Экономически эффективные способы модернизации гибридных тепловых насосов
Профессиональная свинцово-кислотная батарея FIAMM FG 11201
Немецкие исследователи разработали систему интеграции моделирования гибридных тепловых насосов в технико-экономическую оценку последовательности и комплексности модернизации зданий. На примере одного здания показано, что сроки проведения модернизации могут существенно повлиять на потребность в отоплении и экономическую эффективность всей модернизации.
Исследовательская группа из Германии разработала новую систему для объединения и планирования мер по модернизации зданий с использованием гибридных систем с тепловыми насосами. Гибридная система сочетает в себе недавно установленный тепловой насос типа «воздух-вода» и существующий котел, работающий на ископаемом топливе, который обеспечивает оставшуюся потребность в отоплении. Предложенный подход сочетает в себе технико-экономическую оценку мер по модернизации с моделированием работы гибридной системы на разных этапах процесса модернизации.
«Исследование не ограничивается рассмотрением взаимозависимостей между мерами по модернизации в динамике, возникающими в результате различных стратегий объединения и последовательности мер», — рассказал автор исследования Тим Шаффитцель.
«В рамках исследования также рассматривается, как меняется режим работы гибридного теплового насоса в зависимости от мер по модернизации, реализуемых на каждом этапе, — добавил он. — Таким образом, исследование сочетает в себе технико-экономическую оценку мер по модернизации с детальным моделированием работы системы гибридного теплового насоса на протяжении всего переходного периода.»
В рамках исследования оцениваются пять мер: установка теплового насоса «воздух-вода», утепление крыши, утепление стен, замена окон и вентиляция с рекуперацией тепла. Исследователи сравнивают различные комбинации и последовательности мер, рассчитывая потребность в отоплении на каждом этапе и моделируя долю тепла, поступающего от теплового насоса и существующего котла. Затем исследователи сопоставляют эти результаты с инвестиционными и эксплуатационными затратами, чтобы рассчитать чистую приведенную стоимость, срок окупаемости и модифицированную приведенную стоимость каждой меры и плана модернизации.
«При наличии пяти мер по модернизации теоретически существует 541 возможный план действий, основанный на различных комбинациях объединения и последовательности мер, — сказал Шаффицель. — Однако на практике такие ограничения, как финансирование, ограничивают количество реалистичных планов модернизации».
Методологический подход
Команда применила эти ограничения к муниципальному спортивному и выставочному залу площадью 888 м², построенному в 1975 году в Ройтлингене, Германия. В здании установлен жидкотопливный котел мощностью 339 кВт, введенный в эксплуатацию в 2002 году. Тепло распределяется через радиаторы и систему вентиляции без рекуперации тепла.
Исследователи ограничили каждый пакет двумя мерами и потребовали установить тепловой насос и провести ремонт крыши в рамках первых двух этапов, чтобы сосредоточиться на сокращении выбросов на ранних этапах и создать условия для установки солнечных батарей на крыше. С учетом этих ограничений количество теоретических дорожных карт сократилось до 18, из которых исследователи выбрали три сценария для детальной оценки.
В сценарии 1 тепловой насос и система вентиляции с рекуперацией тепла были установлены в 2026 году, затем в 2028 году была проведена теплоизоляция крыши, а в 2030 году — теплоизоляция стен и замена окон. В сценарии 2 тепловой насос был установлен вместе с теплоизоляцией крыши в 2026 году, затем в 2028 году была установлена система вентиляции с рекуперацией тепла, а остальные меры были приняты в 2030 году. Согласно третьему сценарию, в 2026 году мы утеплили крышу и установили вентиляцию с рекуперацией тепла, в 2028 году добавили тепловой насос, а в 2030 году завершили модернизацию стен и окон.
Наибольшая чистая приведенная стоимость (NPV) была достигнута в сценарии 3 — 89,71 евро (102,90 доллара США) на м² по сравнению с 80,25 евро на м² в сценарии 2 и 76,94 евро на м² в сценарии 1. Исследователи связывают этот результат с большим и ранним снижением потребности в отоплении, достигнутым за счет сочетания утепления крыши и вентиляции с рекуперацией тепла. В этом сценарии также наблюдалась самая низкая совокупная потребность в отоплении за весь период модернизации. Все отдельные меры, кроме утепления стен, оказались экономически целесообразными.
«Примечательно, что приведенная стоимость экономии энергии и замены системы отопления (LCSE/LCCH) и чистая приведенная стоимость значительно более чувствительны к изменениям инвестиционных затрат, чем к колебаниям цен на энергоносители», — сказал Шаффицель.
Он добавил, что выбор мощности теплового насоса также может существенно повлиять на экономическую целесообразность модернизации. «Учитывая, что системы отопления часто проектируются с избыточной, а не недостаточной мощностью, последствия избыточной мощности для экономической целесообразности, выражаемой в показателе LCSE, весьма значительны, — сказал он. — Тепловой насос избыточной мощности улучшает показатель LCSE, поскольку избыточная мощность снижает сезонный коэффициент производительности. Следовательно, более высокое потребление электроэнергии увеличивает экономию на энергоносителях, что повышает денежный поток от мер по модернизации».
Эта концепция описана в исследовании «Влияние объединения и последовательности мер в дорожных картах по модернизации с использованием гибридных систем с тепловыми насосами — пример муниципального нежилого здания в Германии», опубликованном в Energy Reports. В исследовательскую группу вошли ученые из Штутгартского университета и Университета Ройтлингена в Германии.