Энергоэффективные оболочки зданий с активной адаптацией к микроклимату и интеграцией возобновляемых источников энергии для достижения нулевого баланса и снижения пиковых нагрузок на электрические сети

Аннотация

Исследование посвящено разработке и оценке интегрированной энергоэффективной оболочки офисного здания с активной адаптацией к внешнему микроклимату и внутренним нагрузкам при одновременной интеграции локальной генерации и накопителей энергии. Цель исследования состоит в комплексной количественной оценке потенциала такой системы по снижению годового энергопотребления достижению нулевого или положительного энергетического баланса и уменьшению пиковых нагрузок на электрические сети в условиях умеренно континентального климата крупного города. Методологическая основа работы сформирована на динамическом моделировании в программных пакетах для энергетического анализа зданий и математического моделирования с шагом по времени пятнадцать минут что позволяет учитывать нестационарный характер климатических воздействий и режимов эксплуатации. Рассматриваются два сценария традиционное здание с нормативными ограждающими конструкциями и объект с адаптивной оболочкой, включающей многослойные ограждения с материалами фазового перехода электрохромное остекление с регулируемым солнечным фактором фасадные фотоэлектрические модули, а также систему накопления на базе литий ионной батареи под управлением алгоритма предиктивного регулирования. В качестве ключевых показателей эффективности анализируются конечное энергопотребление по статьям отопление охлаждение освещение и оборудование годовой энергетический баланс импорт и экспорт электроэнергии из сети максимальные значения электрической мощности в типичные зимний и летний дни показатели термического комфорта по индексу неудовлетворенности и числу часов перегрева и переохлаждения, а также коэффициенты собственного потребления и самодостаточности. Полученные результаты показывают сокращение потребности в тепле более чем на две трети и в холоде более чем на четыре пятых переход от значительного годового импорта энергии к небольшому профициту, а также снижение летних пиковых нагрузок на сеть примерно на две трети и зимних почти на сорок процентов при одновременном улучшении параметров микроклимата до уровня высшей категории комфорта. Обсуждается синергетический характер взаимодействия адаптивной оболочки фотоэлектрических установок накопителя и интеллектуальной системы управления который превращает здание в активного участника энергосистемы и создает предпосылки для учета ограничений по пиковой мощности в будущих нормативах проектирования объектов с нулевым энергобалансом.