Control of air-to-water heat pumps used for heating nearly zeroenergy buildings with algorithms considering renewable energy availability
Laen...
Kuupäev
2025
Kättesaadav alates
Autorid
Ajakirja pealkiri
Ajakirja ISSN
Köite pealkiri
Kirjastaja
Estonian University of Life Sciences
Abstrakt
ABSTRACT. Air-water heat pumps are widely used for heating and cooling buildings because they are economical to install in both new and renovated dwellings. Typically, the operation schedule of installed heat pumps depends solely on changes in outdoor temperature. When examining their operation throughout the day, it is evident that they work the most during the colder hours. Since the efficiency of a heat pump depends on the outdoor temperature (the lower the temperature, the lower the efficiency), air-water heat pumps used for heating buildings also operate the most during the hours when their efficiency is the lowest. Therefore, it is possible to reduce the amount of electricity used for heating a building by installing a thermal storage system and scheduling the operation of the air-water heat pump. The aim of this doctoral thesis was to develop a methodology that allows minimizing the amount of electricity taken from the grid by air-water heat pumps used for heating nearly zero-energy buildings. To achieve this goal, a novel parameter (RCOP) was introduced, which combines the temperature-dependent efficiency of the heat pump with the reduced demand for grid electricity due to the use of renewable energy. The doctoral thesis demonstrated that the developed methodology, which uses the RCOP parameter to optimize the operation of the air-to-water heat pump, is universal. This methodology is suitable for all buildings that use air-water heat pumps for heating and have thermal energy storage capability. By monitoring a building's energy usage over a longer period, the effectiveness of the method can be increased using machine learning techniques. By connecting the control systems of air-water heat pumps in buildings to the cloud, it is possible to reduce the volatility in the power grid caused by renewable energy production more broadly.
LĂœHIKOKKUVĂ•TE. Ă•hk-vesi soojuspumpasid kasutatakse laialdaselt hoonete kĂ¼tteks ja jahutuseks sest neid on soodne paigaldada nii uutesse kui renoveeritavatesse elamutesse. Enamasti sõltub paigaldatud soojuspumpade töögraafik ainult välistemperatuuri muutustest. Kui vaadelda nende tööd ööpäeva lõikes, siis on ilmne, et kõige rohkem töötavad nad kĂ¼lmematel tundidel. Kuna soojuspumba kasutegur sõltub välistemperatuurist (mida madalam temperatuur, seda madalam kasutegur), siis töötavad ka hoonete kĂ¼tteks kasutatavad õhk-vesi soojuspumbad kõige rohkem nendel tundidel, millal on nende kasutegur kõige väiksem. Seega on võimalik kĂ¼ttesĂ¼steemile soojussalvesti paigaldamise ja õhk-vesi soojuspumba töö ajatamisega vähendada hoone kĂ¼tteks kasutatud elektrienergia hulka. Antud doktoritöö eesmärgiks oli välja töötada metoodika, mis võimaldab minimeerida liginullenergiahoonete kĂ¼tteks kasutatavate õhk-vesi soojuspumpade poolt võrgust võetava elektrienergia hulka. Eesmärgi saavutamiseks kirjeldati uudset parameetrit (RCOP), mis kombineerib nii soojuspumba kasuteguri sõltuvust välisõhu temperatuurist kui ka taastuvenergia kasutamise tõttu vähenenud nõudlust võrgust võetavale elektrienergiale. Doktoritöös näidati, et loodud metoodika, mis kasutab õhk-vesi soojuspumba töö optimeerimiseks parameetrit RCOP, on universaalne. Antud metoodika sobib kõigile hoonetele, mis kasutavad kĂ¼tteks õhk-vesi soojuspumpasid ja omavad soojusenergia salvestamise võimekust. Monitoorides hoone energiakasutust pikema aja vältel on võimalik masinõppe meetodite abil suurendada kasutatud meetodi tõhusust. Kui Ă¼hendada hoonetes olevad õhk-vesi soojuspumpade juhtsĂ¼steemid omavahel pilve, siis on võimalik vähendada taastuvenergia tootmisest tekkivat volatiivsust elektrivõrgus laiemalt.
LĂœHIKOKKUVĂ•TE. Ă•hk-vesi soojuspumpasid kasutatakse laialdaselt hoonete kĂ¼tteks ja jahutuseks sest neid on soodne paigaldada nii uutesse kui renoveeritavatesse elamutesse. Enamasti sõltub paigaldatud soojuspumpade töögraafik ainult välistemperatuuri muutustest. Kui vaadelda nende tööd ööpäeva lõikes, siis on ilmne, et kõige rohkem töötavad nad kĂ¼lmematel tundidel. Kuna soojuspumba kasutegur sõltub välistemperatuurist (mida madalam temperatuur, seda madalam kasutegur), siis töötavad ka hoonete kĂ¼tteks kasutatavad õhk-vesi soojuspumbad kõige rohkem nendel tundidel, millal on nende kasutegur kõige väiksem. Seega on võimalik kĂ¼ttesĂ¼steemile soojussalvesti paigaldamise ja õhk-vesi soojuspumba töö ajatamisega vähendada hoone kĂ¼tteks kasutatud elektrienergia hulka. Antud doktoritöö eesmärgiks oli välja töötada metoodika, mis võimaldab minimeerida liginullenergiahoonete kĂ¼tteks kasutatavate õhk-vesi soojuspumpade poolt võrgust võetava elektrienergia hulka. Eesmärgi saavutamiseks kirjeldati uudset parameetrit (RCOP), mis kombineerib nii soojuspumba kasuteguri sõltuvust välisõhu temperatuurist kui ka taastuvenergia kasutamise tõttu vähenenud nõudlust võrgust võetavale elektrienergiale. Doktoritöös näidati, et loodud metoodika, mis kasutab õhk-vesi soojuspumba töö optimeerimiseks parameetrit RCOP, on universaalne. Antud metoodika sobib kõigile hoonetele, mis kasutavad kĂ¼tteks õhk-vesi soojuspumpasid ja omavad soojusenergia salvestamise võimekust. Monitoorides hoone energiakasutust pikema aja vältel on võimalik masinõppe meetodite abil suurendada kasutatud meetodi tõhusust. Kui Ă¼hendada hoonetes olevad õhk-vesi soojuspumpade juhtsĂ¼steemid omavahel pilve, siis on võimalik vähendada taastuvenergia tootmisest tekkivat volatiivsust elektrivõrgus laiemalt.
Kirjeldus
A Thesis for applying for the degree of Doctor of Philosophy in Engineering Sciences.
Väitekiri filosoofiadoktori kraadi taotlemiseks tehnikateaduse erialal.
Väitekiri filosoofiadoktori kraadi taotlemiseks tehnikateaduse erialal.
Märksõnad
dissertations, RCOP, air-to-water heat pump, nearly zero-energy building, renewable energy