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Šiame magistro baigiamajame projekte atlikta hibridinės saulės energijos transformavimo ir šilumos siurblio sistemos, nutolusiai nuo centralizuoto šilumos tiekimo tinklų pastatų grupei, galimybių studija. Darbo tikslas – išanalizuoti pastatų grupės, nutolusios nuo centralizuoto šilumos tiekimo tinklo, energijos poreikių tenkinimo, pritaikant hibridinę fotovoltinės saulės šviesos / šilumos transformavimo elementų ir šilumos siurblio sistemą, galimybes nustatant techninius, aplinkosauginius ir ekonominius rodiklius. Tokių technologijų taikymas gali lemti geresnę būstų kokybę, sveikesnę gyvenamą aplinką ir ilgalaikį energijos sąnaudų sumažėjimą, todėl šio darbo rezultatai gali turėti teigiamą poveikį praktiniam pritaikomumui ir gali būti naudingi tiek aplinkosauginiu, tiek socialiniu požiūriu. Darbo uždaviniai atspindi viso darbo struktūrą: visų pirma, buvo apžvelgta pastatų aprūpinimo energija, esamų naujausių ir perspektyvinių, atsinaujinančius energijos išteklius naudojančių technologijų, literatūra. Ši apžvalga parodė, jog hibridinė fotovoltinės saulės šviesos / šilumos transformavimo elementų ir šilumos siurblio sistema pagal savo pobūdį bei atsinaujinančių energijos išteklių pritaikymą gali būti priskirta prie naujausios (4-osios ir 5-osios) kartos technologijų, kurių koncepcija gali būti naudojama ateities energetinėms sistemoms kurti. Taip pat galima teigti, jog minėtoji sistema turi plačias pritaikomumo galimybes ir modifikacijų įvairovę, o taip pat yra efektyvi tiek techniniu, tiek ekonominiu požiūriu. Galiausiai, šių technologijų naudojimui yra kuriamas efektyvus skatinamasis reguliavimas, kurio dėka hibridinės fotovoltinės saulės šviesos / šilumos transformavimo elementų ir šilumos siurblio sistemų naudojimas tampa vis labiau patrauklesnis vartotojams. Metodologinėje dalyje aprašytas tyrimo metodikos parinkimas hibridinės fotovoltinės saulės šviesos / šilumos transformavimo elementų ir šilumos siurblio sistemos pritaikomumo vertinimui. Galima teigti, jog parinkta metodika – programinė įranga „Polysun“ labiausiai tinka hibridinės fotovoltinės saulės šviesos / šilumos transformavimo elementų ir šilumos siurblio sistemos pritaikymo naujai statomos gyvenvietės energijos poreikių tenkinimo analizei atlikti. Tiriamojoje dalyje pateikti pagal nustatytus modeliavimo kriterijus sudaryti minėtosios sistemos pastatų grupei informaciniai lyginamieji modeliai dviem variantams: maksimalaus energijos vartojimo iš tinklo su minimaliu energijos generavimu ir maksimalaus autonomiškumo. Iš šių variantų nustatyti labiausiai optimalūs techniniu, aplinkosauginiu bei ekonominiu vertinimu, atliekant gautų rezultatų palyginamąją, gyvavimo ciklo kaštų ir jautrumo analizes. Gauti rezultatai parodė, jog pagal nusistatytus kriterijus sumodeliuota maksimalaus autonomiškumo sistema yra optimalesnis variantas praktiškai visais aspektais, lyginant su maksimalaus energijos vartojimo iš tinklo sistema. Techniniu požiūriu, vertinant gebėjimą apsirūpinti elektros energija, pastaroji sistema yra tikrai pajėgi ne tik patenkinti vartotojų poreikius, bet ir nemažą pagamintos elektros energijos dalį perduoti į tinklą, kas gali atnešti svarias pajamas ir pagreitinti sistemos atsiperkamumą. Taip pat maksimalaus autonomiškumo energijos aprūpinimo kontūras yra efektyvesnis – naudingo veikimo koeficiento vertės kone dvigubai didesnės. Galiausiai, maksimalaus autonomiškumo sistema, anot gautų rezultatų, yra mažiau tarši. Pastaroji sistema yra patrauklesnė ir ekonominiu požiūriu: atlikta gyvavimo ciklo kaštų analizė parodė, jog grynoji esamoji vertė yra didesnė lyginant su maksimalaus energijos vartojimo iš tinklo sistema. Tiesa, abiem atvejais grynoji esamoji vertė yra mažesnė už nulį, kas parodo sistemų ekonominį nepatrauklumą investicijoms, tačiau to būtų galima išvengti skyrus daugiau lengvatų brangiai įrangai, įgyvendinus daugiau paramos iniciatyvų bei sukūrus dar efektyvesnius finansavimo mechanizmus. Nepaisant to, galima teigti, kad hibridinės fotovoltinės saulės šviesos / šilumos transformavimo elementų ir šilumos siurblio sistemos techniniai pajėgumai yra pakankami siekiant užtikrinti naujai statomų pastatų energijos poreikius Lietuvoje., In this master's final degree project a feasibility study of Hybrid solar Energy transformation and heat pump System for Group of Buildings remote from district heating Network has been carried out. The aim of the work is to analyze the Energy needs of a Group of Buildings remote from district heating Network by applying a Hybrid photovoltaic solar / thermal transformation element and heat pump System to determine technical, environmental and economic indicators. The use of such technologies can lead to better housing quality, a healthier living environment and a long-term reduction in Energy consumption, and the results of this work can have a positive impact on practical applicability and can be beneficial from both an environmental and a social point of view. The tasks of the work reflect the structure of the whole work: first of