Μοντελοποίηση, δυναμική προσομοίωση και ενεργειακή - παραμετρική μελέτη ανανεώσιμου συστήματος τριπαραγωγής σε μονοκατοικία

Μαϊστράλης, Νικόλαος; Maistralis, Nikolaos

dc.contributor.author	Μαϊστράλης, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Maistralis, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2025-07-28T07:53:43Z
dc.date.available	2025-07-28T07:53:43Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62202
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29898
dc.rights	Default License
dc.subject	Τριπαραγωγή με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας	el
dc.subject	Γεωθερμική αντλία θερμότητας	el
dc.subject	Θερμικοί - φωτοβολταϊκοί συλλέκτες	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Σχεδιασμός κτηρίου	el
dc.subject	Trigeneration with renewable energy sources	en
dc.subject	Ground Source Heat Pump GSHP	en
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Building modeling	en
dc.subject	Photovoltaic-Thermal PVT collectors	en
dc.title	Μοντελοποίηση, δυναμική προσομοίωση και ενεργειακή - παραμετρική μελέτη ανανεώσιμου συστήματος τριπαραγωγής σε μονοκατοικία	el
dc.title	Modeling, dynamic simulation and energy-parametric study of a renewable trigeneration system in a single-family house	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ηλιακή ενέργεια	el
heal.classification	Θερμική συμπεριφορά κτηρίων	el
heal.classification	Κλιματισμός	el
heal.classification	Θέρμανση	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-02-20
heal.abstract	Σήμερα, η εξασφάλιση ενεργειακής βιωσιμότητας και η μείωση των αέριων ρύπων του θερμοκηπίου είναι ζωτικής σημασίας για την αντιστροφή των κλιματολογικών διαταραχών που έχουν προκληθεί από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Ιδιαίτερα για τον κτηριακό τομέα ο οποίος σχετίζεται με το 30 % της παγκόσμιας ενεργειακής κατανάλωσης, κρίνεται αναγκαίο να διερευνώνται καινοτόμα συστήματα, το οποία να διέπονται από τις αρχές του παθητικού σχεδιασμού, της αποδοτικότητας και να εντάσσουν Α.Π.Ε. Προς τη συγκεκριμένη τάση, βαδίζουν τα συστήματα τα οποία συνδυάζουν ηλιακούς συλλέκτες με αντλίες θερμότητας. Στη παρούσα μελέτη μοντελοποιούνται ηλιακοί φωτοβολταϊκοί θερμικοί συλλέκτες PVT σε σύζευξη με γεωθερμική αντλία θερμότητας, συνθέτοντας ένα ανανεώσιμο σύστημα τριπαραγωγής. Βασικό στόχο αποτελεί η διερεύνηση της καταλληλότητας του συστήματος, για ένα σχεδιαζόμενο κτήριο μονοκατοικίας εντός Αθήνας του οποίου τα δομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά ορίζονται με απώτερο σκοπό οι θερμικές ιδιότητές του να υπόκεινται στα σύγχρονα όρια. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στα θερμικά και ψυκτικά φορτία, αφού οι ισορροπημένες τιμές τους αποτελούν βασική προϋπόθεση για την μακροπρόθεσμη αποδοτικότητα ενός συστήματος γεωθερμικής αντλίας θερμότητας. Η κάλυψη των ενεργειακών αναγκών αφορά τις απαιτήσεις θέρμανσης, ψύξης, ΖΝΧ και ηλεκτρικής κατανάλωσης, με τις θερμικές απαιτήσεις να καλύπτονται ασύγχρονα με την χρήση δοχείου αδράνειας (buffer). Επίσης, ο σχεδιασμός της κτηριακής εγκατάστασης και της μονάδας τριπαραγωγής πραγματοποιείται στο TRNSYS, ορίζοντας και συνδέοντας τα εκάστοτε στοιχεία τους. Μέσω δυναμικής προσομοίωσης παράγονται τα αποτελέσματα των μεταβλητών ενδιαφέροντος για συγκεκριμένες περιόδους λειτουργίας. Ακόμα, λόγω της πολυπλοκότητας του εξοπλισμού και των συχνών εναλλαγών των καταστάσεων λειτουργίας τους (on / off), ο αντίκτυπος των διαφορετικών παραμέτρων και στρατηγικών ελέγχου λειτουργίας στους δείκτες απόδοσης διερευνάται μέσω παραμετρικής μελέτης πολλαπλών προσομοιώσεων. Αφού διαστασιολογηθεί το ενιαίο σύστημα, εξάγονται τα αναλυτικά αποτελέσματα απόδοσης, τα οποία δείχνουν ότι η Α.