Thermodynamic and economic analysis of different fuels usage on example of residential building

Abstract

На основу података Енергетског биланаса Републике Србије за 2017. годину, потрошња финалне енергије је процењена на 8429 Mtoe, од чега је 48% укупне потрошње у сектору домаћинства, пољопривреда и јавно-комуналне делатности. У укупној структури коришћења финалне енргије, обновљиви извори енергије (само геотермална енергија и биомаса заједно) учествују са 12%. Осим квантитативне (енергијске) анализе, за потпуно разумевање свих важних аспеката коришћења енергије и успостављања одговарајуће енергетске политике, потребно је извршити и квалитативну (ексергијску) анализу, као и анализу утицаја коришћења различитих енергената на животну средину. Цене енергената треба да одражавају вредност искористивог дела, односно квалитет, њихове енергије, тј. ексергије. У раду је приказана термодинамичка и економска анализа коришћења различитих енергената у стамбеној згради грејане површине око 160 m 2 , за климатско подручје Београда. Поређени су различити енергенти за грејање и припрему санитарне топле воде: електрична енергија, природни гас, даљинско грејање, угаљ и обновљиви извори енергије. Дат је упоредни приказ потребне примарне енергије, емисије угљен-диоксида, ексергије, као и цена енергије и ексергије за различите енергенте. Кључне речи: Енергија; ексергија; цене енергената; обновљиви извори енергије; емисија CO2 According to the energy balance for Republic of Serbia for 2017, the total final energy needs for 2017 for Republic of Serbia are estimated as 8429 Mtoe, with a share of 48% estimated for households, agricultural, public and commercial sectors. In the structure of final energy consumption by fuel for 2017 in Serbia, the renewable energy sources are participating with a share of 12% (only geothermal energy and biomass). In order to provide better understanding of all important aspects of energy usage, beside the quantitative (energetic) analysis, it is necessary to perform also qualitative (exergetic) analysis, together with the analysis of different fuels usage impact on environment. Fuel costs should take into a consideration the value of usable part, with other words the quality of their energy, namely exergy. The paper presents thermodynamic and economic analysis of different fuels usage, for residential building, with net heated area cca 160 m 2 , for Belgrade weather data. Results are presented as a comparison between different fuels used for heating and domestic hot water preparation, such as: electricity, natural gas, district heating, coal and renewable energy sources. The comparison is shown for primary energy consumption, CO2 emission, exergy consumption and energy and exergy costs for different fuels.

Exergy Analysis of Building Heating with a Groundwater Source Heat Pump

“…In the case when the radiator heating in the building is an internal subsystem of the GWHP system, ηex,p has a value of 0,088. When it comes to seasonal values of the total exergy efficiency for systems that use conventional energy sources for heating (coal, gas, electricity), they are lower than 0,05 [5], i.e. they have lower values than the GWHP system.…”

“…Their results showed that the best heating system is a heat pump connected to the domestic heat network. Gojak and Bajc [5] also came to the conclusion that the use of the heat pumps is a much better choice for the building heating needs, than the use of high-quality energy sources. This is the result of an exergy analysis of various energy sources use (electricity, natural gas, district heating, coal and renewable energy sources) for the needs of building heating and sanitary hot water preparation.…”

Thermodynamic sustainability assessment for heating of residential building

“…The air temperature in observed building is maintained at a temperature of 20 O C (T i = 293K) while the average outside air temperature for each month during the heating season is T o , and values for Belgrade can be found in reference [19]. The exergy demand for maintaining the inside air temperature, i Ex , is given by equation [21][22][23]…”