În viitor, alimentarea cu energie ar trebui să fie mai sigură, mai accesibilă și mai ecologică, în timp ce eficiența energetică, în toate sectoarele consumului de energie, va deveni și mai importantă. Pentru a obține eficiența energetică ale sistemelor de încălzire, trebuie să fim adaptați la noile surse de energie (surse regenerabile de energie), dar și la noile modalități de economisire a acesteia. Subiectul a fost dezbătut pe larg în lucrarea cu titlul ”Different heating systems for single family house: Energy and economic analysis”, semnată de Valentina Turanianin, Biljana Vucevici și Marina Jovanovici, de la Laboratorul de Inginerie Termală a Institutului de Științe Nucleare a Universității din Blegrad. Iată principalele idei care își pot găsi aplicabilitate și în România, ținând cont de faptul că datele prezentate aici acoperă o suprafață geografică, în mare, similară.  

Clădirile, sursa principală de emisii de carbon

Casele cu eficiență energetică ridicată prezintă doar o parte a eficienței energetice globale. Conceptul de îmbunătățire a eficienței energetice în clădiri (în case de familie, clădiri rezidențiale și nerezidențiale), implică o gamă continuă și largă de activități, cu scopul de a reduce consumul de tot felul de energie, cu aceleași instalații sau cu instalații mai bune și care funcționează mai bine, în aceleași condiții. Prin urmare, reducerea consumului de surse de energie neregenerabilă (combustibili fosili), prin implementarea de măsuri de eficiență energetică și utilizarea de energie regenerabilă, duce la o reducere a emisiilor de gaze cu efect de seră (CO2 etc.). Aceasta contribuie la protecția mediului, la reducerea încălzirii globale și la dezvoltarea durabilă a fiecărei țări.

Clădirile sunt responsabile pentru 40% din consumul de energie și 36% din emisiile de CO2 din UE. În prezent, aproximativ 35% din clădirile din UE au o vechime de peste 50 de ani. Prin îmbunătățirea eficienței energetice a clădirilor, am putea reduce consumul total de energie al UE cu 5, până la 6%, și reducerea emisiilor de CO2 cu aproximativ 5%. Directiva privind performanța energetică a clădirilor (2010/31 / UE), și Directiva privind eficiența energetică (2012/27 / UE, care modifică directivele 2009/125 / CE și 2010/30 / UE și abrogă directivele 2004/8 / CE și 2006 / 32 / CE), reprezintă principala legislație a UE, în ceea ce privește reducerea consumului de energie al clădirilor.

Țările UE au calculat cerințele minime de performanță energetică, din punct de vedere al costurilor, atât pentru clădirile noi, cât și pentru cele renovate. Statelor membre ale UE li se cere ca toate clădirile noi să reducă masiv consumul de energie până la sfârșitul anului 2020.

Construcțiile consumă 41% din energie

Consumul mediu de energie al clădirii în zonele temperate din Balcani este de peste 150 kWh/m2 pe an, în timp ce, în țările europene dezvoltate, este chiar sub 50 kWh/m2. Sectorul construcțiilor consumă 41% din energia totală finală din zona geografică studiată. Analiza consumului final de energie în gospodării arată că 15% sunt utilizate de aparatele electrice, 4% pentru iluminat, 4% pentru gătit, 17% pentru apă caldă, 5% pentru răcirea spațiului și 55% pentru încălzirea spațiului. Aproximativ o treime din consumul de energie din clădiri este utilizat pentru a asigura condiții termice bune de iluminare și iluminare. Se poate spune, așadar, că clădirile din zonele temperate din Balcani sunt mari consumatori de energie.

Consumul de energie poate fi redus prin construirea de clădiri noi cu eficiență energetică, precum și prin renovarea clădirilor existente, pentru a îmbunătăți performanțele lor energetice. Aceste fapte obligă fiecare țară să intensifice activitățile, privind atingerea standardelor deja valabile în multe dintre țările UE. În Directiva 2002/91 / CE și 2010/31 / UE, sunt incluse două valori minime, cuprinse de Legea planificării și construcțiilor și Legea privind utilizarea rațională a energiei.

Pierderi uriașe de căldură

Cererea de energie necesară pentru încălzirea obiectelor depinde de climă, forma clădirii, orientarea clădirii, structura obiectului și calitatea izolării termice a clădirii. Datele utilizate pentru calcule, care depind de condițiile climatice sunt: ​​HDD (grade grad de încălzire), numărul de zile de încălzire și diferența dintre temperaturile medii interne și externe. Coeficientul de transfer de căldură, prin elementele termice ale clădirii (valoarea U), este o altă informație necesară pentru calculul cererii de energie de încălzire.

Pierderile de căldură, prin elementele învelitoare termice, depind de structura elementelor, de orientarea lor și de conductivitatea termică a materialelor încorporate. Pierderile de căldură prin ferestre și pereții exteriori reprezintă aproximativ 70% din pierderile totale de căldură într-o clădire. Izolația termică a anvelopei casei poate reduce facturile de încălzire cu aproximativ 50-80%.

Limitarea pierderilor de energie

Cele mai frecvente măsuri luate pentru reducerea pierderilor de energie și creșterea eficienței energetice sunt: ​​izolarea spațiului încălzit, înlocuirea geamurilor, înlocuirea aparatelor energetice ineficiente cu cele eficiente, instalarea dispozitivelor de măsurare și control pentru aparate energetice, înlocuirea resurselor neregenerabile cu cele regenerabile, introducerea sistemului tarifar de către distribuitori, care va încuraja economiile de energie etc.

