Ανάπτυξη εργαλείου βέλτιστου σχεδιασμού κτιρίων χρήσης κατοικίας

Abstract

Τα ζητήματα που αφορούν την ενέργεια και την διαχείρισή της αποτελούν πρωταρχικής σημασίας θέματα για ολόκληρη την ανθρωπότητα. Στο πλαίσιο αυτό, απαιτείται η εντατικοποίηση των διαδικασιών εκσυγχρόνισης των ενεργειακών συστημάτων των κτιρίων, καθώς και η περαιτέρω ένταξη συστημάτων Α.Π.Ε.(Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας) που θα περιορίσουν τις καταναλώσεις συμβατικών πηγών ενέργειας. Για τον σκοπό αυτό και για την εύρεση των αποδοτικότερων και βέλτιστων λύσεων έχουν αναπτυχθεί ειδικά μοντέλα που στοχεύουν στην βελτιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης κτιρίων. Η παρούσα διπλωματική εργασία στοχεύει στην βελτίωση της απόδοσης του κτιρίου, μέσα από την ανάπτυξη κατάλληλης μεθοδολογίας βελτιστοποίησης, λαμβάνοντας υπόψη πολλαπλά κριτήρια. Το λογισμικό που αξιοποιήθηκε για τον σκοπό αυτό είναι το GAMS (General Algebraic Modeling System). Οι τεχνικές βελτιστοποίησης που χρησιμοποιήθηκαν έχουν ως βάση την ανάπτυξη μοντέλων Μαθηματικού Προγραμματισμού με στόχο να εξεταστεί μία σειρά ενεργειακών παρεμβάσεων σε ένα κτίριο με γρήγορο και αξιόπιστο τρόπο. Το σύνολο των παρεμβάσεων που μελετήθηκαν αφορούν τα συστήματα παραγωγής ενέργειας για θέρμανση και ψύξη. Επιπλέον, η μελέτη των συστημάτων παραγωγής ενσωματώνει και την μελέτη διαφορετικών τύπων τερματικών μονάδων για κάθε χρήση, ενώ ταυτόχρονα εισάγει και συστήματα Α.Π.Ε. που διευρύνουν το πεδίο της έρευνας. Το μοντέλο Μαθηματικού Προγραμματισμού που αναπτύχθηκε και παρουσιάζεται παρακάτω έχει οικονομικό, περιβαλλοντικό και ενεργειακό κριτήριο βελτιστοποίησης. Για το κάθε κριτήριο βελτιστοποίησης ο κώδικας είναι σε θέση να επιστρέφει στον χρήστη τις τιμές κόστους όλων των επιπέδων έτσι ώστε να μπορέσουν να γίνουν και οι απαραίτητες συγκρίσεις μεταξύ των λύσεων για την εξαγωγή συμπερασμάτων. Σε κάθε μοντέλο (θέρμανσης, ψύξης, κοινό) προκύπτει μία βέλτιστη λύση για το κάθε κριτήριο βελτιστοποίησης, με όλες αυτές τις λύσεις να παρουσιάζονται σε μορφή πινάκων και διαγραμμάτων.Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε μία εξωτερική διερεύνηση που αφορά την μετάβαση από τον ενεργειακό συμψηφισμό στον οικονομικό στο κομμάτι των φωτοβολταϊκών αλλά και μία διερεύνηση σχετικά με την τροποποίηση του μίγματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στην Ελλάδα και τις μεταβολές που προκαλεί αυτό στα ενεργειακά και περιβαλλοντικά κόστη χρήσης ηλεκτρικής ενέργειας για τις ανάγκες της θέρμανσης και της ψύξης. Οι συνθήκες στις οποίες εξετάσθηκε αυτό το πολυσύνθετο πρόβλημα είναι σε κτίριο κατοικίας που τοποθετείται στην Γ κλιματική ζώνη της ελληνικής επικράτειας. Για το συγκεκριμένο κτίριο έγινε προηγουμένως υπολογισμός των ενεργειακών απαιτήσεων προκειμένου το πρόβλημα να βασιστεί σε θερμικές ανάγκες κοντά στην πραγματικότητα.