grzewczego (LCSE/LCCH) oraz wartość bieżąca netto są znacznie bardziej wrażliwe na zmiany kosztów inwestycyjnych niż na wahania cen energii” – powiedział Schaffitzel. Dodał, że dobór wielkości pompy ciepła może również mieć znaczące implikacje dla ekonomiki modernizacji. „Biorąc pod uwagę, że systemy grzewcze są często przewymiarowane, a nie niedowymiarowane, konsekwencje przewymiarowania dla opłacalności ekonomicznej, reprezentowanej przez LCSE, są znaczne” – stwierdził. „Przewymiarowana pompa ciepła poprawia LCSE, ponieważ przewymiarowanie obniża współczynnik wydajności sezonowej. W konsekwencji wyższe zużycie energii elektrycznej zwiększa oszczędności kosztów nośnika energii, które stanowią przepływy pieniężne działań modernizacyjnych”.
Ramy metodyczne opisano w badaniu „Impact of bundling and sequencing of measures in retrofit roadmaps with hybrid heat pump systems – A case study for a municipal non-residential building in Germany”, opublikowanym w Energy Reports. W skład zespołu badawczego weszli naukowcy z Uniwersytetu w Stuttgarcie i Uniwersytetu w Reutlingen.
Źródło: pv magazine EN
Fot. pv-magazine.com
