Analiza zakresu termomodernizacji oraz wykorzystania energii odnawialnych dla budynku mieszkalnego w celu przekształcenia go w obiekt nisko-energochłonny : rozprawa doktorska = [Analysis of the scope ... więcej

Analiza zakresu termomodernizacji oraz wykorzystania energii odnawialnych dla budynku mieszkalnego w celu przekształcenia go w obiekt nisko-energochłonny : rozprawa doktorska = [Analysis of the scope of thermo-modernization and the use of renewable energy for a residential building in order to transform it into a low-energy object] / Maciej Knapik. – Kraków, 2019. – 173 k. : rys., tab., wykr. – Politechnika Krakowska. Wydział Inżynierii Środowiska. – Promotor: dr hab. inż. Marian Hopkowicz ; promotor pomocniczy: dr hab. inż. Agnieszka Lechowska. – Bibliogr. 153 poz.

Rozprawa doktorska dotyczy termomodernizacji budynku wielorodzinnego oraz wykorzystania energii odnawialnych w celu przekształcenia go w obiekt o niskim zapotrzebowaniu na energię. Celem pracy było ... więcej

Rozprawa doktorska dotyczy termomodernizacji budynku wielorodzinnego oraz wykorzystania energii odnawialnych w celu przekształcenia go w obiekt o niskim zapotrzebowaniu na energię. Celem pracy było opracowanie narzędzia, służącego wspomaganiu procesu decyzyjnego przy wyborze korzystnego rozwiązania zakresu termomodernizacji i sposobu zaopatrywania budynku w energię do celów ogrzewania i przygotowania ciepłej wody z użyciem instalacji korzystających z odnawialnych źródeł energii. Został opracowany model obliczeniowy pozwalający ocenić wielkość możliwej do pozyskania energii z turbin wiatrowych i zespołu ogniw fotowoltaicznych, stanowiących współpracujące z budynkiem instalacje korzystające z energii odnawialnej. Przygotowano zestaw pakietów termomodernizacyjnych, na podstawie 5 wybranych wariantów termomodernizacji. Wybór najlepszego pakietu spośród wszystkich dostępnych jest oparty na osiągnięciu przez budynek wymaganego standard budynku o niskim zapotrzebowaniu na energię, przy spełnieniu wymogu minimalnego prostego czasu zwrotu SPBT, całkowitych nakładów poniesionych na termomodernizację. Dokonano analizy dostępnej energii słonecznej i wiatrowej dla poszczególnych regionów Polski. Na tej postawie określono efektywność pozyskiwania energii przez ogniwa fotowoltaiczne i turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu w wybranych miastach Polski. Analiza ta pozwoliła określić przewidywany dobór odnawialnych źródeł energii za pomocą skryptu obliczeniowego. Opracowano skrypt obliczeniowy w programie MATLAB, który na podstawie typowych lat meteorologicznych i statystycznych danych klimatycznych, który optymalizuje dobór ogniw fotowoltaicznych i turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu w taki sposób, aby wartość wskaźnika jednostkowego zapotrzebowania energię pierwotną EPH+W była niższa niż jest to wymagane przepisami (Warunki techniczne), przy możliwie najniższych nakładach inwestycyjnych oraz przy uwzględnieniu uwarunkowań wynikających z wielkości dostępnej powierzchni do montażu instalacji odnawialnych źródeł energii. W ramach szczegółowych analiz i symulacji w warunkach ustalonych, analizowano także wrażliwość poszczególnych czynników na proces doboru odnawialnych źródeł energii, a w konsekwencji opłacalność takiego doboru. W wyniku przeprowadzonych analiz i symulacji, wykazano, że jest możliwe w sposób ekonomicznie uzasadniony przekształcić budynek wielorodzinny w obiekt o niskim zapotrzebowaniu na energię. W przypadku analizowanego budynku 1 jak i 2, udało się uzyskać wartość wskaźnika jednostkowego zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną do celów grzewczych do wartości mniejszej od 60 kWh/m2/rok. Zarówno w przypadku analizowanego budynku 1 jak i 2 wybrane do wdrożenia pakiety termomodernizacyjne charakteryzowały odpowiednią efektywnością ekonomiczną, czyli najniższymi wskaźnikami prostego czasu zwrotu poniesionych nakładów SPBT, wynoszącymi odpowiednio w przybliżeniu 9 i 5 lat, przy zachowaniu przyjętych założeń. Otrzymane rezultaty zostały porównane z wynikami pomiarów, udostępnionych dzięki uprzejmości Instytutu Budynków Pasywnych w Darmstadt w Niemczech. Otrzymane wyniki za pomocą własnego toku obliczeń różniły się odpowiednio dla budynku 1 i 2 o 11,2% oraz 28,8%. Wpływ na otrzymane rezultaty ma prawdopodobnie niedokładne oszacowanie zapotrzebowanie na energię budynków pomiarowych oraz fakt, że termomodernizacja nie została przeprowadzona w stosunku 1 do 1, mimo tego osiągnięte wyniki są zbliżone do tych otrzymanych za pomocą programu PHPP.