Proiectanții pot, de asemenea, să prezică întregul comportament termic al clădirilor, înainte de construcția lor și să simuleze costurile de energie ale clădirilor existente, în condițiile actuale ale acesteia, stabilind cele mai bune măsuri de adaptare termică necesar a fi adoptate în clădirile analizate. Instrumentele software, de simulare a energiei, pot fi importante pentru reducerea costurilor de energie din clădiri. Instrumentele software de simulare termică pentru clădiri permit: determinarea dimensiunii corespunzătoare a sistemelor HVAC, analizarea consumului de energie și calcularea cheltuielilor de energie consumate.

O nouă metodă de măsurare

Mai recent, concentrându-se pe metodologia de estimare a consumului de energie a clădirilor, alți cercetători au utilizat anumite programe de simulare. Analiza unei posibile reamenajări energetice a clădirilor pentru spitalele existente, folosind un sistem inovator de poligenerare regenerabilă, s-a dovedit deosebit de eficientă și precisă. Sistemul este proiectat și simulat dinamic în mediul TRNSYS. Rezultatele sunt analizate, atât din punct de vedere energetic, cât și economic.

Pentru aceasta, s-au analizat performanța clădirii și comportamentul termic al unei încăperi alese pentru testul de comparație între două coduri, TRNSYS și EnergyPlus. Rezultatele au arătat că două coduri de simulare sunt în concordanță, iar TRNSYS este extrem de flexibil pentru simularea diferitelor sisteme tranzitorii, în timp ce EnergyPlus este mai specific, pentru studiul comportamentului clădirii. Anterior, Haddam și colab. (2017), au prezentat o nouă abordare pentru modelarea clădirilor și a caselor pasive, printr-o proiectare adecvată într-o regiune aridă. S-a introdus îmbunătățirea confortului termic într-o clădire cu mai multe zone, precum și controlul direct al beneficiilor luminii și căldurii solare, temperaturi și umidități specifice.

Concomitent, au fost examinate trei opțiuni diferite ale sistemului de încălzire la domiciliu, unde energia termică este obținută din surse diferite. Analiza energetică și economică a fost realizată prin utilizarea codului de simulare Trnsys. Scopul acestei analize, din punct de vedere economic și energetic, a fost comparația cantității de energie termică obținută din opțiunea sistemului de încălzire de bază (cu peleți), cu două sisteme diferite de încălzire (folosind gaz și pompă de căldură), pentru o casă unifamiliară. De asemenea, datele generale ale opțiunilor analizate au fost prezentate alături de indicatorii financiari, care sunt calculați pe bazele lor. Clasamentul opțiunilor se face în cazul în care se iau în considerare economiile medii anuale, pe durata de viață a sistemelor de încălzire, în raport cu costurile energiei termice primite de la sistemul de termoficare.

Parametri

Caracteristicile cheie ale sectorului energetic din arealul balcanic temperat, sunt eficiența energetică scăzută, atât în ​​producție, cât și în consumul de energie. Clădirile pot fi recunoscute drept consumatori de energie relativ mari. Sistemele de încălzire și climatizare și utilizarea energiei regenerabile au un rol din ce în ce mai important, în îmbunătățirea eficienței energetice.

În prima situație, sistemul cu peleție este folosit ca sursă pentru încălzirea spațiului. Pentru a compara diferite sisteme de încălzire cu opțiunea de bază (peleții), au fost luate în considerare sistemele de încălzire care utilizează gazul și pompa de căldură.

Crearea clădirii se realizează în etapa anterioară a unei simulări energetice, în software-ul Google Sketch Up. Pentru pierderile de energie din construcții și sistemele de furnizare a energiei termice Trnsys 17, se folosește instrumentul de modelare a simulării pe bază de componente. Descrierea clădirii (geometrie și materiale utilizate în componentele arhitecturii clădirii), a fost realizată în programul Trnbuild, care generează două fișiere utilizate de componenta tip 56, în timpul unei simulări TRNSYS.

Rezultatele simulării

Cifrele valorilor de ieșire obținute în simulare, cum ar fi: temperaturile zonei și temperatura ambiantă, necesarul de intrare a energiei cazanului pe peleți, intrarea necesară a energiei cazanului pe gaz și puterea de încălzire a pompei de căldură aer-apă, au indicat eficiența clădirii. De asemenea, evaluarea viabilității economice și financiare a opțiunilor trebuie luate în considerare, la alegerea sistemului de încălzire. Datele generale pentru opțiunile analizate, cum ar fi: durata proiectului, cota de impozitare, rata anuală de creștere a prețurilor la combustibil, rata anuală de creștere a prețurilor la energia termică și electricitate, costurile de întreținere, costurile recurente etc., precum și indicatorii financiari, au fost calculați pe baza datelor generale: rentabilitatea ratelor simple de investiții și economiile anuale medii, pe toată durata de viață a instalației.

S-a constatat că perioada de rambursare este cea mai mare pentru opțiunea 1-Peleți, iar cea mai mică, pentru opțiunea 2-Gaz. Acest rang de opțiuni este rezultatul investiției inițiale uriașe în sistemul de încălzire cu peleți (clădirea camerei cazanului în curte), și pentru o pompă de căldură (prețuri ridicate pe piață), în raport cu o investiție relativ mică pentru un sistem de încălzire pe gaz. În același timp, în raport cu costurile care ar fi obținute, în cazul în care energia termică este primită de la sistemul de termoficare, economiile medii anuale pe toată durata de viață a sistemului de încălzire sunt cele mai mari pentru Opțiunea 2-Gaz, urmată de Opțiunea 1-Peleți, în timp ce, pentru opțiunea 3-Sistem centralizat, nu se pot face economii.