Θ λειτουργεί συχνά και εντός της ημέρας για να φορτίζει το δοχείο αδράνειας, συντελώντας έτσι στο μεγάλο ποσοστό της παραγόμενης ισχύος των PVT που ιδιοκαταναλώνεται άμεσα, αγγίζοντας το 58 % ανά έτος. Επιπλέον, οι μέσοι δείκτες απόδοσης COP και EER λαμβάνουν τιμές 3.51 και 3.86 αντίστοιχα, έχοντας την δυνατότητα με την αύξηση των οπών γεώτρησης σε τέσσερεις να φτάσουν σε τιμές 3.79 και 5.33. Αντίστοιχα, με τη εκβάθυνση της γεωθερμικής οπής στα 140 m, επιτυγχάνονται δείκτες COP και EER 3.60 και 4.51, αναδεικνύοντας την δυναμική των συστημάτων αυτών αλλά και την αναγκαιότητα για την εύρεση της ισορροπίας μεταξύ κέρδους απόδοσης – κόστους. Η παράμετρος που φανερώνει το ενδεχόμενο κέρδος ενέργειας και κόστους είναι η καθαρή ηλεκτρική κατανάλωση. Αξίζει να αναφερθεί, ότι χρησιμοποιώντας συλλεκτικές επιφάνειες PVT υψηλότερες των 18.81 m2 (9 συλλεκτών) λαμβάνονται αρνητικές ετήσιες ολικές τιμές καθαρής κατανάλωσης, που σημαίνει ότι οι συλλέκτες παράγουν περίσσεια ηλεκτρικής ισχύος σε σχέση με τις συνολικές καταναλώσεις του εξοπλισμού (αντλίας θερμότητας, fan coil, αντλιών), διοχετεύοντας ένα μέρος της στο δίκτυο, συνθέτοντας έτσι ένα επικερδές και αποδοτικό «πράσινο» σύστημα.	el
heal.abstract	Nowdays, ensuring energy sustainability and reducing greenhouse gas emissions are crucial to reversing the climatic disturbances caused by human activities. Especially for the building sector which is associated with 30 % of global energy consumption, it is deemed necessary to investigate innovative systems, which are governed by the principles of passive design, efficiency and incorporate renewable energy sources. Systems that combine solar panels with heat pumps are heading towards this particular trend. In the present study, solar photovoltaic thermal PVT collectors coupled with a geothermal heat pump are modeled, composing a renewable trigeneration system. The main goal is to investigate the suitability of the system for a planned single-family building in Athens, whose structural and functional characteristics are defined with the ultimate goal of its thermal properties being under modern limits. Particular emphasis is placed on heating and cooling loads, since their balanced values are a basic indicator for the long-term efficiency of a geothermal heat pump system. The coverage of the energy needs concerns the heating, DHW cooling and electrical consumption requirements, with the thermal requirements being covered asynchronously with the use of a buffer tank. Also, the design of the building installation and the trigeneration unit is carried out in TRNSYS, by defining and connecting their respective elements. Through dynamic simulation, the results of the variables of interest for specific operating periods are produced. However, due to the complexity of the equipment and the frequent switching of their operating states (on / off), the impact of different parameters and operation control strategies on the performance indicators is investigated through a parametric study of multiple simulations. After the complete system is dimensioned, the analytical performance results are extracted, which show that the HP operates frequently and during the day to charge the buffer tank, thus contributing to the large proportion of the generated power of the PVTs that is self-consumed directly, reaching 58 % per year. In addition, the average performance indices COP and EER obtain values of 3.51 and 3.86 respectively, having the possibility with the increase of the drilling holes to four to reach values of 3.79 and 5.33. Correspondingly, with the deepening of the geothermal hole to 140 m, COP and EER indicators of 3.60 and 4.51 are achieved, highlighting the dynamics of these systems, but also the necessity to find the balance between performance and cost. The parameter that reveals the potential energy gain and cost is the net electrical consumption. It is worth mentioning that using PVT collector surfaces higher than 18.81 m2 (9 collectors) negative annual total net consumption values are obtained, which means that the collectors produce excess electrical power in relation to the total consumptions of the equipment (heat pump, fan coil, pumps), channeling a part of it to the grid, thus composing a profitable and efficient "green" system.	en
heal.advisorName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Μπραϊμάκης, Κωνσταντίντος	el
heal.committeeMemberName	Κορωνάκη, Ειρήνη	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ψύξης και Κλιματισμού	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	431 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false