Μελέτη οικιακού συστήματος τριπαραγωγής με φωτοβολταϊκούς θερμικούς συλλέκτες (PV/T) και αντλία θερμότητας

Κορογιάννος, Ιωάννης; Korogiannos, Ioannis

dc.contributor.author	Κορογιάννος, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Korogiannos, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2023-03-24T10:18:09Z
dc.date.available	2023-03-24T10:18:09Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57301
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24999
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Φωτοβολταϊκοί Θερμικοί συλλέκτες	el
dc.subject	Αντλία Θερμότητας	el
dc.subject	Τριπαραγωγή	el
dc.subject	Οικιακό σύστημα	el
dc.subject	Αποθήκευση θερμικής ενέργειας	el
dc.subject	Photovoltaic Thermal collectors	en
dc.subject	Heat Pump	en
dc.subject	Thermal energy storage	en
dc.subject	Residential system	en
dc.subject	Trigeneration	en
dc.title	Μελέτη οικιακού συστήματος τριπαραγωγής με φωτοβολταϊκούς θερμικούς συλλέκτες (PV/T) και αντλία θερμότητας	el
dc.title	Study of a residential trigeneration system with photovoltaic thermal collectors (PV/T) and heat pump	en
heal.type	bachelorThesis	el
heal.classification	Ενέργεια	el
heal.classification	Θερμότητα	el
heal.classification	Energy	en
heal.classification	Thermal engineering	en
heal.language	el	el
heal.access	free	el
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-02-16
heal.abstract	Τα τελευταία έτη η ανάγκη για μετάβαση στην παραγωγή πράσινης ενέργειας εμφανίζεται πιο επιτακτική από ποτέ. Η αντικατάσταση της κατανάλωσης ορυκτών καυσίμων ως πρώτη ύλη με ανανεώσιμες και άλλες πιο καθαρές πηγές ενέργειας εφαρμόζεται και στον κτιριακό τομέα, με κύριο στόχο τη μείωση της ρύπανσης και την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής. Για τον σκοπό αυτό, αναπτύσσονται διαρκώς τεχνολογίες όπως η αντλία θερμότητας, αλλά και εκείνες που εκμεταλλεύονται ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως ο ήλιος και επιδοτούνται από πολλά κράτη παγκοσμίως. Το σύστημα που εξετάστηκε στην παρούσα εργασία συνδυάζει την εγκατάσταση αντλίας θερμότητας με Φωτοβολταϊκούς-Θερμικούς συλλέκτες (PV/T), τα οποία λειτουργούν μεταξύ τους ανεξάρτητα, για την παραγωγή θέρμανσης και ψύξης με σκοπό την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών μιας κατοικίας της Αθήνας, αλλά και για την παραγωγή ηλεκτρισμού για ιδιοκατανάλωση του συστήματος. Για βελτιωμένη εκμετάλλευση της παραγόμενης ενέργειας ενσωματώθηκε σύστημα αποθήκευσης θερμικής ενέργειας. Η μελέτη ξεκίνησε από την ξεχωριστή μοντελοποίηση και διαστασιολόγηση των υποσυστημάτων. Αφού αναπτύχθηκαν τα απαραίτητα μοντέλα και κώδικες στο προγραμματιστικό περιβάλλον Matlab, συνδυάστηκαν σε έναν κεντρικό κώδικα, ο οποίος προσομοιώνει τη λειτουργία του συνολικού συστήματος για είκοσι έτη. Έπειτα, πραγματοποιήθηκε βελτιστοποίηση του συστήματος, με τη μέθοδο του γενετικού αλγορίθμου, ως προς την οικονομική και ενεργειακή αποδοτικότητά του, με παραμέτρους την επιφάνεια των συλλεκτών και τον όγκο της δεξαμενής αποθήκευσης θερμικής ενέργειας. Για τη βέλτιστη λύση που προέκυψε παρουσιάστηκαν τα αποτελέσματα της εικοσαετούς λειτουργίας της διάταξης. Η βέλτιστη λύση ήταν αρκετά ικανοποιητική, καθώς για 12,7 m2 επιφάνεια συλλεκτών και όγκο δεξαμενής 5 m3 προέκυψε το Σταθμισμένο Κόστος Ενέργειας ίσο με 0,0522 €/kWh. Αυτό καθιστά μια πιθανή επένδυση στην εγκατάσταση ενός τέτοιου συστήματος ελκυστική, απαιτώντας, βέβαια, υψηλό αρχικό κεφάλαιο, ίσο με €15.258. Με τη συμμετοχή των PV/T στο πρόγραμμα του ενεργειακού συμψηφισμού και την κάλυψη των απαιτήσεων του συστήματος σε ηλεκτρικό ρεύμα μέσω της ηλεκτροπαραγωγής τους, μειώνονται σε υψηλό ποσοστό τα έξοδα για αγορά ηλεκτρικού ρεύματος, ενώ η θερμοπαραγωγή τους καλύπτει σε υψηλό βαθμό τα φορτία θερμικής ενέργειας της κατοικίας. Σχεδιάστηκε, συνεπώς, ένα απλό στην εγκατάσταση, λειτουργία και συντήρηση σύστημα τριπαραγωγής, το οποίο είναι ενεργειακά και οικονομικά αποδοτικό και συμβάλλει παράλληλα στην πράσινη ενεργειακή μετάβαση.	el
heal.abstract	The necessity to transition to the production of green energy in recent years has never been more pressing. In order to reduce pollution and combat climate change, the building industry is also implementing the replacement of fossil fuel usage as a raw material with renewable and other cleaner sources of energy. To this purpose, numerous nations throughout the world are continually developing and providing subsidies for technologies like the heat pump as well as those that make use of renewable energy sources like the sun. The system under consideration in this study combines the installation of a heat pump with Photovoltaic-Thermal (PV/T) collectors, which work independently of one another, to generate power for the system's own use as well as heating and cooling for a home in Athens. To better utilize the energy generated, a thermal energy storage system was included. The independent modeling and sizing of the subsystems served as the study's foundation. A core code that replicates the functioning of the entire system for twenty years was created after the relevant models and codes were constructed in the Matlab programming environment. After that, the system's economic and energy efficiency were optimized using the genetic algorithm method, with the surface area of the collectors and the volume of the thermal energy storage tank serving as parameters. The findings of the setup's twenty-year operation were provided for the optimized solution found. The Levelized Cost Of Energy was achieved equal to 0.0522 €/kWh for 12.7 m2 of collector surface and 5 m3 of tank volume, making the ideal solution pretty satisfactory. This makes it appealing to consider investing in the installation of such a system, which naturally requires a large initial cost of €15,258. The expenses for purchasing electricity are greatly lowered by PV/T's involvement in the net metering program and the covering of the system's electricity needs by their electricity generation, while their thermal generation substantially covers the thermal energy loads of the residence. As a result, a tri-generation system that is easy to install, run, and maintain while also being energy and financially efficient was developed, contributing at the same time towards a green energy transition.	en
heal.advisorName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Κακαράς, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Χουντάλας, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων	el
heal.academicPublisherID	ntua	el
heal.numberOfPages	104 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false