Китайски изследователи предложиха проект за модернизация на традиционни жилища в западната част на платото Сичуан, при който се постига почти нулево енергийно потребление чрез комбиниране на фотоволтаични панели на покрива с термопомпа, използваща въздуха като източник на топлина. Системата би могла да покрие нуждите от отопление през зимата с 61 м² фотоволтаични панели, като периодът на възвръщаемост е около 14 години.
Изследователска група в Китай предложи стратегия за енергийно ефективна модернизация с почти нулево енергийно потребление на традиционни жилища в западната част на платото Сичуан, съчетаваща фотоволтаична инсталация на покрива с термопомпа, използваща въздуха като източник на топлина.
Изследователите посочиха, че голямата надморска височина, ниските температури на околната среда и силната слънчева радиация в региона го правят подходящ за този подход. Традиционните жилища там обикновено се характеризират с висока консумация на енергия и недостатъчен термичен комфорт през зимния отоплителен сезон.
Изследователите избраха традиционна къща в село Жибо, Маеркан, като обект на проучването. Триетажната къща, изградена от камък и дърво, има обща застроена площ от приблизително 399 м², височина 9,6 м, стени с дебелина 400 мм и покрив, покрит с шисти. Съотношението между площта на прозорците и тази на стените е 11% на южната фасада и 8% на западната фасада.
В Маеркан преобладава високопланински континентален мусонен климат с дълги, студени зими и над 120 дни със застудяване годишно. Средните температури през януари варират от −6 °C до −3 °C, докато нощните температури могат да паднат под −10 °C. Районът получава над 2000 часа слънчево греене и приблизително 3700 MJ/m² слънчева радиация годишно.
Изследователите възпроизвели сградата от казуса в AutoCAD и SketchUp, след което импортирали 3D модела в Sware, за да симулират вътрешната термична среда и потребността от отопление. Те задали целева вътрешна температура от 16 °C през отоплителния сезон и интензивност на вентилацията от 0,5 въздухообмена на час. След това провели почасови симулации, за да изчислят годишното енергийно потребление и зимните отоплителни натоварвания.
Учените преобразували изчисленото отоплително натоварване в количеството електроенергия, необходимо за работата на стенна нискотемпературна термопомпа с въздушен източник. Те приели сезонен коефициент на ефективност (COP) от 2,54, като термопомпата е в състояние да доставя вода с температура над 45 °C при околна температура от −15 °C.
След това въвели изчисленото електропотребление в PVsyst, за да оптимизират ориентацията, ъгъла на наклон и размера на фотоволтаичната система. Предложената система включва 61 м² слънчеви модули с двойно стъкло и мощност 745 W.
Симулациите показали, че общото потребление на топлина през зимния отоплителен сезон възлиза на 15 670,9 kWh, което съответства на потребление на електроенергия от 6162,2 kWh за термопомпата.
Изследователите установили, че ъгълът на наклон от 40 градуса е оптимален за постигане на отопление с нулево енергийно потребление. Те определили, че оптималната площ за монтаж на фотоволтаични панели на покрива е 61 м², което съответства на 15,2% от общата площ на покрива на сградата. „Чрез използването на 210-милиметрови модули с двойно стъкло и ефективност на преобразуване до 24% е необходима инсталационна площ от едва 61 м². Това представлява само 95,2% от общата налична площ на покрива, което показва, че експлоатация с почти нулево енергийно потребление може да бъде постигната без прекомерни промени в традиционната обшивка на сградата“, подчертаха те.
Статията „Иновативно фотоволтаично отопление за етнически традиционни жилища за отопление с почти нулева енергия на Тибетското плато“ беше публикувана в списание „Казуси по топлотехника“. В изследването са участвали учени от китайския Югозападен университет Минзу, Университета Съчуан и Университета Тонджи. „Резултатите от това проучване предоставят полезни методологични насоки и предварителни проектни референтни данни за насърчаване на отопление с почти нулева енергия в подобни селски условия, като същевременно се признава, че са необходими специфични за мястото корекции и по-нататъшно валидиране преди широко приложение“, заключиха изследователите.
Снимка: Risemeagain, Wikimedia Commons, CC BY 2.0