The doctoral dissertation concerns the thermo-modernization of a multi-family building and the use of renewable energy in order to transform it into an object with a low energy demand. The purpose of the ... więcej

The doctoral dissertation concerns the thermo-modernization of a multi-family building and the use of renewable energy in order to transform it into an object with a low energy demand. The purpose of the dissertation was to develop a tool to support the decision-making process in choosing a favorable solution for the scope of thermal modernization and the method of supplying the building with energy for the purposes of heating and hot water preparation using installations using renewable energy sources. A computational model was developed to assess the amount of energy to be obtained from wind turbines and photovoltaic cells, which are installations cooperating with the building using renewable energy. A set of thermo-modernization packages was prepared on the basis of 5 selected thermo-modernization variants. The selection of the best package among all available is based on achieving the required standard by building of a building with low energy demand, fulfilling the minimum requirement of a simple payback time SPBT, of the total expenditures on thermo-modernization. The available solar and wind energy for individual regions of Poland was analyzed. On this basis, the efficiency of photovoltaic cells and wind turbines with a vertical axis of rotation in selected Polish cities was determined. This analysis allowed to determine the predicted selection of renewable energy sources by using a computational model. A computational model was developed in the MATLAB software, on the basis of typical meteorological and statistical climatic data, which optimizes the selection of photovoltaic cells and wind turbines with a vertical axis of rotation in such a way that the value of the primary energy demand of EPH+W is lower than required by Polish regulations (Technical conditions), with the lowest possible investment cost and taking into account the conditions resulting from the size of available space for the installation of renewable energy sources. As a part of detailed analyzes and simulations in determined conditions, the sensitivity of individual factors to the process of selection of renewable energy sources was analyzed, as well as the profitability of such selection. As a result of the carried analyzes and simulations, it has been shown that it is economically possible to transform a multi-family building into an object with a low energy demand. In the case of the analyzed building 1 and 2, it was possible to achieve the value of the unit factor for non-renewable primary energy demand for heating purposes to a value less than 60 kWh/m2/year. Both in the case of the analyzed building 1 and 2, thermo-modernization packages selected for implementation were characterized by adequate economic efficiency, as the lowest rates of the simple payback time SPBT, amounting to approximately 9 and 5 years respectively, while maintaining the adopted assumptions. The results obtained were compared with the results of measurements, courtesy of the Passive Buildings Institute in Darmstadt, Germany. The obtained results, using a computational model, differed for building 1 and 2, respectively, by 11,2% and 28,8%. The effect on the obtained results probably has an inaccurate estimation of the energy demand of measuring buildings and the fact that thermo-modernization was not carried out in a ratio of 1 to 1, nevertheless, the results achieved are similar to those obtained with the PHPP software.