Assessing energy flexible operation of a residential Zero Emission Building (casaZero)

Abstract

Med en økende andel nyoppsatte og oppussede bygg som tilfredsstiller dagens krav for nullutslippshus har også interaksjonen mellom bygninger og kraftnettet økt. Bygg som både produserer og konsumerer elektrisitet, prosumers, er ofte både importører og eksportører av elektrisitet til nettet. Av den grunn har behovet for smart styring av laster i bygg økt i et forsøk på å senke belastningen på nettet. Dette studiet er et bidrag til å øke kunnskapen om fleksibel drift av nullutslippshus. Bygget som ble studert i denne masteroppgaven er et nullutslipps bolighus i Norge. Bygget var utrustet med en bergvarmepumpe, balansert ventilasjon, solcellepan- eler på taket og vannbåren gulvvarme. En simuleringsmodell av bygget ble laget i IDA ICE. Ved å implementere 65 ulike timeplaner for driften av varmepumpen i bolighuset ble påvirkningen på byggets energiprestasjon studert, med tanke på selv-konsumering, topplast og kostnad. Fra resultatene i oppgaven ble det funnet at selv-konsumeringen kunne økes med 13.7%. Sommeren var den årstiden som hadde størst potensialet for videre økning av selv-konsumeringen. Ved å implementere en last som representerte batteriet til en elbil ble selv-konsumeringen økt med 53.3% sammenlignet med modellen uten timeplan for styring av varmepumpa. Den største reduksjonen i topplast og kostnad var henholdsvis 50% og 9.7%. Når hver av de tre indikatorene for nøkkelytelse ble vektlagt likt viste resultatene at varmepum- petimeplanen med konstant verdi på 0.5 ga de beste resultatene sammenlagt. Det ble oppdaget en sammenheng mellom de ulike indikatorne for nøkkelytelse, noe som gjorde det vanskelig å redusere kostnadene samtidig som selv-konsumeringen skulle økes.

With an increasing amount of new and retrofitted buildings qualifying as ZEBs, the interaction between buildings and the grid has increased. Build- ings that both produces and consumes electricity, prosumers, are likely to both import and export electricity to the grid. Hence, the need to utilized smart controlling of the electricity consumption in buildings is reinforced, as an attempt to reduce the stress on the grid. This study is a contribution to in- creasing the knowledge on flexible operation of ZEBs. The case building in this research was a residential ZEB located in Norway. The building was equipped with a GSHP, a balanced ventilation system, PV panels and water borne floor heating. A simulation model of the case building was established in IDA ICE. By implementing 65 different operational schedules to the GSHP the impact on the performance of the building was analysed, regarding self-consumption, peak load and cost. It was found that the self-consumption could be increased by 13.7%. The summer season was found to be the most influential season considering further increasing of the self-consumption. By introducing an addi- tional load simulating the battery of an EV, the self-consumption was further increased by 53.3%, compared to the case without a GSHP schedule. The maximum reduction for peak load and cost found in this research were 50% and 9.7%, respectively. When equally weighting the three KPIs, the results showed that a GSHP schedule with a constant value of 0.5 gave the best over- all result. A relation between the different KPIs were discovered, making it challenging to decrease the cost while increasing the self-consumption.