Инженеры создают «электрифицированный» дом, который сокращает счета за электроэнергию

Западные инженеры объединили функциональность и силу фотоэлектрической (PV) технологии с тепловым насосом и тепловой батареей, чтобы создать полностью электрифицированный и энергоэффективный новый дом. Конечная цель – устранить потребность в ископаемом топливе и добиться реального нулевого энергопотребления для строителей и домовладельцев во всем мире.

Профессор Western Engineering и бизнес-школы Айви Джошуа Пирс и доктор философии. Кандидат Шафкат Рана в сотрудничестве с заведующим кафедрой машиностроения и материаловедения Энтони Страатманом, профессором инженерного дела Камраном Сиддики и президентом Magnus Homes Хайме Крнчичем спроектировали и разработали эту первую в своем роде энергоэффективную домашнюю систему. Двухэтажный дом в Комоке, Онтарио. (к западу от Лондона, Онтарио), служит живой лабораторией для наблюдательных экспериментов и сбора данных.

Предварительные результаты показывают, что эта установка, уникальная в Канаде, снижает счета за электроэнергию на 45%, а выбросы углекислого газа в доме на 55%. Тепловая батарея, в которой используется материал с фазовым переходом, такой как соль или воскэффективно сохраняет энергию, увеличивая самопотребление солнечной фотоэлектрической энергии (с использованием энергии, производимой на месте, а не экспорта ее в сеть) на 60%. Материал с фазовым переходом — это вещество, которое поглощает или выделяет большие количества тепловая энергия во время плавления или замораживания для поддержания стабильной температуры.

«Затраты на солнечную энергию в настоящее время снижают затраты на электроэнергию в сети, что делает солнечную энергию жизнеспособным и желанным вариантом для большинства канадцев», – сказал Пирс, председатель отдела инноваций Джона М. Томпсона компании Western. «Этот проект объединяет солнечные панелиа тепловой насос и тепловую батарею для обеспечения тепловой энергии для отопления и обеспечения горячей водой всего дома».

Исследователи разработал лучшие практики сделать дом в четыре раза более энергоэффективным, чем традиционные методы, используя тепловой насос, который преобразует генерируемую солнечным светом электроэнергию, улавливаемую солнечными панелями на крыше дома, в тепло. Это тепло сохраняется в тепловой батарее для дальнейшего использования. Исследователи стремятся показать, что технология полностью масштабируема, безопасна и, что немаловажно, может быть установлена в существующих домах с минимальными изменениями.

«Цель состоит в том, чтобы доказать эффективность системы в течение одного года, с конечной целью устранения необходимости в ископаемое топливо в домашнем отоплении в целом», — сказал Рана, студент-электрик. «Как только эта система будет проверена, мы хотим распространить эту систему на другие дома по всей Канаде, а в конечном итоге и по всему миру».

Рана оборудовала новый дом проводкой и датчиками для отслеживания и прогнозирования. потребление энергииэффективность и экономия средств — данные и она, и Крнких, домостроитель, который также живет в изучаемом доме, могут отслеживать в режиме реального времени на своих мобильных устройствах и персональных компьютерах с помощью удобного приложения.

«У нас есть уникальная возможность как создавать, так и потреблять энергию в наших домах, и как владельцу, так и застройщику действительно интересно наблюдать, как эти два фактора балансируются», — сказал Крнцич. «Я думаю, что многие домовладельцы не знают о своем потреблении, и это действительно важно для устойчивого развития, зная, какую роль вы играете в потреблении и производстве энергии для своего дома».

Чтобы получить еще больше данных, Рана отслеживает второй дом, построенный Crncich (похожий по модели и расположенный в том же районе Комока), который не был оборудован встроенной тепловой батареей и солнечной фотоэлектрической системой, чтобы сравнить полностью электрифицированный дом с традиционным канадским домом, использующим сетевое электричество и природный газ.

«Электрифицируем» наши дома

Хотя тепловые насосы и тепловые батареи довольно распространены в США, в Канаде разрешения регулирующих органов для обеих систем относительно новые. Это усугубляет энергетическую проблему, поскольку отопить дом к северу от границы очень дорого.

«Многие дома в Канаде, к сожалению, даже не соответствуют действующим нормам, не говоря уже о том, чтобы они оснащены самыми современными фотоэлектрическими технологиями», – сказал Пирс. «Во-вторых, большинство людей отапливают свои дома либо природным газом, либо электрическим отоплением, что невероятно неэффективно и наносит финансовый ущерб, поскольку в Онтарио цены на электроэнергию снова и снова стремительно растут. Точно так же цены на природный газ колеблются, но солнечная энергия обеспечивает застраховаться от энергетической инфляции.”

Пирс говорит, что электрификация домов — это ключевой путь к долгосрочной устойчивости в Канаде и во всем мире.

«Если мы сможем использовать возобновляемые источники энергии Подобно тому, как солнечная энергия обеспечивает электричеством наши дома, а затем передает эту энергию тепловому насосу, на каждую единицу электрической энергии мы получаем три единицы тепла, что делает их эффективность на 300 процентов или более», — сказал Пирс. «Это просто гораздо более эффективный способ обогреть ваш дом».

Рана говорит, что этот новый подход к производству и потреблению энергии выходит далеко за рамки обеспечения комфорта и снижения счетов за электроэнергию для домовладельцев. Речь идет о спасении планеты. Рана показала в недавнее исследование что Канада не развивает возобновляемую энергетику достаточно быстро, чтобы выполнить климатические обязательства.

«Изменение климата реально, и нам нужно, чтобы каждый житель планеты приложил хотя бы небольшие усилия для борьбы с ним», — сказал Рана. «Декарбонизация жилого сектора — это легко висящий плод, который может увидеть каждый. Интеграция этой устойчивой установки в канадские дома, особенно в новые, может помочь нам значительно снизить уровень выбросов углекислого газа в Канаде. выбросы углерода для решения глобальных последствий изменения климата».

Соответствующие исследования команды были опубликованы в журналах. Энергии, Энергия и здания и e-Prime – достижения в области электротехники, электроники и энергетики.