all, the literature on the Energy supply of Buildings, the available latest and promising technologies using renewable Energy sources was reviewed. This review has shown that a Hybrid photovoltaic solar / thermal transformation element and heat pump System, by its nature and application of renewable Energy sources, can be classified as the latest (4th and 5th) generation of technologies whose concept can be used to develop future Energy Systems. It can also be said that the mentioned System has a wide range of applicability and a variety of modifications, and it is also efficient both technically and economically. Finally, the use of these technologies are being effectively regulated, making the use of Hybrid photovoltaic solar / thermal transformation element and heat pump Systems increasingly attractive to consumers. In the methodological part the selection of the research methodology for the evaluation of the applicability of the Hybrid photovoltaic solar / thermal transformation element and heat pump System has been described. It can be stated that the chosed methodology – software “Polysun” is the most suitable for the analysis of meeting Energy demand of a newly built Group of Buildings for the application of Hybrid photovoltaic solar / thermal transformation element and heat pump System. The information models for the Group of Buildings of the mentioned System based on the established modeling criteria are presented in the research part for two variants: maximum Energy consumption from the Network with minimum Energy generation and maximum Autonomy. From these variants, the most optimal ones has been determined through technical, environmental and economic evaluation by performing comparative, life-cycle cost and sensitivity analyzes. The obtained results showed that the System of maximum Autonomy, which has been modeled according to the established criteria, is a more optimal variant in practically all aspects compared to the System of maximum Energy consumption from the Network. From a technical point of view, in terms of self-sufficiency of electricity, the latter System is not only able to meet the needs of consumers, but also to transmit a significant part of the electricity produced to the grid, which can generate significant revenues and speed up the System's payback. Also, the maximum Autonomy Energy supply circuit is more efficient – the efficiency values are almost twice as high. Finally, the System of maximum Autonomy is less polluting, according to the results obtained. The latter System is also more attractive from an economic point of view: a life-cycle cost analysis has shown that the net present value is higher than the System of maximum Energy consumption from the Network. However, in both cases the net present value is less than zero, which shows the economic unattractiveness of the Systems for investment, but this could be avoided by giving more incentives to expensive equipment, more support initiatives and even more efficient financing mechanisms. Nevertheless, it can be stated that the technical capacities of the Hybrid photovoltaic solar / thermal transformation element and heat pump System are sufficient enough to ensure the Energy needs of new buildings in Lithuania.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil, Face ao elevado consumo de energia e emissão de gases com efeito de estufa do parque edificado, existe, como consequência, a necessidade de fomentar políticas que providenciem uma melhoria do desempenho energético do mesmo. Nesta perspetiva, a reabilitação de edifícios existentes e o aumento da eficiência energética dos mesmos é de uma importância fundamental para o alcance dos objetivos definidos em termos de desenvolvimento sustentável. Em 2010, com a reformulação da EPBD, a Comissão Europeia tomou uma posição bastante exigente neste sentido, estabelecendo o conceito de edifícios de necessidades quase nulas de energia (nZEB), que se caracterizam como edifícios com elevado desempenho energético e baixas necessidades energéticas, suportadas por fontes de energia renovável, produzida preferencialmente no local. Em termos de reabilitação energética de edifícios existentes, existem evidências de que uma intervenção ao nível de um grupo de edifícios pode trazer vantagens significativas do ponto de vista de combinação entre medidas de eficiência energética e fornecimento de energia renovável, para além da possibilidade de obtenção de economias de escala. Assim, o objetivo do desenvolvimento desta dissertação é a definição de uma metodologia para a avaliação do efeito de escala na rentabilidade de intervenções de reabilitação, com vista ao objetivo nZEB. Como objetivo adicional, a investigação pretende ainda a determinação de pacotes de soluções de reabilitação com o nível ótimo de rentabilidade à escala de bairro, com o intuito de aproveitar as potenciais sinergias entre as medidas a adotar nos diferentes cenários de reabilitação. Com o propósito de pôr em prática a metodologia desenvolvida, foi selecionado um grupo de edifícios num contexto de habitação