Investigation into the impact of thermal energy flexibility on cost optimal design and operation of Zero Emission Buildings

• Main Author: Bagle, Marius
• Format: Dissertation
• Language: English

Zero Emission Buildings (ZEB) er energieffektive bygninger som produserer fornybar energi "on-site", for å kompensere for forbruk. ZEB-konseptet er basert på rapporten fra EUs direktiv om energieffektivitet av bygninger (EPBD) utgitt i 2010, som foreslår at alle bygninger bygget etter 2020 skal nå "near zero energy level". I tidligere forskning på energisystemer i ZEBs har deterministiske lineære optimaliseringsteknikker, sammen med et bredt spekter av data, som lastdata, temperaturer og teknologipriser blitt brukt til å bestemme den kostnadsoptimale utformingen av energissystemer i lavenergibygninger. Vanligvis har varmelasten i bygningene blitt behandlet som en aggregert last. Hovedformålet med denne oppgaven er videreutviklingen av et Mixed Integer Linear Program (MILP), implementert i det generelle programmeringsspråket Python, ved hjelp av modellbyggingsbiblioteket Pyomo. Utgangspunktet for arbeidet var den to-trinns stokastiske modellen utviklet i en tidligere masteroppgave, transformert tilbake til et deterministisk rammeverk. Først ble separasjonen av varmelasten i to separate komponenter utført, en for romoppvarming og en for varmtvann. Deretter syntetiseres en modell basert på punktvarmekilder. Det første av to hovedmål er å analysere og sammenligne drift og investering av punktkildemodellen og den allerede eksisterende vannbårne modellen, både med og uten ZEB-begrensningen. Emissionsbegrensningene er definert på en måte som kun tar hensyn til utslippene i driftsfasen av bygningen, et ambisjonsnivå kjent som "ZEB-O EQ". Dataene som brukes for optimaliseringen er basert på simulerte lastdata for varme- og strømforbruket. Data fra 2012, regnet som et gjennomsnittlig klimatisk år, brukes. Siden separasjonen av varmetilførselen i to forskjellige komponenter for hver teknologi fører til en drastisk økning i antall variabler, brukes en enkel reduksjonsteknikk, som velger uken som inneholder tidssteget med det høyeste romoppvarmingsbehovet fra hver sesong til å konstruere et redusert scenario. Det andre hovedformålet med oppgaven er å undersøke lastfleksibilitet i ZEBs ved å bruke bygningens termiske masse som et kortsiktig energilager. En to-node modell som representerer bygningens termiske masse er implementert, både i punktvarmekildesystemet og i det vannbårne systemet. Så blir virkningen av å legge til dette lageret analysert og sammenlignet for de respektive systemene. Siden det er noe usikkerhet knyttet til parametrene til i to-node modellen, utfø