Techno-economic evaluation of using ice storage systems based on the new requirements of the draft of the fourth edition of the National Building Regulations, Article 19

Document Type : Mechanics article

Authors

Department of Energy, Materials and Energy Research Center (MERC)

Abstract

Due to the significant share of cooling loads in the peak of electricity consumption and its increasing trend in recent years (up to about 40% of the peak of electricity demand), the draft of the new edition of the National Building Regulations (Article 19) enforces several requirements for managing these loads. One of these requirements is the use of ice storage systems in buildings with high cooling loads. In order to evaluate techno-economic aspects of the implementation of these requirements, the cooling load of a pilot building with educational use in Ahvaz was simulated by Carrier HAP software, and based on two different storage strategies (i.e. full and partial storage), technical operation and necessary economic investment were analyzed. The payback period of the surplus capital required for the implementation of storage systems was determined with respect to the saving potential in electricity costs. It was determined that the economic burden of these requirements is a function of the storage strategy, building function and climate. Accordingly, in the considered building, while the use of partial storage is quite economical, the return on investment for a full storage system will be more than 50 years. The results of examining different scenarios and possible base electricity tariffs showed that a fivefold increase in the tariff will reduce the payback period to about 10 years.

Keywords


 
 
[1] S. Copiello," Achieving affordable housing through energy efficiency strategy "Energy Policy, Vol. 85, pp. 288 – 298, 2015.
[2] امید گزانه و محمد علی بهشتی‌نیا، "شبیه سازی و تحلیل فنی اقتصادی آبگرمکن خورشیدی برای کاربری مسکونی"، مدل‌سازی در مهندسی، دوره 13، شماره 43، زمستان 1394، صفحه 107–119.
[3] کریم مقصودی مهربانی، عبدالله مهرپناهی و رامین علوی، "مدل‌سازی ترکیب سیکل تبرید جذبی آمونیاکی متناوب و پیوسته برای کاربرد در سردخانه با قابلیت استفاده از توان خورشیدی"، مدل‌سازی در مهندسی، دوره 16، شماره 54، پاییز 1397، صفحه 415–428. 
[4] سید علیرضا ذوالفقاری، مهران سعادتی نسب و الهه نوروزی جاجرم، "بررسی تأثیر استفاده از نماهای دوپوسته سبز بر مصرف انرژی ساختمان‌های بلند مرتبه در شرایط اقلیمی تهران"، مدل‌سازی در مهندسی. 5 دوره 17، شماره 56، بهار 1398، صفحه 51–61.
[5] محمد علیزاده، میثم جعفری نوکندی و یامین سلطان مرادی، "مدل‌سازی و بهینه‌سازی مصرف انرژی در خانه هوشمند با حضور ذخیره‌ساز انرژی، سلول خورشیدی، خودروی برقی و پاسخ‌گویی بار"، مدل‌سازی در مهندسی، دوره 17، شماره 57، تابستان 1398، صفحه 215–226.
[6] S. Pintaldi, C. Perfumo, S. Sethuvenkatraman, S. White and G. Rosengarten, "A review of thermal energy storage technologies and control approaches for solar cooling", Renew Sustain. Energy Rev., Vol. 41, pp. 975 –995, 2015.
[7] H. Mehling, and L. F. Cabeza, "Heat and cold storage with PCM", Springer, 2008.
[8] L.F. Cabeza, "Thermal Energy Storage", Sayigh, A. (Ed.) Comprehensive Renewable Energy, Elsevier Science and Technology, 2012.
[9] B. Arcuri, C. Spataru, and M. Barrett, "Evaluation of ice thermal energy storage (ITES) for commercial buildings in cities in Brazil", Sustainable cities and society, Vol. 29, pp. 178-192, 2017.
[10] S. Sanaye, and M. Hekmatian, "Ice thermal energy storage (ITES) for air-conditioning application in full and partial load operating modes", International Journal of Refrigeration, Vol. 66, pp. 181–197, 2016.
[11] محمد ابراهیم سربندی فراهانی، "امکان‌سنجی بکارگیری سیستم‌های ذخیره‌سازی سرما در ایران"، پانزدهمین کنفرانس بین المللی برق، 1378.
[12] کمیته تخصصی مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان، پیش‌نویس غیر قابل استناد ویرایش چهارم مبحث ۱۹ مقررات ملی ساختمان، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، 1398،http://news.mrud.ir/news/72878/، آخرین دسترسی مرداد 1399.
[13] سید مجتبی طباطبایی، "محاسبات تاسیسات ساختمان"، روزبهان، تهران، 1381.
[14] P. Zangheri, R. Armani, M. Pietrobon, L. Pagliano, J. Kockat, C. Rohde, and F. Isi, "Heating and cooling energy demand and loads for building types in different countries of the EU", http://www.entranze.eu (accessed July 18, 2020), 2014. [14]
[15] قمر حلیمی و احمدرضا توکلی، "مطالعه و بررسی تأثیر بار سرمایش در پیک مصرف برق کشور"، اولین کنگره ملی طراحی نوین مهندسی با رویکرد توسعه پایدار و حفظ محیط زیست، 1394.
[16] فرشید دانشور و حسین معرفی، "بررسی بار سرمایشی و سهم آن در پیک بار استان هرمزگان"، هشتمین کنفرانس سراسری شبکه‌های توزیع نیروی برق، 1382.