Πρόβλεψη και Αξιολόγηση Ενεργειακής Αποδοτικότητας Κτιρίων Βάσει Προσομοιώσεων Διαφορετικών Σεναρίων Έντασης Χρήσης της Ηλεκτρικής Ενέργειας

Abstract

Τα τελευταία χρόνια η εξοικονόμηση ενέργειας απασχολεί πολλούς οργανισμούς και κρατικούς φορείς. Το αυξημένο κόστος ενέργειας σε συνδυασμό με την στρατηγική επιλογή, από την Ευρωπαϊκή Ένωση και άλλα κράτη, της προστασίας του περιβάλλοντος και της μείωσης της ενεργειακής εξάρτησης τους, έχει οδηγήσει στην δημιουργία ενός ευνοϊκού πλαισίου για την ανάπτυξη καινοτόμων μεθόδων εξοικονόμησης ενέργειας. Έρευνες δείχνουν ότι ο κτιριακός τομέας αποτελεί έναν από τους μεγαλύτερους καταναλωτές ενέργειας και κυρίως της ηλεκτρικής. Στην παρούσα εργασία θα ασχοληθούμε με τις μεθόδους εξοικονόμησης ενέργειας σε κτίρια εμπορικών επιχειρήσεων. Πολλές επιχειρήσεις χρηματοδοτούν προγράμματα εξοικονόμησης ενέργειας για να επιτύχουν μείωση του κόστους λειτουργίας τους και βελτίωση του ενεργειακού τους προφίλ. Τα ερωτήματα τα οποία τίθενται σε τέτοιου είδους μελέτες είναι, εκτός από το κόστος εφαρμογής τους, το ποσό της εξοικονομούμενης ενέργειας και η επίδραση στην λειτουργία της επιχείρησης. Απάντηση στα τελευταία δύο ερωτήματα μπορεί να δώσει η μέθοδος της προσομοίωσης. Αναπαριστώντας, στο μέτρο του δυνατού, το πραγματικό μοντέλο είμαστε σε θέση να εισάγουμε διάφορα εναλλακτικά σενάρια κατανάλωσης ενέργειας, αξιολογώντας τα σενάρια αυτά. Στην εργασία μας αναπτύχθηκε ένα θεωρητικό μοντέλο σχεδιασμού, ανάλυσης και υλοποίησης διαφορετικών σεναρίων έντασης χρήσης της ηλεκτρικής ενέργειας για διαφορετικές κατηγορίες εμπορικών κτηρίων σύμφωνα με την ηλεκτρική τους κατανάλωση. Αναλύθηκαν οι μετρήσεις κατανάλωσης ηλεκτρισμού και άλλων μεγεθών, ενώ προτάθηκε η εφαρμογή Μέτρων Εξοικονόμησης Ενέργειας (ΜΕΕ) τα οποία όμως θα έχουν χαμηλό κόστος και θα αφορούν στην αλλαγή του τρόπου λειτουργίας της επιχείρησης και όχι στην αντικατάσταση/ανακαίνιση υπάρχοντος εξοπλισμού. Στην συνέχεια αναφέρεται ο τρόπος ανάπτυξης και εφαρμογής, ενός μοντέλου προσομοίωσης της καταναλισκόμενης ηλεκτρικής ενέργειας ενός κτιρίου και αναλύθηκαν τρόποι αξιολόγησης των εξεταζόμενων ΜΕΕ με την χρήση Βασικών Δεικτών Απόδοσης (ΒΔΑ). Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε μία μελέτη περίπτωσης εφαρμογής του θεωρητικού μοντέλου σε ένα πραγματικό εστιατόριο ταχείας εξυπηρέτησης χρησιμοποιώντας πραγματικά δεδομένα ηλεκτρικής κατανάλωσης. Εφαρμόστηκε η τεχνική της προσομοίωσης, με το πρόγραμμα προσομοίωσης παραγωγικών διαδικασιών, ExtendSim8. Κατόπιν παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της μελέτης τα οποία ανέδειξαν τα πιο αποδοτικά ΜΕΕ, όπως η τροποποίηση του χρονοδιαγράμματος λειτουργίας της παραγωγής και η ρύθμιση της επιθυμητής θερμοκρασίας του χώρου, και οδήγησαν σε χρήσιμα συμπεράσματα όπως το σημαντικό πλεονέκτημα στην εξοικονόμηση ηλεκτρισμού χρησιμοποιώντας συνδυασμό ΜΕΕ μηδενικού κόστους. Τέλος αναφέρονται προτάσεις προέκτασης του υπάρχοντος μοντέλου.

In recent years, energy efficiency has become a prevalent topic of discussion and activities amongst various international organizations and national agencies. Increasing energy costs combined with a strategy, set up by the EU and other states, aiming at environmental protection and reduction of energy dependencies, have led to the establishment of a framework that favors the development of innovating energy efficiency methods. Research has shown that the field of buildings is associated with the greatest amounts of energy consumption, and electrical energy in particular. In this study we address energy efficiency methods in buildings used for commercial activities. Many companies fund energy efficiency programs in order to achieve a reduction in their operating costs and an improvement of their energy profile. Besides the cost of implementation, issues that are raised in such studies involve the amount of energy savings and the impact on business operations. The method of simulation can be used to research this issues. By modeling, as accurately as possible, business situations, we can introduce various alternative scenarios of energy consumptions to our analysis and evaluate our conclusions. In this study, we develop a theoretical model for the planning, analysis and implementation of different electrical Energy Use Intensity scenarios for different categories of commercial buildings according to their electrical consumption. We address topics such as the analysis of electrical energy consumption and other metrics, while suggest the implementation of Energy Conservation Measures (ECMs) which are low-cost and focus on the change of business processes rather than the replacement/retrofitting of existing equipment. Further, we demonstrate the way by which a model that simulates electrical energy consumption in buildings can be developed and implemented, and analyze the evaluation of suggested ECMs based on Key Performance Indicators (KPIs). In addition, we present a case study on the implementation of the theoretical model in a quick service restaurant utilizing real electricity consumption data. Simulations were executed using a production process simulation program, ExtendSim8. We then present the case study results which highlight the most efficient ECMs, such as altering production’s operational time schedule and change indoor set-point temperature, and led to various useful conclusions such as the significant advantage of using bundles of no cost ECMs in electrical energy conservation. Finally, we refer to potential extensions of our theoretical model.