social como caso de estudo – O Bairro de Santa Tecla em Braga. O estudo realizou-se através da utilização de uma tipologia representativa (fração com maior representação no bairro) e posterior avaliação do seu desempenho energético e financeiro com o intuito de apoiar a transição para a escala de bairro. Os resultados, decorrentes da aplicação da metodologia, sugerem que uma intervenção integrada, que contempla medidas de melhoria na envolvente, sistemas de climatização e fontes de energia renovável, é extremamente vantajosa e pode atingir valores interessantes de rentabilidade, em comparação com a intervenção de referência. Para uma perspetiva privada, com vista ao apoio de escolha de soluções, nos cálculos efetuados para a tipologia representativa desenvolvida para este estudo, a intervenção que contempla uma solução ETICS com EPS de 60 mm, vão envidraçado duplo com caixilharia de PVC e o conjunto de Sistemas S3 (bomba de calor) é a solução de custo ótimo. Quando se considera uma intervenção no grupo de edifícios, os cálculos sugerem que a solução de custo ótimo é a mesma solução de envolvente e envidraçados com o sistema S3, verificando-se que a intervenção ao nível do grupo de edifícios permitiu uma redução de custos globais de cerca de 46% devido à alteração de sistemas técnicos e consequente diminuição nas quantidades dos mesmos, e ainda às economias de escala conseguidas pela compra de elevadas quantidades de materiais utilizados em soluções de paredes exteriores e de vãos envidraçados., In view of the high energy consumption and greenhouse gas emissions of the existing buildings stock, there is, as consequence, the need to promote policies that provide an improvement of their energy performance. In this perspective, the retrofitting of existing buildings and the increase of their energy efficiency are of fundamental importance for achieving the objectives defined in terms of sustainable development. In 2010, with the EPBD recast, the European Commission took a very demanding position in this regard, establishing the concept of nearly zero-energy buildings (nZEB), which are characterized as buildings with high energy performance and low energy needs, sustained by renewable energy sources, preferably produced on site or neaby. In terms of energy retrofitting of existing buildings, there is evidence that an intervention at the group of buildings level can bring significant advantages from the point of view of a combination between energy efficiency measures and renewable energy supply, in addition to the possibility of obtaining economies of scale. Thus, the objective of the development of this dissertation is the definition of a methodology for the assessment of the scale effect on the retrofitting interventions cost-effectiveness, towards the nZEB objective. As an additional objective, the research also aims to determine the cost-optimal packages of renovation solutions at the neighbourhood level, in order to take advantage of the potential synergies between the measures to be adopted in the different retrofitting scenarios. With regard to the development of the methodology, a group of buildings was selected in the context of a social housing as a case study - The Neighbourhood of Santa Tecla in Braga. The study was carried out through the use of a representative typology (building unit with most representation in the neighbourhood) and subsequent evaluation of its energy and financial performance in order to support the transition to the group of buildings level. The results, arising from the application of the methodology, suggest that an integrated intervention that includes retrofitting measures in the envelope, air conditioning systems and renewable energy sources is extremely advantageous and cost-effective when compared to the reference intervention. For a private perspective, in order to support the selection of solutions, in the calculations made for the representative typology developed for this study, the intervention that contemplates an ETICS solution with EPS of 60 mm, double glazed windows with PVC frames and the set of S3 systems (heat pump) is the cost-optimal solution. When considering an intervention in the group of buildings, the calculations suggest that the cost-optimal solution is the same envelope and window solution with the S3 system, verifying that the intervention at the group of buildings level allowed a reduction of global costs of around 46% due to the alteration of technical systems and consequent decrease in their quantities, and also to the economies of scale provided by the purchase of high quantity of materials used in solutions of exterior walls and windows.

Submitted by Cristina Afonso (cac@lisboa.ucp.pt) on 2018-01-04T12:07:45Z No. of bitstreams: 1 Tese versão word.pdf: 1496274 bytes, checksum: be65e2236b2c15e7cf5d56b6dfbcc306 (MD5) Made available in DSpace on 2018-01-04T12:07:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese versão word.pdf: 1496274 bytes, checksum: be65e2236b2c15e7cf5d56b6dfbcc306 (MD5) Previous issue date: 2017-10-18